LASTNOSTI PREMAZOV IN PREMAZNIH SISTEMOV ZA ZUNANJO ZAŠČITO LESA

Transcription

1 1 LASTNOSTI PREMAZOV IN PREMAZNIH SISTEMOV ZA ZUNANJO ZAŠČITO LESA Matjaž PAVLIČ Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Rožna dolina, Cesta VIII/34, 1000 Ljubljana 1 UVOD Zgodba površinske obdelave nam je prav gotovo vsem poznana. Površinska obdelava je zadnja faza pri izdelavi izdelkov iz lesa. Z njo izdelek do določene mere zaščitimo pred mehanskimi poškodbami in fizikalno kemijskimi vplivi okolja, ki se pojavijo med uporabo, obenem pa z njo dosežemo, da dobi površina izdelka želene in potrebne dekorativne lastnosti (barva, videz, otip). V primeru površinske obdelave lesa za zunanjo uporabo lahko celo rečemo, da ima zaščitna funkcija nekoliko večji pomen kot estetska. Od tu tudi izhaja uporaba izraza površinska zaščita lesa in ne obdelava. Le-ta lahko nastopa samostojno, najboljše rezultate pa dosežemo z uporabo vseh treh vrst zaščit: kemične, konstrukcijske in površinske zaščite. Kljub temu, da se zavedamo pomembnosti površinske zaščite, se večkrat zgodi, da ji ne posvečamo dovolj pozornosti. To se seveda hitro odraža v propadanju površine, kasneje tudi celotnega lesnega izdelka na prostem. Iz tega razloga moramo k površinski zaščiti lesa na prostem pristopati celovito. Da lahko dosegamo neko ustrezno kakovost zaščite, moramo uporabljati kvalitetne materiale in ustrezne postopke. Kakovost vseh vhodnih materialov in kakovost površinske zaščite končnega izdelka lahko ovrednotimo le s preverjanjem oz. preskušanjem. V tem prispevku bom na kratko predstavil nekaj lastnosti premazov in premaznih sistemov za zunanjo zaščito lesa, od katerih je odvisna njihova trajnost oz. trajnost zaščite. Nekoliko več pozornosti bom posvetil metodam za ugotavljanje teh lastnosti. 2 PRESKUŠANJE Preskušanje materialov v površinski obdelavi lesa lahko razdelimo na štiri področja: preskušanje tekočih premaznih sredstev, preskušanje mokrih premaznih filmov, preskušanje suhih premaznih filmov (površinskih sistemov), naravno ali umetno pospešeno staranje sistemov.

2 2 V okviru proučevanja tekočih premaznih sredstev so pomembne naslednje lastnosti premaza: viskoznost, vsebnost suhe snovi, prostorninska masa (gostota), električna upornost, velikost pigmentov ali drugih delcev Od teh lastnosti je odvisna kvaliteta nanosa in lastnosti suhih filmov premaza, ki odločilno vplivajo na uporabno vrednost oz. trajnost izdelka. Za proučevanje mokrih filmov, z laboratorijskimi nanašalci ali z določenim postopkom nanesemo premaz na realno ali preskusno podlago. Pri tem lahko proučujemo debelino mokrega filma, prekrivanje, razlivanje in stekanje premaza, postopek utrjevanja itd. Lastnosti suhih premaznih filmov, ki so z vidika končne uporabe nekako še najpomembnejše, lahko preučujemo šele, ko se film dokončno utrdi. Tako ugotavljamo debelino suhega filma, oprijemnost, prožnost, trdoto, odpornost proti zlepljanju, odpornost proti obrabi, odpornost proti razenju, odpornost proti udarcem, odpornost proti tekočinam, odpornost proti suhi in vlažni toploti, sijaj, barvo, prepustnost za vodo in vodno paro Veliko lastnosti premaznih filmov (npr. odpornost proti razenju, odpornost proti udarcem, oprijemnost, sijaj ) je v veliki meri odvisnih tudi od podlage. Tako ne govorimo več samo o lastnostih premaznega filma, temveč o lastnostih celotnega površinskega sistema, ki ga tvorita premazni sistem (večplastni nanos istega ali različnih premazov) in podlaga. Lastnosti utrjenih suhih filmov se zaradi procesa staranja s časom spreminjajo. Zaradi tega je smiselno in nujno proučevati njihovo odpornost proti staranju. Tovrstna preskušanja so sicer tipična za premaze za zunanjo uporabo, ki so bolj podvrženi nihanjem klimatskih razmer in vremenskim vplivom, kot so sonce, dež, veter, sneg, onesnažen zrak ipd. To pa ne pomeni, da premazi za notranjo uporabo niso podvrženi staranju. Že med samim postopkom površinske obdelave lesa se v filmu premaza ustvarjajo številne napetosti, ki se s časom še povečujejo in lahko kasneje, ob prekoračitvi trdnosti filma, privedejo do raznih poškodb. 2.1 STANDARDIZACIJA Veliko vlogo pri preskušanju ima seveda standardizacija oz. standardi, v katerih so natančno definirane metode za ugotavljanje določenih lastnosti. Preskušanje premazov za interier je zaradi daljše zgodovine njihove uporabe veliko bolj razvito in definirano kot preskušanje premazov za eksterier. Tako imamo za preskušanje izključno premazov in premaznih sistemov za zunanjo zaščito lesa le malo standardiziranih metod. V letu 2000 so bili formirani prvi evropski standardi (skupina EN 927 standardov) za to področje, ki so bili že leta 2001 privzeti v SIST standarde. Le-te bom v nadaljevanju predstavil nekoliko podrobneje. Določene lastnosti pa so skupne tako premazom za eksterier kot tudi premazom za interier. Tako lahko za ugotavljanje lastnosti premazov za eksterier uporabimo tudi druge standardizirane metode.

3 3 3 LASTNOSTI PREMAZOV OZ. PRESKUSNE METODE 3.1 ADHEZIJA Pod pojmom adhezija razumemo sile medsebojnega privlaka različnih snovi, v primeru površinske obdelave lesa so seveda to sile, ki se ustvarijo med suhim filmom premaza oz. premaznim sistemom in lesno podlago. Adhezija ali oprijemnost je zelo pomembna lastnost, saj je v primeru slabe adhezije premaza na podlago, ne glede na ostale dobre lastnosti, kvaliteta površinske obdelave nezadovoljiva. Metode za določanje oprijemnosti delimo na direktne in indirektne metode. Direktne metode so tiste, s katerimi ugotovimo kakšna je sila, ki je potrebna, da odtrgamo film s podlage. Ena izmed teh metod je metoda z odtrganjem filma po SIST EN Najbolj poznana indirektna metoda za določanje oprijemnosti pa je prav gotovo metoda s križnim zarezovanjem rešetke po SIST EN ISO SIST EN (1997): Barve in laki Preskušanje adhezije z odtrganjem filma (ISO 4624:1978). Paints and varnishes Pull-off test (ISO 4624:1978). Na površino vzorca oz. film premaza nalepimo minimalno 5 pečatov s premerom 20 mm. Po utrditvi lepila zarežemo film premaza okoli pečatov vse do podlage (slika 1). Tako pripravljene pečate vstavimo v trgalni stroj in ugotovimo silo, ki je potrebna za njihovo razslojitev. Če prihaja do razslojevanja na meji med podlago in lakom (vsaj 60 %), govorimo o adhezijski trdnosti oz. oprijemnosti laka na podlago. Če pa prihaja do drugačne narave loma, pa govorimo o kohezijski trdnosti podlage ali premaznega sistema. Zaradi tega moramo poleg absolutnih vrednosti razslojne trdnosti (v MPa) vedno navajati naravo loma. Slika 1: Shematski prikaz prečnega prereza pečata, nalepljenega na površino vzorca, z zarezanim filmom premaza okoli pečata do podlage.

4 4 Po izkušnjah Laboratorija za površinsko obdelavo, Oddelka za lesarstvo, Biotehniške fakultete je adhezija pri 2 MPa kritična meja, do katere lahko pri uporabi izdelka pričakujemo luščenje premaza od podlage ali kake druge poškodbe. SIST EN ISO 2409 (1997): Barve in laki Preskus oprijema z zarezovanjem rešetke (ISO 2409:1992). Paints and varnishes - Cross cut test (ISO 2409:1992). S posebnim nožem, ki ima vgrajenih 6 rezil z razmikom 1mm ali 2 mm, zarežemo v film premaza vse do podlage. Če je vidna tekstura lesa, zarežemo pod kotom 45 glede na potek vlaken. Nato film premaza zarežemo še enkrat, pravokotno na prvi rez. Tako ustvarimo rešetko, v kateri lahko zaradi bočnega izpodrivanja nožev pride do odluščevanja premaza. Po zarezu površino še skrtačimo in ocenimo. Oceno oprijemnosti po tem standardu (od 0 do 5) dodelimo na podlagi deleža odluščenega filma laka (slika 2). Ocena: Odluščenost: 0 % 5 % 15 % 35 % 65 % > 65 % Slika 2: Ocenjevanje oprijemnosti po SIST EN ISO Če uporabimo nož z 1 mm razmikom med rezili, dobimo slabše rezultate, kot v primeru 2 mm razmika, kar je seveda logično, saj prihaja do večjih obremenitev. Po standardu naj bi nož z 1 mm razmikom uporabljali za določanje oprijemnosti premazov z debelino suhega filma do 60 µm, nad to debelino pa nož z 2 mm razmikom. V primeru mehkejših podlag, kamor standard prišteva tudi les, pa priporoča uporabo noža s samo 2 mm razmikom. Po naših izkušnjah se je izkazalo, da je dobro opraviti preskus z obema reziloma, saj je uporaba noža s samo 2 mm razmikom preveč subjektivna. MOKRA ADHEZIJA Ko v površinski obdelavi lesa govorimo o tako imenovani mokri adheziji, mislimo predvem na oprijem premaza ali premaznega sistema na mokro oz. vlažno lesno podlago. Premazi imajo lahko v suhih pogojih dobro adhezijo, le-ta pa lahko v vlažnih pogojih drastično pade. V primerjavi s klasičnimi premazi imajo vodni premazi slabšo mokro oprijemnost. Vzrok za to je verjetno v manjši penetraciji in/ali večji permeabilnosti vodnih premazov.

5 5 Za ugotavljanje mokre oprijemnosti trenutno ne obstaja standardizirana metoda. Vendar se lahko kljub temu tega lotimo na več načinov. Zelo uveljavljena je metoda po priporočilih Inštituta za okensko tehniko iz Roseinheima, ki je v bistvu nadgraditev metode ugotavljanja oprijemnosti z zarezovanjem rešetke. Po končanem zarezovanju na ustvarjeno rešetko položimo z vodo navlaženo bombažno krpo, kjer jo pustimo za 2 uri. Po tem času krpo odstranimo, površino na suho obrišemo in na rešetko nalepimo ustrezen lepilni trak. Le-tega z enakomerno hitrostjo pod kotom 60 odlepimo s površine in nato ocenjujemo delež odluščene površine po že znanem postopku. V pripravi je tudi evropski standard, ki bo vlažno oprijemnost določal z metodo odtrgovanja filma s pečati (pren 927-8). 3.2 ODPORNOST PROTI ZLEPLJANJU Po nanosu premaznega sredstva na površino izdelka se prične proces utrjevanja. S časom postaja premaz vse bolj trden in suh. Vse dokler pa ta proces utrjevanja ni končan, obstaja nevarnost, da film premaza poškodujemo, če ga preveč obremenimo. Lahko pride tudi do zlepljanja površin, sploh če skupaj nalegata dve premazani površini. Mogoče ste kdaj obnavljali premaz na oknu in se vam je zgodilo, da sta se krilo in podboj okna sprijela oz. zlepila, ker ste okno zaprli še preden je bil film premaza dovolj utrjen. Pomembno je, da vemo kakšne obremenitve v odvisnosti od časa prenese film premaza, ki še utrjuje, saj bomo le na ta način lahko pravilno določali čas, ki je potreben, da se brez poškodb po končanem nanosu izvrši naslednja delovna operacija (brušenje, zlaganje, pakiranje ). SIST EN ISO 4622 (1997): Barve in laki Preskus odpornosti proti poškodbam pri zlaganju (ISO 4622:1992). Paints and varnishes Pressure test for stackability (ISO 4622:1992). Ta metoda je namenjena za ugotavljanje zadovoljive stopnje suhosti po določenem času, pri kateri premazane površine, ko jih pritisnemo drugo ob drugo, brez poškodb prenesejo določene obremenitve. Za preskus si pripravimo površinsko obdelane deščice širine 30 mm. Po določenem času po nanosu premaza, postavimo dve deščici križno drugo na drugo, tako da filma tesno nalegata drug na drugega. Vse skupaj nato za določen čas še dodatno obremenimo z maso od 100 g do 1000 g, razbremenimo in pregledamo obremenjeni površini premaza. Kot rezultat navajamo tlak (p v Pa), ki ga po določenem času ob taki obremenitvi film premaza prenese brez poškodb. 3.3 PREPUSTNOST Ena od pomembnih nalog premaza za eksterier je prav gotovo zaščita lesa pred navlaževanjem, ki vodi do dimenzijskih sprememb premazanega lesa, kar posledično povzroča napetosti v lesu, na meji med filmom premaza in lesom ter v samem filmu.

6 6 Zaradi tega lahko pride do pokanja in/ali luščenja premaza; površinska zaščita tako izgubi svojo vlogo. Vidimo, da ima prepustnost premaza za vodo in vodno paro zelo pomembno vlogo pri učinkoviti in trajni površinski zaščiti lesa. Prepustnost premaza je predmet številnih raziskav že vrsto let. Kljub obsežnemu raziskovalnemu delu pa vprašanje o optimalni prepustnosti oz. permeabilnosti še vedno ostaja neodgovorjeno. Malo prepustni premazi nudijo dobro zaščito proti zunanji vlagi, vendar nevarnost vdora skozi poškodbe filma, ki se slej ko prej pojavijo, še vedno ostaja. Ta vlaga pa se ob sušnem obdobju in segrevanju površin oz. filma laka lahko akumulira pod površino filma in povzroča mehurjenje premaza, kasneje tudi luščenje. Po drugi strani pa zelo prepustni premazi ne prispevajo k večji dimenzijski stabilnosti podlage, zaradi katere bi lahko bile že omenjene napetosti oz. obremenitve dosti manjše. Tako vidimo, da moramo biti pri izbiri premaza zelo previdni, izbor pa naj bo tak, da bo čim bolj ustrezal namenu uporabe izdelka, ki ga nameravamo zaščititi, in pogojem katerim bo ta izdelek izpostavljen. Metode za določanje permeabilnosti delimo na metode za določanje prepustnosti za tekočo vodo in na metode za določanje prepustnosti za vodno paro. Najbolj aktualni metodi sta metoda določanja prepustnosti za tekočo vodo po SIST EN in metoda za določanje prepustnosti za vodno paro po SIST EN Zanimiva pa je tudi metoda določanja prepustnosti prostih filmov za vodno paro po SIST EN ISO SIST EN (2001): Barve in laki Premazi in premazni sistemi za zunanjo zaščito lesa 4. del: Ocenjevanje prepustnosti vodne pare. Paints and varnishes Coating materials and coating systems for exterior wood Part 4: Assessment of the water-vapour permeability. Ta metoda ocenjuje prepustnost testnega, premaznega sistema za vodno paro v 28 dnevnem procesu sorpcije, v primerjavi z nepremazanimi vzorci. Tako si pripravimo po 5 smrekovih vzorcev vsakega sistema (premazanih in nepremazanih), dimenzije ( ) mm. Testna površina, ki jo izpostavljamo vodni pari je samo ena (zgornja večja ploskev, dimenzije 150 mm 70 mm), saj vse ostale površine zatesnimo z malo prepustnim premazom. Testne, premazane vzorce pred pričetkom procesa sorpcije 2 predkondicioniramo po predpisanem postopku. Po končanem predkondicioniranju vse vzorce stehtamo in izpostavimo v klimo s približno 98 % relativno zračno vlažnostjo in temperaturo (20 ± 2) C. Po končanem ciklu 14 dnevne adsorpcije vzorce stehtamo in postavimo v klimo z relativno zračno vlažnostjo (65 ± 5) % in temperaturo (20 ± 2) C. Po končanem 14 dnevnem ciklu desorpcije vzorce ponovno stehtamo in tako iz dobljenih meritev izračunamo navzem vode v 14 dnevnem ciklu adsorpcije (WA) in izgubo vode v 14 dnevnem ciklu desorpcije (WD).

7 7 SIST EN ISO (1999): Barve in laki Določevanje prepustnosti za vodno paro 1. del: Metoda z merilno posodico za suhe premazne sloje brez nosilne podlage (ISO :1996, vključno s tehničnim popravkom 1:1998). Paints and varnishes Determination of water-vapour transmission rate Part 1: Dish method for free films (ISO :1996, including Technical Corrigendum 1:1998). S to metodo lahko določimo prepustnost prostih filmov za vodno paro, ki nam pove kolikšna masa vodne pare, v določenem časovnem obdobju in pri določenih konstantnih pogojih relativne zračne vlažnosti, preide skozi film premaza dane površine. SIST EN (2001): Barve in laki Premazi in premazni sistemi za zunanjo zaščito lesa 5. del: Ocenjevanje prepustnosti vode. Paints and varnishes Coating materials and coating systems for exterior wood Part 5: Assessment of the liquid water permeability. Metoda je zelo podobna metodi ocenjevanja prepustnosti vodne pare po SIST EN Razlika je le v izpostavitvi. Kontrolne in predkondicionirane testne vzorce položimo na vodno gladino s testno površino obrnjeno navzdol. Tako vzorci plavajo na površini vode 3 dni. Po končanem 3 dnevnem ciklu absorpcije, na podlagi merjenja mase pred in po končanem preskusu, izračunamo navzem vode v g/m STARANJE Tako kot les je tudi premaz podvržen staranju in propadanju zaradi uničujočih vremenskih dejavnikov. Zato moramo za ocenjevanje odpornosti proti staranju proučevati celoten sistem les premaz, za kar lahko uporabimo različne postopke. Najnovejši izmed njih je preskus s staranjem v naravnih razmerah po SIST EN V pripravi pa je tudi evropski standard iz iste skupine, ki naj bi ugotavljal odpornost proti umetnemu pospešenemu staranju (pren 927-6:2002 Paints and varnishes Coating materials and coating systems for exterior wood Part 6: Exposure of wood coatings to artificial weathering using fluorescent UV and water). SIST EN (2001): Barve in laki Premazi in premazni sistemi za zunanjo zaščito lesa 3. del: Preskus s staranjem v naravnih razmerah. Paints and varnishes Coating materials and coating systems for exterior wood Part 3: Natural weathering test. Trajnost sistemov po tem standardu je ovrednotena z določevanjem sprememb dekorativnih in zaščitnih lastnostih premaza po 12 mesecih naravne izpostavitve. Tako dobimo podatke o trajnosti preskušenih sistemov, le-ti pa med različnimi preskusi niso 100 % primerljivi. Vzroki za to so lahko različni: nihanje vremenskih pogojev iz leta v leto, klimatske razlike znotraj istega podnebnega področja, razlike v kvaliteti lesa, odstopanja v kvaliteti nanosa premaza itd. Da bi bili rezultati med sabo bolj primerljivi oz. da bi lažje

8 8 definirali pogoje izpostavitve, standard predpisuje vzporedno preskušanje kontrolnega premaza (ICP Internal Comparison Product) točno določene sestave in fizikalnih lastnosti. Za vsak testni sistem izdelamo po 4 vzorce iz borovega lesa, dimenzij ( ) mm. Na zgornje in vzdolžne stranske ploskve vzorcev nanesemo testni premaz po navodilih proizvajalca. Ostale površine pustimo neobdelane. Podobno nanesemo tudi ICP premaz. Nanesemo ga s premazovanjem s čopičem, v treh nanosih in z vmesnim sušenjem od 16 h do 24 h. Skupen nanos naj bi bil približno 150 g/m 2 oz. tak, da tvorimo utrjen film z debelino (50 10) m. Ko se testni in ICP premaz utrdita, konce vzorcev zatesnimo z vsaj dvema nanosoma fleksibilnega, za vlago neprepustnega belega premaza. Z enega konca zatesnimo vzorce do dolžine 25 mm, z drugega pa vse do dolžine 50 mm. Po končanem zatesnjevanju vzorce 7 dni klimatiziramo v klimi z relativno zračno vlažnostjo (65 5) % in temperaturo (20 2) C. Sledi prvo ocenjevanje vzorcev še pred izpostavitvijo. Vzorce pregledamo in zabeležimo vse napake ter jim izmerimo sijaj in barvo. 3 vzorce nato izpostavimo naravnemu staranju, 1 pa prihranimo in postavimo v temen prostor. Na tem referenčnem vzorcu izmerimo tudi debelino suhega filma laka. Vzorce izpostavimo proti jugu, pod kotom 45, obrnjene tako, da so daljši robovi postavljeni horizontalno, konci z daljšim zatesnjenim robom pa morajo biti obrnjeni proti levi strani. Po koncu 12 mesečne izpostavitve vzorce ponovno za 7 dni klimatiziramo v standardizirani klimi in nato pregledamo. Zabeležiti moramo vse poškodbe, ki jih tudi številčno ovrednotimo z vrednostmi od 0 do 5 (preglednica 1). Ocenimo stopnjo mehurjenja, luščenja, pokanja in kredanja premaza ter stopnjo razširjenosti plesnenja površine. Po tem prvem ocenjevanju po izpostavitvi, površine očistimo z mlačno vodo, da odstranimo razne nečistoče na površini in nato ponovno ocenimo stopnjo razširjenosti plesnenja. Na vzorcih izmerimo še sijaj in barvo ter določimo oprijemnost premaza z zarezovanjem rešetke po SIST EN ISO Sijaj izmerimo tudi na referenčnem, neizpostavljenem vzorcu. Rezultate podamo tako kot je to prikazano v preglednici 1.

9 9 Preglednica 1: Način prikaza rezultatov naravnega staranja testnega sistema po SIST EN Rezult. po 12 m. izpostavitvi Lastnost Lestvica ocenjevanja Ozn. Posamične vrednosti Povprečna vrednost Izguba sijaja LG ex - LG ref (ISO 2813) LG Sprememba v E barvi (ISO ) DE Mehurjenje (ISO ) BL Luščenje (ISO ) FL Pokanje (ISO ) CR Kredanje (ISO ) CH Plesnenje (ISO ) MG Oprijemnost 0 = odlična; 5 = slaba (EN 927-3) AD Za pridobivanje še več informacij o trajnosti premaznega sistema standard SIST EN priporoča izvedbo različnih dodatnih preskusov. Tako predlaga izvedbo preskusa po enakem postopku, a z nekaj spremembami: - uporaba drugih substratov (modificiran ali predhodno z biocidi impregniran borov les, druge drevesne vrste), - dodatna izdelava izvrtine v sredini izpostavljene ploskve kjer bi se tekom preskusa voda lahko dodatno zadrževala, - nanos testnega premaza tudi na hrbtno stran testnih vzorcev. 4 SKLEPI Vidimo, da obstaja kar nekaj metod s katerimi lahko ovrednotimo oz. preskusimo lastnosti premazov in premaznih sistemov za zunanjo zaščito lesa. Le-te se bodo s časom izpopolnjevale, prav tako pa bodo formirane tudi nove. V predstavljenih metodah so natančno opisani postopki za določanje posameznih lastnosti, niso pa podane neke specifikacije oz. zahteve za posamezen namen uporabe premaza oz. premaznega sistema. Nekaj teh specifikacij pa je že predstavljenih v standardu SIST ENV