ODPORNOST LESA, ZAŠČITENEGA Z ŽELEZOVIMI IONI IN BIOCIDI, PROTI LESNIM GLIVAM IN VODI MAGISTRSKO DELO

UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

ODDELEK ZA LESARSTVO

Marko ŠKAMLEC

ODPORNOST LESA, ZAŠČITENEGA Z ŽELEZOVIMI IONI IN BIOCIDI, PROTI LESNIM GLIVAM IN VODI

MAGISTRSKO DELO Magistrski študij – 2. stopnja

Ljubljana, 2021

UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

ODDELEK ZA LESARSTVO

Marko ŠKAMLEC

ODPORNOST LESA, ZAŠČITENEGA Z ŽELEZOVIMI IONI IN BIOCIDI, PROTI LESNIM GLIVAM IN VODI

MAGISTRSKO DELO Magistrski študij – 2. stopnja

PERFORMANCE OF WOOD TREATED WITH IRON IONS AND BIOCIDES AGAINST WOOD DECAY FUNGI AND WATER

M. SC. THESIS Master's Study Programmes

Ljubljana, 2021

Magistrsko delo je zaključek Magistrskega študijskega programa 2. stopnje Lesarstva. Delo je bilo opravljeno na Katedri za lesne škodljivce, zaščito in modifikacijo lesa, Oddelka za lesarstvo Biotehniške fakultete, Univerze v Ljubljani.

Senat Oddelka za lesarstvo je za mentorja magistrskega dela imenoval doc. dr. Boštjana Lesarja in za recenzenta prof. dr. Miha Humarja.

Komisija za oceno in zagovor:

Predsednik:

Član:

Član:

Datum zagovora:

Marko Škamlec

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA

ŠD Du2

DK UDK 630*844

KG železov(II) sulfat, biocidi, staranje, izpiranje, navlaževanje, glive razkorjevalke AV ŠKAMLEC, Marko

SA LESAR, Boštjan (mentor)/Humar, Miha (recenzent) KZ SI-1000 Ljubljana, Rožna dolina, c. VIII/34

ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Magistrski študijski program 2. stopnje Lesarstvo

LI 2021

IN ODPORNOST LESA, ZAŠČITENEGA Z ŽELEZOVIMI IONI IN BIOCIDI, PROTI LESNIM GLIVAM IN VODI

TD Magistrsko delo (Magistrski študij – 2. stopnja) OP IX, 59 str., 13 pregl., 39 sl., 68 vir.

IJ sl JI sl/en

AI Zaradi ekološkega vidika in poznavanja pravilne rabe lesa njegova uporaba vedno bolj narašča. Številnim uporabnikom je všečen neobdelan naravno posivel videz lesa. Ker so procesi fotodegradacije različni glede na zaščito, način vgradnje, mesta vgradnje, orientacije strani neba itd., smo razvili pripravek, ki odstrani oz. zelo zmanjša te vplive in poenoti videz lesa na vseh mestih in načinih vgradnje. Osnovna raztopina je bila sestavljena iz demineralizirane vode in železovega(II) sulfata (FeSO4). V različnih kombinacijah in koncentracijah smo dodajali borovo kislino (Ba) ter kvartarne amonijeve spojine (QUAT), ki se uporabljata za biocidno zaščito. Pripravke smo testirali na lesu macesna (Larix decidua Mill.) in smreke (Picea abies Karst.). Macesen smo uporabili le pri zunanji izpostavitvi. Vzorce smo pred testiranjem za deset minut potopili v različne kombinacije raztopin. Polovico smo jih nato izpostavili delovanju sevanja UV.

Naredili smo test odpornosti proti glivam razkrojevalkam. Pri netretiranih vzorcih smo izmerili povprečno izgubo mase 17,16 %. Najboljšo zaščito lesa smo dosegli s pripravkom 5 % FeSO4 + 0,2 % Ba + 0,2 % QUAT. Prav tako se je ta pripravek najboljše obnesel pri kratkotrajnem in dolgotrajnem potapljanju ter pri izpostavitvi 100 % zračni vlažnosti. Povprečna vsebnost železa po obdelavi, izmerjena na XRF, je znašala približno 990 ppm in se je po prvem tednu skoraj prepolovila. Končna vsebnost po 9 mesecih je bila nekje 80 ppm. Železov sulfat reagira z lesom in v nekaj dneh vzorci pridobijo sivo patino podobno kot pri naravnemu staranju. Obdelani vzorci so po enem tednu že temnejši, kot neobdelani po 9 mesecih.

KEY WORDS DOCUMENTATION ND Du2

DC UDC 630*844

CX iron(II) sulfate, biocides, aging, leaching, humidification, wood decay fungi AU ŠKAMLEC, Marko

AA LESAR, Boštjan (supervisor)/HUMAR, Miha (reviewer) PP SI-1000 Ljubljana, Rožna dolina, c. VIII/34

PB University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Department of Wood Science and Technology, Master's Study Programme in Wood Science and Technology

PY 2021

TY PERFORMANCE OF WOOD TREATED WITH IRON IONS AND BIOCIDES AGAINST WOOD DECAY FUNGI AND WATER

DT M. Sc. Thesis (Master Study Programmes) NO IX, 59 p., 13 tab., 39 fig., 68 ref.

LA sl Al sl/en

AB The use of wood is increasing for both ecological reasons and because of greater knowledge of its proper use. The untreated naturally grayed appearance of the wood is interesting. Since the aging processes are different depending on the method of protection, method of installation, the place of installation, the orientation of the sides, etc., we have developed a preparation that removes or greatly reduces those effects and unifies the appearance of wood in all places and methods of installation.

The basic solution was composed of demineralized water and iron (II) sulfate (FeSO4). Boric acid (Ba) and quaternary ammonium compounds (QUAT), which are used for biocidal protection, were added in various combinations and concentrations.

The preparations were tested on larch (Larix decidua Mill.) and spruce (Picea abies Karst.) wood. We used larch wood only for external exposure. Then we immersed the samples in various combinations of solutions for ten minutes before testing. Half of them were than exposed to UV. We also did a test of resistance to decaying fungi.

We measured an average weight loss of 17.16 % in untreated samples. The best wood protection was achieved with 5 % FeSO4 + 0.2 % Ba + 0.2 % QUAT. In addition, this preparation performed its best in short-term immersion, long-term immersion and exposure at 100 % humidity. The average iron content was about 990 ppm after treatment and measured on XRF, and it almost halved after the first week. After 9 months the final content was somewhere around 80 ppm. Iron sulfate reacts with wood, and in a few days the samples gain a gray patina similar to natural aging. After one week, treated samples are already darker than untreated samples after 9 months.

KAZALO VSEBINE

Str.

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA III

KEY WORDS DOCUMENTATION IV

KAZALO VSEBINE V

KAZALO PREGLEDNIC VII

KAZALO SLIK VIII

1 UVOD ... 1

1.1 OPREDELITEV PROBLEMA ... 1

1.2 CILJI NALOGE ... 1

1.3 DELOVNE HIPOTEZE ... 1

2 PREGLED OBJAV ... 2

2.1 STARANJE LESA NA PROSTEM ... 2

2.1.1 Abiotski dejavniki ... 2

2.1.2 Biotski dejavniki ... 3

2.1.2.1 Glive razkrojevalke... 3

2.1.2.2 Glive modrivke ... 5

2.2 NARAVNA ODPORNOST IN ŽIVLJENSKA DOBA LESA ... 5

2.2.1 Naravna odpornost ... 5

2.2.2 Trajnost lesa in njeno določanje... 6

2.2.3 Življenjska doba lesa ... 7

2.3 ŽELEZOV(II) SULFAT – FESO4 ... 8

2.4 VPLIV ŽELEZOVEGA(II) SULFATA NA LES ... 8

2.5 BOROVE SPOJINE ... 8

2.5.1 Toksičnost ... 9

2.5.2 Delovanje proti glivam razkrojevalkam, modrivkam ter plesnim... 10

2.5.3 Difuzivnost in izpiranje bora ... 11

2.5.4 Zadrževanje ognja ... 11

2.6 LES ... 12

2.6.1 Smreka (Picea abies Karst.) ... 12

2.6.2 Macesen ( Larix decidua Mill.)... 12

2.7 KVARTARNE AMONIJEVE SPOJINE (BENZALKONIJEV KLORID) ... 13

2.8 TEORETIČNE OSNOVE UPORABLJENIH METOD – XRF ... 13

2.9 TEORETIČNE OSNOVE UPORABLJENIH METOD – MERJENJE BARVE ... 14

3 MATERIALI IN METODE ... 15

3.1 MATERIALI ... 15

3.1.1 Standardni smrekovi preizkušanci ... 15

3.1.2 Čepki in nosilec za čepke... 15

3.1.3 Uporabljene raztopine ... 17

3.2 METODE ... 19

3.2.1 Obdelava vzorcev pred testiranji (potapljanje in UV izpostavitev) ... 19

3.2.2 Odpornost proti glivam razkrojevalkam ... 20

3.2.3 Določanje stičnega kota kapljice na površini lesa ... 23

3.2.4 Kratkotrajno navzemanje vode ... 25

3.2.5 Uravnovešanje pri visoki relativni zračni vlažnosti ... 26

3.2.6 Dolgotrajno navzemanje vode – potapljanje... 27

3.2.7 Izpiranje železa iz smrekovih in macesnovih čepkov ... 27

3.2.8 Merjenje spremembe barve ... 29

3.2.9 Vremenski podatki ... 30

4 REZULTATI IN RAZPRAVA ... 31

4.1 STANDARDNI SMREKOVI PREIZKUŠANCI ... 31

4.1.1 Moker navzem vzorcev ... 31

4.1.2 Odpornost proti glivam razkrojevalkam ... 32

4.1.3 Stični kot kapljice na površini lesa ... 36

4.1.4 Kratkotrajno navzemanje vode ... 38

4.1.5 Uravnovešanje pri visoki relativni zračni vlažnosti ... 40

4.1.6 Dolgotrajno navzemanje vode - potapljanje ... 41

4.2 IZPOSTAVITEV NA PROSTEM ... 42

4.2.1 Moker navzem vzorcev ... 42

4.2.2 Izpiranje železa iz čepkov med izpostavitvijo na prostem ... 43

4.2.3 Povezava količine padavin z izpiranjem železa iz lesa ... 46

4.2.4 Sprememba barve med izpostavitvijo na prostem ... 47

5 SKLEPI ... 52

6 VIRI ... 54 ZAHVALA

KAZALO PREGLEDNIC

Str.

Preglednica 1: Poškodbe, ki jih na lesu povzročajo lesne glive. ... 5

Preglednica 2: Razvrstitev lesnih vrst v 5 odpornostnih razredov (SIST EN 350, 2017). .... 6

Preglednica 3: Evropski razredi izpostavitve lesa glede na mesto uporabe (SIST EN 335, 2013). ... 7

Preglednica 4: Priprava raztopin za test s standardnimi smrekovimi preizkušanci. ... 18

Preglednica 5: Priprava raztopin za test s čepki. ... 18

Preglednica 6: Kronologija meritev na XRF. ... 28

Preglednica 7: Povprečne izgube mas vseh vzorcev, primerjava med UV izpostavljenimi in UV neizpostavljenimi. ... 33

Preglednica 8: Povprečne izgube mas kontrolnih vzorcev (UV izpostavljeni in neizpostavljeni) pri različnih glivah... 36

Preglednica 9: Primerjava povprečnih stičnih kotov med UV izpostavljenimi in neizpostavljenimi preizkušanci. ... 37

Preglednica 10: Razvrstitev povprečnih stičnih kotov po 60 sekundah. ... 38

Preglednica 11: Razvrstitev navzema po 200 sekundah. ... 39

Preglednica 12: Vlažnost vzorcev (TNCS) po 5 tednih izpostavitve 100 % RZV. ... 40

Preglednica 13: Razvrstitev po doseženi vlažnosti po 2 tednih izpostavitve. ... 42

KAZALO SLIK

Str.

Slika 1: Standardni smrekovi preizkušanci. ... 15

Slika 2: Čepki s silikonsko zaščito. ... 16

Slika 3: Izpostavljeni čepki na nosilcu, vstavljeni v nosilno stojalo (levo) in čepki na nosilcu (desno). ... 16

Slika 4: Tehtanje komponent (levo) in mešanje raztopine s pomočjo magnetnega mešala (desno). ... 17

Slika 5: Potapljanje standardnih smrekovih preizkušancev (levo) in čepkov (desno). ... 19

Slika 6: Komora za UV izpostavitev. ... 20

Slika 7: Gojišča v rastni komori še brez preizkušancev. ... 21

Slika 8: Gojišča s preizkušanci v rastni komori. ... 22

Slika 9: Izgled očiščenih vlažnih (levo) in absolutno suhih vzorcev(desno) po izpostavitvi navadni tramovki (Gt). ... 23

Slika 10: Stični kot tekočine s površino (Planinšek, 2006). ... 24

Slika 11: Optični tenziometer Biolin Scientific Theta Optical Tensiometer. ... 24

Slika 12: Razlivanje kapljice. ... 25

Slika 13: Namakanje vzorca (levo) in nedestruktivno držalo (desno) na tenziometru K100 MK2... 26

Slika 14: Preizkušanci v komori s 100 % relativno zračno vlažnostjo. ... 27

Slika 15: XRF naprava za merjenje vsebnosti železa na površini čepka... 28

Slika 16: Grafični prikaz CIELAB (Böttner, 2016). ... 29

Slika 17: Moker navzem posameznih zaščitnih pripravkov pred UV izpostavitvijo. ... 31

Slika 18: Povprečne izgube mas vseh vzorcev razdeljenih po obdelavi, primerjava med UV izpostavljenimi in neizpostavljenimi. ... 32

Slika 19: Povprečne izgube mase preizkušancev (UV izpostavljeni in neizpostavljeni) po izpostavitvi glivi Tv... 33

Slika 20: Povprečne vlažnosti preizkušancev (UV izpostavljeni in neizpostavljeni) po izpostavitvi glivi Tv... 34

Slika 21: Povprečne izgube mase preizkušancev (UV izpostavljeni in neizpostavljeni) po izpostavitvi glivi Pv. ... 34

Slika 22: Povprečne vlažnosti preizkušancev (UV izpostavljeni in neizpostavljeni) po izpostavitvi glivi Pv. ... 35

Slika 23: Povprečne izgube mase preizkušancev (UV izpostavljeni in neizpostavljeni) po izpostavitvi glivi Gt. ... 35

Slika 24: Povprečne vlažnosti preizkušancev (UV izpostavljeni in neizpostavljeni) po izpostavitvi glivi Gt. ... 36

Slika 25: Stični kot kapljice na površini preizkušanca (UV izpostavljeni in neizpostavljeni). ... 37

Slika 26: Kratkotrajen navzem vode v čela preizkušancev (UV izpostavljeni in neizpostavljeni) po 200 s izpostavitve... 39

Slika 27: Vlažnosti po izpostavitvi 100% RH (UV izpostavljeni in neizpostavljeni). ... 40

Slika 28: Relativna vlažnost lesa pri dolgotrajnem navzemanju vode. ... 41

Slika 29: Moker navzem čepkov. ... 43

Slika 30: Povprečna vsebnost železa pripravkov v lesu pred izpostavitvijo. ... 44

Slika 31: Delež izpranega železa po časovnih obdobjih. ... 44

Slika 32: Vsebnost železa v lesu preizkušancev obdelanih samo s Fe5. ... 45 Slika 33: Končna vsebnost železa v preizkušancih po 9 mesecih. ... 46 Slika 34: Primerjava količine padavin z izpiranjem (povprečje izpranega železa za obe

drevesni vrsti in vse pripravke). ... 47 Slika 35: Sprememba svetlosti (L) barve smrekovih vzorcev. ... 48 Slika 36: Sprememba svetlosti (L) barve macesnovih vzorcev. ... 48 Slika 37: Svetlost (L) barve tretiranih vzorcev (brez kontrol) po določenem času

izpostavitve - primerjava med smreko in macesnom. ... 49 Slika 38: Vsi smrekovi in macesnovi preizkušanci pred izpostavitvijo. ... 50 Slika 39: Vsi smrekovi in macesnovi preizkušanci po 9 mesečni izpostavitvi. ... 51

1 UVOD

1.1 OPREDELITEV PROBLEMA

Uporaba lesa v gradbeništvu iz leta v leto narašča. Še posebej je zanimiv segment uporabe lesa na prostem na primer za fasadne obloge, vrtno pohištvo, ograje, itd. V takšnih razmerah je les izpostavljen različnim vremenskim dejavnikom, kar povzroča sivenje oziroma staranje lesa. Ključna, za naravno staranje, sta voda in UV spekter sončnega sevanja. Procesi staranja so glede na izpostavitev lahko zelo različni. Deli lesa, npr. pod napuščem, so veliko manj izpostavljeni močenju, zato so procesi staranja veliko počasnejši. To je vzrok za zelo neenakomerne barvne spremembe lesa, kar moti celoten estetski videz objekta oziroma izdelka. Les, obdelan s pripravkom, na osnovi železovih ionov, posivi takoj po obdelavi, s čimer preprečimo spreminjanje barve skozi življenjsko dobo objekta. Les ima namreč takoj po obdelavi podoben odtenek barve, kot les po večletni izpostavitvi vremenskim dejavnikom.

1.2 CILJI NALOGE

Cilj magistrskega dela je proučiti kompatibilnost med pripravki za sivenje in biocidnimi učinkovinami (borova kislina in kvartarne amonijeve spojine). S kompatibilnimi učinkovinami bomo obdelali preizkušance in jih testirali proti lesnim glivam. Del preizkušancev bomo porabili za test odpornosti na vodo in vodno paro. Izdelali bomo čepke, s katerimi bomo proučili izpiranje železa iz zaščitenega lesa. Čepke bomo izpostavili na prostem in tedensko spremljali vsebnosti železa v lesu ter opazovali spremembe barve. Vse metode bodo dale skupek rezultatov, ki bodo narekovali optimalne rešitve.

1.3 DELOVNE HIPOTEZE

• Brez večjih težav je možno pripraviti vodno raztopino železovega(II) sulfata in biocidnih učinkovin.

• Les, zaščiten s pripravkom na osnovi železovega(II) sulfata in biocidnih učinkovin, ima večjo odpornost na lesne glive kot les zaščiten samo z železovim sulfatom ali nezaščiten les.

• Obdelava lesa s pripravkom na osnovi železovega(II) sulfata in biocidnih učinkovin ne vpliva na hidrofobnost površine in navzem obdelanega lesa.

• Večino vnesenega železa se iz površine obdelanega lesa hitro izpere. Kljub temu železo pospeši staranje (sivenje) površine lesa.

2 PREGLED OBJAV

2.1 STARANJE LESA NA PROSTEM

Les je vedno izpostavljen biotskim in abiotskim dejavnikom razkroja. To so naravni procesi in so v naravi nujni, vendar si pri lesu v uporabi večinoma tega ne želimo, zato poskušamo razkroj čimbolj upočasniti. Ko pride do estetske ali tehnične neuporabnosti, moramo lesene elemente zamenjati. S poznavanjem najpomembnejših mehanizmov razkroja in naravne odpornosti lesa lahko ta material uporabimo optimalno. Les razkrajajo biotski in abiotski dejavniki. Teh procesov ni mogoče povsem preprečiti, lahko jih le zelo upočasnimo.

2.1.1 Abiotski dejavniki

Abiotski dejavniki so dejavniki nežive narave, med katere štejemo na primer kemijske in vremenske vplive. Vremenski pojavi vsekakor vplivajo na življenjsko dobo lesa in prinašajo velike stroške vzdrževanja lesa. Les začne spreminjati svojo barvo hitro po izpostavitvi vplivom okolja, saj dobro absorbira ultravijolično svetlobo. Na UV svetlobo so občutljive vse komponente lesa, najbolj lignin. Lignin v povprečju absorbira od 80 % do 95 % UV svetlobe. Ostali del pripišemo celulozi in hemicelulozam (5 % – 20 %) ter do 2 % ekstraktivom (Norrstrom, 1969). V lesu absorbirana UV svetloba vodi do fotokemijskih reakcij, ki v prvi fazi povzročijo diskoloracije, kasneje pa intezivno fotodegradacijo (Hon, 2001). V končni fazi fotodegradacija vodi do slabšanja fizikalnih, kemijskih in bioloških lastnosti lesa (Lesar in sod., 2011).

Fotodegradacija lignina privede do nastanka prostih radikalov in obarvanih nizko molekularnih spojin, ki se izpirajo iz površine lesa. Ti prosti radikali reagirajo s kisikom ter tvorijo karbonilne in karboksilne kromoforne skupine (Hon, 2001), ki so odgovorne za nastanek barvnih sprememb (Ayadi in sod., 2003). Za iglavce je značilno, da se zaradi izpostavitve svetlobi obarvajo rumeno, za listavce so barvne spremembe bolj kompleksne in se jih ne da označiti z eno barvo.

Poleg sprememb zaradi sončne svetlobe in temperature imata velik vpliv na fotodegradacijo tudi kisik in voda (Deka in sod, 2008). Voda izpira rjave razgrajene produkte iz lesa. Rjavi razgrajeni produkti so ostanki fotodegradiranega lignina. Les, ki je izpostavljen padavinam in UV sevanju, posivi. Les, ki je izpostavljen samo UV sevanju, porumeni ali porjavi. Do različnih barv pride zato, ker je siva barva posledica povečanega deleža celuloze na površini lesa, saj v primeru izpostavitve padavinam in UV sevanju, voda izpere ostanke fotodegradiranega lignina. Po več letih uporabe oz. tovrstne izpostavitve lesa se na površini lesa pojavi patina, ki izgleda kot groba struktura sive barve. Ta patina v nasprotju z razširjenim ljudskim prepričanjem nima vpliva na odpornost lesa in lesa ne ščiti pred razkrojem (Kržišnik in sod., 2018a). Površine tako izpostavljenega lesa lahko delno

razgradijo tudi ose, ki uporabijo celulozo iz zunanjega sloja lesa, s katero izdelujejo osir (Kržišnik in sod., 2018a).

Zaradi vremenskih vplivov površina lesa postaja hrapava. Do pojava pride, ker je gostejši kasni les bolj odporen na vremenske neprilike kot redkejši rani les, ki hitreje propade.

Potencial hrapavosti se zgodi že pri mehanski obdelavi lesa, kjer se lahko rani les zdrobi in nato pri stiku z vlago odstopi od strukture (Williams, 2005).

Ko les izpostavimo naravnim pojavom, začne pokati. Pogostost in globina razpok je veliko večja na tangencialnih površinah lesa kot na radialnih (Sandberg, 1999). Razpoke so posledica navlaževanja in sušenja lesa, ki je posledica sonca in vode. Rani les je večjo poroznostjo in manjšo debelino celične stene bolj dovzeten za degradacijo. Nastanek razpok v radialni smeri povzroči delaminacijo površinskih plasti lesa.

2.1.2 Biotski dejavniki

Poleg abiotskih dejavnikov les razkrajajo tudi biotski. V ugodnih razmerah les tako postane hrana za številne organizme, ki so sposobni razgradit in presnoviti eno ali več sestavin lesa.

Največjo škodo med biotskimi dejavniki v našem podnebnem pasu povzročajo glive, ki razkrajajo celično steno lesa in s tem zmanjšujejo mehanske lastnosti in maso ter posledično uporabnost lesa. Pri uporabi lesa je zelo pomembno, da s primerno zaščito preprečimo ali omejimo ugodne pogoje za razvoj gliv.

2.1.2.1 Glive razkrojevalke

Glive so zelo razširjeno kraljestvo in po raznovrstnosti presegajo rastline. So večcelični organizmi in jih na svetu obstaja več kot 1,6 milijona, opisanih je 120.000 vrst (Schmidt, 2006). So heterotrofni organizmi s celično steno iz hitina. Sestavljajo jih nitaste strukture imenovane hife. Več prepletenih hif, ki sestavlja podgobje, imenujemo micelij. Glive, ki ogrožajo les, delimo na tri debla: Ascomycota (zaprtotrosnice), Basidiomycota (prostotrosnice) in Deuteromycota (nepopolne glive).

Glive razkrojevalke lahko glede na delovanje in poškodbe povzročene na lesu delimo na:

glive, ki les obarvajo (plesni in glive modrivke) in glive, ki povzročajo trohnobo (glive bele trohnobe, rjave trohnobe in mehke trohnobe) (Pečenko, 1987).

Razkroj se začne z okužbo lesa s sporami gliv. Proces se konča, ko glive popolnoma razkrojijo les. Prva nevidna stopnja je, ko glive prodrejo v lumne celičnih sten in še na lesu ni zaznati izgube mase. V naslednjih stopnjah se pojavijo diskoloracije in spremembe v teksturi lesa. To je zgodnja stopnja, kjer je razkroj že opazen, a ne tako očiten. Ko razkroj postane brez težav opazen, vendar je struktura lesa še ohranjena in lahko prepoznamo

drevesno vrsto, preidemo v vmesno stopnjo razkroja. Sledi zadnja faza, kjer les popolnoma izgubi svojo strukturo in je razgrajen.

Za rast gliv so poleg substrata potrebni še drugi dejavniki. Glive potrebujejo kisik, nekoliko kisle razmere (pH med 4,0 in 5,5), ugodne temperature in dovolj visoko vlažnost lesa.

Minimalna vlažnost lesa se praviloma giblje med 25 % in 30 % (območje TNCS) (Johansson, 2014). Študije so dokazale, da lahko glive delujejo tudi pri nižjih vlažnostih lesa, če je v bližini voda. Dokazi so, da se je micelij razraščal na lesu z vlažnostjo 17,4 %. Optimalna temperatura delovanja gliv se giba med 20°C in 30°C (Teodorescu in sod., 2017). Mejni temperaturi delovanja gliv sta 3°C in 40°C (Pouska in sod., 2016). Že glede na klimo, kjer bo izdelek vgrajen, lahko predvidevamo ogroženost lesa na napad lesnih gliv in drugih dejavnikov razkroja.

Med najbolj pogoste in destruktivne uničevalce lesa uvrščamo glive povzročiteljice rjave trohnobe. Glive rjave trohnobe razkrajajo predvsem celulozo in hemicelulozo, zato močno oslabijo mehanske lastnosti lesa, predvsem natezno trdnost. Lignin pustijo skoraj nedotaknjen. Posledica je vidna kot potemnitev lesa, razpoke in skoraj popolna izguba trdnosti. Taksonomsko gledano rjavo trohnobo najpogosteje povzročajo glive iz debla Basidiomycota. Najbolj tipične predstavnice so: kletna goba (Coniophora puteana), siva hišna goba (Serpula lacrymans), bela hišna goba (Antrodia vaillantii), (Oligoporus placenta), tramovki (Gloeophyllum trabeum) in (Gloeophyllum saepiarium), luskasta nazobčenka (Lentinus lepideus) in hrastova labirintnica (Daedalea Quercina). V naravi glive rjave trohnobe pogosteje okužijo iglavce kot listavce (Cowling, 1961).

Glive bele trohnobe so sposobne poleg popolne razgradnje celuloze in hemiceluloze tudi razgradnje lignina, ter so edini organizmi, ki lahko razgradijo vse elemente celične stene (Zabel in Morell, 1992). Okužujejo predvsem les listavcev in so najpogostejše povzročiteljice razkroja lesa na prostem. Les zaradi razkroja lignina posvetli in zato vrsto razkroja imenujemo bela trohnoba. Taksonomsko gledano belo trohnobo najpogosteje povzročajo glive iz debla Basidiomycote in Ascomycota. Te glive načeloma ne uporabljajo lignina kot vir energije, ampak ga razgradijo, da pridejo do celuloze in hemiceluloze (Sánchez, 2009). Ločimo sočasno in selektivno belo trohnobo. Pri sočasni beli trohnobi glive sočasno razgradijo lignin in celulozo, pri selektivni pa vsako komponento posebej (Zabell in Morrell, 1992).

Preglednica 1: Poškodbe, ki jih na lesu povzročajo lesne glive.

Skupine gliv Glive presnavljajo Vrsta poškodbe

Glive, ki les obarvajo (Ascomycota,

Deuteromycota, …)

Snovi v celičnih lumnih, produkte fotodegradacije, prah na površini, vsebino parenhimskih celic

Obarvanje lesa

Glive razkrojevalke (Basidiomycota in Ascomycota)

Lignin in celulozo Bela trohnoba

Glive razkrojevalke (Basidiomycota in Ascomycota)

Predvsem celulozo Rjava trohnoba

Glive »mehke« trohnobe (nepopolne glive in Ascomycota)

Celulozo (predvsem v S2 plasti celične stene)

»Mehka«

trohnoba (soft rot)

2.1.2.2 Glive modrivke

Glive modrivke, ki povzročajo obarvanje lesa, vplivajo predvsem na videz lesa.

Prehranjujejo se s škrobom v parenhimskih celicah beljave (Zink in Fengel, 1989), ter praviloma ne razgrajujejo celuloze in lignina, zato ne vplivajo na mehanske lastnosti. Les tako izgubi estetsko vrednost in je neuporaben za določene aplikacije (Gobakken in Vestøl, 2012). Največkrat je obarvanje modro, sivo ali črno. Okužbe se prenašajo s pomočjo vetra ali insektov, ki prenesejo spore na les (Kržišnik in sod., 2018b). Obarvanja lesa povzročajo tudi plesni, ki se pojavljajo le na površini lesa. Najpogosteje se srečamo z dvema plesnima kjer so obarvanja črna (Aspergillus niger) ali zelena (Penicillium spp., Trichoderma spp.).

2.2 NARAVNA ODPORNOST IN ŽIVLJENSKA DOBA LESA

Vedno bolj strmimo k uporabi materialov, ki nimajo ali imajo zelo majhen negativen vpliv na okolje med pridobivanjem, preoblikovanjem in uporabo. Les je okolju prijazen material in ustreza tem kriterijem, zato njegova uporaba narašča. Kot večina materialov se tudi lastnosti lesa s časom slabšajo. To lahko upočasnimo z ustrezno zaščito. Vsekakor strmimo k izbiri okolju prijaznih rešitev in ne posegamo po strupenih kemikalijah uporabljenih v preteklosti. Za dolgo uporabo nezaščitenega lesa je potrebna ustrezna konstrukcijska rešitev pri vgradnji, naravna odpornost uporabljenega lesa in/ali zaščita lesa.

2.2.1 Naravna odpornost

Naravna odpornosti lesa je definirana kot odpornost lesa proti delovanju fizikalnih, kemijskih ali bioloških dejavnikov (Dinwoodie, 2000). Standard SIST EN 350 (2017) (preglednica 2) definira naravno odpornost kot lastnost, ki jo ima les v naravnem zdravem

stanju. Deblo rastočega drevesa je sestavljeno iz jedrovine (notranji del) in beljave (zunanji del). Beljava je, običajno na videz drugačne barve, rastoči pas lesa pod skorjo in je pri vseh lesnih vrstah neodporna na biološki razkroj. Odpornost jedrovine je boljša predvsem zaradi vsebnosti ekstraktivov, pri hrastu je to elagitanin, pri macesnu pa taksifolin. Poleg tega ima pomembno vlogo tudi hidrofobnost lesa. Hidrofobnost povečujejo odložene stvari v celičnih lumnih (tile, gumozni depoziti), ki zmanjšujejo mobilnost vode v lesu in izpiranje ekstraktivov iz lesa. Na naravno odpornost vpliva tudi gostota lesa, ki ni nujno povezana na način; večja je gostota, boljša je odpornost (Panshin in de Zeeuw, 1980).

Preglednica 2: Razvrstitev lesnih vrst v 5 odpornostnih razredov (SIST EN 350, 2017).

OPIS RAZRED

ODPORNOSTI

Odpornost proti napadu gliv

Odpornost lesa v stiku s tlemi

Zelo odporne 1 ML < 5 x > 5

Odporne 2 5 < ML < 10 3 < x < 5 Zmerno odporne 3 10 < ML < 15 2 < x < 3 Neodporne 4 15 < ML < 30 1,2 < x < 2

Zelo občutljive 5 30 < ML x < 1,2

ML – Odpornost proti napadu gliv se definira z izgubo mase (%).

x – Povprečna relativna starost lesa ob stiku s tlemi. Relativna življenjska doba beljave borovine je 1.

2.2.2 Trajnost lesa in njeno določanje

Trajnost lesa definiramo kot obdobje, v katerem les ohrani vse svoje relevantne lastnosti.

Odvisna je od naravne odpornosti lesa, konstrukcijske zaščite oziroma načina vgradnje ter načina uporabe. Dober primer so ostrešja izdelana iz smrekovine, ki lahko stoletja služijo svojem namenu kljub temu, da je smrekovina neodporen les. V nasprotnem primeru lahko tudi zelo odporen kol iz robinje v ostrih pogojih bistveno prej propade. Zato je potrebno, glede na mesto vgradnje lesa, v prvi vrsti izbrati pravilno vrsto lesa in pravilen postopek zaščite samega lesa v kolikor je potreben. Za lažjo oceno ogroženosti lesa in izbiro ustrezne zaščite je v preglednici 3 prikazan evropski standard SIST EN 335 (2013).

Preglednica 3: Evropski razredi izpostavitve lesa glede na mesto uporabe (SIST EN 335, 2013).

Razred uporabe

Opis Prisotni škodljivci

1 Vedno suh Insekti

2 Občasno u > 20 % Insekti, glive modrivke, plesni 3.1 Na prostem, ni v stiku s tlemi, s

konstrukcijsko zaščito

Insekti, glive modrivke, plesni, razkrojevalke, izpiranje

3.2 Na prostem, ni v stiku s tlemi, brez konstrukcijske zaščite

Insekti, glive modrivke, plesni, razkrojevalke, izpiranje

4 V stiku z zemljo Insekti, razkrojevalke, izpiranje

5 V morski vodi Morski škodljivci

Za uvrščanje lesa v posamezne razrede poznamo številne standardizirane metode testiranja.

Poznamo laboratorijske in terenske teste. Laboratorijski testi dajo hitre rezultate in so bolj uporabni v prvi fazi proučevanja še nepoznanih drevesnih vrst. Terenski testi so dolgotrajnejši, vendar so bolj zanesljivi in nam dajo natančnejše podatke. Največ raziskav se dela na področju tretjega razreda izpostavitve, saj četrti razred izpostavitve velikokrat nadomestimo z drugim materialom. Prvi in drugi razred nima tako ostrih pogojev za les zato prekratka trajnost ni problematična.

2.2.3 Življenjska doba lesa

Življenjska doba lesa je obdobje, v katerem les ohrani mehanske lastnosti in stabilnost, ki so zahtevane za določen izdelek (Humar in sod., 2020). Največji vpliv na življenjsko dobo ima odpornost lesa, konstrukcijska zaščita, klima na mestu vgradnje in dodatna obdelava z zaščitnimi sredstvi. V osnovi življenjsko dobo delimo na tehnično ali funkcionalno (to je čas, ko izdelek opravlja svojo funkcijo) in estetsko (to je čas, ko izdelek še zadostuje estetskim merilom). Običajno izdelke zamenjamo veliko prehitro, saj po našem mnenju presežejo svojo estetsko življenjsko dobo, čeprav so tehnično še primerni. V Evropi problematiko življenjske dobe obravnava Evropska direktiva o gradbenih proizvodih (European Construction Products Directive, CPD 89/106/EEC). V aneksu I so omenjene zahteve za mehansko odpornost, trdnost in varnost med uporabo. Življenjska doba je še posebej pomembna za arhitekte, načrtovalce, gradbenike, tesarje in zavarovalniške družbe.

Eurocode (CEN, 2002) podaja naslednje okvirne življenjske dobe: za začasne konstrukcije 10 let, za gradbene konstrukcije 50 let in za monumentalne gradbene konstrukcije in mostove 100 let. Pri pripravi projektov je potrebno že vnaprej predvideti stroške vzdrževanja in življenjsko dobo posameznih komponent stavbe.

2.3 ŽELEZOV(II) SULFAT – FESO4

Vsaka uporabljena raztopina je bila v osnovi sestavljena iz demineralizirane vode in železovega(II) sulfata. Železov(II) sulfat ali zelena galica je bila v našem primeru v obliki modrozelenih kristalov. Končni produkt je bila raztopina umazano rumene barve. V vsakdanjem življenju se zelena galica uporablja za odstranjevanje mahu in zdravljenje bolezni v vinogradništvu, sadjarstvu, vrtnarstvu, kjer večinoma odpravlja težave nastale s pomanjkanjem železa v zemlji. Včasih se je uporabljal tudi za razvijanje fotografij, kot dodatek v hladilni tekočini turbinskih kondenzatorjev za tvorjenje korozijsko obstojnih slojev na ceveh (Wikipedia, 2021). Železov(II) sulfat je bil že stoletja uporabljen kot barvilo za lesene izdelke, pohištvo, glasbene inštrumente in za njihovo vzdrževanje ali ohranjanje imitacije temnega in dragega lesa, kot je ebenovina (Høibø in Nyrud, 2010). Ob stiku z betonom, asfaltom, ploščicami ali drugimi podobnimi površinami pusti neodstranljive rjave madeže. Uporaba železovega sulfata ni dovoljena v varovalnih pasovih, vodnih zajetjih pitne vode, varovalnih pasovih jezer, rek in potokov, ker bi z močnimi padavinami lahko prišlo do izpiranja v vodo (Bavčar, 2016).

2.4 VPLIV ŽELEZOVEGA(II) SULFATA NA LES

Pri obdelavi lesa z železovim(II) sulfatom pride do reakcije med železom in fenolnimi spojinami. Ligninove vezi pretvorijo železov(II) sulfat v železov oksid, ki lesu daje sivo – modrikasto barvo. Pripravek ne deluje na acetiliranem, termično modificiranem in s Cu- HDO impregniranim lesom (Hundhausen in sod., 2020).

Do reakcije in spremembe barve pride takoj po obdelavi z železovim(II) sulfatom in les v primeru smreke takoj nekoliko potemni, hrast pa takoj zelo potemni. Tudi če les po obdelavi ni izpostavljen svetlobi oziroma je v temi, prihaja do minimalnih posivitev. Les, ki je po obdelavi na svetlobi, posivi veliko bolj, vendar do minimalnih sprememb prihaja tudi brez prisotnosti svetlobe. Za reakcijo ni potrebna dodatna voda.

Hundhausen in sod. so leta 2020 v raziskavi ugotovili da kot izpostavitve vzorcev, naravnim pogojem, ne vpliva na spremembo barve. Tako so vzorci izpostavljeni brez napuščev pod kotom 90° (navpično) dosegli podobno sivenje kot vzorci izpostavljeni pod kotom 45°.

2.5 BOROVE SPOJINE

Bor je zelo razširjen kemijski element in se v naravi pojavlja v spojini s kisikom ter drugimi kemijskimi elementi. Najpogosteje je v obliki borove kisline in boraksa. Izmed več kot 80 različnih mineralnih tipov boraksa, je najpogostejši tinkal (Na2B4O7×10H2O, natrijev tetraborat dekahidrat), znan pod splošnim imenom boraks. Bor je prisoten v rastlinah, prehrani ljudi in kot dodatek izdelkom uporabljenim v gospodinjstvu. Uporablja se tudi v

kozmetičnih in farmacevtskih izdelkih (mila, kreme, pralni praški, … ) ter pri proizvodnji steklenih vlaken. Srečamo ga pri motornih strojih kot dodatek gorivom, olju in drugim motornim tekočinam. Prisoten je v sodobnem računalništvu za razvoj mikroelektronike in računalnikov. Za nas najbolj pomembna je uporaba v spektru gradbeništva in lesa, kjer se uporablja za zaščito lesa in lesnih tvoriv (Lesar in Humar, 2007).

Borove spojine so ene izmed najstarejših učinkovin za zaščito lesa, ki so še vedno v uporabi.

Ena izmed pomembnejših lastnosti boratov je nizka toksičnost za ljudi. V uporabi je glavna prednost boratov dobra difuzivnost in širok spekter delovanja proti insektom in glivam.

Zaradi dobre difuzivnost lahko zaščitimo tudi slabše permeabilne lesne vrste, kar je prednost.

Dobra difuzivnost pomeni tudi lahko izpiranje spojine iz lesa, zato so z borovimi spojinami zaščiteni izdelki omejeni na uporabo v suhih pogojih oziroma na mestih, kjer se občasno pojavi zvišanje vlažnosti.

2.5.1 Toksičnost

Bor najdemo povsod v naravi. V majhnih količinah se nahaja v vodi, zemlji, živalih in rastlinah. Govorimo o koncentraciji med 3 mg/kg in 10 mg/kg zemlje (Adams, 1964). V morski vodi je povprečno 4,5 mg/kg. Nacionalni laboratorij za zdravje, okolje in hrano je 12. 12. 2019 na območju Kleče izmeril 0,012 mg/L vsebnosti bora v pitni vodi. (NLZOH, 2021)

Bor se kot konzervans uporablja tudi v prehrani. Zaužitje posameznika je odvisno od načina prehrane, torej koliko izdelkov z določeno vsebnostjo uživa. Raziskave so ocenile dnevni vnos od 1 mg/dan do 3 mg/dan, lahko celo do 10 mg/dan (Rainer, 1993). Bor ljudje vnašamo v telo predvsem z uživanjem sadja in zelenjave. Izstopa kaviar, ki je za potrebe transporta konzerviran z borovo kislino in zato uživanje kaviarja poveča vnos bora v naše telo.

Raziskave povezane z uporabo boratov v praksi dokazujejo, da se inhalatorni vnos boratov ne odraža v nobenem zaznavnem kroničnem učinku. Tudi dermalni kontakt ne povzroči nobenih težav (Culver in Shen, 1994).

Akutna oralna toksičnost (LD50) za borovo kislino pri podganah znaša od 3000 mg/kg do 4000 mg/kg telesne teže, boraksa pa od 4500 mg/kg do 6000 mg/kg telesne teže (Weir in Fisher, 1972). Ugotovljene razlike nastanejo zaradi čiste vsebnosti bora v posamezni spojini.

Za lažjo primerjavo lahko vzamemo vrednost nikotina katerega akutna oralna toksičnost (LD50) je od 10 do 53 mg/kg ali kofeina z vrednostjo 192 mg/kg telesne teže (Rainer, 1993).

Akutna oralna toksičnost borovih spojin je primerljiva s toksičnostjo kuhinjske soli in bistveno nižja od drugih v lesarstvu uporabljenih biocidov.

Učinek bora na reproduktivno toksičnost pri ljudeh ni podrobno znan. Študije, na živalih oralno izpostavljenih boru, potrjujejo škodljivost bora na zarodek (Moore, 1997). Raziskava

zasnovana na osnovi ankete, pri moških zaposlenih v proizvodnji boraksa, torej v rudnikih in sami predelavi, kaže da ni ugotovljenih negativnih učinkov na njihovo reproduktivnost.

V raziskavo je bilo vključenih 542 zaposlenih moških, ki so bili pet let dnevno izpostavljeni visokim koncentracijam (vsaj 23,2 mg boraksa/m³ ali 0,48 mg borove kisline/kg telesne teže/dan). Plodnost moških je bila primerljiva s povprečno plodnostjo v ZDA (Whorton, 1994). Podobne ugotovitve so podali Sayli in sodelavci (1998), ki so ugotavljali vpliv bora na ljudi v pitni vodi. Zelo visoka vsebnost bora (21 mg/L – 29 mg/L) v vodi je bila v bližini nahajališč bora. Na ljudeh, ki so uporabili to vodo ni bilo zaznati negativnih vplivov visoke koncentracije bora v pitni vodi.

Bor se v človeškem telesu ne skladišči. Raziskave so pokazale, da se 50 % zaužitega bora preko urina izloči že v 21 urah. Preostanek se do konca izloči v 95 urah po zaužitju (Rainer, 1993). Prav tako boraks in borova kislina nista kancerogena. Eksperiment se je izvajal na podganah, ki so jim dve leti v hrano dodajali ti dve spojini (Weir in Fisher, 1972).

Po vseh ugotovitvah lahko borate uvrstimo med varne kemikalije. V vsakdanji uporabi je koncentracija borovih spojin mnogo nižja od problematične vrednosti. Zelo mala verjetnost je, da bi ljudje bili izpostavljeni koncentraciji, ki je strupena.

2.5.2 Delovanje proti glivam razkrojevalkam, modrivkam ter plesnim

Borove spojine so učinkovit fungicid in insekticid. Svojo nalogo dobro opravljajo že pri nizkih koncentracijah. Dobro raziskovano je področje delovanja bora proti glivam, insektom in termitom. V literaturi ni zaslediti vrste glive razkrojevalke, ki bi bila tolerantna na borove spojine in bi razkrajala les zaščiten s temi pripravki (Findlay, 1956; Jonge, 1987; Dickinson in Murphy, 1989; Lesar in Humar, 2007).

Za večino gliv je z laboratorijskimi testi določena ista mejna vrednost, ki znaša 2,0 kg/m³ BAE (boric acid equivalent). Jonge (1987) navaja, da je izjema pisana ploskocevka (Trametes versicolo) in je za njo potrebna višja mejna vrednost. Mejne vrednosti različnih raziskovalcev se med seboj nekoliko razlikujejo. Vzrok tega so nekoliko različne metode.

Učinkovitost posameznih borovih spojin je najbolj odvisna od deleža čistega bora v posamezni spojini. Največ ga je v borovi kislini in sicer 17,48 %, nekoliko manj v boraksu (natrijev tetraborat dekahidrat) in sicer 11,34 %. Od tega podatka je odvisna mejna vrednost obeh spojin, zato je za boraks nekoliko višja kot za borovo kislino. Ob deležu bora v spojini na učinkovitost vpliva tudi pH pripravka. Učinkovitost z večanjem pH raste.

Borovine spojine delujejo tudi proti glivam modrivkam in plesnim. Mejne vrednosti za plesni so višje kot za glive razkrojevalke. Gibljejo se med 15 kg/m³ in 17 kg/m³ BAE

(Becker, 1959). Glede obstoja so glive modrivke bolj občutljive kot plesni. V drugi raziskavi so ugotovili veliko nižjo mejno vrednost in sicer 2 kg/m³ BAE (Lloyd, 1996).

2.5.3 Difuzivnost in izpiranje bora

Bor se izkaže kot odlično sredstvo za zaščito lesa. Njegova največja slabost je slaba fiksacija v les in slaba naravna topnost v vodi. Zato so borove spojine omejene v uporabi in se uporabljajo le v prvem ter drugem izpostavitvenemu razredu, kjer ni nevarnosti izpiranja in močenja. Bor v že impregniranem lesu ni fiksiran in se zaradi različnih vlag giba iz mest višje koncentracije na mesta z nižjo koncentracijo (Lloyd, 1998).

Bor se v primerjavi z drugimi aktivnimi učinkovinami zelo izpira. Za primerjavo sta Peylo in Willeitner (1997) naredila raziskavo na prostem in sicer na drogu impregniranem s pripravkom CCB (krom, baker, bor). Po treh letih in pol se je iz preizkušanca izpralo približno 30 % bora, 1,3% bakra in 0,05 % kroma. Po petih letih pa 35 % bora, 2 % bakra in 0,1 % kroma. Danes se krom vse bolj umika iz uporabe. Na tržišču se pojavljajo pripravki na osnovi bakra, aminov in pogosto tudi bora. Humar in sodelavci (2006) so ugotovili, da dodatek bora k baker/etanolaminski raztopini, izboljša odpornost na glive razkrojevalke, a hkrati tudi nekoliko poveča izpiranje sredstva.

Za boljši vpogled sta Peylo in Willeitner (1995) s terenskimi testi ugotavljala učinkovitost površinskega premaza na izpiranje pri izpostavitvi preizkušancev v tretjem razredu izpostavitve. Preizkušanci so bili impregnirani s 0,1 % raztopino borove kisline. Po treh letih se je iz dodatno nezaščitenih vzorcev izpralo približno 47 % bora, medtem ko se je iz preizkušancev premazanih z lakom iz naravnih smol izpralo le 20 % bora. Rezultati so pokazali, da površinski premaz v začetni fazi močno zmanjša izpiranje, nato pa po približno šestih mesecih izpiranje poteka po enaki krivulji. Tako se je po 5 letih iz nepremazanega vzorca izpralo 80 % bora, iz premazanega pa 50 %. Razlika, ki je nastala v začetku, ostane v petih letih približno enaka. Ugotovila sta, da s površinskim premazom ne moremo preprečiti izpiranja bora, lahko ga upočasnimo predvsem v začetni fazi (Peylo in Willeitner, 1995). Do zdaj se v industriji še ni našla ustrezna rešitev, ki bi omejila izpiranje bora do 5

%.

2.5.4 Zadrževanje ognja

Hitro po začetku uporabe bora v lesni industriji so ugotovili tudi njegovo dobro protipožarno učinkovitost. Za zadostno protipožarno zaščito mora les vsebovati 48 kg/m³ borove kisline (Le Van in Tran, 1990). Ta vrednost je zelo visoka. V praksi je vsaj 10 krat nižja, zato pripravka ne moremo prištevati k protipožarnim sredstvom, ampak vseeno nekoliko pripomore tudi v tej smeri.

2.6 LES

Les je že od nekdaj ena najpomembnejših surovin. Njegova uporaba nenehno narašča. Z razvojem poznavanja lesa, lepil, premazov in strojev za obdelavo, se spekter uporabe vedno bolj veča in skoraj več ne pozna meja. Les lahko opišemo kot nehomogen, anizotropen, higroskopen, biološko razgradljiv visoko variabilen material. Glavne sestavine lesa so celuloza (med 42 % in 51 %), hemiceluloze (med 18 % in 30 %), lignin (med 18 % in 30

%), ekstraktivne snovi (med 1 % in 10 %) in mineralne snovi (med 0,2 % in 0,8 %) (Eckhard in sod., 2008).

Najpomembnejši vir lesa predstavljajo gozdovi, ki na Zemlji obsegajo približno 31 %, v Evropski uniji pa 42 % celotnega ozemlja. V Sloveniji smo precej bolj obdarjeni z gozdovi, saj pokrivajo kar 58,2 % naše države (Zavod za gozdove, 2021).

Poznamo veliko število drevesnih vrst. V Sloveniji je poznanih 71 samoniklih drevesnih vrst (Brus, 2012). V svetovnem merilu je poznanih približno 30 000 vrst listavcev in 520 vrst iglavcev (Čufar, 2006).

2.6.1 Smreka (Picea abies Karst.)

Smreka je iglavec brez obarvane jedrovine, kar pomeni, da beljave in jedrovine barvno ne moremo ločiti. V mladosti je les rumenobel, v starosti lahko tudi rumenkastorjav. Odvisno od rastišča ima lahko ozke ali široke branike, ki so različne. Kvalitetnejši je les z ožjimi branikami. Glede na lesno zalogo je po podatkih iz leta 2010 bukev naša najpogostejša drevesna vrsta. Sgermova smreka, ki raste na Pohorju, meri v višino 62 m in ima obseg 339 cm (Brus, 2012). Povprečna smreka zraste do 50 m visoko in do premera 120 cm. Ima značilno ravno, vitko in polnolesno deblo, torej je padec premera po dolžini majhen in je izkoriščenost pri razžagovanju takega debla velika. Les smreke se večinoma uporablja kot gradbeni in konstrukcijski les, ker ima dobro razmerje med maso in mehanskimi lastnostmi.

Če je rast počasna in enakomerna nastane renesančen les, ki se uporabi za glasbila. Uporaben je tudi za notranje in zunanje pohištvo oz. opremo. V primeru uporabe na prostem, ga moramo dobro zaščititi, saj je les slabše odporen na vremenske neprilike in druge razkrojevalce lesa (Čufar, 2006).

2.6.2 Macesen ( Larix decidua Mill.)

Evropski macesen je listopadno iglasto drevo. Ima rumenkasto beljavo in rdečkasto obarvano jedrovino. Pozimi že na daleč izstopa od večine iglavcev, saj mu pred zimo iglice odpadejo. Običajno ima ravno in polnolesno deblo ter redko jajčasto stožčasto krošnjo z vejami, ki ne rastejo v vejnih vencih. Skorja je sivo rjava, zelo debela in vzdolžno razbrazdana. Macesen zraste do 40 m višino in do 150 cm v debelino. Drevo dobro prenaša

močen veter, mraz, slane in suše. Najraje ima globoka in zračna tla, prenese tudi nestabilne in neutrjene podlage. V Sloveniji ga samoniklo rastočega najdemo v Julijskih Alpah, Karavankah in Kamniških Alpah vse do nadmorske višine 2000, posajenega pa tudi drugod.

Je pionirska vrsta na gozdnih mejah v visokogorju in zapuščenih gorskih pašnikih.

Najdebelejši macesen v Sloveniji ima obseg 465 cm in je visok 29m. V Mali Pišnici raste macesen, ki velja za eno najstarejših slovenski dreves in sicer njegovo starost (zaradi votlega debla) ocenjujejo na 500 do 1000 let (Brus, 2012). Macesnovina je odličen les. Je elastičen in srednje odporen, zato se uporablja v gradbeništvu in mizarstvu. Pred smreko in jelko izstopa z nekoliko boljšo odpornostjo na glivni razkroj, zato se v veliki meri uporablja za izdelke na prostem.

2.7 KVARTARNE AMONIJEVE SPOJINE (BENZALKONIJEV KLORID)

Kvartarne spojine so kationske površinsko aktivne snovi (Gerba, 2015). V Evropi je proizvodnja kvartarnih amonijevih spojin (KAS) ocenjena na več kot 1000 ton letno. Spojine so največkrat sintetično pridobljene. Na splošno delujejo kot detergenti in razkužila. Imajo široko uporabnost, najpogosteje jih srečamo v: živilstvu, kozmetiki, medicinskih pripomočkih, mehčalih perila, barvilih, pripravkih za razkužila in pesticidih. Posebej primerna so zaradi majhne korozivnosti in toksičnosti (Wu in sod., 2015). Kemijska struktura KAS je sestavljena iz kationskega dela, ki je dušikov ion, na katerega so vezane štiri verige ogljikovih skupin različnih dolžin in struktur. Neposredno na dušikov atom je vezan anionski del, običajno ion klora ali broma. Enostavne KAS so stabilne vodotopne molekule in so zato lahko uporabljene v številnih formulacijah. KAS učinkovito uničujejo vegetativne oblike bakterij in kvasovke. Lahko zavirajo rast in razmnoževanje baterijskih spor, plesni in mikoplazem. Delujejo po principu poškodbe celične membrane. Učinkovitost KAS je pogojena z dolžino verige C-atomov. Najpogosteje komercialno uporabljene KAS so: didecildimetilamonijev klorid (DDAC), benzalkonijev klorid, centilpiridinijev klorib, dimetilbenzil amonijev klorid in klorheksidin (Melin in sod, 2016).

2.8 TEORETIČNE OSNOVE UPORABLJENIH METOD – XRF

Rentgenska fluorescenčna spektrometrija (XRF) temelji na vzbujanju atoma s hitrimi elektroni ali z rentgenskimi žarki ter na nastanku novega karakterističnega žarčenja (Veber, 2007). Tako omogoča določitev koncentracij elementov v vzorcu.

Elektrone, ki so vezani v elektronskih lupinah, vzbujamo s fotoni rentgenske svetlobe. Na ta način se elektroni izbijejo iz notranje K ali L lupine, v katero so trdno vezani. Izbiti elektroni se nadomestijo z elektroni iz višjih plasti (L, M ali N). Pri tem se sprošča energija v obliki fluorescenčnega sevanja, ki ga lahko zaznamo z detektorjem in je specifična za vsak element.

Intenziteta zaznanega sevanja nam omogoči določitev koncentracije posameznega elementa v vzorcu (Nečemer in sod., 2011).

Rentgenski žarki so del elektromagnetnega spektra med 0,1 A – 100 A, v rentgenski fluorescenci se dela predvsem z žarki dolžine 0,1 A – 15 A (Veber, 2007).

Če obsevamo atome elementa s pospešenimi elektroni, dobimo pri določenih pogojih rentgenski spekter. Tak spekter bi rentgenska cev sevala z volframovo anodo pri različnih delovnih napetostih. Mejne valovne dolžine so odvisne od energije pospešenih elektronov (od napetosti med katodo in anodo) in so neodvisne od materiala, iz katerega je anoda.

Zvezni spekter je posledica serije trkov med elektroni in atomi, ki sestavljajo anodo. Pri teh trkih elektroni zavirajo in oddajajo svojo kinetično energijo kot elektromagnetno valovanje (Veber, 2007).

2.9 TEORETIČNE OSNOVE UPORABLJENIH METOD – MERJENJE BARVE Sistem CIELAB je najpogosteje uporabljen in izpopolnjen sistem za numerično vrednotenje barve, sprejet leta 1976 (Wikipedia, 2021). Poznan je po celem svetu in predstavlja matematično kombinacijo kartezijskega in cilindričnega koordinatnega sistema, kjer je barva opredeljena s tremi osnovnimi vrednostmi. Razlike v barvi izračunamo po določenih formulah (poglavje 4.2.4). Za potrditev razlike v barvah mora ta znašati vsaj 0,5. Metoda se na področju lesarstva uporablja za ovrednotenje barvnih razlik kot posledic naravnega staranja lesa na prostem zaradi vremenskih pojavov. Z njo lahko spremljamo tudi vse ostale teste, pri katerih pride do barvnih sprememb na lesu.

3 MATERIALI IN METODE

3.1 MATERIALI

3.1.1 Standardni smrekovi preizkušanci

Za vse teste (razen test s čepki) smo uporabili vzorce kvadraste oblike predlaganih dimenzij standarda SIST EN 113 (CEN, 2002). Uporabili smo les smrekovine (Picea abies Karst.).

Širina vzorcev je bila 25 mm, debelina 15 mm in dolžina 50 mm. Orientiranost vlaken 45 ± 15 ° glede na normalno rast in enakomerne prirastne plasti. Površina je bila skobljana iz štirih strani. Pri razrezu na dolžino so se nekatera čela poškodovala, zato smo jih po potrebi ročno pobrusili. Primer vzorcev je viden na sliki 1.

Slika 1: Standardni smrekovi preizkušanci.

Za testiranje devetih različnih raztopin smo pripravili 400 vzorcev. Od tega je bilo 360 zaščitenih in 40 nezaščitenih. 300 smo jih porabili za glivne teste in 100 za vse ostale hidrofobne teste. Različne hidrofobne teste smo izvajali na istih vzorcih. Začeli smo z najbolj blagim testom in končali z najostrejšim.

3.1.2 Čepki in nosilec za čepke

Test izpiranja in spremembe barve v realnih pogojih smo opravili s pomočjo posebne metode prilagojene za lažje in natančnejše merjenje na XRF spektrometru. Uporabili smo smrekove (Picea abies Karst.) in macesnove (Larix decidua mill.) čepke valjaste oblike premera 30 mm ter višine 30 mm. Čepke smo izdelali na CNC stroju v podjetju Okna Korun. Na plašču je bila vidna prečna in tangencialna tekstura, na osnovni ploskvi pa radialna. Plašč smo po namakanju zaščitili z večnamensko enokomponentno poliuretansko tesnilno maso Sikaflex 521 UV, proizvajalca Sika (Slika 2). Tako smo testiranje osredotočili na teksturo čepka, ki

je izpostavljena tudi v realni uporabi npr. pri aplikacijah lesa na fasadi. Testirali smo šest različnih raztopin in skupino nezaščitenih vzorcev ter za to izdelali 140 čepkov (70 smrekovih in 70 macesnovih).

Slika 2: Čepki s silikonsko zaščito.

Za izpostavitev čepkov smo oblikovali prilagojene nosilce za lažje rokovanje s čepki in boljšo natančnost samega testiranja. Izdelali smo 4 nosilce s skupno kapaciteto 176 izpostavitvenih mest. V naši aplikaciji je nekaj mest ostalo praznih. Osnovna plošča je bila sestavljena iz smrekove deske in nerjavečih vijakov proizvajalca Spax. Pred vijačenjem vijakov za odlagalna mesta smo za boljšo natančnost mesta predvrtali. Vzorce smo izpostavili 1. aprila 2019 na terensko polje Oddelka za lesarstvo, z nadmorsko višino 295 m.

Stojalo je bilo orientirano na jug pod kotom 45°. Izgled nosilcev in stojalo za nosilce je prikazano na sliki 3.

Slika 3: Izpostavljeni čepki na nosilcu, vstavljeni v nosilno stojalo (levo) in čepki na nosilcu (desno).

3.1.3 Uporabljene raztopine

Vsaka raztopina je bila v osnovi sestavljena iz železovega(II) sulfata (FeSO4 ×7H2O) in demineralizirane vode. Testirali smo 2,5 %, 5 % in 10 % koncentracijo.

Preizkusili smo 4 različne biocide in sicer: jodopropinil butilkarbamat (IPBC), tebukonazol (TC), kvartarne amonijeve spojine (QUAT) in borovo kislino (Ba). V prvi fazi smo preverili topnost in mešanje posameznih komponent. Zaradi slabe topnosti smo izločili IPBC in TC.

Nadaljnja testiranja smo izvajali z različnimi kombinacijami raztopin, ki so vsebovale železov(II) sulfat, borovo kislino in kvartarne amonijeve spojine. Skupno smo pripravili 9 različnih raztopin. Za osnovni dodatek smo vedno uporabili železov(II) sulfat v različnih koncentracijah. Za kombinacijo z biocidi smo vedno izbrali 5 % koncentracijo FeSO4. Pripravljali smo 700 g posamezne raztopine, saj je to omogočalo optimalno potapljanje preizkušancev v izbrane 1000 ml čaše. Najprej smo z analitsko tehtnico zatehtali najlažje komponente, dodajali težje in jih na koncu prelili z demineralizirano vodo. Maso komponent izračunamo po formuli 1. Raztopino smo mešali z magnetnim mešalom približno 5 minut oz. dokler se niso vse komponente raztopile (slika 4). Proces smo izvajali pri sobni temperaturi in standardnem tlaku. Vse kombinacije in mase komponent so predstavljene v preglednicah 4 in 5.

Slika 4: Tehtanje komponent (levo) in mešanje raztopine s pomočjo magnetnega mešala (desno).

Formula za izračun mase posameznih komponent:

𝑚 =^𝑚0×𝑑

100 …(1) kjer je:

m – masa iskane komponente [g]

m0 – skupna masa raztopine [g]

d – delež komponente [%]

Preglednica 4: Priprava raztopin za test s standardnimi smrekovimi preizkušanci.

Oznaka Dodatki k demineralizirani vodi

m(H2O) [g] m(FeSO4) [g]

m(Ba) [g]

m(QUAT) [g]

Fe2 2,5 % FeSO4 682,5 17,5 / /

Fe5 5 % FeSO4 665 35 / /

Fe10 10 %FeSO4 630 70 / /

Fe5Ba1 5 % FeSO4 + 0,1 % Ba 664,3 35 0,7 /

Fe5Ba2 5 % FeSO4 + 0,2 % Ba 663,6 35 1,4 /

Fe5Q1 5 % FeSO4 + 0,1 % QUAT 664,3 35 / 0,7

Fe5Q2 5 % FeSO4 + 0,2 % QUAT 663,6 35 / 1,4

Fe5Ba1Q1 5 % FeSO4 + 0,1 % Ba + 0,1 % QUAT

663,6 35 0,7 0,7

Fe5Ba2Q2 5 % FeSO4 + 0,2 % Ba + 0,2 % QUAT

662,2 35 1,4 1,4

kontrola / / / / /

Preglednica 5: Priprava raztopin za test s čepki.

Oznaka Dodatki k demineralizirani vodi

m(H2O) [g]

m(FeSO4) [g]

m(Ba) [g]

m(QUAT) [g]

Fe2 2,5 % FeSO4 682,5 17,5 / /

Fe5 5 % FeSO4 665 35 / /

Fe5Ba2 5 % FeSO4 + 0,2 % Ba 663,6 35 1,4 /

Fe5Q2 5 % FeSO4 + 0,2 % QUAT 663,6 35 / 1,4

Fe5Ba1Q1 5 % FeSO4 + 0,1 % Ba + 0,1% QUAT

663,6 35 0,7 0,7

Fe5Ba2Q2 5 % FeSO4 + 0,2 % Ba + 0,2 % QUAT

662,2 35 1,4 1,4

kontrola / / / / /

3.2 METODE

3.2.1 Obdelava vzorcev pred testiranji (potapljanje in UV izpostavitev)

Pred vsemi nadaljnjimi testi smo izvedli potapljanje v testnih raztopinah. Izvajali smo ga v litrskih čašah. Naenkrat smo potapljali dvajset preizkušancev, ki smo jih med seboj po višini ločili z mrežico ter ustrezno obtežili (slika 5). Potapljanje je trajalo deset minut. Pred potapljanjem so bili vzorci kondicionirani na sobni klimi. Označevali smo jih s komercialnim kemičnim svinčnikom. Vzorce smo obdelali z 9 različnimi kombinacijami raztopin (preglednica 4 in 5).

V sklopu potapljanja smo spremljali moker navzem. Izračunali smo ga po formuli 2. Vzorce smo pred in po potapljanju tehtali na analitski tehtnici EP 320A proizvajalca Precisa.

Slika 5: Potapljanje standardnih smrekovih preizkušancev (levo) in čepkov (desno).

Formula za izračun mokrega navzema:

∆𝑚 =^{𝑚2−𝑚1}

1000 × ¹

(𝑙×𝑏×ℎ) …(2) kjer je:

∆m – moker navzem [kg/m³]

m2 – masa po 10 minutnem potapljanju [g]

m1 – masa pred potapljanjem [g]

l – dolžina preizkušanca [m]

b – širina preizkušanca [m]

h – višina preizkušanca [m]

Za ugotovitev vpliva UV smo polovico standardnih smrekovih preizkušancev izpostavili UV svetlobi v mali testni UV komori (slika 6). Izpostavili smo širši strani preizkušancev, vsako stran za 72 h. Ker UV sijalka svojo energijo neenakomerno oddaja po izpostavitvenem prostoru, smo preizkušance na 24 h prestavljali, da so bili tekom izpostavitve vsi preizkušanci v povprečju približno enakomerno oddaljeni od sijalke. Predvidevali smo, da je vpliv sijalke na preizkušance direktno pod njo ali na bolj oddaljene drugačen.

Slika 6: Komora za UV izpostavitev.

3.2.2 Odpornost proti glivam razkrojevalkam

Odpornost proti lesnim glivam UV izpostavljenih in neizpostavljenih ter z različnimi raztopinami obdelanih smrekovih preizkušancev smo izvedli po načelih standarda SIST EN 113 (CEN, 2002).

Za test smo uporabili 300 vzorcev, ki smo jih izpostavili trem različnim glivam: navadna tramovka (Gleoeophyllum trabeum) – Gt, bela hišna goba (Fibroporia vaillantii) – Pv in pisana ploskocevka (Trametes versicolor) – Tv. Glivi Gt in Pv sta povzročiteljici rjave trohnobe, gliva Tv povzroča belo trohnobo. Test smo izvajali v 375 ml kozarcih. V vsak kozarec smo vstavili po 2 preizkušanca, zato smo potrebovali 150 kozarcev. Kozarce smo zaprli s pokrovom z luknjo na sredini, v katero smo vstavili vato. Luknja z vato skrbi za dovod zraka h glivi. Vse uporabljene stvari smo pred uporabo razkužili z etanolom.

Pripravili smo trdo hranilno gojišče (Difco potato dextrose agar). Hranilno gojišče pripravimo v razmerju, da k litru demineralizirane vode dodamo 39 gramov suhega gojišča, kar zadošča za 22 kozarcev. Količino sestavin smo izračunali po formuli 3 in 4. Hranilno gojišče smo enakomerno razporedili v vse kozarce, da so bili pogoji za vse glive enaki.

Formula za izračun mase suhega gojišča:

𝑚 =³⁹

22× 𝑥 …(3) kjer je:

m – masa suhega gojišča [g], v našem primeru 266 g x – število kozarcev, v našem primeru 150

Formula za izračun volumna demineralizirane vode:

𝑉 = ¹

22× 𝑥 …(4) kjer je:

V – volumen vode [l], v našem primeru 6,82 l x – število kozarcev, v našem primeru 150

Nato smo kozarce vstavili v avtoklav Sutjeska. Avtoklav je naprava za sterilizacijo preizkušancev. Temperatura izpostavitve je bila 121 °C, tlak 0,15 MPa in čas izpostavitve 30 minut. Po enem dnevu ohlajanja smo gojišča inkulirali z miceliji posameznih gliv.

Postopek smo zaradi sterilnosti izvajali v laminariju PIO SMBC 122T/A. Vse pripomočke smo obžigali in sprotno čistili z etanolom. V gojišča z micelijem pisane ploskocevke (Tv) smo istočasno vstavili PE mrežico, saj se gliva hitro razvija in bi bila po enem tednu že preveč razvita za vstavljanje le te. Pripravljena gojišča smo nato za en teden inkubirali v rastni komori Kambič SP910C pri 25°C in 85 % zračni vlažnosti. Pripravljena gojišča v rastni komori so vidna na sliki 7.

Slika 7: Gojišča v rastni komori še brez preizkušancev.

Po devetih dneh smo v gojišča vstavili preizkušance. Standardne lesene smrekove preizkušance je bilo potrebno pred testom posušiti na absolutno suho vlažnost in jih stehtati, ker smo te podatke potrebovali za izračun izgube mase ter vlažnost vzorcev po izpostavitvi.

Tako smo vzorce dali v sušilnik (Kambič, Slovenija) na 103 °C. Po 24 h smo jih ohladili v eksikatorju in stehtali na analitski tehtnici Precisa EP 320 A. Pred izpostavitvijo smo jih avtoklavirali v enakih pogojih kot kozarce. Nato smo v kozarce vstavili po 2 vzorca. Vzorce smo razporedili tako, da so bili približno isto zaščiteni v istem kozarcu, saj bi v nasprotnem primeru gliva napadla lažje razgradljiv vzorec in bi zaščiten ostal nerazkrojen. V kozarce z glivama navadne tramovke in bele hišne gobe smo istočasno vstavljali tudi plastično mrežico za mejo med hranilnim gojiščem in vzorcem. Tekom postopka smo vse pripomočke redno razkuževali z etanolom in obžigali. Gojišča z vstavljenimi preizkušanci so vidna na sliki 8.

Slika 8: Gojišča s preizkušanci v rastni komori.

Standard narekuje tako pripravljene vzorce izpostaviti v rastni komori s 25 °C in 85 % zračno vlažnostjo za 16 tednov. Nekateri so bili zelo razkrojeni, zato je bilo potrebno nežno rokovanje s preizkušanci (slika 9). Vzorce smo takoj, ko smo iz njih očistili micelij, stehtali.

Nato smo jih sušili pri 103 °C do konstantne mase in ponovno stehtali absolutno suhe vzorce.

Iz izmerjenih podatkov smo izračunali izgubo mase (formula 5) in vlažnost vzorcev med izpostavitvijo (formula 6).

Slika 9: Izgled očiščenih vlažnih (levo) in absolutno suhih vzorcev(desno) po izpostavitvi navadni tramovki (Gt).

Formula za izračuna odstotka izgube mase:

𝑥 =^{𝑚0−𝑚01}

𝑚0 × 100 …(5)

kjer je:

x – izguba mase [%]

m0 – masa absolutno suhega vzorca pred izpostavitvijo [g]

m01 – masa absolutno suhega vzorca po izpostavitvi [g]

Formula za izračun vlažnosti vzorca med izpostavitvijo:

𝑢 =^{𝑚𝑣𝑙−𝑚01}

𝑚01 × 100 …(6)

kjer je:

u – ravnovesna vlažnost vzorca med izpostavitvijo [%]

mvl – masa vlažnega vzorca takoj po 16 tedenski izpostavitvi [g]

m01 – masa absolutno suhega vzorca po izpostavitvi [g]

3.2.3 Določanje stičnega kota kapljice na površini lesa

Za preverjanje omočitve v lesarstvu pogosto uporabljamo metodo s kapljico. Manjši kot je stični kot, večja je omočitev. Zvezo opisuje Youngova enačba.

Slika 10: Stični kot tekočine s površino (Planinšek, 2006).

Slika 10 prikazuje primer stičnega kota. Skrajno levo je prikazan kot večji od 90°, kar pomeni, da ni omočenja trdne snovi in je material hidrofoben. Sredinska slika prikazuje kot manjši od 90°, kar pomeni da je trdna snov omočena in je material hidrofilen. Zadnja slika prikazuje popolno omočenje , kar pomeni da je stičen kot skoraj 0°.

Za test smo uporabili 100 standardnih smrekovih vzorcev, velikosti 50 mm × 25 mm × 15 mm. Testirali smo vse opcije tretiranja vzorcev naštetih v preglednici 4. Pred izvajanjem tega testa smo vzorce 3 tedne kondicionirali v normalni klimi (65 % RH in 20 °C). Cilj kondicioniranja je enaka vlažnost vseh vzorcev in posledično enaki pogoji za testiranja. Tako smo se osredotočili zgolj na vpliv različnih obdelav in izločili ostale vplive. Uravnovešanje smo zaključili, ko zadnja meritev mase ni odstopala za več kot 1 % od predzadnje meritve.

To pomeni, da les več ne sprejema ali oddaja vlage, torej je uravnovešen v danih pogojih.

Test smo opravili na optičnem tenziometru Biolin Scientific Theta Optical Tensiometer (slika 11).

Slika 11: Optični tenziometer Biolin Scientific Theta Optical Tensiometer.

Optični tenziometer smo pred začetkom testiranja umerili. Za simuliranje idealne kapljice smo uporabili kroglico s premerom 4 mm. Izostritev kamere in položaj dispenserja se nastavi fizično, položaj mize pa s pomočjo vgrajenih elektro motorjev z ukazi iz računalnika. Idealen položaj smo shranili in ga uporabili za testiranje vseh vzorcev. Na vsak vzorec smo na 3 različna mesta kapnili kapljico z volumnom približno 4 µL. Tako smo opravili 3 meritve (kapljice) na vsakem vzorcu. Kapljice so bile medsebojno oddaljene 10 mm v x in y smeri.

Program je s pomočjo kamere 60 s snemal gibanje (razlivanje) kapljice. Naš rezultat meritve je spreminjanje levega in desnega kontaktnega kota med kapljico in podlago (slika 12), kar nam pove hidrofobnost materiala. Povprečje za posamezni tretma smo izračunali na podlagi meritev 10 vzorcev iz iste skupine obdelave oz. 30 izmerjenih kapljic.

Slika 12: Razlivanje kapljice.

3.2.4 Kratkotrajno navzemanje vode

Za test smo uporabili smrekove preizkušance standardnih dimenzij 50 mm × 25 mm × 15 mm. Testirali smo 10 kontrol in vse obdelave navedene v preglednici 4, skupno 100 preizkušancev. Pred začetkom testa smo vzorce kondicionirali do ravnovesne vlažnosti v normalni klimi (65 % RH in 20 °C). Test smo izvedli na tenziomeru K100 MK2 Kruss, Nemčija (slika 13).

Slika 13: Namakanje vzorca (levo) in nedestruktivno držalo (desno) na tenziometru K100 MK2.

Vzorce smo vpenjali v prilagojena nedestruktivna držala, prilagojena za testiranje vzorcev dotičnih dimenzij. Vsakemu vzorcu smo pred začetkom meritve natančno izmerili dimenziji na čelu, ki smo ga nato namakali, saj je kljub enotnosti vzorcev lahko prišlo do manjših dimenzijskih razlik. Obešenem vzorcu na tenziometru smo najprej ročno k čelu primaknili mizo z demineralizirano vodo in zagnali test. Tenziometer je vzorec za 200 s potopil 1 mm globoko v vodo in vsaki 2 s zabeležil maso navzete vode. Destilirano vodo smo menjevali na 5 izmerjenih vzorcev, da ni prišlo do sprememb pogojev pri testiranju.

3.2.5 Uravnovešanje pri visoki relativni zračni vlažnosti

100 standardnih smrekovih vzorcev (50 mm × 25 mm × 15 mm) smo za 5 tednov izpostavili 100 % relativni zračni vlažnosti. Pred testom smo vzorce za 3 dni izpostavili temperaturi 60°C, da so se posušili do absolutno suhega stanja. Komore z 100 % zračno vlažnostjo so se nahajale v prostoru s standardno klimo. Na dnu komore je bila ionizirana voda, preizkušanci so bili na stojalu približno 10 cm nad vodo. Na vrhu komore je bil ventilator, ki je skrbel za stalno kroženje zraka (slika 14). V taki klimi se les navlaži do točke nasičenja celičnih sten.

Meritve mase smo izvedli po 24 urah in na koncu po 5 tednih. Rezultate smo pretvorili v relativno vlažnost lesa, ki smo jo izračunali po formuli 7.

Formula za izračun relativne vlažnosti lesa:

𝑢 =^𝑚−𝑚0

𝑚0 × 100 …(7) kjer je:

u – relativna vlažnost vzorca [%]

m – trenutna masa vzorca [g]

m0 – masa absolutno suhega vzorca [g]

Slika 14: Preizkušanci v komori s 100 % relativno zračno vlažnostjo.

3.2.6 Dolgotrajno navzemanje vode – potapljanje

Testirali smo standardne absolutno suhe smrekove preizkušance dimenzij 50 mm × 25 mm

× 15 mm. Uporabili smo 100 preizkušancev, po 10 iz posamezne skupine tretiranja (9 tretiranj po 10 vzorcev in 10 kontrol). Test smo izvedli po prilagojenem standardu EN 1250.

Preizkušance smo v ionizirani vodi potapljali 2 tedna. Meritve smo opravili po 1, 3, 7, 24, 48, 72, 96 urah in po 1 ter 2 tednih. Na tehtnici Precisa EP 320 A smo merili maso v določenem času in jo kasneje po formuli 8 preračunali v relativno vlažnost lesa v določenem času.

Formula za izračun relativne vlažnosti lesa v določenem času:

𝑢 =^{𝑚𝑡−𝑚0}

𝑚0 × 100 …(8) kjer je:

u – relativna vlažnost vzorca v določenem času [%]

mt – masa vzorca v določenem času [g]

m0 – masa absolutno suhega vzorca [g]

3.2.7 Izpiranje železa iz smrekovih in macesnovih čepkov

Za test smo uporabili 70 smrekovih in 70 macesnovih čepkov premera 30 mm in višine 30 mm. Testirali smo čepke potopljene v raztopine navedene v preglednici 5. Za posamezno raztopino smo uporabili 10 smrekovih in 10 macesnovih čepkov, ter 10 kontrol za vsako lesno vrsto. Prvo meritev smo izvedli pred izpostavitvijo, ko so se čepki posušili in kondicionali v laboratoriju en teden, da smo dobili vsebnost železa v preizkušancih po