Barva prosojnih površinskih sistemov v prostoru, 4. del UVOD Vgrajene lesene talne obloge so večinoma površinsko obdelane s prosojnimi premaznimi sistemi. Največkrat so to različni popolnoma brezbarvni ali rahlo obarvani prosojni laki izbranega sijaja, vse več pa se uporabniki odločajo tudi za površinsko obdelavo z naravnimi premazi na osnovi naravnih voskov, olj in smol. Površinski premaz ima zelo pomembno funkcijo zaščite talne obloge pred različnimi mehanskimi poškodbami in obrabo, o čemer smo v reviji Korak že pisali v prvih treh delih serije člankov o lesenih talnih oblogah (Petrič 2007, Pavlič in Kričej 2007, Kričej in Pavlič 2007). Prav enako pomembna, včasih celo pomembnejša, pa je tudi estetska funkcija površinskega premaza. Barva površinsko premazane talne obloge se ob premazovanju namreč takoj spremeni. Različne vrste lakov imajo na talnih oblogah iz enake vrste lesa lahko različne barvne učinke in nasprotno, če bomo uporabili enak lak na različnih lesovih, bodo povzročene spremembe barve zaradi nanosa laka precej različne.
Barva in barvna skladnost sta zelo pomembna dejavnika pri odločitvi o izbiri tipa lesene talne obloge in vrste lesa, iz katere je izbrana talna obloga narejena. Glavni pomen in psihološki učinek izbire barve lesene talne obloge postavljata visoko pričakovanje po dolgotrajnem ohranjanju barvnega tona, ki ga ima talna obloga ob nakupu in vgraditvi. Izpolnjevanje tega pričakovanja je lahko eno od meril kakovosti površinskega sistema.
Slika 1: Absorpcija svetlobe v površinski sistem (Kričej 2006)
K barvi prosojnega površinskega sistema torej prispevajo barva materiala za podlago – izbranega lesa, barvni ton, debelina in vrsta prosojnega premaznega sistema. Vplive na barvo podlage oziroma lesa je v reviji Korak letos lepo pojasnil prof. Gorišek (2007). Lesu dajejo barvo lignin in ekstraktivi (Rowell 2005). To so predvsem terpeni in terpenoidi, alifatske spojine (maščobe in voski) in fenolne snovi (Tišler 1986). Na barvo lesa pa vplivajo tudi fizikalni učinki, zlasti kot, pod katerim svetloba pada na lesna vlakna, vsebnost vode v lesu in hrapavost površine (Jirouš-Rajković in Ljuljka 1999).
Barva je seveda merljiva lastnost. Vrednotimo jo lahko različno, v praksi pa se je za vrednotenje barve najbolj uveljavil sistem CIELAB oziroma sistem CIE 1976 L*a*b* (navadno krajše CIE L*a*b*). Ker smo sistem v reviji Korak že pojasnili (Gorišek 2007), naj na kratko ponovimo, da barvo numerično vrednotimo z L*, a*, b*, C* in h v kombiniranem kartezijsko-cilindričnem koordinatnem sistemu. L* v kartezijskem koordinatnem sistemu določa svetlost barve in zavzema vrednosti od 0 (absolutno črno) do 100 (absolutno belo), a* in b* pa v kartezijskem koordinatnem sistemu določata legi na rdeče-zeleni in rumeno-modri osi. C* v cilindričnem koordinatnem sistemu določa kromo (čistost) oziroma delež čiste barvne komponente v neki barvi, h pa je v cilindričnem sistemu kot, ki določa pestrost barve oziroma njeno razporeditev na barvnem krogu. Spremembo barve od izhodiščne barve ali razliko med dvema barvama pa izražamo z vrednostjo ΔE*.
Problematika fotodegradacije površinskih sistemov, ki so izpostavljeni vremenskim vplivom, je že zelo dobro raziskana. Les dobro absorbira ultravijolično in vidno svetlobo. Energija elektromagnetnega sevanja povzroči depolimerizacijo celuloze, hemiceluloze in lignina (Grelier in sod. 2000). UV-žarki penetrirajo v les približno 75 µm globoko, vidna svetloba pa približno 200 µm. V lesu potečejo zapletene fotodegradacijske reakcije, pri katerih sodelujejo prosti radikali, to so kemične spojine, ki imajo nesparjene elektrone. Prav tako je raziskano, kako na podnebne vplive odreagirajo utrjeni premazi in kako pred fotodegradacijo zaščititi površinske sisteme.
pigmenti,
UV-absorberji,
lovilce prostih radikalov,
antioksidanti.
Največ uporabljamo pigmente in UV-absorberje, manj lovilce prostih radikalov, še manj pa antioksidante. Pigmenti so drobni trdni delci, ki dajejo premazu barvni ton, če jih je veliko, pa zagotovijo kritnost in govorimo o pokrivnih premazih. Pri prosojnih premaznih sistemih mora biti koncentracija pigmentov dovolj nizka, da se ohrani tekstura lesa. Pri obarvanih polprosojnih in prosojnih premazih ima izbrana barva pomemben zaščiten pomen. Temnejši barvni toni so odpornejši, svetlejši slabše. Če pa želimo brezbarven premaz, morajo biti izbrani pigmenti tudi prozorni. Največ se uporabljata silicijev in titanov dioksid. Ko žarek pade na pigmentni delec, se od njega bodisi odbije ali pa se energija svetlobe pretvori v za prosojni premazni sistem manj škodljivo toploto. Pretvorba škodljivega sevanja v toploto je splošno delovanje tudi pri UV-absorberijh in lovilce radikalov. Ker je pri prosojnem sistemu koncentracija pigmentov nizka, velik del ultravijolične in vidne svetlobe vseeno prodre do podlage, v kateri potem povzroča fotodegradacijske spremembe in tako tudi spremembo barve. Zato zaščita s pigmenti ni zadostna in moramo dodati še vsaj UV-absorberje, še bolje pa tudi lovilce radikalov.
UV-absorberji so organske spojine, ki absorbirajo UV-svetlobo in jo pretvorijo v toploto. Postavlja se vprašanje, ali se pri tem zaščitne kemikalije kar takoj porabijo. Ne, saj gre za ciklične procese: spojina vpije UV-svetlobo, se pretvori v nestabilno spojino, izseva toploto in se pri tem spremeni nazaj v prvotno obliko. Seveda so UV-absorberji tudi sami po sebi občutljivi za svetlobo in druge vremenske vplive ter po nekaj letih razpadejo ali pa jih iz premaza izperejo padavine. Zato je treba premaz na prostem redno, na nekaj let obnavljati.
Lovilci radikalov ujamejo, vežejo proste radikale, ki nastanejo v premaznem sistemu zaradi obsevanja z UV-svetlobo. Pri tem jih pretvorijo v nereaktivno kemijsko obliko, pri procesu pretvorbe pa se sprosti toplota.
Slika 2: Mehanizmi delovanja pigmentov (levo), UV-absorberjev (na sredini) in lovilcev prostih radikalov (desno)
Notranji prostori so odvisno od lege z vidno svetlobo različno osvetljeni, v prostorih uporabljamo različne vire umetne svetlobe, kot so varčne in fluorescentne sijalke, halogenske žarnice, klasične žarnice z volframovo nitko … To pa pomeni, da so površinsko obdelana tla v zaprtih prostorih izpostavljena svetlobnemu sevanju zelo različnih spektrov, časi izpostavitve pa se med seboj tudi močno razlikujejo. Po nekaterih podatkih vidni del sončnega spektra k diskoloracijam v prostoru prispeva vsega 25-odstotni delež (http://www.sandiegotinting.com/fading.html). Razen tega pa so učinki vidnega dela spektra svetlobe na les in površinske sisteme razmeroma šibki, a kljub temu lahko postanejo vidni v relativno kratkem času (slika 3). Morda so prav to vzroki za slabo raziskanost problematike in malo podatkov v literaturi.
Slika 3: Les po 48-mesečni izpostavitvi svetlobi v prostoru (zgoraj) in pred njo (spodaj). Z leve proti desni: jesenov, bukov in češnjev les (Kričej 2006)
Energija fotonov vidne svetlobe (v notranjosti) je veliko manjša od energije fotonov UV-žarkov na prostem, a še dovolj velika, da vpliva na barvne centre v lesu. Pravimo, da les rumeni, v resnici pa se razbarvajo ekstraktivi in vse močnejša je zaznava barve lignina, ki je neizoliran rumene barve (Tišler 1986). Velika verjetnost je, da je energija vidne svetlobe še dovolj velika, da tudi lignin delno fotooksidira in prispeva svoj delež k spremembi barvnega tona lesa, izpostavljenega v prostoru. Nekateri ekstraktivi so podvrženi fotodegradacijski reakciji pri manjših energijah kot lignin in ogljikovodiki. Les spremeni barvo tudi, ko je izpostavljen v prostoru zaradi vidne svetlobe. Ta povzroči, da organski pigmenti v lesu bledijo. Sprememba barve lesa v prostoru ni posledica UV-žarčenja. Uporaba UV-stabilizatorjev, ki so opisani v prejšnjem odstavku, ima zato majhen učinek preprečevanja barvnih sprememb lesa in površinskih sistemov (Rowell 2005). Tudi v prostoru z difuzno svetlobo zaradi fotooksidacije lignina naravno svetel les rumeni in s časom temni. Fotooksidacija lignina in premaznega veziva na splošno opozarja na proces, kjer so polimeri, naravni ali sintetični podvrženi kemičnim spremembam, kot so cepljenje vezi, hidroliza in tvorba prostih radikalov, oksidacija, tvorba peroksida in novih zvrsti obarvanih in hidroksilnih polproduktov (Rogez in sod. 2002).
Jirouš-Rajković in sod. (2003) so največje barvne spremembe lakiranih in nelakiranih vzorcev zaznali že po 24 urah izpostavitve fluorescenčni sijalki UVA-351 na svetlih vrstah lesa (javor, jesen, bukev). Uporabljeni prosojni komercialni laki, namenjeni obdelavi lesa v prostoru, so pokazali zelo različne velikosti in značilnosti spremembe barvnega tona. Enokomponentni vodni akrilni lak je na večini vrst lesov izzval nesprejemljivo rumenenje, zlasti na češnjevini in hrastovini. Dodatek UV-absorberja dvokomponentnemu PU-laku za pohištvo se je pokazal kot popolnoma neučinkovit na vzorcih jesenovine in češnjevine. Kričej (2006) je večje število prosojnih površinskih sistemov izpostavil za 48 mesecev normalnim svetlobnim razmeram v prostoru (izmenjava svetlobe in teme, kombinacija vidne in umetne fluorescenčne svetlobe). Ugotovil je, da se barva prosojnih površinskih sistemov v notranjih prostorih spremeni že v prvih treh mesecih izpostavitve in se spreminja tudi v temi. Premazni sistemi (poliuretan, naravna olja) na leseni podlagi so skoraj pri vseh vzorcih povečali barvno obstojnost celotnega površinskega sistema.
Kako povečati barvno stabilnost lesenih talnih oblog v notranjih prostorih?
Žal lahko ugotovimo, da večina površinskih premazov, ki jih nanašamo na lesene talne obloge, ne vsebuje posebnih dodatkov za povečanje odpornosti proti staranju. Čeprav je problem barvnih sprememb površinsko obdelanih talnih oblog zaradi procesov fotooksidacije kar pomemben, skoraj ni premaznih sistemov, ki bi deklarirano zagotavljali dolgotrajno barvno stabilnost površinsko obdelanih talnih oblog. V nasprotju s tem pa naj bi skoraj vsi malo boljši premazi za zunanjo uporabo zagotavljali odpornost proti škodljivemu UV-sevanju in s tem zagotavljali daljšo trajnost in manjše barvne spremembe lesa, ki ga uporabljamo na prostem. Vprašamo se lahko, zakaj je tako. Verjetno je najpomembnejši vzrok prav v dejstvu, da glavni povzročitelj diskoloracij prosojnih površinskih sistemov v notranjih prostorih ni UV-svetloba, temveč vidni del spektra, svoje pa prispevajo tudi segrevanje zaradi infrardečih žarkov v spektru svetlobe, ki pride v prostor skozi okna, in seveda naravni oksidativni procesi. Podobnih zaščitnih sredstev, kot so na primer UV-absorberji, pa za vidno svetlobo niso razvili. To je razumljivo, saj bi sredstva v premazu ali lesu, ki bi absorbirala vidni del spektra, barvo zaščitenega objekta močno potemnila, kar seveda ne bi bilo primerno. Razen tega pa bi kakršnikoli dodatki v premazih, ki bi izboljšali barvno stabilnost premazanega lesa, take površinske sisteme precej podražili.
Dejstvo, da na trgu ni prav veliko površinskih sistemov, ki bi zagotavljali dobro zaščitno učinkovitost pred staranjem v notranjih prostorih, se kaže tudi na straneh svetovnega spleta. Le z dolgotrajnim in intenzivnim iskanjem nam je uspelo poiskati nekaj uporabnih navedb. Tako smo zbrati dovolj podatkov, da lahko pristope za zagotavljanje barvne stabilnosti prosojnih površinskih sistemov razvrstimo v naslednje skupine:
dodajanje različnih trdnih oziroma pigmentnih delcev v premazne sisteme,
UV-absorberji v premaznih sistemih,
specialna zaščitna sredstva ali kombinacije različnih sredstev,
uporaba veziv, ki so odporna proti fotodegradaciji,
uporaba folij za okna ali posebnega okenskega stekla, ki zmanjšuje razbarvanje predmetov v notranjih prostorih.
O verjetno podobnem sredstvu, vendar brez navedbe, ali gre tudi v tem primeru za titanov dioksid, smo našli podatke na spletnih straneh še enega proizvajalca (http://www.sachtleben.de/include/3_7_4_5_0_EN.html).
Zaradi posebnih dodatkov v kristalni mreži pigmenta naj bi sredstvo zagotavljalo odlično zaščito proti diskoloracijam, ki jih povzročajo vidna in umetna svetloba ter kratkovalovno UV-sevanje (slika 4).
Slika 4: Pozitivni učinki posebnega pigmentnega zaščitnega sredstva proti delovanju vidne svetlobe (http://www.sachtleben.de/include/3_7_4_5_0_EN.html)
Steklarski industriji je uspelo izdelati posebna stekla, ki zelo omilijo bledenje (diskoloracijo) obarvanih predmetov v prostoru (Shedding New Light on UV and Fading By Per Werthwein, AFG Glass http://www.windowanddoor.net/pastarticles.php?id=304, september 2005). Pri izdelavi teh stekel so upoštevali celoten spekter sončne svetlobe in se niso osredotočili samo na relativno manj pomemben ultravijoličen del spektra sončne svetlobe.
O podobnem delovanju, vendar z uporabo posebne zaščitne folije pa najdemo podatke na spletnem naslovu http://www.glassenhancements.com/product.htm.
izr. prof. dr. Marko Petrič, univ. dipl. kem.
strok. svet. Borut Kričej, dipl. inž. les.
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo
Viri
APPLICATION OF MICRONIZED TITANIUM DIOXIDE AS INORGANIC UV-ABSORBER, http://www.sachtleben.de/include/news.php?show=42,2&lang (13. 11. 2007).
CIBA SPECIALTY CHEMICALS LAUNCHES FIRST WOOD ADDITIVE TO STABILIZE LIGNIN, http://www.cibasc.com/med-index?reference=35544&checkSum=2B550C83D5886A00742D71CE67491998 (13. 11. 2007).
GLASSENHANCEMENTS – High performance window films, http://www.glassenhancements.com/product.htm (13. 11. 2007)
GORIŠEK, Ž. 2007. Barva lesa. Korak (N. Gorica), letn. 8, št. 2, str. 37–41.
GRELIER, S., CASTELLAN, A., KAMDEM, D. P. 2000. Photoprotection of copper amine treated pine. Wood and fibre science, 32: 196–202.
HOMBITEC RM IN PARQUET COATING SYSTEMS, http://www.sachtleben.de/include/3_7_4_5_0_EN.html (13. 11. 2007).
JIROUŠ-RAJKOVIĆ, V., LJULJKA, B. 1999. Boja drva i njezine promjene prilikom izlaganja atmosferskim utjecajima. Drvna industrija, 50, 1: 31–39.
JIROUŠ-RAJKOVIĆ, V., TURKULIN, H., DOLUŠIĆ, Ž., ŠTIVIČIĆ, Š. 2003. Svjetlootpornost drva u interijeru. V: Drvo u graditeljstvu – suvremena kretanja. Jambreković V. (ur.). Šumarski fakultet, Zagreb: 65–74 str.
KRIČEJ, B., PAVLIČ, M. 2007. Premazi za površinsko obdelavo lesenih talnih oblog. Del. 3. Vrednotenje kakovosti površinsko obdelanih lesenih talnih oblog. Korak (N. Gorica), let. 8, št. 5, str. 39–44.
KRIČEJ, B. 2006. Spreminjanje barve prosojnih površinskih sistemov v interieru: diplomsko delo (visokošolski strokovni študij) = Colour changing of transparent coating systems in interior: graduation thesis (higher professional studies), (Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Ljubljana, Visokošolske (strokovne) diplomske naloge, Vs 149). Ljubljana: [B. Kričej].
PAVLIČ, M., KRIČEJ, B. 2007. Premazi za površinsko obdelavo lesenih talnih oblog. Del. 2. Metode za določevanje lastnosti površinsko obdelanih lesenih talnih oblog. Korak (N. Gorica), let. 8, št. 4, str. 35–40.
PETRIČ, M. 2007. Premazi za površinsko obdelavo lesenih talnih oblog. Del. 1. Splošno o premazih za les. Korak (N. Gorica), let. 8, št. 3, str. 35–41.
ROGEZ, D., HAYOZ, P., Wolfgang, P. 2002. Improved photoprotection of wood and durability improvement of wood coatings. Ciba Specialty Chemicals Inc.: str. 19.
ROWELL, R. M. 2005. Handbook of wood chemistry and wood composites. New York, Taylor & Francis: str 487.
SHEDDING NEW LIGHT ON UV AND FADING, http://www.windowanddoor.net/pastarticles.php?id=304 (13. 11. 2007).
THE SUN'S ELEMENTS THAT CAUSE FADING, http://www.sandiegotinting.com/fading.html (13. 11. 2007).
TIŠLER, V. 1986. Kemija lesa. Za interno uporabo. Ljubljana, BF, Oddelek za lesarstvo: str. 194.
Barva in barvna skladnost sta zelo pomembna dejavnika pri odločitvi o izbiri tipa lesene talne obloge in vrste lesa, iz katere je izbrana talna obloga narejena. Glavni pomen in psihološki učinek izbire barve lesene talne obloge postavljata visoko pričakovanje po dolgotrajnem ohranjanju barvnega tona, ki ga ima talna obloga ob nakupu in vgraditvi. Izpolnjevanje tega pričakovanja je lahko eno od meril kakovosti površinskega sistema.
BARVA PROSOJNIH POVRŠINSKIH SISTEMOV
Površina talne obloge je sestavljena iz lesa (ali lesnega tvoriva) in premaznega sistema, kar skupaj tvori površinski sistem. Če je na podlagi prosojni premazni sistem, govorimo o prosojnih površinskih sistemih (Kričej 2006). Ko svetlobni žarki padejo na neko snov, v našem primeru na površinsko obdelan les, se del svetlobe odbije, del pa lomi in nadaljuje pot po prosojnem premaznem sistemu. Del svetlobe, ki je prodrla v plast premaza, se sipa, del absorbira, del pa prodre tudi v podlago. Na podlagi in v njej, to je v lesu, se svetloba prav tako odbija, sipa in absorbira. Vsi opisani pojavi (slika 1) so vzrok, da svetloba, ki od objekta – površinsko obdelane talne obloge – pride v naše oči, ni več zmes vseh valovnih dolžin, tako kot običajna vidna oziroma »bela svetloba«. Del svetlobnega spektra manjka, kar čutno zaznamo kot barvo.Slika 1: Absorpcija svetlobe v površinski sistem (Kričej 2006)
K barvi prosojnega površinskega sistema torej prispevajo barva materiala za podlago – izbranega lesa, barvni ton, debelina in vrsta prosojnega premaznega sistema. Vplive na barvo podlage oziroma lesa je v reviji Korak letos lepo pojasnil prof. Gorišek (2007). Lesu dajejo barvo lignin in ekstraktivi (Rowell 2005). To so predvsem terpeni in terpenoidi, alifatske spojine (maščobe in voski) in fenolne snovi (Tišler 1986). Na barvo lesa pa vplivajo tudi fizikalni učinki, zlasti kot, pod katerim svetloba pada na lesna vlakna, vsebnost vode v lesu in hrapavost površine (Jirouš-Rajković in Ljuljka 1999).
Barva je seveda merljiva lastnost. Vrednotimo jo lahko različno, v praksi pa se je za vrednotenje barve najbolj uveljavil sistem CIELAB oziroma sistem CIE 1976 L*a*b* (navadno krajše CIE L*a*b*). Ker smo sistem v reviji Korak že pojasnili (Gorišek 2007), naj na kratko ponovimo, da barvo numerično vrednotimo z L*, a*, b*, C* in h v kombiniranem kartezijsko-cilindričnem koordinatnem sistemu. L* v kartezijskem koordinatnem sistemu določa svetlost barve in zavzema vrednosti od 0 (absolutno črno) do 100 (absolutno belo), a* in b* pa v kartezijskem koordinatnem sistemu določata legi na rdeče-zeleni in rumeno-modri osi. C* v cilindričnem koordinatnem sistemu določa kromo (čistost) oziroma delež čiste barvne komponente v neki barvi, h pa je v cilindričnem sistemu kot, ki določa pestrost barve oziroma njeno razporeditev na barvnem krogu. Spremembo barve od izhodiščne barve ali razliko med dvema barvama pa izražamo z vrednostjo ΔE*.
STARANJE PROSOJNIH POVRŠINSKIH SISTEMOV
Staranje lesa je proces, pri katerem v lesu pod sočasnimi in med seboj zapleteno povezanimi vplivi kisika, vlage, vidne in ultravijolične svetlobe in toplote potekajo različne kemične spremembe. Posledice najprej opazimo prav kot spremembo barve. Še zlasti ultravijolična svetloba, v kombinaciji z drugimi omenjenimi abiotskimi degradacijskimi dejavniki povzroča depolimerizacijo lesnih polimerov, to je celuloze in lignina, kar povzroči poslabšanje mehanskih lastnosti površinskega sloja lesa. Prav tako je fotodegradacijskim procesom oziroma staranju izpostavljen tudi premazni sistem. Zaradi staranja podlage in premaza prihaja do različnih sprememb na vmesnem sloju, na stiku med lesom in premazom, v najslabšem primeru pride do pokanja in/ali odstopanja (luščenja, lupljenja) premaza od podlage. To pomeni, da se stara celoten površinski sistem.Problematika fotodegradacije površinskih sistemov, ki so izpostavljeni vremenskim vplivom, je že zelo dobro raziskana. Les dobro absorbira ultravijolično in vidno svetlobo. Energija elektromagnetnega sevanja povzroči depolimerizacijo celuloze, hemiceluloze in lignina (Grelier in sod. 2000). UV-žarki penetrirajo v les približno 75 µm globoko, vidna svetloba pa približno 200 µm. V lesu potečejo zapletene fotodegradacijske reakcije, pri katerih sodelujejo prosti radikali, to so kemične spojine, ki imajo nesparjene elektrone. Prav tako je raziskano, kako na podnebne vplive odreagirajo utrjeni premazi in kako pred fotodegradacijo zaščititi površinske sisteme.
ZAŠČITA POVRŠINSKIH SISTEMOV NA PROSTEM PRED FOTODEGRADACIJO
Kemična industrija je vložila ogromno v raziskave in razvoj UV-zaščitnih sredstev, kemikalij, ki jih dodamo v premazni sistem. Dodajanje zaščitnih sredstev v premaz je najbolj pogosto izbrana rešitev problema staranja površinskega sistema. Veliko redkeje uporabljeni možnosti sta obdelava podlage s kemičnimi zaščitnimi sredstvi pred fotodegradacijo ali pa celo modifikacija lesa z namenom zaščite pred staranjem, pri kateri na polimere lesa kemično vežemo zaščitne snovi. Zlasti zadnja možnost je še bolj v raziskovalni fazi in v praksi še ni zaživela.Kako delujejo UV-zaščitna sredstva za les?
UV-zaščitna sredstva za les dodajamo v premazni sistem. Pred fotodegradacijo ščitijo premaz, predvsem pa les, ki je pod njim. UV-zaščitni dodatki so:pigmenti,
UV-absorberji,
lovilce prostih radikalov,
antioksidanti.
Največ uporabljamo pigmente in UV-absorberje, manj lovilce prostih radikalov, še manj pa antioksidante. Pigmenti so drobni trdni delci, ki dajejo premazu barvni ton, če jih je veliko, pa zagotovijo kritnost in govorimo o pokrivnih premazih. Pri prosojnih premaznih sistemih mora biti koncentracija pigmentov dovolj nizka, da se ohrani tekstura lesa. Pri obarvanih polprosojnih in prosojnih premazih ima izbrana barva pomemben zaščiten pomen. Temnejši barvni toni so odpornejši, svetlejši slabše. Če pa želimo brezbarven premaz, morajo biti izbrani pigmenti tudi prozorni. Največ se uporabljata silicijev in titanov dioksid. Ko žarek pade na pigmentni delec, se od njega bodisi odbije ali pa se energija svetlobe pretvori v za prosojni premazni sistem manj škodljivo toploto. Pretvorba škodljivega sevanja v toploto je splošno delovanje tudi pri UV-absorberijh in lovilce radikalov. Ker je pri prosojnem sistemu koncentracija pigmentov nizka, velik del ultravijolične in vidne svetlobe vseeno prodre do podlage, v kateri potem povzroča fotodegradacijske spremembe in tako tudi spremembo barve. Zato zaščita s pigmenti ni zadostna in moramo dodati še vsaj UV-absorberje, še bolje pa tudi lovilce radikalov.
UV-absorberji so organske spojine, ki absorbirajo UV-svetlobo in jo pretvorijo v toploto. Postavlja se vprašanje, ali se pri tem zaščitne kemikalije kar takoj porabijo. Ne, saj gre za ciklične procese: spojina vpije UV-svetlobo, se pretvori v nestabilno spojino, izseva toploto in se pri tem spremeni nazaj v prvotno obliko. Seveda so UV-absorberji tudi sami po sebi občutljivi za svetlobo in druge vremenske vplive ter po nekaj letih razpadejo ali pa jih iz premaza izperejo padavine. Zato je treba premaz na prostem redno, na nekaj let obnavljati.
Lovilci radikalov ujamejo, vežejo proste radikale, ki nastanejo v premaznem sistemu zaradi obsevanja z UV-svetlobo. Pri tem jih pretvorijo v nereaktivno kemijsko obliko, pri procesu pretvorbe pa se sprosti toplota.
Slika 2: Mehanizmi delovanja pigmentov (levo), UV-absorberjev (na sredini) in lovilcev prostih radikalov (desno)
SPREMINJANJE BARVE PROSOJNIH POVRŠINSKIH SISTEMOV V PROSTORU
Pojav spreminjanja barve lesa, ki ga uporabljamo v zaprtih prostorih, še bolj pa to velja za prosojne površinske sisteme, je v primerjavi s procesi staranja lesa in površinskih sistemov na prostem precej manj raziskan. Večina raziskav se je osredotočila na vplive UV-žarkov. Vendar pa je treba vedeti, da UV-sevanje v sončni svetlobi pomeni le tri odstotke celotnega spektra. Pa še tega okensko steklo precej odbije ali absorbira. Tako navadna stekla odbijejo od 23 do 28 odstotkov UV-žarkov, posebna stekla med 36 in 41 odstotki, v izjemnih primerih tudi do 99 odstotkov (http://www.glassenhancements.com/product.htm).Notranji prostori so odvisno od lege z vidno svetlobo različno osvetljeni, v prostorih uporabljamo različne vire umetne svetlobe, kot so varčne in fluorescentne sijalke, halogenske žarnice, klasične žarnice z volframovo nitko … To pa pomeni, da so površinsko obdelana tla v zaprtih prostorih izpostavljena svetlobnemu sevanju zelo različnih spektrov, časi izpostavitve pa se med seboj tudi močno razlikujejo. Po nekaterih podatkih vidni del sončnega spektra k diskoloracijam v prostoru prispeva vsega 25-odstotni delež (http://www.sandiegotinting.com/fading.html). Razen tega pa so učinki vidnega dela spektra svetlobe na les in površinske sisteme razmeroma šibki, a kljub temu lahko postanejo vidni v relativno kratkem času (slika 3). Morda so prav to vzroki za slabo raziskanost problematike in malo podatkov v literaturi.
Slika 3: Les po 48-mesečni izpostavitvi svetlobi v prostoru (zgoraj) in pred njo (spodaj). Z leve proti desni: jesenov, bukov in češnjev les (Kričej 2006)
Energija fotonov vidne svetlobe (v notranjosti) je veliko manjša od energije fotonov UV-žarkov na prostem, a še dovolj velika, da vpliva na barvne centre v lesu. Pravimo, da les rumeni, v resnici pa se razbarvajo ekstraktivi in vse močnejša je zaznava barve lignina, ki je neizoliran rumene barve (Tišler 1986). Velika verjetnost je, da je energija vidne svetlobe še dovolj velika, da tudi lignin delno fotooksidira in prispeva svoj delež k spremembi barvnega tona lesa, izpostavljenega v prostoru. Nekateri ekstraktivi so podvrženi fotodegradacijski reakciji pri manjših energijah kot lignin in ogljikovodiki. Les spremeni barvo tudi, ko je izpostavljen v prostoru zaradi vidne svetlobe. Ta povzroči, da organski pigmenti v lesu bledijo. Sprememba barve lesa v prostoru ni posledica UV-žarčenja. Uporaba UV-stabilizatorjev, ki so opisani v prejšnjem odstavku, ima zato majhen učinek preprečevanja barvnih sprememb lesa in površinskih sistemov (Rowell 2005). Tudi v prostoru z difuzno svetlobo zaradi fotooksidacije lignina naravno svetel les rumeni in s časom temni. Fotooksidacija lignina in premaznega veziva na splošno opozarja na proces, kjer so polimeri, naravni ali sintetični podvrženi kemičnim spremembam, kot so cepljenje vezi, hidroliza in tvorba prostih radikalov, oksidacija, tvorba peroksida in novih zvrsti obarvanih in hidroksilnih polproduktov (Rogez in sod. 2002).
Jirouš-Rajković in sod. (2003) so največje barvne spremembe lakiranih in nelakiranih vzorcev zaznali že po 24 urah izpostavitve fluorescenčni sijalki UVA-351 na svetlih vrstah lesa (javor, jesen, bukev). Uporabljeni prosojni komercialni laki, namenjeni obdelavi lesa v prostoru, so pokazali zelo različne velikosti in značilnosti spremembe barvnega tona. Enokomponentni vodni akrilni lak je na večini vrst lesov izzval nesprejemljivo rumenenje, zlasti na češnjevini in hrastovini. Dodatek UV-absorberja dvokomponentnemu PU-laku za pohištvo se je pokazal kot popolnoma neučinkovit na vzorcih jesenovine in češnjevine. Kričej (2006) je večje število prosojnih površinskih sistemov izpostavil za 48 mesecev normalnim svetlobnim razmeram v prostoru (izmenjava svetlobe in teme, kombinacija vidne in umetne fluorescenčne svetlobe). Ugotovil je, da se barva prosojnih površinskih sistemov v notranjih prostorih spremeni že v prvih treh mesecih izpostavitve in se spreminja tudi v temi. Premazni sistemi (poliuretan, naravna olja) na leseni podlagi so skoraj pri vseh vzorcih povečali barvno obstojnost celotnega površinskega sistema.
Kako povečati barvno stabilnost lesenih talnih oblog v notranjih prostorih?
Žal lahko ugotovimo, da večina površinskih premazov, ki jih nanašamo na lesene talne obloge, ne vsebuje posebnih dodatkov za povečanje odpornosti proti staranju. Čeprav je problem barvnih sprememb površinsko obdelanih talnih oblog zaradi procesov fotooksidacije kar pomemben, skoraj ni premaznih sistemov, ki bi deklarirano zagotavljali dolgotrajno barvno stabilnost površinsko obdelanih talnih oblog. V nasprotju s tem pa naj bi skoraj vsi malo boljši premazi za zunanjo uporabo zagotavljali odpornost proti škodljivemu UV-sevanju in s tem zagotavljali daljšo trajnost in manjše barvne spremembe lesa, ki ga uporabljamo na prostem. Vprašamo se lahko, zakaj je tako. Verjetno je najpomembnejši vzrok prav v dejstvu, da glavni povzročitelj diskoloracij prosojnih površinskih sistemov v notranjih prostorih ni UV-svetloba, temveč vidni del spektra, svoje pa prispevajo tudi segrevanje zaradi infrardečih žarkov v spektru svetlobe, ki pride v prostor skozi okna, in seveda naravni oksidativni procesi. Podobnih zaščitnih sredstev, kot so na primer UV-absorberji, pa za vidno svetlobo niso razvili. To je razumljivo, saj bi sredstva v premazu ali lesu, ki bi absorbirala vidni del spektra, barvo zaščitenega objekta močno potemnila, kar seveda ne bi bilo primerno. Razen tega pa bi kakršnikoli dodatki v premazih, ki bi izboljšali barvno stabilnost premazanega lesa, take površinske sisteme precej podražili.
Dejstvo, da na trgu ni prav veliko površinskih sistemov, ki bi zagotavljali dobro zaščitno učinkovitost pred staranjem v notranjih prostorih, se kaže tudi na straneh svetovnega spleta. Le z dolgotrajnim in intenzivnim iskanjem nam je uspelo poiskati nekaj uporabnih navedb. Tako smo zbrati dovolj podatkov, da lahko pristope za zagotavljanje barvne stabilnosti prosojnih površinskih sistemov razvrstimo v naslednje skupine:
dodajanje različnih trdnih oziroma pigmentnih delcev v premazne sisteme,
UV-absorberji v premaznih sistemih,
specialna zaščitna sredstva ali kombinacije različnih sredstev,
uporaba veziv, ki so odporna proti fotodegradaciji,
uporaba folij za okna ali posebnega okenskega stekla, ki zmanjšuje razbarvanje predmetov v notranjih prostorih.
Pigmentni delci v premaznih sistemih
V literaturi poročajo o učinkovitem zaščitnem delovanju tako imenovanega mikroniziranega titanovega dioksida proti staranju v notranjih prostorih (Application of micronized titanium dioxide as inorganic UV- absorber http://www.sachtleben.de/include/news.php?show=42,2&lang). Mikroniziran titanov dioksid je anorganski UV-absorber, ki naj bi po zagotovilih proizvajalca zagotavljal dolgotrajno trajnost in obstojnost barve, tudi v parketnih premazih.O verjetno podobnem sredstvu, vendar brez navedbe, ali gre tudi v tem primeru za titanov dioksid, smo našli podatke na spletnih straneh še enega proizvajalca (http://www.sachtleben.de/include/3_7_4_5_0_EN.html).
Zaradi posebnih dodatkov v kristalni mreži pigmenta naj bi sredstvo zagotavljalo odlično zaščito proti diskoloracijam, ki jih povzročajo vidna in umetna svetloba ter kratkovalovno UV-sevanje (slika 4).
Slika 4: Pozitivni učinki posebnega pigmentnega zaščitnega sredstva proti delovanju vidne svetlobe (http://www.sachtleben.de/include/3_7_4_5_0_EN.html)
Uporaba UV-absorberjev
Na spletu je mogoče najti tudi nekaj površinskih premaznih sistemov za notranje prostore, ki vsebujejo klasične zaščitne dodatke proti učinkom obsevanja z UV-svetlobo, ki jih navadno uporabljajo v površinskih sistemih na prostem. Vendar se postavlja vprašanje, koliko so taka sredstva v notranjih prostorih zares odporna proti staranju. Kot smo namreč prikazali, je prispevek UV-svetlobe k diskoloracijam površin v notranjih prostorih zelo majhen ali celo zanemarljiv.Različna druga posebna zaščitna sredstva
Iz znanega proizvajalca UV-zaščitnih sredstev za premazne sisteme, podjetja CIBA, poročajo, da jim je uspelo razviti posebno učinkovino, ki se zelo dobro obnese tudi v notranjih prostorih (http://www.cibasc.com/med-index?reference=35544&checkSum=2B550C83D5886A00742D71CE67491998). Sredstvo zavira fotooksidacijo lignina. Nanašamo ga v obliki vodne raztopine še pred nanosom premaznih slojev. Pred rumenenjem in fotodegradacijo je snov najbolj učinkovita v kombinaciji z UV-absorberi. Treba pa je opozoriti, da sredstvo ni učinkovito, če bi ga dodali v vrhnji sloj premaznega sistema. Les mora biti s pripravkom impregniran, tako da pride do čim boljše penetracije učinkovine v podlago.Veziva, ki so odporna proti fotodegradaciji
Eden od najbolj klasičnih pristopov, o katerem poročajo proizvajalci, je uporaba veziv, ki so zaradi svojih kemičnih lastnosti odporni proti diskoloracijam. Standarden primer so poliuretanska veziva, ki so dobro odporna proti rumenenju. Vendar pa gre tu za zagotavljanje barvne stabilnosti premaznega in ne celotnega površinskega sistema. To pomeni, da se bo barva podlage in s tem celotnega sistema s časom še vedno spreminjala, čeprav smo uporabili visokokakovosten barvno stabilen premaz.Folije za okna in posebna stekla
Zelo zanimiv pristop, o katerem je na spletu kar veliko podatkov, pa je uporaba posebnih folij za okenska stekla ali pa kar posebnih stekel, ki preprečujejo bledenje vseh materialov v prostoru. Svetlobo, ki prihaja v prostor, pravzaprav filtriramo, tako da iz spektra svetlobe izločimo za barvno obstojnost najbolj škodljive dele spektra. Seveda se pri tem lahko postavi vprašanje, kako je z delovanjem umetne svetlobe, katere vir je v prostoru, in tudi kako je s staranjem oziroma oksidacijo materialov zaradi prisotnosti kisika. Ne glede na to pa ostaja dejstvo, da je navedb o tem pristopu veliko in morda tudi te možnosti ne kaže zanemariti. Poglejmo nekaj primerov!Steklarski industriji je uspelo izdelati posebna stekla, ki zelo omilijo bledenje (diskoloracijo) obarvanih predmetov v prostoru (Shedding New Light on UV and Fading By Per Werthwein, AFG Glass http://www.windowanddoor.net/pastarticles.php?id=304, september 2005). Pri izdelavi teh stekel so upoštevali celoten spekter sončne svetlobe in se niso osredotočili samo na relativno manj pomemben ultravijoličen del spektra sončne svetlobe.
O podobnem delovanju, vendar z uporabo posebne zaščitne folije pa najdemo podatke na spletnem naslovu http://www.glassenhancements.com/product.htm.
SKLEPI
Prosojni površinski sistemi, torej tudi površinsko obdelane talne obloge, so v prostoru izpostavljeni različnim dejavnikom, ki povzročajo njihovo staranje, kar najhitreje opazimo v obliki spremembe barve. Dejavniki, ki povzročajo diskoloracije, niso enaki kot tisti na prostem, kjer ima najpomembnejši delež UV-sevanje v kombinaciji z vlaženjem. Zato proizvajalci površinskih premazov za zagotovitev barvne obstojnosti prosojnih površinskih sistemov v prostoru ne morejo uporabiti enakih rešitev kot za premaze na prostem. Trenutno je na voljo le nekaj omejenih možnosti za zagotavljanje barvne obstojnosti s prosojnimi premazi lakiranih talnih oblog, pa še te so drage in jih večina proizvajalcev ne prakticira. Ostane nam upanje v razvoj novih zaščitnih sredstev. Če smo zelo zahtevni in želimo, da bi lakirana talna obloga dolgotrajno obdržala svoj prvotni videz, bomo raje izbrali les, ki je proti diskoloracijam odpornejši. Na primer, lesovi temnejše barve navadno manj spremenijo barvo. Morda pa ni odveč razmisliti tudi o namestitvi posebnih folij na okenska stekla ali vgraditvi stekel s posebno kemično sestavo, ki lahko razbarvanje obarvanih predmetov v prostoru vsaj omilijo.izr. prof. dr. Marko Petrič, univ. dipl. kem.
strok. svet. Borut Kričej, dipl. inž. les.
Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo
Viri
APPLICATION OF MICRONIZED TITANIUM DIOXIDE AS INORGANIC UV-ABSORBER, http://www.sachtleben.de/include/news.php?show=42,2&lang (13. 11. 2007).
CIBA SPECIALTY CHEMICALS LAUNCHES FIRST WOOD ADDITIVE TO STABILIZE LIGNIN, http://www.cibasc.com/med-index?reference=35544&checkSum=2B550C83D5886A00742D71CE67491998 (13. 11. 2007).
GLASSENHANCEMENTS – High performance window films, http://www.glassenhancements.com/product.htm (13. 11. 2007)
GORIŠEK, Ž. 2007. Barva lesa. Korak (N. Gorica), letn. 8, št. 2, str. 37–41.
GRELIER, S., CASTELLAN, A., KAMDEM, D. P. 2000. Photoprotection of copper amine treated pine. Wood and fibre science, 32: 196–202.
HOMBITEC RM IN PARQUET COATING SYSTEMS, http://www.sachtleben.de/include/3_7_4_5_0_EN.html (13. 11. 2007).
JIROUŠ-RAJKOVIĆ, V., LJULJKA, B. 1999. Boja drva i njezine promjene prilikom izlaganja atmosferskim utjecajima. Drvna industrija, 50, 1: 31–39.
JIROUŠ-RAJKOVIĆ, V., TURKULIN, H., DOLUŠIĆ, Ž., ŠTIVIČIĆ, Š. 2003. Svjetlootpornost drva u interijeru. V: Drvo u graditeljstvu – suvremena kretanja. Jambreković V. (ur.). Šumarski fakultet, Zagreb: 65–74 str.
KRIČEJ, B., PAVLIČ, M. 2007. Premazi za površinsko obdelavo lesenih talnih oblog. Del. 3. Vrednotenje kakovosti površinsko obdelanih lesenih talnih oblog. Korak (N. Gorica), let. 8, št. 5, str. 39–44.
KRIČEJ, B. 2006. Spreminjanje barve prosojnih površinskih sistemov v interieru: diplomsko delo (visokošolski strokovni študij) = Colour changing of transparent coating systems in interior: graduation thesis (higher professional studies), (Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Ljubljana, Visokošolske (strokovne) diplomske naloge, Vs 149). Ljubljana: [B. Kričej].
PAVLIČ, M., KRIČEJ, B. 2007. Premazi za površinsko obdelavo lesenih talnih oblog. Del. 2. Metode za določevanje lastnosti površinsko obdelanih lesenih talnih oblog. Korak (N. Gorica), let. 8, št. 4, str. 35–40.
PETRIČ, M. 2007. Premazi za površinsko obdelavo lesenih talnih oblog. Del. 1. Splošno o premazih za les. Korak (N. Gorica), let. 8, št. 3, str. 35–41.
ROGEZ, D., HAYOZ, P., Wolfgang, P. 2002. Improved photoprotection of wood and durability improvement of wood coatings. Ciba Specialty Chemicals Inc.: str. 19.
ROWELL, R. M. 2005. Handbook of wood chemistry and wood composites. New York, Taylor & Francis: str 487.
SHEDDING NEW LIGHT ON UV AND FADING, http://www.windowanddoor.net/pastarticles.php?id=304 (13. 11. 2007).
THE SUN'S ELEMENTS THAT CAUSE FADING, http://www.sandiegotinting.com/fading.html (13. 11. 2007).
TIŠLER, V. 1986. Kemija lesa. Za interno uporabo. Ljubljana, BF, Oddelek za lesarstvo: str. 194.
