Naravna barva hrastove beljave je »belkasta«, jedrovine pa »zlato rumena« (slika 1). Najpogostejša obarvanja, ki razvrednotijo hrastovino, so: kondenzacijske lise, črnilasti madeži, čreslovinsko obarvanje, »rumeno« bakteriološko in »rjavo« oksidativno obarvanje.
Slika 1: Naravna barva hrastove beljave in jedrovine
Vizualno zaznamo obarvanje najpogosteje med postopkom sušenja ali neposredno po njem, vendar obarvanja ne moremo vedno pripisati zgolj nepravilnemu sušilnemu postopku, saj na nastanek vpliva več dejavnikov hkrati. Ustrezno preprečevanje obarvanja je zato potrebno v posameznih fazah priprave lesa za sušenje, med sušenjem in tudi po njem. Nezaželena obarvanja so pogosta tudi pri površinski obdelavi hrastovine, predvsem s premazi na kislinski osnovi. Pri dolgotrajnejši uporabi prihaja do tako imenovanega staranja lesa, kjer se predvsem učinek svetlobe oziroma UV-sevanja zrcali v sivenju površine.
VZROKI OBARVANJA
Na različne barvne odtenke hrastovine vplivajo že rastiščne razmere (Resch in sod., 2000). Najvplivnejša sta sestava tal in preskrbljenost z vodo. Po poseku vpliva na barvne spremembe lesa vrsta biotskih in abiotskih dejavnikov, katerih učinke je med seboj težko ločiti. Kritično obdobje je, ko je les svež in vsebuje veliko vode. V takem stanju je v celotni primarni predelavi, skupaj s skladiščenjem, vse do konca sušenja. V vseh teh fazah predelave in obdelave lesa je zato pomembno poskrbeti za ustrezno zaščito. S poznavanjem najpomembnejših dejavnikov in njihovega vpliva se je mogoče obarvanju med primarno obdelavo, skladiščenjem in sušenjem tudi precej izogniti (slika 2) (Gorišek, 1995).
Med najpomembnejšimi dejavniki, ki vplivajo na obarvanje, so (preglednica 1):
Slika 2: Želena svetla (zgoraj) in temno (spodaj) obarvana hrastovina Slika 1: Naravna barva hrastove beljave in jedrovine
Vizualno zaznamo obarvanje najpogosteje med postopkom sušenja ali neposredno po njem, vendar obarvanja ne moremo vedno pripisati zgolj nepravilnemu sušilnemu postopku, saj na nastanek vpliva več dejavnikov hkrati. Ustrezno preprečevanje obarvanja je zato potrebno v posameznih fazah priprave lesa za sušenje, med sušenjem in tudi po njem. Nezaželena obarvanja so pogosta tudi pri površinski obdelavi hrastovine, predvsem s premazi na kislinski osnovi. Pri dolgotrajnejši uporabi prihaja do tako imenovanega staranja lesa, kjer se predvsem učinek svetlobe oziroma UV-sevanja zrcali v sivenju površine.
VZROKI OBARVANJA
Na različne barvne odtenke hrastovine vplivajo že rastiščne razmere (Resch in sod., 2000). Najvplivnejša sta sestava tal in preskrbljenost z vodo. Po poseku vpliva na barvne spremembe lesa vrsta biotskih in abiotskih dejavnikov, katerih učinke je med seboj težko ločiti. Kritično obdobje je, ko je les svež in vsebuje veliko vode. V takem stanju je v celotni primarni predelavi, skupaj s skladiščenjem, vse do konca sušenja. V vseh teh fazah predelave in obdelave lesa je zato pomembno poskrbeti za ustrezno zaščito. S poznavanjem najpomembnejših dejavnikov in njihovega vpliva se je mogoče obarvanju med primarno obdelavo, skladiščenjem in sušenjem tudi precej izogniti (slika 2) (Gorišek, 1995).
Med najpomembnejšimi dejavniki, ki vplivajo na obarvanje, so (preglednica 1):
Obarvanja, ki lahko nastanejo med sušilnim procesom, delimo na rumena in rjava (Fortuin in sod., 1988; Wassipaul in sod., 1987). Pojav je zelo neenakomeren tudi v enakih razmerah sušenja z istimi sušilnimi programi ali pri različnih, tudi še tako blagih tehničnih postopkih sušenja, izvzeto ni niti sušenje na prostem.
Rumeno obarvanje pripisujemo glivičnim in »laktonskim« derivatom (Ward in Groom, 1983). Pojavi se lahko med sušenjem na prostem in tudi v tehničnih postopkih. Po poseku se rahlo rumenkasto obarvanje jedrovine pojavi ob nezadostnem prepihovanju, posebno pri tesnem zlaganju z distančnimi letvicami, tanjšimi od 15 milimetrov. Vlažni žepi pod distančnimi letvicami povzročajo tudi letvično progavost. Celo na začetku tehničnega sušenja se lahko še pojavi rumeno obarvanje, ki spremlja rjavo.
Vzdolžno rumeno obarvanje se razširja vzporedno s trahejami (slika 3). Debele hife se razraščajo v mrežast micelij najhitreje po trahejnem sistemu beljave. Obarvanje se pojavlja v radialnem in longitudinalnem parenhimu, redkeje tudi v stenah vlaken (metabolne komponente gliv reagirajo z akcesornimi jedrovinskimi snovmi). V obarvanih delih je bila prepoznana gliva plesnivka iz rodu nepopolnih gliv Deuteramycotina oziroma Fungi imperfekti Paecilomyces variotii Bain., ki uspeva še v kislem mediju do pH 3 in do temperature 50 stopinj Celzija. Zaradi prilagoditve visokim temperaturam lahko gliva raste tudi v začetnem stadiju tehničnega sušenja. Zaščita pred obarvanjem se lahko doseže z zadostno ventilacijo ali hitrejšim sušenjem. Zaščita proti omenjenim plesnivkam je mogoča tudi z obdelavo lesa s 5- do 10-odstotno propionsko kislino (to je organska kislina, ki jo kot antioksidant uporabljajo pri zaščiti hrane pred plesnijo).
Slika 3: Biotsko obarvanje zaradi okužb z glivami ali plesnimi
Rjavo obarvanje pripisujemo oksidativnemu obarvanju ob aktivnosti encimov peroksidaz in polifenoloksidaz v hrastovi jedrovini pri visoki lesni vlažnosti (Charrier in sod., 1995; Kisseloff, 1993; Schmidt, 1986). Tanini, flavonoidi in lažje topni deli polioz v rahlo kislem mediju in pri nekoliko povišani temperaturi (od 30 do 35 stopinj Celzija) hidrolizirajo. Zračni kisik v naslednji fazi povzroči njihovo oksidacijo. Pri vzporednih reakcijah (kondenzacija, polimerizacija, gradnja melanina) nastanejo netopni produkti, ki ostanejo neenakomerno skladiščeni v lesu in povzročijo rjavo obarvanje (slika 4).
Torej lahko rečemo, da oksidirajo akcesorne snovi in fenolne komponente v celičnih stenah, lahko pa tudi hidrolizirajo hemiceluloze (degradacija v monosaharide in reakcije z dušičnimi spojinami).
Najugodnejše razmere za razvoj obarvanj so pri 30- do 60-odstotni lesni vlažnosti. Hitrejše obarvanje je zaslediti v smeri poteka trakovnega tkiva in v vzdolžni smeri, še posebno v ranem lesu, verjetno zaradi lažjega dostopa zraka skozi trahejno omrežje, ki poveča delni tlak kisika. Vzdolž razpok je prav tako močnejše obarvanje. Sušenje pri temperaturi 20 stopinj Celzija in 65-odstotni relativni zračni vlažnosti zagotavlja zaščito pred obarvanjem (vsaj 11 tednov). Pri sušenju pri temperaturi 30 stopinj Celzija se pojavi temnejša barva na površini že po dveh tednih. Z naraščajočo temperaturo intenzivnost, hitrost in globina obarvanja samo še naraščajo. V posebno ugodnih razmerah se obarvanje pojavi tudi pri sušenju na prostem in prodira s površine v notranjost lesa. Intenzivnost in razširjenost obarvanja se med sušenjem povečata tudi ob čezmernem navlaževanju, ki se pogosto uporablja za preprečevanje zaskorjenja. Navlaževanje podaljšuje čas sušenja, hkrati pa zagotavlja večjo mobilnost reakcijskih barvnih komponent.
Slika 4: Neenakomerno obarvanje, razširjeno na celotnem prerezu lesa, (levo) z značilnimi »vodnimi« lisami, razširjenimi v vzdolžni smeri
Obarvanje lesnega tkiva je lahko homogeno ali neenakomerno razporejeno po celotnem prerezu žaganih elementov. Pogosto nastane tudi samo lokalno. Širjenje obarvanja je intenzivnejše v tangencialni smeri, kar kaže, da ima na obarvanje večji vpliv trahejno omrežje kot pa radialno potekajoči trakovi. Zaradi oksidativne narave obarvanja lahko pojav pojasnimo z učinkovitejšim vdorom zraka in s tem kisika prek večjih lumnov trahejnih členov. Večja plinska permeabilnost hrastovine v longitudinalni smeri omogoča tudi hitrejše vzdolžno širjenje obarvanja.
Oster postopek sušenja hrastovine pogosto omilimo s preveč intenzivnim navlaževanjem, posledice pa so obarvane kondenzacijske lise na površini lesa (slika 5). Obarvanje je površinsko, pri dolgotrajnejših navlaževanjih pa tudi globlje.
Slika 5: Kondenzacijske lise na površini kažejo na intenzivno navlaževanje med sušenjem.
Pogosto se površinsko obarvanje pojavi tudi na stičnih mestih kovine z vlažnim lesom (slika 6). Vzroki so v kemični reakciji med kovinskimi ioni in taninom, zato je obarvanje značilno tudi za kostanjevino.
Slika 6: Črnilasto obarvanje zaradi reakcije tanina s kovinskimi ioni
POSTOPEK SUŠENJA HRASTOVINE ZA PREPREČEVANJE OBARVANJA
Čeprav sodi hrastovina med manj permeabilne vrste, moramo v prvi fazi sušenja svežega lesa zagotoviti ustrezno kroženje zraka. To je v mnogih primerih sušenja svežega lesa pomembnejše od relativne zračne vlažnosti in predvsem temperature. Da zagotovimo primeren zračni tok skozi zložaje, morajo biti ti ustrezno postavljeni. V zložajih zagotovimo čim bolj homogene sušilne značilnosti (vrsta, debelina, začetna vlažnost, kakovost ...). Distančne letvice morajo biti primernih in enakih debelin (približno od polovico do tri četrtine debeline žaganic). Zložaji morajo biti prizmatične oblike, kar pomeni, da so stranske in čelne ravnine čim bolj poravnane, sicer je kroženje zraka neenakomerno, kar se kaže v neenakomernem sušenju lesa. Pri polnjenju komore moramo zagotoviti enakomeren upor zraka pri kroženju po celotnem prerezu komore. Proste prehode je treba zastreti z zasuni, da preprečimo prosti tok zraka mimo zložajev.
Torej kritična faza sušenja je vse od svežega stanja pa do območja vlažnosti točke nasičenja celičnih sten (približno 30 odstotkov) ali celo nekoliko nižje. Odločilen dejavnik je temperatura, ki lahko prekorači kritično vrednost tudi že pri sušenju na prostem. Območje kritičnih temperatur je okoli 25 stopinj Celzija, ustrezno hitrost sušenja pa v tem območju zagotovimo z uravnavanjem hitrosti prepihovanja.
Sušilni program mora biti torej kompromis med preprečevanjem abiotskih (rjavih) in biotskih (rumenih) obarvanj. Hkrati intenzivnost sušenja ne sme dovoljevati nastanka mehanskih poškodb, kot so različne vrste razpok in veženj.
Ob upoštevanju ustrezne priprave hrastovine na sušenje (zlaganje zložajev in polnjenje komore) predlagamo še modifikacijo sušilnega programa v prvi fazi sušenja. Temperatura naj pri sušenju svežega lesa ne presega 28 stopinj Celzija, ustrezna hitrost sušenja pa naj se zagotovi s primerno (verjetno večjo) hitrostjo kroženja zraka. Če je zmogljivost ali moč ventilatorjev prenizka, se sušilna komora ne zapolni povsem (paziti je treba na enakomernost sušenja). V zimskih mesecih mora odtaljevanje, če je potrebno, potekati pri nizkih temperaturah (največ do 10 stopinj Celzija), ki preprečujejo možnosti obarvanja.
Na barvni odtenek neke lesne vrste lahko vplivamo tudi s premaznimi sistemi. Zlasti vrste z velikim deležem ekstraktivnih snovi, mednje sodi tudi hrastovina, so še posebej občutljive. Med uporabljenimi komercialnimi laki je posebno sporna uporaba lakov s kislinskimi utrjevalci (»kislinski laki«), pri katerih je celotna sprememba barve največja, končni videz pa poudari rdeče odtenke. Tudi poliuretanski laki poudarjajo rdečo komponento, medtem ko je pri lakih na vodni osnovi opaziti močnejše rumene odtenke (slika 7).
Kakovost površinskih sistemov in barvne spremembe na talnih oblogah so v korelaciji s kakovostno pripravo osnovnih materialov, kar kaže tudi na močno cenovno odvisnost. S primerno pripravo premaznih sredstev, glede na specifične zahteve lesne vrste, je mogoče vplivati tudi na kakovost celotnega površinskega sistema. Opozarjamo predvsem na površinske premaze, ki lahko bistveno vplivajo na kakovost končnega izdelka ter jih je treba pred uporabo preveriti in prilagoditi končni uporabi oziroma zaščiti specifične lesne vrste.
Slika 7: Naravna barva in struktura hrastovine z značilnimi »zrcalci« oziroma trakovi in obdelana površina hrastovine z lakom s kislinskim utrjevalcem (H-K), s poliuretanskim lakom (H-Pu) in dvema vodnima lakoma (H-Vb in H-Vc)
SKLEP
Nevarnosti obarvanja hrastovine se pojavijo že v začetnih fazah predelave, še posebno kritično pa je sušenje lesa. V tem procesu moramo biti najbolj pozorni na previsoke temperature, zanemariti pa ne smemo možnosti biotskih obarvanj, ki jih učinkovito preprečujemo s prepihovanjem. Hrastovina je zaradi velike vsebnosti ekstraktivov občutljiva za barvne spremembe pri površinski obdelavi. Večje spremembe je opaziti pri obdelavi z laki s kislinskim utrjevalcem in z nekaterimi nekakovostnimi vodnimi laki.
***
izr. prof. dr. Željko Gorišek, univ. dipl. inž. les.
asist. mag. Aleš Straže, univ. dipl. inž. les.
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo
***
Viri
Gorišek, Ž. (1995) Problematika obarvanja lesa v procesu sušenja. Les (Wood) 47: 7–8. 228–230.
Charrier, B., Haluk, JP. in Metche, M. (1995) Characterization of European oakwood constituents acting in the brown discolouration during kiln drying. Holzforschung: 49. 168–172.
Fortuin, G., Welling J., Hesse CH. in Brückner, G. (1988) Verfärbung von Eichenholz bei der Trocknung. Holz-Zentralblatt: 112. 1606–1610.
Kisseloff, P. (1993) Über den Entstehungsmechanismus von Braunverfärbungen bei der Trocknung von Eichenshnittholz. Holz-Zentralblatt: 136. 2165–2166.
Resch, H., Hansmann, C. in Pokorny, M. (2000) The colour of wood from white oak. Holzforschung und Holzverwertung 52: 1. 13–15.
Schmidt, K. (1986) Untersuchungen über die Ursachen der Verfärbungen von Eichenholz bei der technischen Trocknung. Holzforschung und Holzverwertung 38: 2. 25–36.
Ward, JC. in Groom, DA. (1983) Bacterial oak: Drying problems. Forest Products Journal 33: 10. 57–65.
Wassipaul, F., Vanek, M. in Fellner, J. (1987) Verfärbung von Eichenschnittholz bei der künstlichen Holztrocknung. Holzforschung und Holzverwertung 39: 1. 1–5.
