LEPLJENJE FURNIRNIH VEZANIH PLOŠČ Z LEPILI NA OSNOVI TANINA

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA

ODDELEK ZA LESARSTVO

Martin LAP

LEPLJENJE FURNIRNIH VEZANIH PLOŠČ Z LEPILI NA OSNOVI TANINA

DIPLOMSKO DELO

Visokošolski strokovni študij - 1. stopnja

Ljubljana, 2021

(2)

BIOTEHNIŠKA FAKULTETA ODDELEK ZA LESARSTVO

Martin LAP

LEPLJENJE FURNIRNIH VEZANIH PLOŠČ Z LEPILI NA OSNOVI TANINA

DIPLOMSKO DELO

Visokošolski strokovni študij - 1. stopnja

BONDING OF PLYWOOD WITH TANNIN-BASED ADHESIVES B. SC. THESIS

Professional Study Programmes

Ljubljana, 2021

(3)

Diplomsko delo je zaključek Visokošolskega strokovnega študija Lesarsko inženirstvo – 1.

stopnja. Delo je bilo opravljeno na Katedri za lepljenje, lesne kompozite, obdelavo površin in konstruiranje, Oddelka za lesarstvo, Biotehniške fakultete, Univerze v Ljubljani, kjer so bili izvedeni poskusi in meritve.

Senat Oddelka za lesarstvo je za mentorja diplomskega dela imenoval prof. dr. Milana Šerneka, za recenzenta pa viš. pred. mag. Bogdana Šego.

Komisija za oceno in zagovor:

Predsednik:

Član:

Datum zagovora:

Ime Priimek

(4)

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA

ŠD Dv1

DK UDK 630*824.8

KG taninsko lepilo, urea-formaldehidno lepilo, lepljenje, upogibna trdnost, strižna trdnost, furnirna vezana plošča

AV LAP, Martin

SA ŠERNEK, Milan (mentor)/ŠEGA, Bogdan (recenzent) KZ SI-1000 Ljubljana, Rožna dolina c. VIII/34

ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Visokošolski študijski program 1. stopnje Lesarsko inženirstvo

LI 2021

IN LEPLJENJE FURNIRNIH VEZANIH PLOŠČ Z LEPILI NA OSNOVI TANINA TD Diplomsko delo (Visokošolski strokovni študij - 1. stopnja)

OP VII, 28 str., 4 pregl., 20 sl., 9 pril., 19 vir.

IJ sl JI sl/en

AI V lesni industriji za lepljenje lesa večinoma uporabljajo sintetična lepila, ki so lahko človeku in okolju škodljiva. V diplomski nalogi smo primerjali uveljavljeno urea-formaldehidno lepilo z lepili na osnovi tanina. Taninskim lepilom smo dodali različne dodatke, s katerimi smo skušali izboljšali kakovost zlepljenosti. Uporabili smo 6 različnih lepil in z vsakim lepilom zlepili po dve trislojni vezani plošči iz 3 mm debelega bukovega luščenega furnirja. Lepilno mešanico smo pripravili za vsako vrsto plošč posebej. Nanos lepilne mešanice je znašal 250 g/m². Vezane plošče smo stiskali 15 minut pri temperaturi 150 °C in specifičnem tlaku 18 barov.

Vezane plošče smo nato razžagali na preizkušance standardnih dimenzij.

Preizkušance smo testirali na upogibno trdnost in modul elastičnosti ter strižno trdnost. Iz preizkušancev za upogibno trdnost smo odvzeli preizkušance za ugotavljanje gostote in vlažnosti vezanih plošč. Pred testiranjem smo vse preizkušance klimatizirali v standardni klimi, polovico preizkušancev za testiranje strižne trdnosti pa smo dodatno za 24 ur potopili v vodo. Z raziskavo smo delno potrdili hipotezo pri kateri smo predvidevali, da lahko z lepili na osnovi tanina zlepimo furnirne vezane plošče, ki bodo po kakovosti zlepljenosti in po upogibnih lastnostih primerljive klasično izdelanim vezanim ploščam z urea-formaldehidnim lepilom. Vezane plošče lepljene s taninskim lepilom z dodatkom natrijevega hidroksida so pri vseh testiranjih razen pri strižni trdnosti imele najbolj primerljive lastnosti s ploščami lepljenimi z urea-formaldehidnim lepilom.

(5)

KEY WORDS DOCUMENTATION ND Dv1

DC UDC 630*824,8

CX tannin-based adhesive, urea-formaldehyde adhesive, bonding, bending strength, shear strength, plywood

AU LAP, Martin

AA ŠERNEK, Milan (supervisor)/ŠEGA, Bogdan (co-advisor) PP SI-1000 Ljubljana, Rožna dolina c. CIII/34

PB University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Department of Wood Science and Technology, Professional Study Programme in Wood Engineering

PY 2021

TY BONDING OF PLYWOOD WITH TANNIN-BASED ADHESIVES

DT B. Sc. Thesis (Professional Study Programmes) NO VII, 28 p., 4 tab., 20 fig., 9 ann., 19 ref.

LA sl Al sl/en

AB The wood industry generally uses synthetic adhesives for bonding wood, although these can be harmful to both humans and the environment. In this thesis we compared well-known urea-formaldehyde adhesive with tannin-based adhesives.

We added different additives to the tannin-based adhesives, with the aim of improving the quality of bonding. We used 6 different adhesives and with every adhesive we bonded two three-layered pieces of plywood made from 3 mm thick beech rotary cut veneer. The glue mixture was prepared separately for every type of board, and applied at the amount of 250 g/m². The bonded plywood was compressed for 15 minutes at a temperature of 150 °C and specific pressure of 18 bars. The bonded plywood was then sawn into test specimens with standard dimensions, and these were tested for bending strength, modulus of elasticity and shear strength. The test specimens that were used to examine the bending strength were also used to examine the density and moisture content of the bonded plywood.

Before testing we put all the test specimens in a standard air-conditioned climate, and the half of test specimens for examining the shear strength were additionally immersed in water for 24 hours. The results partially confirmed the hypothesis that tannin-based adhesives can bond veneer plywood to a comparable degree of quality and bending properties to those seen with traditional plywood bonded using urea- formaldehyde adhesives. The plywood bonded with tannin-based adhesive with the addition of sodium hydroxide had the best results with regard to shear strength in comparison to the boards bonded with urea-formaldehyde adhesive.

(6)

KAZALO VSEBINE

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA ... II KEY WORDS DOCUMENTATION ... III KAZALO VSEBINE ... IV KAZALO PREGLEDNIC ... V KAZALO SLIK ... VI KAZALO PRILOG ... VII

1 UVOD ...1

1.1 OPREDELITEV PROBLEMA ...1

1.2 NAMEN IN CILJ DIPLOMSKE NALOGE ...1

1.3 DELOVNE HIPOTEZE ...1

2 PREGLED OBJAV ...2

2.1 TANIN ...2

2.2 VEZAN LES ...4

2.2.1 Furnirne plošče ...4

2.2.2 Les bukve (Fagus sylvatica L.) ...7

2.2.3 Izdelava luščenih furnirnih listov ...7

3 MATERIAL IN METODE... 10

3.1 MATERIAL ... 10

3.1.1 Lepilne mešanice... 10

3.1.1.1 Urea-formaldehidna lepilna mešanica ... 10

3.1.1.2 Lepilne mešanice na osnovi tanina ... 10

3.1.1.3 Furnirni listi iz bukovega lesa (Fagus sylvatica L.) ... 12

3.2 METODE... 12

3.2.1 Sestava plošč ... 12

3.2.2 Lepljenje ... 13

3.2.3 Ugotavljanje upogibne trdnosti in modula elastičnosti ... 14

3.2.4 Gostota in vlažnost ... 16

3.2.5.1 Gostota ... 16

3.2.5.2 Vlažnost ... 17

3.2.5 Strižna trdnost ... 18

4 REZULTATI ... 19

4.1 IZGUBA DEBELINE ... 19

4.2 UPOGIBNA TRDNOST, MODUL ELASTIČNOSTI, GOSTOTA IN VLAŽNOST .. 19

4.2.2 Upogibne lastnosti vezanih plošč v vzdolžni smeri ... 21

4.2.3 Gostota in vlažnost vezanih plošč... 21

4.3 STRIŽNA TRDNOST ... 22

4.3.1 Strižna trdnost po standardu ... 22

4.3.2 Strižna trdnost suhih preizkušancev... 23

4.4 RAZPRAVA ... 24

5 SKLEPI ... 26

6 POVZETEK... 27

7 VIRI... 28

(7)

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 1: Sestava lepilnih mešanic ... 11 Preglednica 2: Povprečne vrednosti za upogibno trdnost, modul elastičnosti, vlažnost in gostoto ... 20 Preglednica 3: Povprečne vrednosti strižne trdnosti in delež loma po lesu lepilnih spojev mokrih preizkušancev ... 22 Preglednica 4: Povprečne vrednosti strižne trdnosti in delež loma po lesu lepilnih spojev suhih preizkušancev ... 23

(8)

KAZALO SLIK

Slika 1: Kemijska struktura tanina (Kemijska zgradba tanina, 2021) ...2

Slika 2: Zgradba furnirne plošče (narisano po Geršak, 2018) ...5

Slika 3: Vrste furnirnih plošč (Graham lumber, 2021) ...5

Slika 4: Visokofrekvenčna stiskalnica s kalupom za lepljenje ukrivljenih vezanih plošč (Orma, 2021) ...6

Slika 5: Stol Rex (Stol Rex, 2021) ...7

Slika 6: Centrično vpetje in luščenje furnirja (Shadbolt, 2021) ...9

Slika 7: Ekscentrično vpetje in luščenje furnirja (Shadbolt, 2021) ...9

Slika 8: Priprava lepilne mešanice na osnovi tanina ... 10

Slika 9: Označevanje in sestava plošč ter merjenje debeline furnirjev ... 12

Slika 10: Zlepljene furnirne vezane plošče ... 14

Slika 11: Testirni stroj Zwick Z005 ... 15

Slika 12: Testiranje modula elastičnosti in upogibne trdnosti s strojem Zwick Z005 ... 16

Slika 13: Preizkušanci za ugotavljanje vlažnosti in gostote vezanih plošč ... 17

Slika 14: Testiranje strižne trdnosti s testirnim strojem Zwick Z005 ... 18

Slika 15: Izguba debeline glede na vrsto lepila v vezani plošči ... 19

Slika 16: Upogibna trdnost in modul elastičnosti prečnih preizkušancev iz vezanih plošč 20 Slika 17: Upogibna trdnost in modul elastičnosti vzdolžnih preizkušancev iz vezanih plošč ... 21

Slika 18: Gostota plošč pri vlažnosti lesa 0 % in vlažnost vezanih plošč ... 22

Slika 19: Strižna trdnost lepilnih spojev mokrih preizkušancev ... 23

Slika 20: Strižna trdnost lepilnih spojev suhih preizkušancev ... 24

(9)

KAZALO PRILOG

Priloga A: Povprečne vrednosti debelin furnirnih listov in vezanih plošč

Priloga B: Rezultati testiranja na upogibno trdnost in modul el. za vezano ploščo UF Priloga C: Rezultati testiranja na upogibno trdnost in modul el. za vezano ploščo T Priloga D: Rezultati testiranja na upogibno trdnost in modul el. za vezano ploščo T1 Priloga E: Rezultati testiranja na upogibno trdnost in modul el. za vezano ploščo 1,5 Priloga F: Rezultati testiranja na upogibno trdnost in modul el. za vezano ploščo T2 Priloga G: Rezultati testiranja na upogibno trdnost in modul el. za vezano ploščo TNaOH Priloga H: Rezultati testiranja na strižno trdnost po standardu

Priloga I: Rezultati testiranja na strižno trdnost suhih preizkušancev

(10)

1 UVOD

Večina furnirnih vezanih plošč je zlepljenih s sintetičnimi lepili, ki lahko vsebujejo tudi škodljive snovi, kot je formaldehid. Lepila na osnovi formaldehida so človeku škodljiva, če je izpostavljen prekomernim emisijam formaldehida, zato iščemo alternativne rešitve za njihovo nadomestitev z naravnimi lepili. Primerni surovini za izdelavo takih lepil sta lahko tudi lignin in tanin, ki sta prisotna v lesu in skorji.

1.1 OPREDELITEV PROBLEMA

Pri proizvodnji lesnih kompozitov prevladujejo sintetična lepila na osnovi formaldehida, ki je škodljiv, zato poskušamo razviti in uporabiti različna bio-lepila iz naravnih surovin.

Primerna surovina za izdelavo lepila, ki bi lahko nadomestilo klasično urea-formaldehidno lepilo, je tanin, ki ga najdemo v lesu in skorji dreves. Takšna lepila so že razvita, vendar je vprašanje, če uspejo zagotoviti kakovostne lepilne spoje v furnirni vezani plošči. Taninska lepila potrebujejo višjo temperaturo za utrjevanje. Preliminarne raziskave so pokazale, da je kakovost zlepljenosti odvisna tudi od pH vrednosti lepila in vsebnosti drugih dodatkov.

1.2 NAMEN IN CILJ DIPLOMSKE NALOGE

Cilj raziskave je izdelati tri slojne furnirne vezane plošče, ki bodo zlepljene z različnimi mešanicami taninskih lepil in primerjati kakovost zlepljenosti ter njihove mehanske lastnosti z vezano ploščo, ki bo zlepljena s klasičnim urea-formaldehidnim lepilom.

1.3 DELOVNE HIPOTEZE

Predvidevamo, da lahko z lepili na osnovi tanina zlepimo furnirne vezane plošče, ki bodo po kakovosti zlepljenosti in po upogibnih lastnostih primerljive klasično izdelanim vezanim ploščam z urea-formaldehidnim lepilom. Predpostavljamo, da lahko z dodatki v lepilno mešanico na osnovi tanina vplivamo na trdnost lepilnega spoja.

(11)

2 PREGLED OBJAV 2.1 TANIN

Tanini so naravne polifenolne substance (slika 1), topne ali pretežno topne v vodi in nekaterih organskih topilih (alkohol, aceton), ki jih pridobivamo z vodno ekstrakcijo drevesnih skorij ali lesa (Gornik Bučar in sod., 1996). V drevesu delujejo antimikrobno na različne glive, bakterije, kvasovke in viruse, in zato služijo kot naravni obrambni sistem.

Tanin je prisoten pri različnih drevesnih vrstah v lesu, skorji, listih in plodovih (Oven, 2018). So obnovljivi naravni viri in so se v preteklosti uporabljali za različne namene.

Največkrat se je tanin iz skorje hrasta uporabljal za strojenje kož, ki so jih potapljali v čebre, zapolnjene s skorjo (Ugovšek in Šernek, 2009).

Slika 1: Kemijska struktura tanina (Kemijska zgradba tanina, 2021)

Tanine delimo na hidrolizirane in kondenzirajoče. Hidrolizirani tanini so spojine enostavnih fenolov, kot sta pirogalol in elagna kislina, ter sladkornih estrov, v večini primerov glukoze z galno in digalno kislino. Hidrolizirane tanine se največ uporablja v usnjarski industriji, kjer je njihov učinek odličen, slabše pa se odreže pri reagiranju s formaldehidom in ostalimi aldehidi, kjer so povezave šibke in zato niso najbolj primerni za pripravo lepilnih smol (Ugovšek in Šernek, 2009).

Osnova vseh kondenzirajočih taninov so flavonoidi, ki so derivati flavona. Flavon je heterociklična spojina, ki vsebuje šestčlenski obroč s kisikom kot heteroatom (Oven, 2018). Kondenzirajoči tanini so za lepila s kemijskega in ekonomskega izhodišča bolj zanimivi. Sicer pa je osnovna uporaba tanina v industriji usnja, kjer ga vse bolj nadomeščajo sintetični materiali (Resnik, 1997).

(12)

Glavna uporaba taninskih lepil se je leta 1973 uveljavila v industriji za lepljenje lesnih plošč in ostale lesne izdelke, vendar je uporaba taninskih lepil hitro upadla zaradi cenovno ugodnejših sintetičnih lepil. V zadnjih letih zanimanje po taninskih lepilih in ostalih bio lepilih znova raste zaradi zviševanja cen naftnih derivatov, ki so poleg tega še neobnovljiv vir ter zaradi vedno bolj stroge omejitve glede emisij formaldehida, ki se pojavlja v številnih sintetičnih lepilih za les (Ugovšek in Šernek, 2009).

Tanini so eden glavnih virov za izdelavo biolepil. Med evropskimi drevesnimi vrstami so s tanini najbogatejši hrasti (Quercus sp.) in kostanj (Castanea sativa), ki vsebujejo hidrolizirajoče tanine (Saražin in sod., 2020).

Za izdelavo taninskega lepila so primernejši kondenzirani tanini, ki jih je mogoče pridobiti predvsem iz skorje iglavcev: borov (Pinus sp.), smreke (Picea abies), jelke (Abies alba), evropskega macesna (Larix decidua) in duglazije (Pseudotsuga menziesii). Vendar iz skorje teh drevesnih vrst pridobimo manjšo količino tanina ter jih je potrebno dodatno očistiti, zaradi česar je ekstrakcija dražja (Saražin in sod., 2020). V Evropi pridelamo približno 2,8 milijona ton tanina, kar pa ni dovolj, da bi s taninskimi lepili popolnoma nadomestili sintetična lepila. Letna poraba sintetičnih lepil v lesni industriji v Evropi je približno 4 milijone ton in bi lahko s taninskimi lepili nadomestili približno 70 % sintetičnih lepil (Saražin in sod., 2020).

Ostanki, ki nastanejo v lesni industriji, se v večini primerov sežigajo za pridobivanje toplotne energije. Vendar pa je bilo ugotovljeno, da je v teh ostankih zadostna količina tanina in lignina, ki bi lahko popolnoma nadomestila sintetična lepila. Prva raziskovalna dela o uporabi taninskih lepil za les je leta 1950 izvedel Dalton (Saražin in sod., 2020).

V lepilih lahko tanini nadomeščajo enostavne fenole, tako da pomeni utrjevanje takega lepila kopolimerizacijo tanina s fenoli. Tanin dodajajo različnim sintetičnim smolam, v proizvodnji lepil pa v glavnem urea- in fenol-formaldehidnim. Dodatek znaša do 20 % (Resnik, 1997).

Tanin je zaradi svoje zgradbe zelo primeren za zamenjavo fenola v lepilih. Izvedenih je bilo veliko raziskav s katerimi so želeli fenol-formaldehidnim lepilom delno zamenjati cenovno dražji fenol s cenejšim taninom. Z dodajanjem tanina v fenol-formaldehidno lepilo so pri raziskavi dosegli reološko modifikacijo in spremenili Newton-sko obnašanje lepila v psevdoplastično, kar je pripomoglo k lažjemu nanašanju in manipuliranju.

Rezultati testiranja so pokazali, da so vezane plošče zlepljene s tem lepilom z vidika trdnosti presegle zahteve standarda SIST EN 314-2. Naslednja raziskava na tem področju je bila leta 2009, kjer so poleg tanina v fenol-formaldehidno lepilo dodali še koruzni škrob (v masnem razmerju: škrob:tanin:fenol-formaldehidna smola = 15:5:80). Ugotovili so, da

(13)

se je emisija formaldehida znižala ter, da se je odpornost proti vodi in vlagi bistveno izboljšala (Ugovšek in Šernek, 2009).

Objavljenih je več patentov in receptur za različne namene lepljenja z lepili z dodatkom tanina, kot npr. za lepljenje vezanih plošč za zunanjo uporabo, za hladna lepljenja, za lepljenje v polju visoke frekvence, za iverne plošč za zunanjo uporabo itd. (Resnik, 1997).

2.2 VEZAN LES

Vezan les je skupno ime za produkte, ki so zlepljeni skupaj iz več slojev lesa. Vezan les osnovno delimo na :

• Vezane plošče:

− Furnirne plošče

− Oblikovane furnirne plošče

− Furnirne plošče z umetno smolo

• Slojnat (lameliran) les:

− Furnirni slojnat les

− Oblikovan slojnat les

− Masivni slojnat les

• Plošče iz masivnega lesa:

− Masivne lesne plošče

− Križno lepljene plošče

− Votle sataste plošče

2.2.1 Furnirne plošče

Furnirna plošča (slika 2) je križno zlepljena (pod kotom 90 °) iz lihega števila luščenih furnirnih listov oziroma slojev. V primeru, da so posamezni listi furnirja ožji, jih v sloj spojimo po širini. Dolžina sloja ali plošče je dolžina hloda, iz katerega je furnir luščen (Geršak, 2018).

Furnirna plošča (slika 3) je lahko tri (3), pet (5), sedem (7), devet (9) in izjemoma več slojna plošča. Število plasti je vedno liho, da so plošče simetrične po prerezu, kar je pogoj za stabilnost. Delež lepila v plošči znaša približno 5 % (Geršak, 2018).

(14)

Slika 2: Zgradba furnirne plošče (narisano po Geršak, 2018)

Zgradba plošče vpliva na lastnosti: možne so številne različne kombinacije glede na debelino furnirjev in število slojev. Lahko so zgrajene iz več vrst lesa, vendar je vedno potrebno upoštevati simetrijo. Od sredine plošče navzven morajo biti listi simetralno enake debeline, enake drevesne vrste, vlažnosti in orientiranosti, sicer se plošče deformirajo. V sredini se nahaja furnir slabše kvalitete, za vidno stran (lice) pa je najboljše kakovosti.

Debelina posameznih furnirjev je različna. V sredini je debelejši furnir, zrcalni pa so lahko tanjši. Debelina zloženih slojev pred lepljenjem mora biti večja od predpisane debeline plošče zaradi izgube debeline pri stiskanju in brušenju (Geršak, 2018).

Slika 3: Vrste furnirnih plošč (Graham lumber, 2021)

(15)

Furnirne plošče imajo zaradi križne sestave bistveno manjše delovanje v vzdolžni in prečni smeri. Prav tako imajo bolj enakomerno porazdelitev mehanskih lastnosti v vzdolžni in prečni smeri. Zaradi zgostitve lesa pri stiskanju in dodanemu lepilu imajo plošče večjo gostoto, kot jo gostota lesa (Geršak, 2018).

Furnirne plošče obdelujemo kot masivni les. Žagati in odrezovati jih moramo z orodij iz karbidnih trdin, diamanta…, saj sintetično lepilo v ploščah hitro krha rezila iz jekla. Pri furniranju mora smer vlaken plemenitega furnirja potekati pravokotno na potek vlaken zunanjega furnirja plošče. Zaradi simetrije furniramo obe ploskvi. Glede na zgradbo in uporabo furnirnih plošč poznamo tri vrste plošč: furnirne plošče, multipleks plošče in gradbene furnirne plošče (Geršak, 2018).

Oblikovane (krivljene, upognjene) furnirne vezane plošče so deli pohištva, največkrat kot sedeži in nasloni stolov in tudi ogrodja stolov ter foteljev, lopate za sneg, ohišja radijskih aparatov in podobno. Postopek izdelave je enak kot za ravne plošče. Le stiskanje (lepljenje) je v kalupih (modelih) želene oblike, ki so nameščeni v stiskalnico (slika 4), kjer se sestavljena plošča ukrivi, zlepi in ko lepilo utrdi, obdrži ukrivljeno obliko. Postopek je kratek, če je stiskalnica z visokofrekvenčnim segrevanjem. Kalup je običajno izdelan iz medsebojno zlepljenih vezanih plošč, ki so jim dodane aluminijaste elektrode (Geršak, 2018).

Slika 4: Visokofrekvenčna stiskalnica s kalupom za lepljenje ukrivljenih vezanih plošč (Orma, 2021)

Najbolj poznan izdelek iz furnirnih vezanih plošč v naši lesni industriji je stol Rex (slika 5) iz podjetja Stol Kamnik, ki ga je oblikoval Niko Kralj. Stol je izdelan iz upognjenega vezanega bukovega lesa (Geršak, 2018).

(16)

Slika 5: Stol Rex (Stol Rex, 2021)

2.2.2 Les bukve (Fagus sylvatica L.)

Za izdelavo vezanih plošč se najpogosteje uporablja les bukve, topola in breze. V našem primeru smo uporabili furnirne liste iz bukve. Bukev je rdečkastobel les brez obarvane jedrovine. Pri starejših drevesih se na prečnem prerezu navadno pojavlja nepravilno oblikovan, rdečerjav diskoloriran les imenovan ˝rdeče srce˝, ki med drugim otežuje impregnacijo lesa. Les bukve ima visoko gostoto, je trd in se zelo krči in nabreka.

Stabilnost je neugodna, trdnostne lastnosti so glede na gostoto nadpovprečno visoke (npr.

dobra upogibna trdnost), elastičnost je nižja. Les je žilav, malo elastičen in zelo trden.

Dobro se cepi in predvsem po parjenju se dobro upogiba. Nezaščitena bukovina je podvržena okužbi z glivami in insekti in je le zmerno trajna, zato je potrebna hitra in pravilna manipulacija po poseku. Za sušenje bukovine se priporoča blag režim sušenja, zaradi visoke gostote in nagnjenosti k distorcijam, zvijanju in pokanju. Bukovino je mogoče lepo ročno in strojno obdelati, vendar sta zaradi visoke gostote lesa krhanje orodij in poraba energije nekoliko večja. Lepo se lušči in reže v furnirje. Dobro se struži in polira.

Bukov les največkrat uporabljamo za stavbno mizarstvo, stopnice, opaže, parket, pohištvo ter za kurjavo (Čufar, 2006).

2.2.3 Izdelava luščenih furnirnih listov

Furnirne liste pridobimo iz hlodov. Hlodu pred izdelavo furnirja odstranimo skorjo in krojimo na dolžino, ki je odvisna od proizvodnega procesa. V lesarski industriji delimo furnirje na konstrukcijski in plemeniti furnir. Pri plemenitem furnirju hlod razžagamo na prizme, medtem ko pri konstrukcijskih furnirjih hlod ostane prvotne oblike. Sledi hidrotermična obdelava, ki jo izvajamo v parilnih jamah, kjer se surovina greje, pari (direktno ali indirektno) ali kuha. Namen hidrotermične obdelave je:

• Mehčanje lesa

• Povečanje plastičnosti

(17)

• Izenačevanje vlažnosti

• Izenačevanje barve, doseganje določene barve

• Izločanje čreslovin (smole, olj, taninov…)

• Sterilizacija lesa

Temperatura in trajanje hidrotermične obdelave imata ključno vlogo na kvaliteto furnirja.

Če hidrotermična obdelava traja predolgo in pri previsoki temperaturi prihaja do prekomerne omočitve vlaken, ki je nato posledica neenakomerne debeline furnirja, hrapava površina, zatrgana vlakna ter neustrezna trdnost furnirja. Furnirne liste lahko izdelamo z rezanjem, luščenjem in žaganjem . Žaganega furnirja se v celotni svetovni proizvodnji proizvede manj kot 1 %. Uporablja se ga zgolj za specialne namene (glasbeni inštrumenti…), za posebne drevesne vrste (palisander, ebenovina, mahagonij…) ter za drevesne vrste, ki so občutljive na barvne spremembe (pri tem postopku ni hidrotermične obdelave).

Luščenje furnirja je premočrtno odrezovanje, pri čemer je rezalni rob vzporeden z vzdolžnim potekom vlaken. Luščenec opravlja glavno (rotacijsko) gibanje, premočrtno gibanje pa opravlja furnirski nož. Pri luščenju furnirja luščenec najprej centriramo v stroj, s katerim želimo zagotoviti čim večji izkoristek surovine. Luščenec lahko centriramo centrično (slika 6) ali pa prizmo vpnemo ekscentrično (slika 7), kjer luščimo pravokotno na letnice plemenit furnir iz korenin, četrtin hrastov…Prednosti pri ekscentričnem vpetju so:

različne teksture, majhen ostanek, gladek rez, večji radij rezanja ter visoke kapacitete (90 rezov/min).

Centriranje je lahko ročno, optično, geometrijsko ali avtomatsko. Hlod nato vpnemo v stroj mehansko ali hidravlično. Kvaliteta luščenega furnirja je odvisna od hitrosti luščenja, furnirskega noža, tlačne letve, položaja tlačne letve in furnirskega noža ter stopnje tlačenja.

Pri luščenem furnirju se pojavljajo tudi napake, ki so:

• Neenakomerna debelina furnirja po dolžini preproge

• Neenakomerna debelina po širini preproge

• Hrapavost furnirja

• Odrgnine in proge na furnirski preprogi

• Razpokan furnir

• Vzdolžne razpoke na furnirju

Po izdelavi furnirja sledi manipulacija, kjer se furnir na mokrih škarjah obreže na predhodno definirane dimenzije.

(18)

Slika 6: Centrično vpetje in luščenje furnirja (Shadbolt, 2021)

Slika 7: Ekscentrično vpetje in luščenje furnirja (Shadbolt, 2021)

(19)

3 MATERIAL IN METODE 3.1 MATERIAL

3.1.1 Lepilne mešanice

Za izdelavo furnirnih vezanih plošč smo uporabili urea-formaldehidno in taninsko lepilo.

3.1.1.1 Urea-formaldehidna lepilna mešanica

Za lepljenje vezanih plošč in kasneje primerjavo med lepili smo uporabljali urea- formaldehidno lepilo W-Leim plus 3000. Lepilo na trg prihaja v prašnati obliki, zaradi daljšega roka uporabnosti, ki znaša približno 8 mesecev. Proizvajalec priporoča od 60-150 g/m² nanosa lepila na površino. Nanos lepila pa je odvisen od materiala katerega lepimo in hrapavosti površine. Odprti časi lepilne mešanice so od 20-30 minut, kar je odvisno od sobne temperature, vlažnosti in vpojnosti materiala. Za pripravo UF lepilne mešanice moramo lepilnem prahu dodati destilirano vodo v masnem razmerju 5:3 ali 5:3,5 odvisno od načina nanosa. Lepilno mešanico moramo dobro premešati v nasprotnem primeru se med nanosom lepila na površino pojavljajo grudice UF praha.

3.1.1.2 Lepilne mešanice na osnovi tanina

K taninskim lepilom smo dodali različne dodatke, s katerimi smo želeli izboljšati trdnost lepilnega spoja. Taninska lepila so bila pripravljena iz tanina (slika 8) pridobljenega iz drevesne vrste bora, destilirane vode, raztopine hexamina ter dodatkom nano kristalinične celuloze (NCC) ali natrijevega hidroksida (NaOH). Vsako lepilno mešanico smo pripravili v količini 400 gramov, kar je zadostovalo za dve vezani plošči (preglednica 1).

Slika 8: Priprava lepilne mešanice na osnovi tanina

(20)

Preglednica 1: Sestava lepilnih mešanic

Masno

razmerje Količina (g)

UF (urea-formaldehidno lepilo)

UF prah 5 235,3

Destilirana voda 3,5 164,7

Skupaj 400

T (taninsko lepilo T100k)

Borov tanin 40 150,9

Destilirana voda 60 226,4

40 % raztopina hexamina 6 22,6

Skupaj 400

T1 (taninsko lepilo T100k z dodatkom 1 % NCC)

NCC (nano kristalinična celuloza) 1 3,7

Skupaj 400

T1,5 (taninsko lepilo T100k z dodatkom 1,5 % NCC)

NCC (nano kristalinična celuloza) 1,5 5,6

Skupaj 400

T2 (taninsko lepilo T100k z dodatkom 2 % NCC)

NCC (nano kristalinična celuloza) 2 7,4

Skupaj 400

TNaOH (taninsko lepilo T100k z dodatkom NaOH)

40 % raztopina hexamina 6 22

NaOH (33 % vodna raztopina) 3,2 11,7

Skupaj 400

(21)

3.1.1.3 Furnirni listi iz bukovega lesa (Fagus sylvatica L.)

Za preizkus smo uporabili bukove furnirne liste nazivne debeline 3 mm, ki so imeli povprečno vlažnost 6,43 %. Povprečna gostota bukovine v absolutnem suhem stanju znaša 680 kg/m³. Za izdelavo 12 vezanih plošč smo potrebovali 36 furnirnih listov. Pri izbiri furnirnih listov smo bili pozorni na čim manj valovit in razpokan furnir. Furnir boljše kakovosti je bil na zunanji strani, medtem ko je bil furnir slabše kakovosti v sredini.

3.2 METODE 3.2.1 Sestava plošč

Zlepili smo 12 vezanih plošč (po dve plošči z enakim lepilom). Vsak furnirni list smo pred sestavo v vezano ploščo označili s kratico uporabljenega lepila, številko plošče in številko furnirnega lista (primer na sliki 9). Z mikrometrom smo na vsakem robu v smeri urinega kazalca izmerili debelino. Z debelino posameznega lista smo želeli ugotoviti kakšna je izguba debeline končne plošče po stiskanju. Vezane plošče smo sestavili iz treh bukovih furnirnih listov debeline 3 mm, ter 500 mm širine in 500 mm dolžine.

Slika 9: Označevanje in sestava plošč ter merjenje debeline furnirjev

(22)

3.2.2 Lepljenje

Vezane plošče smo zlepili s šestimi različnimi lepilnimi mešanicami (slika 10). Vsako lepilno mešanico smo pripravili tik pred nanosom, ki je znašal 250 g/m² oziroma približno 75,6 g lepila na spoj. Lepilo smo z valjčkom razporedili po celotni furnirni površini, nato pa formirali ploščo iz treh slojev furnirja, ki smo jo v stiskalnici stiskali 15 minut pri temperaturi 150 °C in tlaku 18 barov. Po stiskanju smo ploščam ponovno izmerili debelino in izračunali izgubo debeline oziroma vprešek.

Izgubo debeline oziroma vprešek smo izračunali po enačbi (1):

…(1) Kjer je:

− …skupna debelina treh bukovih furnirnih listov [mm]

− …debelina zlepljene vezane plošče [mm]

(23)

Slika 10: Zlepljene furnirne vezane plošče

3.2.3 Ugotavljanje upogibne trdnosti in modula elastičnosti

Pri testiranju preizkušancev na upogibno trdnost smo uporabili univerzalni stroj znamke Zwick Z005 (slika 11), ki omogoča obremenjevanje v območju do 5 kN. Za testiranje upogibne trdnosti in določitve modula elastičnosti smo uporabili tri-točkovni upogib z razdaljo med podporama 160 mm (slika 12). Za ugotavljanje upogibnih lastnosti smo uporabljali preizkušance dimenzij 210 mm x 50 mm x 8 mm, ki smo jih razžagali iz vsake plošče po 6 (skupno 72 preizkušancev), tako kot to predpisuje standard SIST EN 310.

Polovica preizkušancev je bila orientirana vzdolžno, polovica pa prečno glede na zunanji sloj furnirja v plošči. Vse preizkušance smo pred testiranjem postavili v klimatiziran prostor s standardno klimo (20 °C/65 %).

(24)

Slika 11: Testirni stroj Zwick Z005

Upogibno trdnost smo izračunali po enačbi (2):

…(2)

Kjer je:

− … potrebna pritisna sila za lom [N]

− … razdalja med podporama [mm]

− … širina preizkušanca [mm]

− t… debelina preizkušanca [mm]

Modul elastičnosti smo izračunali po enačbi (3):

…(3) Kjer je:

− … razdalja med podporama [mm]

− … pritisna sila pri 40 % sile loma [N]

− … pritisna sila pri 10 % sile loma [N]

(25)

− … širina preizkušanca [mm]

− t… debelina preizkušanca [mm]

− … poves pri 40% sile loma [mm]

− … poves pri 10% sile loma [mm]

Slika 12: Testiranje modula elastičnosti in upogibne trdnosti s strojem Zwick Z005

3.2.4 Gostota in vlažnost 3.2.5.1 Gostota

Za določitev gostote smo uporabljali preizkušance dimenzij 50 mm x 50 mm x 8 mm (slika 13), ki smo jih izžagali iz preizkušancev za upogibno trdnost. Preizkušance smo postavili v sušilnik na temperaturo 103 °C, kjer so se 24 ur sušili do konstantne mase (metoda določanja gostote ni bila po predpisih standarda SIST EN 323, saj bi morali preizkušance postaviti v klimatiziran prostor s standardno klimo 20 °C/65 %). Nato smo preizkušance stehtali na dve decimalki natančno in jim s kljunastim merilom izmerili dolžino in širino ter z mikrometrom še debelino.

Gostoto smo izračunali po enačbi (4) in (5):

… (4) … (5)

(26)

Kjer je:

- … gostota preizkušanca v absolutnem suhem stanju [kg/m³] - … masa absolutno suhega preizkušanca [kg]

- … volumen absolutno suhega preizkušanca [m³] - … širina preizkušanca [m]

- … dolžina preizkušanca [m]

- … debelina preizkušanca [m]

3.2.5.2 Vlažnost

Za določitev vlažnosti smo uporabili iste preizkušance kot za ugotavljanje gostote (slika 13). Preizkušance smo stehtali na dve decimalki natančno ter jih postavili v sušilnik na temperaturo 103 °C, kjer so se 24 ur sušili do konstantne mase. Preizkušance smo nato stehtali na dve decimalki natančno in izračunali vlažnost po enačbi (6):

… (6) Kjer je:

- … vlažnost preizkušanca [%]

- … masa vlažnega preizkušanca [g]

- … masa absolutno suhega preizkušanca [g]

Slika 13: Preizkušanci za ugotavljanje vlažnosti in gostote vezanih plošč

(27)

3.2.5 Strižna trdnost

Za testiranje strižne trdnosti smo uporabljali preizkušance dimenzij 110 mm x 25 mm x 8 mm, ki smo jih po 10 razžagali iz vsake plošče (skupno 120 preizkušancev). Preizkušance smo nato na vsaki strani do polovice debeline zarezali tako, da smo dobili strižno površino 25 mm x 25 mm. Iz vsake plošče smo vzeli po 5 preizkušancev (skupno 60 preizkušancev) in jih za 24 ur potopili v vodo ter jih nato testirali po standardu SIST EN 314-1. Ostalih 60 preizkušancev smo postavili v klimatiziran prostor in jih po sedmih dneh testirali.

Preizkušance smo testirali na univerzalnem stroju znamke Zwick Z005. Pri testiranju strižne trdnosti smo preizkušance vpeli v čeljusti, jih obremenili na strig ter po porušitvi ocenili delež loma po lesu na 10 % natančno (slika 14).

Strižno trdnost smo izračunali po enačbi (7):

…(7) Kjer je:

− … potrebna sila za porušitev spoja [N]

− … dolžina strižne površine [mm]

− … širina strižne površine [mm]

Slika 14: Testiranje strižne trdnosti s testirnim strojem Zwick Z005

(28)

4 REZULTATI

Izdelali in testirali smo 12 bukovih furnirnih vezanih plošč, pri čemer sta bili po dve plošči zlepljeni z enakim lepilom.

4.1 IZGUBA DEBELINE

Pri izračunu izgube debeline (slika 15) povprečje vseh plošč znaša 7,97 %. Največjo izgubo debeline ima vezna plošča oznake TNaOH in sicer 8,95 %, kar je skoraj 1 % več od povprečja. Plošča, ki je izgubila najmanj debeline, je UF 7,28 %. Razlika med največjo in najmanjšo izgubo debeline znaša 1,67 %, kar je glede na majhne vrednosti velika razlika.

Slika 15: Izguba debeline glede na vrsto lepila v vezani plošči

4.2 UPOGIBNA TRDNOST, MODUL ELASTIČNOSTI, GOSTOTA IN VLAŽNOST Pri upogibni trdnosti in modulu elastičnosti smo iz vsake izdelane vezane plošče testirali po 3 preizkušance prečno in 3 preizkušance vzdolžno glede na zunanji sloj vezane plošče.

V preglednici 2 so prikazane povprečne vrednosti iz dveh vezanih plošč zlepljeni z enakim lepilom. V preglednico smo dodali tudi povprečne vrednosti za vlažnost in gostoto, ker so bili preizkušanci za izračun gostote in vlažnosti izžagani iz preizkušancev za upogibno trdnost in modul elastičnosti.

(29)

Preglednica 2: Povprečne vrednosti za upogibno trdnost, modul elastičnosti, vlažnost in gostoto VRSTA LEPILA

V VEZANI PLOŠČI

UPOGIBNA TRDNOST (N/mm²)

MODUL ELASTIČNOSTI (N/mm²)

VLAŽNOST (%)

GOSTOTA (kg/m³) PREČNO VZDOLŽNO PREČNO VZDOLŽNO

UF 20,5 121 898 11533 8,5 709

T 24,2 76,4 929 11733 8,8 711

T1 23,9 69,0 991 12200 8,9 745

T1,5 21,7 45,3 967 10680 8,8 701

T2 25,1 76,3 981 12317 8,5 717

TNaOH 20,7 89,2 882 12133 8,1 721

4.2.1 Upogibne lastnosti vezanih plošč v prečni smeri

Ugotovili smo, da je povprečna upogibna trdnost v prečni smeri (slika 16) najvišja pri vezani plošči z oznako T2 (25,1 N/mm²). Podobno vrednost kot primerjalna plošča zlepljena z UF lepilom (20,5 N/mm²) je dosegla plošča oznake TNaOH in sicer 20,7 N/mm². Vse vezane plošče, ki so bile zlepljene z lepilom na osnovi tanina so imele večjo upogibno trdnost v prečni smeri kot vezana plošča oznake UF.

Povprečne vrednosti modula elastičnosti (slika 16) se med prečno obremenjenimi vezanimi ploščami razlikujejo in razlika med najvišjo in najnižjo vrednostjo znaša 109 N/mm². Izstopa le vezana plošča oznake T1, ki ima najvišjo vrednost (991 N/mm²). Najnižjo povprečno vrednost je dosegla vezana plošča oznake TNaOH (882 N/mm²) in ima v primerjavi z UF (898 N/mm²) vezano ploščo najbolj podobne vrednosti.

Slika 16: Upogibna trdnost in modul elastičnosti prečnih preizkušancev iz vezanih plošč

(30)

4.2.2 Upogibne lastnosti vezanih plošč v vzdolžni smeri

Pri testiranju vzdolžnih preizkušancev na upogibno trdnost (slika 17) smo ugotovili, da ima najvišjo povprečno vrednost UF vezana plošča in sicer 121 N/mm². Ponovno ima najbližjo povprečno vrednost vezana plošča oznake TNaOH (89,2N/mm²), vendar je razlika vseeno velika. Najnižjo povprečno vrednost ima vezana plošča oznake T1,5 (45,3 N/mm²).

Najvišjo povprečno vrednost modula elastičnosti ima vezana plošča oznake T2 (slika 17) in sicer 12317 N/mm², medtem ko ima najnižjo vrednost vezana plošča oznake T1,5 (10680 N/mm²). Velika razlika je nastala med vezanimi ploščami oznake T1 (12200 N/mm²) in T1,5, kljub temu, da imata zelo podobno lepilno mešanico. Primerjalna vezana plošča UF (11533 N/mm²) tokrat nima najvišjih vrednosti in ima višjo vrednost le od vezane plošče oznake T1,5.

Slika 17: Upogibna trdnost in modul elastičnosti vzdolžnih preizkušancev iz vezanih plošč

4.2.3 Gostota in vlažnost vezanih plošč

Pred lepljenem furnirnih listov v vezane plošče smo na 8 vzorcih izračunali vlažnost lesa - furnirja in dobili povprečno vrednost 6,43 %. Gostoto in vlažnost zlepljenih plošč pa smo nato izračunali iz preizkušancev, ki so bili izžagani iz predhodno testiranih upogibnih preizkušancev. Najvišjo povprečno vrednost ima tako za gostoto (745 kg/m³) kot za vlažnost (8,9 %) vezana plošča oznake T1 (slika 18). To je verjetno posledica zgradbe bukovih furnirnih listov, ker v primerjavi z vezano ploščo oznake T1,5 imata približno enako lepilno mešanico, vendar je gostota precej nižja. Najnižjo povprečno vrednost pri vlažnosti ima vezana plošča oznake TNaOH in sicer 8,1 %, medtem ko ima najnižjo povprečno vrednost pri gostoti vezana plošča oznake T1,5 s 701 kg/m³. Razlika med

(31)

najvišjo in najnižjo povprečno vrednostjo za gostoto znaša 44,6 kg/m³, medtem ko pri vlažnosti znaša 0,8 %, kar je zanemarljivo, saj običajno vlažnost pri lesnih ploščah variira

±1 %.

Slika 18: Gostota plošč pri vlažnosti lesa 0 % in vlažnost vezanih plošč

4.3 STRIŽNA TRDNOST

Za ugotavljanje strižne trdnosti lepilnih spojev vezanih plošč smo uporabili dva postopka.

Preizkušance, ki smo jih pripravili po zahtevah standarda, smo za 24 ur pred testiranjem potopili v vodo. Večina teh preizkušancev je popustila po lepilnem spoju že med namakanjem, razen preizkušanci iz UF plošče. Ostalih 60 preizkušancev, ki jih nismo potopili v vodo, smo za 7 dni postavili v klimatiziran prostor s standardno klimo in jih nato testirali. Za testiranje smo uporabili preizkušance od 1-5 iz ene vezane plošče in od 6-10 iz druge vezane plošče, ki sta bili zlepljeni z enakim lepilom.

4.3.1 Strižna trdnost po standardu

Pri testiranju preizkušancev na strižno trdnost po standardu, ki predpisuje 24 ur namakanja v vodi, smo lahko testirali samo preizkušance zlepljene z urea-formaldehidnim lepilom (preglednica 3).

Preglednica 3: Povprečne vrednosti strižne trdnosti in delež loma po lesu lepilnih spojev mokrih preizkušancev

VRSTA LEPILA UF T T1 T1,5 T2 TNaOH

STRIŽNA TRDNOST

(N/mm²) 0,79 0 0 0 0 0

DELEŽ LOMA (%) 0 0 0 0 0 0

(32)

Na osnovi rezultatov testiranja smo ugotovili, da uporabljeno taninsko lepilo z različnimi dodatki ni primerno za izdelavo vezanih plošč. Najboljše se je izkazalo UF lepilo, ki pa vseeno ni doseglo zahtev standarda, verjetno zaradi previsoke temperature in časa stiskanja kot to priporoča proizvajalec (slika 19). Za dosego zahtev standarda bi morala povprečna vrednost UF lepila na strižno trdnost znašati vsaj 1 N/mm² ob 0 % deležu loma oziroma bi moral pri povprečni vrednosti strižne trdnosti 0,79 N/mm² delež loma znašati vsaj 40 % po lesu.

Slika 19: Strižna trdnost lepilnih spojev mokrih preizkušancev

4.3.2 Strižna trdnost suhih preizkušancev

V preglednici 4 so prikazane povprečne vrednosti 10 preizkušancev iz plošč, ki so bile zlepljene s 6 različnimi lepilnimi mešanicami. Pri testiranju smo ugotavljali strižno trdnost in ocenjevali delež loma po lesu.

Preglednica 4: Povprečne vrednosti strižne trdnosti in delež loma po lesu lepilnih spojev suhih preizkušancev

VRSTA LEPILA UF T T1 T1,5 T2 TNaOH

STRIŽNA TRDNOST

(N/mm²) 2,63 1,22 0,82 0,69 0,84 1,32

DELEŽ LOMA (%) 92 0 0 0 0 0

Pri testiranju preizkušancev na strižno trdnost (slika 20) ima najvišjo povprečno vrednost vezana plošča zlepljena z urea-formaldehidnim lepilom, ki ima vrednost 2,63 N/mm². Najvišjo povprečno vrednost med taninskimi lepili ima vezana plošča oznake TNaOH, vendar ima skoraj polovico nižjo vrednost kot UF vezana plošča. Vezana plošča, ki ima najnižjo povprečno vrednost je T1,5 s 0,69 N/mm² in ima celo manjšo vrednost kot UF

(33)

vezana plošča, ki je bila 24 ur potopljena v vodi (0,79 N/mm²). Pri taninskih lepilih je delež loma prihajal po lepilnem spoju in ima tako oceno 0 %. Delež loma pri preizkušancih iz plošče z oznako UF pa je potekal skoraj v celoti po lesu.

Slika 20: Strižna trdnost lepilnih spojev suhih preizkušancev

4.4 RAZPRAVA

V raziskavi smo ugotovili, je imela pri testiranju na upogibno trdnost in modul elastičnosti vezana plošča zlepljena s taninskim lepilom z dodatkom NaOH podobne povprečne vrednosti kot vezana plošča zlepljena z urea-formaldehidnim lepilom, razen pri upogibni trdnosti v vzdolžni smeri je bila razlika malo večja. Pri vezanih ploščah zlepljenih s taninskim lepilom in taninskim lepilom z različnim deležem dodatka NCC (nano kristalinična celuloza) je bil modul elastičnosti v vzdolžni in prečni smeri celo višji kot pri UF vezani plošči. Podobno je bilo tudi pri prečnih preizkušancih na upogibno trdnost, kjer so imele vse plošče zlepljene z taninskim lepilom višjo vrednost kot plošče zlepljene z UF lepilom. Pri vzdolžnih preizkušancih na upogibno trdnost pa je imela najvišje vrednosti plošča zlepljena z UF lepilom.

Iz rezultatov lahko vidimo, da imajo tri vrste plošč z največjo gostoto tudi največji modul elastičnosti v vzdolžni smeri. V prečni smeri imajo večji modul elastičnosti plošče, ki imajo nižjo gostoto. Vezana plošča oznake T, ki ima med vsemi testiranimi ploščami srednjo gostoto, ima tudi srednje povprečne vrednosti modula elastičnosti v prečni in vzdolžni smeri obremenitve.

Ugotovili smo, da na upogibno trdnost vpliva tudi kakovost furnirja. Če imamo vezano ploščo zlepljeno iz razpokanega in valovitega furnirja, bo do loma prišlo prej kot, če bi

(34)

imeli kakovosten furnir brez razpok. Predvsem to pravilo velja, če obremenjujemo na upogibno trdnost prečne preizkušance.

Pri testiranju na strižno trdnost po standardu, kjer smo preizkušance potopili za 24 ur v vodo, smo ugotovili, da lepila na osnovi tanina z različnimi dodatki niso vodoodporna, ker so preizkušanci razpadli že v vodi. Prav tako tudi UF lepilo ni doseglo zahtev standarda SIST EN 314-2.

Pri testiranju na strižno trdnost, kjer smo preizkušance pred testiranjem 7 dni klimatizirali, smo ugotovili, da ima med vsemi testiranimi lepili najbližjo povprečno vrednost v primerjavi z UF lepilom taninsko lepilo z dodatkom NaOH, vendar ima vseeno skoraj polovico manjšo vrednost. V primerjavi UF lepila in taninskega lepila z dodatkom NaOH (TNaOH), prihaja pri UF lepilu lom po lesu, medtem ko pri TNaOH prihaja po lepilnemu spoju. Glede na rezultate lahko vidimo, da se taninskim lepilom z dodajanjem NCC (nano kristalinična celuloza) strižna trdnost zmanjšuje.

Pri izračunu gostote in vlažnosti vezanih plošč smo ugotovili, da so povprečne vrednosti med njimi podobne. Med ploščami je prišlo do manjše razlike v gostoti, vendar ne moremo teh razlik pripisati lepilu, ampak variabilnosti v gostoti bukovih furnirnih listov. Razlike v vlažnosti vezanih plošč so bile zanemarljive.

(35)

5 SKLEPI

Na osnovi rezultatov opravljene raziskave, kjer smo z lepili na osnovi tanina z različnimi dodatki ter z urea-formaldehidnim lepilom zlepili trislojne furnirne vezane plošče ter jih testirali, lahko zaključimo, da:

- so imele najvišji modul elastičnosti v vzdolžni smeri plošče zlepljenje z lepilom T2, v prečni smeri pa plošče, ki so bile zlepljene z T1 lepilom. Najnižji modul elastičnosti v prečni smeri so imele plošče zlepljene z lepilom TNaOH, v vzdolžni smeri pa plošče zlepljene z lepilom T1,5.

- so imele najvišjo upogibno trdnost v prečni smeri plošče zlepljene z lepilom T2 in v vzdolžni smeri plošče zlepljene z lepilom UF. Najnižjo upogibno trdnost v prečni smeri so imele plošče zlepljene z lepilom UF, v vzdolžni smeri pa plošče zlepljene z lepilom T1,5.

- nobeno proučevano lepilo ni doseglo zahtev standarda SIST EN 314-2 glede strižne trdnosti lepilnih spojev vezanih plošč. Vsi preizkušanci lepljeni z lepili na osnovi tanina so razpadli že med 24 urnim namakanjem v vodi, medtem ko so preizkušanci zlepljeni z urea-formaldehidnim lepilom izkazovali povprečno strižno trdnost 0,79 N/mm² in 0 % lom po lesu.

- se vlažnost plošč zlepljenih z različnimi lepili ni bistveno razlikovala.

- se z višjo gostoto povečuje tudi modul elastičnosti v vzdolžni smeri.

- so imele pri suhih preizkušancih najvišjo strižno trdnost plošče zlepljene z lepilom UF, najnižjo vrednost pa plošče zlepljene z lepilom T1,5.

- imajo plošče zlepljene z T1,5 lepilom vedno nižje vrednosti pri upogibni trdnosti, modulu elastičnosti, strižni trdnosti, gostoti ter izgubi debeline od lepila T1 in T2, ki imajo enak dodatek, vendar različen delež nano kristalinične celuloze (NCC).

Hipotezo, pri kateri smo predvidevali, da lahko z lepili na osnovi tanina zlepimo furnirne vezane plošče, ki bodo po kakovosti zlepljenosti in po upogibnih lastnostih primerljive klasično izdelanim vezanim ploščam z urea-formaldehidnim lepilom, lahko delno potrdimo. Plošči zlepljeni s taninskim lepilom z dodatkom NaOH sta bili po upogibni trdnosti in modulu elastičnosti primerljivi ploščam zlepljenim z UF lepilom, medtem ko po kakovosti zlepljenosti z njim ni bila primerljiva nobena plošča zlepljena z lepilom na osnovi tanina.

(36)

6 POVZETEK

V lesni industriji se veliko uporablja sintetična lepila za lepljenje lesa in lesnih kompozitov. Številna sintetična lepila so okolju škodljiva, vsebujejo pa lahko tudi formaldehid, ki je zdravju škodljiv. Na trgu se že pojavljajo naravna lepila, vendar ne morejo popolnoma nadomestiti sintetičnih lepil, ker nimajo ustreznih lastnosti ali pa jih ni v ustrezni količini. Primerni surovini za izdelavo takih lepil sta lahko tudi lignin in tanin, ki sta prisotna v lesu in skorji.

Namen diplomske naloge je bil izdelati trislojne furnirne vezane plošče, ki bodo zlepljene z različnimi mešanicami taninskih lepil ter primerjati njihovo kakovost zlepljenosti in upogibne lastnosti z lastnostmi klasično izdelanih vezanih plošč zlepljenih z urea- formaldehidnim lepilom.

Na Oddelku za lesarstvo smo s 6 različnimi lepili zlepili po dve trislojni bukovi vezani plošči (skupaj 12 plošč). Plošče smo razžagali v preizkušance standardnih dimenzij in jih testirali. Ugotavljali smo upogibno trdnost, modul elastičnosti, gostoto in vlažnost ter strižno trdnost lepilnih spojev.

Med vsemi lepili, ki se je najbolj približalo lepilu UF, je bilo lepilo TNaOH, ki je imelo pri vseh testiranjih podobne vrednosti razen pri upogibni trdnosti v vzdolžni smeri, kjer je razlika med lepiloma znašala 31,8 N/mm² in pri strižni trdnosti tako po standardni metodi kot pri testiranju na strižno trdnost suhih preizkušancev. Pri testiranju preizkušancev na strižno trdnost po standardu so taninska lepila z različnim dodatkom razpadla že po 24 urah med namakanjem v vodi. Ker nismo dobili rezultatov za primerjavo med lepili, smo nato izvedli testiranje na strižno trdnost suhih preizkušancev. Pri tem testiranju je najboljše rezultate spet imelo UF lepilo, najbolj pa se je ter vrednosti približalo lepilo TNaOH, ki pa je kljub temu izkazovalo polovico nižjo vrednostjo od UF lepila.

Delno smo potrdili hipotezo, s katero smo predvidevali, da lahko z lepili na osnovi tanina zlepimo furnirne vezane plošče, ki bodo po kakovosti zlepljenosti in po upogibnih lastnostih primerljive klasično izdelanim vezanim ploščam z urea-formaldehidnim lepilom.

(37)

7 VIRI

Bending press. Orma. 2021

https://woodworkmachinery.co.uk/products/orma-pfs-120s-bending-press (8. avg. 2021)

Čufar K. 2006. Anatomija lesa: univerzitetni učbenik. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo: 185 str.

Geršak M. 2018. Les in tvoriva. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo: 346 str.

Gornik Bučar D., Tišler V. 1996. Taninska lepila. LES wood 48, 3: 55-59

Gornik Bučar D. 2019. Primarna predelava in priprava surovine, izročki s predavanj.

Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo Kemijska zgradba tanina. Tannin. 2021. Wikipedia

https://en.wikipedia.org/wiki/Tannin (25. jul. 2021)

Oven P. 2018. Osnovne kemije lesa, izročki s predavanj. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo

Resnik J. 1997. Lepila in lepljenje lesa. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo: 103 str.

Saražin J., Potočnik I., Šernek M. 2020. razpoložljivost virov taninov in ligninov za

celostno zamenjavo sintetičnih lepil za les v evropskem prostoru. Gozdarski vestnik 78, 3: 23-30

Saražin J., Schmiedl D., Pizzi A., Šernek M. 2020. Bio-based Adhesive Mixtures of Pine Tannin and Different Types of Lignins. BioResources 15: 12 str.

https://bioresources.cnr.ncsu.edu/resources/bio-based-adhesive-mixtures-of-pine- tannin-and-different-types-of-lignins/ (25. avg.2021)

SIST EN 310. Lesne plošče - Ugotavljanje upogibne trdnosti in modula elastičnosti. 1996:

8 str.

SIST EN 314-1. Vezan les - Kakovost zlepljenih spojev - 1. del: Preskusne metode. 2004:

20 str.

SIST EN 314-2. Vezan les - Kakovost zlepljenih spojev - 2. del: Zahteve. 1996: 6 str.

SIST EN 322. Lesne plošče - Določanje vlažnosti. 1996: 8 str

(38)

Stol rex. Salon pohištva. 2021

https://www.salonpohistva.si/rex-stol-vec-barv (29. jul. 2021) Testirni stroj Zwick-z005

https://www.bf.uni-lj.si/sl/organiziranost/lesarstvo/raziskave/raziskovalna- oprema/79/univerzalni-testni-stroj-zwick-z005 (20. jul. 2021)

Types of plywood. Graham lumber. 2021

https://www.grahamlumber.com/product_p/34cdx.htm (5. sep. 2021)

Ugovšek A., Šernek M. 2009. Naravni materiali za izdelavo sodobnih lepil za les: tanin, lignin in utekočinjen les. Les wood 61, 11-12: 451-453

Veneer cutting. Shadbolt. 2021

https://shadbolt.co.uk/products/veneer-finishes/veneer-cutting/ (7. sep. 2021)

.

(39)

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju prof. dr. Milanu Šerneku za strokovno usmerjanje pri izdelavi diplomskega naloge.

Zahvaljujem se Jaši Saražinu za pomoč pri pripravi lepilnih mešanic.

Zahvaljujem se recenzentu viš. pred. mag. Bogdanu Šegi za pregled diplomske naloge.

Zahvaljujem se tudi družini, ki me je podpirala v času študija.

(40)

PRILOGE

Priloga A:

Povprečne vrednosti debelin furnirnih listov in vezanih plošč

Oznaka plošče Skupna debelina (mm) Debelina plošče (mm) Izguba debeline (%)

UF-1 8,86 8,23 7,08

UF-2 8,85 8,18 7,49

T-1 8,92 8,21 7,98

T-2 8,94 8,21 8,22

T1-1 8,96 8,19 8,62

T1-2 8,87 8,25 7,05

T1,5-1 8,92 8,24 7,48

T1,5-2 8,85 8,18 7,59

T2-1 9,06 8,33 8,06

T2-2 8,91 8,19 8,11

TNaOH-1 8,87 8,14 8,26

TNaOH-2 9,05 8,18 9,63

(41)

Priloga B:

Rezultati testiranja na upogibno trdnost in modul el. za vezano ploščo UF Prečni preizkušanci:

VRSTA

LEPILA OZNAKA

PREIZKUŠANCA UPOGIBNA TRDNOST [N/mm²]

MODUL

ELASTIČNOSTI [N/mm²]

UF UF-1-1-P 23,0 924

UF-1-2-P 0 0

UF-1-3-P 22,8 974

UF-2-1-P 18,1 860

UF-2-2-P 20,1 880

UF-2-3-P 18,5 852

POVPREČJE 20,5 898

STANDARDNI ODKLON 2,32 50,8

KOEF. VARIACIJE (%) 11,3 5,7

Vzdolžni preizkušanci:

VRSTA

LEPILA OZNAKA

MODUL

UF UF-1-4-V 118 11000

UF-1-5-V 125 11600

UF-1-6-V 125 11800

UF-2-4-V 115 11300

UF-2-5-V 132 12500

UF-2-6-V 110 11000

POVPREČJE 121 11533

STANDARDNI ODKLON 7,99 572

(42)

Priloga C:

Rezultati testiranja na upogibno trdnost in modul el. za vezano ploščo T Prečni preizkušanci:

VRSTA

LEPILA OZNAKA

MODUL

T T-1-1-P 26,0 916

T-1-2 -P 26,0 962

T-1-3-P 27,0 1000

T-2-1-P 21,5 853

T-2-2-P 22,8 925

T-2-3-P 22,00 919

POVPREČJE 24,2 929

VRSTA

LEPILA OZNAKA

MODUL

T T-1-4-V 69,8 12300

T-1-5-V 56,4 11600

T-1-6-V 87,6 12700

T-2-4-V 70,2 11800

T-2-5-V 76,7 11600

T-2-6-V 97,6 10400

POVPREČJE 76,4 11733

(43)

Priloga D:

Rezultati testiranja na upogibno trdnost in modul el. za vezano ploščo T1 Preči preizkušanci:

VRSTA LEPILA

OZNAKA

PREIZKUŠANCA

UPOGIBNA TRDNOST [N/mm²]

MODUL

T1 T1-1-1-P 22,0 940

T1-1-2-P 21,0 911

T1-1-3-P 23,0 974

T1-2-1-P 23,9 983

T1-2-2-P 26,3 1020

T1-2-3-P 27,0 1120

POVPREČJE 23,9 991

VRSTA LEPILA

OZNAKA

PREIZKUŠANCA

MODUL

T1 T1-1-4-V 87,2 11500

T1-1-5-V 85,8 12400

T1-1-6-V 65 11400

T1-2-4-V 43,7 12900

T1-2-5-V 36,5 11900

T1-2-6-V 95,5 13100

(44)

Priloga E:

Rezultati testiranja na upogibno trdnost in modul el. za vezano ploščo T1,5 Prečni preizkušanci:

VRSTA LEPILA

OZNAKA PREIZKUŠANCA

UPOGIBNA TRDNOST

[N/mm²]

MODUL ELASTIČNOSTI

[N/mm²]

T1,5 T1,5-1-1-P 23,0 999

T1,5-1-2-P 20,8 918

T1,5-1-3-P 23,0 976

T1,5-2-1-P 19,0 878

T1,5-2-2-P 23,0 980

T1,5-2-3-P 21,1 1050

POVPREČJE 21,7 967

VRSTA LEPILA

OZNAKA

PREIZKUŠANCA

MODUL

T1,5 T1,5-1-4-V 29,2 10300 T1,5-1-5-V 37,8 10700 T1,5-1-6-V 74,2 11900 T1,5-2-4-V 44,3 10900 T1,5-2-5-V 28,4 8780 T1,5-2-6-V 57,8 11500

(45)

Priloga F:

Rezultati testiranja na upogibno trdnost in modul el. za vezano ploščo T2 Prečni preizkušanci:

VRSTA LEPILA

OZNAKA

PREIZKUŠANCA

MODUL

T2 T2-1-1-P 25,9 1040

T2-1-2-P 27,6 1070

T2-1-3-P 28,5 1070

T2-2-1-P 22,5 870

T2-2-2-P 23 900

T2-2-3-P 23,2 936

POVPREČJE 25,1 981,0

VRSTA LEPILA

OZNAKA

PREIZKUŠANCA

MODUL

T2 T2-1-4-V 104 13300

T2-1-5-V 79,4 13000

T2-1-6-V 76,4 12700

T2-2-4-V 86,6 12800

T2-2-5-V 62,8 11000

T2-2-6-V 48,8 11100

(46)

Priloga G:

Rezultati testiranja na upogibno trdnost in modul el. za vezano ploščo TNaOH Prečni preizkušanci:

VRSTA

LEPILA OZNAKA

MODUL

TNaOH TNaOH-1-1-P 22,2 867

TNaOH-1-2-P 20,3 817 TNaOH-1-3-P 22,2 861 TNaOH-2-1-P 18,8 972 TNaOH-2-2-P 21,7 939 TNaOH-2-3-P 18,8 837

POVPREČJE 20,7 882

VRSTA

LEPILA OZNAKA

MODUL

TNaOH TNaOH-1-4-V 82,8 13100

TNaOH-1-5-V 74,5 12100

TNaOH-1-6-V 100 12500

TNaOH-2-4-V 92,6 10800 TNaOH-2-5-V 92,2 12100 TNaOH-2-6-V 93,3 12200

(47)

Priloga H:

Rezultati testiranja na strižno trdnost po standardu

VRSTA LEPILA

STRIŽNA TRDNOST [N/mm²]

DELEŽ LOMA [%]

1 0,96 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 0,07 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3 0,28 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

4 0,89 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

5 0,95 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

6 0,99 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

7 0,90 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

8 0,85 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

9 0,92 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

10 1,1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

POVPREČJE 0,79 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

STANDARDNI

ODKLON 0,32 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

KOEF.

VARIACIJE 40,17 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

TNaOH

UF T T1 T1,5 T2