DIGITALNA ARHIVA ŠUMARSKOG LISTA
prilagođeno pretraživanje po punom tekstu




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 43     <-- 43 -->        PDF

PREGLEDNI ČLANCI - REVIEWS Šumarski list br. 11-12, CXXI (1997), 617-629
UDK: 634.0.814.1 + 634.0.842 (001)


POVRŠINSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA


SURFACE DURABILITY OF THE WOOD BUILDING CONSTRUCTIONS


Hrvoje TURKULIN, Vlatka JIROUŠ - RAJKOVIĆ, Ivica GRBAC*


SAŽETAK: Drvo u vanjskim konstrukcijama prolazi kroz niz kemijskih i
fizikalnih promjena koje uzrokuju polaganu razgradnju njegove površine, što
se uobičajeno naziva propadanjem drva. Razlaganje je prouzročeno složenim
djelovanjem ultraljubičastog svjetla Sunca, vlage i kisika iz zraka, te dodatnim
djelovanjima vjetra, kiše i ostalih oborina. Drvo s vremenom mijenja boju,
hrapavi i erodira. Ako se izuzme moguć biološki napad, površinsko
propadanje predstavlja najveću štetu pri uporabi drva za gradnju.


Podsticanje uporabe drva kao glavnog materijala za vanjsku stolariju i
druge građevne konstrukcije, najvećim dijelom ovisi o korištenju rezultata istraživanja
poboljšanja otpornosti drva, njegove modifikacije i pravilne i
učinkovite površinske obrade, kako bi se umanjili troškovi obnavljanja i produžio
uporabni vijek zaštitnih i dekorativnih premaza za drvo. Rad donosi
analizu procesa propadanja drva, te predstavlja pregled literature i najnovijih
rezultata istraživanja na području postojanosti drvnih proizvoda za građenje.


Ključne riječi: Drvni građevni elementi, postojanost drva, propadanje
drva, površinska obrada drva, zaštita drva


UVOD - Introduction


Drvo izloženo atmosferi - a pogotovo izloženo vani -Slika 1 pokazuje karakterističan oblik tradicijske hrprolazi
kroz niz kemijskih i fizikalnih promjena koje vatske gradnje, hrastovu korablju, kod koje je drvo streuzrokuju
polaganu razgradnju njegove površine, što se hama, pakošekima i ganjkom potpuno zaštićeno od inuobičajeno
naziva propadanjem drva. Izuzevši vatru i bitenzivnog
djelovanja oborina, a cijela je kuća odignuta
ološki napad, propadanje drva je najveća šteta pri uporaod
tla. Tu je vidljivo daje uporabom desetljećima došlo
bi u vanjskim uvjetima. Razlaganje je prouzročeno slodo
promjene vanjske boje, ali je statika kuće i njezina
ženim djelovanjem ultraljubičastog svjetla Sunca, vlage uporabna vrijednost ista kao i u prošlom stoljeću . Kod
i kisika iz zraka, te dodatnim djelovanjima vjetra, kiše i moderne primjene drva za građevne konstrukcije, povrostalih
oborina. Posljedice su toga da drvo s vremenom šinska postojanost je od velike važnosti, jer se promjemijenja
boju, hrapavi i erodira. Ukoliko je drvo pravilno ne boje i površinske strukture ne uklapaju u prvobitne
fizički zaštićeno, ono može desetljećima - pa čak i stoljearhitektonske
odrednice, a troškovi obnavljanja premaćima
- odolijevati intenzivnoj razgradnji, pa se propaza
uvelike obeshrabruju ljude za upotrebu drva u vandanje
ograničuje na samo vrlo tanak površinski sloj. jskim uvjetima. Naglašen trend primjene poluprozirnih


i prozirnih premaza za drvo, koji ističu ekološke i estetske
prednosti primjene drva za gradnju, dodatno po*
Dr. se. Hrvoje Turkulin, mr. se. Vlatka Jirouš Rajković, izv. prof. dr. se. jačava potrebu stabilizacije boje i strukture površine
Ivica Grbac, svi Šumarski fakultet Zagreb


ugrađenog drva.




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 44     <-- 44 -->        PDF

S. Matić: NEKE KARAKTERISTIKE
Šumarski list br. 11-12, CXXI (1997), 617-629


Slika 1. Hrastova kuća - korablja,
tradicijski oblik gradnje u
Hrvatskoj, pokazuje izuzetnu
trajnost drvene gradnje
unatoč površinskim promjenama.
Letovanić, Hrvatsko
Pokuplje.


Figure 1. Oak house - "korablja" is a
traditional Croatian architectural
feature. It shows an
exceptional durabilitv of the
wooden building despite the
changes on its surface. Letovanić,
the area of Croatian
Pokuplje.


OPĆE OSNOVE PROPADANJA DRVA


Opće osnove propadanja drva obrađivali su mnogi
autori; dobre preglede objavili su Kalnins (1966),
Desai (1968), Seli (1975), Feist & Hon (1984)
te F e i s t (1990). Glatka površina neobrađenog i nezaštićenog
drva propada kada je vani izložena složenoj
promjeni koju uzrokuje niz čimbenika. Energija fotona
sunčevog zračenja (napose u ultra-ljubičastom, ali i u
vidljivom svjetlu) najrazornija je sastavnica vanjskih
uvjeta. Kemijske reakcije začete djelovanjem svjetla
pojačane su djelovanjem vode (kišom, snijegom, rosom
i relativnom vlanošću zraka), povišenom temperaturom
i kisikom. Nedavna istraživanja naznačuju da atmosferska
onečišćenja također pojačavaju postupak
svjetlosne razgradnje.


Promjena boje prva je očita naznaka odvijanja ovih
reakcija. Drvo također gubi sjaj i svjetlinu (Hon i
Feist, 1986). Promjene u ultrastrukturi uzrokuju razorne
posljedice na anatomskoj razini; podižu se
vlakanca, pojavljuju se mikropukotine koje postupno
prerastaju u velike pukotine. Razvoj pukotina može biti
pojačan smrzavanjem i taljenjem apsorbirane vode.
Vlakanca pri tome olabavljuju, površinske stanice se
odvajaju; drvo gubi koherentnost i površina polako
erodira. Naseljavanje plijesni i gljiva doprinosi neuglednom
sivom izgledu izvorne površine drva.
Povećana poroznost nagrizene površine intenzivira primanje
i gubitak vode, a shodno tome i iznose bubrenja i
utezanja kao i greške na premazu (Brovvne 1957). To
pak dovodi do koritavljenja, vitoperenja i ostalih promjena
dimenzija i oblika drvnih građevnih elemenata


(Turkulin, 1992). Stalni proces dalje erozije može
biti ubrzan mehaničkim djelovanjem kiše i abrazivnim
djelovanjem pijeska i prašine koje donosi vjetar.


Berzeliu s (1827) je bio prvi, kako to navode
Feist & Hon (1984), koji je komentirao promjene
na drvu do kojih dolazi propadanjem. Wiesner
(1864) je načinio opsežnu studiju nagrizene površine
drva. Definirao je osnovne kemijske i strukturne promjene,
izvješćujući o gubitku međustanične tvari te o
kemijskim promjenama drvne tvari. Zaključio je da se
gornji sivi površinski sloj sastoji od čiste ili skoro čiste
celuloze. Mikroskopska ispitivanja pružila su mu dokaz
o gubitku međustanične tvari staničja trakova i kod
traheja prije nego otpočnu promjene na drugom staničju.
Također je pokazao osnovne strukturne promjene
kao što su spiralne pukotine preko jažica i na staničnim
stijenkama. Pronašao je daje kod nagrizenog drva povećana
njegova poroznost, te da rano drvo propada
mnogo brže nego kasno drvo. Evans (1984) navodi
ostale rane autore koji su se bavili propadanjem drva
(Schramm 1906. godine, Wislicenus 1910. i
Brovvne 1925); ali sustavno proučavanje reakcija površinske
razgradnje drva nije počelo do ranih pedesetih.


Možemo reći da su opće osnove propadanja drva
danas već prilično istražene, te da su odrednice mehanizma
površinske ragradnje već dobro razumljive.
Površinske promjene su detaljno evidentirane, no još
uvijek nedostaju usporedni podaci o intenzitetu i brzini
promjene kod većeg broja komercijalno korištenih vrsta
drva.




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 45     <-- 45 -->        PDF

H. Turkulin, V. Jirouš-Rajković, I. Grbac:PQVRŠlNSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA Šumarski list br. 11-12, CXXI (1997), 617-629
SPEKTAR I PRODIRANJE SVJETLA - Light spectrum and penetration


Najvaniji čimbenik površinske razgradnje je fotodegradacija,
tj. razgradnja površine drva djelovanjem
sunčevog svjetla. Opće je potvrđeno daje ultraljubičasto
svjetlo (UV, prema ultravioletnoj, koje je samo relativno
uska traka elektromagnetskog spektra, najodgovornije
za primarnu fotooksidativnu razgradnju drva.


Ako neka komponenta polimera može apsorbirati
svjetlo, tada svaka od njegovih molekula može apsorbirati
kvant radijacije. Ovo uzrokuje primarne disocijacije
molekula polimera, te niz sekundarnih reakcija slobodnih
radikala. Kvantum energije pridružen ultra-ljubičastom
svjetlu može razoriti mnoge kemijske veze
prisutne u drvnim sastojcima (ugljik-ugljik, ugljikkisik,
ugljik-vodik veze). Drvo i apsorbira više u ultraljubičastom
nego u drugim područjima spektra.
Feist i Hon (1984) naveli su da celuloza apsorbira
intenzivno ispod 200 nm, nešto manje između 200 i 300
nm (290 nm je doljnja granica sunčevog zračenja koje
pada na površinu zemlje), a rep krivulje apsorpcije celuloze
proteže se do 400 nm (tj. u UV područje). Lignin
i polifenoli, s druge strane, mnogo lakše apsorbiraju
svjetlo s izraženim vrhom na 280 (im i s apsorpcijom
sve do u vidljivo područje spektra. Žućenje lignina
počinje kod zračenja valnim duljinama između 385 i
335 um, a doseže najveće vrijednosti između 335 i 305
nm(Sandermann i Schlumbom, 1962). Ljuljka
(1971) je primijetio da je zračenje živinom svjetiljkom
s visokim udjelom UV svjetla prouzročilo jače
promjene boje nego zračenje ksenonskom svjetiljkom,
čiji je spektar sličan onom prirodnog svjetla. Očito je da
je područje između 290 i 400 Lim upadnog sunčevog
zračenja najvažniji dio spektra za prirodnu svjetlosnu
razgradnju drva.


Vjeruje se daje vidljivo svjetlo između 400 i 700 nm
nedovoljno da razori kemijske veze u drvu, jer je njegova
energija manja od 293kJ/molu, za što se vjeruje daje
najniža energija veze nekog od drvnih sastojaka (H o n,
1991). Kakogod, Derbyshire i Miller (1981) su
našli daje vrijednost of 540 nm gornja granica valnih
duljina koje su djelotvorne u razgradnji drva.
Fluorescentno svjetlo, koje može predstavljati opasnost
za drvo u unutarnjem prostoru, stvara samo malu koli


ćinu slobodnih radikala koji su relativno postojani kod
sobne temperature (H o n i dr. 1980).


Dubina prodiranja sunčevog UV i vidljivog zračenja
u drvo nije velika pa su promjene ograničene na
plitki površinski sloj. Brown i S imonsen (1957)
su koristili dvije fotografske i spektrofotometrijske metode
kako bi odredili da dubina smećkastog sloja koji
nastaje razgradnjom zbog djelovanja svjetla iznosi
samo 0.5 do 2.5 mm u dubinu površine drva žutog bora
{Pinus ponderosa) i bijelog bora (pinus silvestris).
Hon i Ifju (1978) mjerili su mjesto, prirodu i koncentraciju
svjetlom uzrokovanih slobodnih radikala koristeći
tehnike UV transmisije i elektron-spin rezonancije
(ESR). Odredili su da UV svjetlo ne prodire dublje
od 75 mm, dok vidljivo svjetlo prodire do 200 um.
Hon i Chang (1984) supoduprijeli postavku da slobodni
radikali ne nastaju ispod 80 um od površine drva.
Eventualne promjene u boji ispod 200 um debelog sloja
(kao što su ga izmjerili Browne i S imonsen) pripisuju
se sekundarnim reakcijama, a ne izravnom djelovanju
svjetla. Drvo sadrži aromatske sastojke za koje su
Hon & Feist pretpostavili da početno apsorbiraju
UV energiju, a tada se višak energije rasipa prijenosom
od molekule do molekule da bi se stvarali novi slobodni
radikali dublje od površine drva. Horn i dr.(1992) su
spektrofotometrijski (FTIR) odredili da se posljedice
izlaganja tujovine protežu do 200 um od površine drva,
dok ispod te dubine sastav drva ostaje u osnovi nepromijenjen.
Puni učinak prodiranja svjetla se,
međutim, proteže do dubine od 120 um, dok se između
120 um i 200 Lim javlja nagli pad učestalosti kemijskih
promjena.


Drvo je prirodan kompleksni polimerni materijal
koji bez svoje biološke zaštite podliježe razornom djelovanju
svijetla. Iz navedenoga je vidljivo da svjetlom
uzrokovane promjene djeluju samo u 0,2 mm debelom
površinskom sloju, ali da su te promjene vrlo razorne i
da bitno umanjuju funkcijsku podobnost drvnih građevnih
konstrukcija.


KEMIJSKE PROMJENE - Chemical changes


Apsorbirana svjetlosna energija uzrokuje cijepanje
veza između molekula. Ovaj homolitički proces, koji se
može odvijati i bez prisutnosti kisika ili vode, a neovisan
je i o temperaturi, stvara slobodne radikale kao primarne
fotokemijske produkte. Depolimeriz.acija dovodi
do formacije kromofornih (na svjetlo osjetljivih)
grupa kao što su karbonilne, karboksilne, kinonske, pe


roksidne, hidroperoksidne i konjugirane dvostruke veze
(Feist i Hon, 1984). Sekundarne reakcije - lančano
stvaranje slobodnih radikala - ovisno je o temperaturi
i pojačano prisutnošću kisika i vode (Kalnins
1966. Hon i dr. 1980,Hon i Feist 1981).


Drvo apsorbira svjetlo brzo i intenzivno (Hon
1991). Svi kemijski sastojci drva - poimence celuloza,




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 46     <-- 46 -->        PDF

H. Turkulin, V. Jirouš-Rajković. I. Grbac:PQVRSINSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA Šumarski list br. 11-12, CXX] (1997), 617-629
hemiceluloza, lignin i ekstraktivne tvari - podložni su
raspadanju pri djelovanju sunčevog svjetla. Sama celuloza
nije dobar apsorber svjetla, a apsorpcijske karakteristike
hemiceluloze - zbog njihove strukturne sličnosti
- podudaraju se s onima kod celuloze. Za razliku od
celuloze, lignin je odličan apsorber svjetla. Početna i
najistaknutija apsorpcija odvija se na kromofornim
grupama unutar fenolne molekularne mreže lignina, što
ima za posljedicu jače raspadanje nego je to slučaj kod
celuloze. Postojanje lignina u stvari u određenoj mjeri
zaštićuje celulozu od fotodegradacije stoga što lignin
pokazuje izražena apsorpcijska svojstva i sklonost autoksidaciji
(Sandermann i Schlumbom 1962,
Nanassv i Desai 1971). I drugi su, međutim, drvni
sastojci sposobni apsorbirati fotonsku energiju iz UV i
vidljivog svjetla čime otpočinju fotokemijske reakcije.
Hon (1991) citira Norrstroma koji je ustvrdio da
apsorpcijskom koeficijentu drva lignin doprinosi s
80 - 95%, ugljikohidrati s 5 - 20 %, a ekstraktivne tvari
s oko 2 %.


Kalnins (1966) je izvijestio da se na ozračenoj
površini povećava sadržaj celuloze, što je posljedica
razgradnje lignina i ispiranja otopljenih produkata razgradnje.
Izgleda daje svjetlo znatno manje djelovalo na
celulozu nego na lignin, osim na najgornjem površinskom
sloju. Slični rezultlati dobiveni su i kod niza vrsti
drva izloženih na pokusnoj ogradi tijekom 30 godina
(Feist i Hon, 1984). Gornji sivi sloj iskazao je vrlo
nizak sadržaj lignina, dok je u smeđem podsloju udjel
lignina iznosilo 40-60 % od onog kod neizloženog drva.


Smatra se da proces razgradnje započinje oksidacijom
fenolnih hidroksilnih grupa lignina (Hon 1981).
Ovo rezultira umanjenjem metoksilnog i ligninskog
udjela te povećanjem kiselosti i karboksilne koncentracije
u drvnoj tvari (Feist i Hon 1984). Kemijska
razgradnja celuloze, hemiceluloze i lignina u prisutnosti
molekula kisika stvarahidroperokside (Hon i Feist,
1993). Svi daljnji produkti razgradnje (uglavnom
organske kiseline, vanilin i spojevi veće molekulske
mase) vodotopljivi su i ispirljivi (Kalnins, 1966).
Ksilan i araban brže se otapaju nego glukozan, ukazujući
na to da u hidroliziranom vodenom ekstraktu ne
prevladava glukoza. Kasnije su Yoshimoto i Minami
(1968) izvijestili daje ksiloza glavni produkt
razgradnje hemiceluloze, dok se povećanje udjela arabinoze
nakon izlaganja može pripisati raspadu celuloze.
Povećanje sadržaja karbonilnih grupa rezultat je
oksidacije i lignina i celuloze. Opće kemijske promjene
pokazuju da je vremenu izložena drvna površina bogatija
karbonilnim grupama, dok je lignin razgrađen, a
zatim i ispran djelovanjem vode (Feist i Hon, 1984,
Hon i Feist 1986).


Raspoložive reaktivne grupe lignina sastoje se od
etera, hidroksilnih grupa, karbonilnih i karboksilnih grupa.
Mnoga aromatska i fenolna mjesta u strukturi lignina


također su sposobna da reagiraju na svjetlu, kako bi otpočele
lančane reakcije slobodnih radikala. One rezultiraju
stvaranjem fenoksi radikala koji su glavni prijelazni
oblik spoja koji nastaje u svjetlom ozračenom ligninu(
Feist i Hon, 1984). Lignin se lako razgrađuje na
svjetlu kraćem od 350 nm, pa je prema tome vrlo podložan
razgradnji pri djelovanju UV dijela sunčevog svjetla.
Svjetlo valnih duljina dužih od 350 nm ne razgrađuje,
ali uzrokuje izbjeljivanje i svijetljenje lignina.


Smatra se daje primarni proces u fotokemijskoj razgradnji
celuloze pucanje njenih lanaca (Kleinert,
1964, Desai i Shields 1969), a ovaj proces nije
ovisan o prisutnosti kisika. U osnovi ultraljubičasto
svjetlo djeluje samo na molekule u amorfnim (nesređenim)
područjima celulozne strukture. Hon (1981) je
prikazao rezultate koji stavljaju u direktni međuodnos
ESR signale (tj. lakoću stvaranja slobodnih radikala) sa
stupnjem kristaliničnosti raznih uzoraka celuloze. Vjeruje
se da su organizirana područja celuloze nepropusna
za svjetlo zbog visokog stupnja njihove kristaliničnosti,
pa se depolimerizacija događa samo u svjetlu
dostupnim, amorfnim područjima (Hon i Feist,
1981). Kakogod, površina kristala zasićena je hidroksilnim
skupinama koje su također sposobne da reagiraju
sa svjetlom (Hon, 1980). Slobodni radikali koji
nastaju rasapom celuloze stvaraju se u vrlo kratkom
vremenu izlaganja, a daju glukozu i oligosaharide i rezultiraju
smanjenjem stupnja polimerizacije. U početnim
stadijima fotodegradacije gubitak mase vrlo je malen
u usporedbi sa smanjenjem stupnja polimerizacije
(Desai i Shields, 1969).


Istraživanja su pokazala da su kemijske promjene
pri istovremenom djelovanju svjetla i vode veće nego
što je učinak bilo samog svjetla ili samo vode (Anderson
i dr. 1991, Horn i dr. 1992). Prvotna uloga
molekula vode u oblikovanju i slobodnih radikala tijekom
svjetlosne razgradnje mogla bi biti u olakšavanju
prodiranja svjetla u dostupna područja i otvaranje
manje dostupnih područja za svjetlo (Hon i Feist
1981). Davno je ustanovljeno da vrlo suha celuloza
prolazi veće promjene u dubljem UV području (254
nm) nego ista celuloza s normalnim sadržajem vode
(Launer i Wilson, 1949). To naznačuje da su neke
molekule vode sadržane u fundamentalnoj kemijskoj
kombinaciji s celulozom (vidi također Hatakevam u
i dr. 1987), a te molekule vode inhibiraju fotokemijske
promjene celuloze. Hon i Feist (1981) su isto tako
ustvrdili da iznad 6,3 % sadržaja vode u drvu vezana
voda nije više poticala nastajanje slobodnih radikala.
Posljedica znatno povećanih sadržaja vode mogla bi
biti u bubrenju amorfnih područja celuloze, pospješujući
prodiranje svjetla i doprinoseći stvaranju više slobodnih
radikala u tim područjima, ali istovremeno i
umanjujući stabilnost novoformiranih slobodnih radikala.
Hon i Feist (1981) pretpostavili su da kod




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 47     <-- 47 -->        PDF

H. Turkulin, V. Jirouš-Rajković, I. Grbac:PQVRŠlNSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA Šumarski list br. 11-12, CXX1 (1997), 617-629
sadržaja vode između 6,3 % i 15,9 % (ili više) voda
može biti akceptor slobodnih radikala, stvarajući komplekse
radikala s vodom. Učinak vode može biti i u
svjetlom potaknutim reakcijama sa sumpornim trioksidom
ili sumpornim dioksidom i katalizatorima da bi
se stvorila H2S04 - sumporna kiselina, koja živo razara
drvo, napose celulozu, a može dovesti do umanjenja
čvrstoće (Hon, 1994). VVill iams (1988) je pokazao
da razblažene kiseline s pH vrijednošću od 3,5 ili nižom
mogu povećati iznos vremenskog propadanja drva, posebno
u krajevima gdje je drvo izloženo magli ili rosi
velike kiselosti. Pokazalo se da najveću brzinu erozije
uzrokuje sumporasta kiselina, zatim sumporna pa dušična
kiselina. "VVilliams (1990) je pokazao potpun
prikaz problematike utjecaja kiselih nakupina na obojenom
drvu.


Atmosfera je važna kod sekundarnih reakcija. Prvotna
je reakcija celuloze pucanje lanaca, i to bez obzira
da li je kisik prisutan ili ne (Launer i VVilson,
1949), ali molekularni se kisik spaja sa slobodnim radikalima
da bi nastali peroksidni radikali ili grupe
(Kleinert, 1964). Hon i drugi (1980) pokazali suda


PROMJENE BOJ
Promjene boje prva su i najočitija naznaka kemijskih
promjena koje se odvijaju tijekom prirodnog propadanja
drva. Slijed promjena boje vrlo je složen i ovisi o prirodnoj
boji drva, o ekstraktivnim tvarima i o biti i jakosti


Slika 2. Površina jelovine prije i nakon osam mjeseci prirodnog izlaganja
u kontinentalnim uvjetima (Zagreb, Hrvatska, 45 °
prema jugu, od siječnja do kolovoza 1997). Vidljiva je
promjena boje, velik broj površinskih pukotina te erozija
koja je intenzivnija na zonama ranog drva.


Figure 2. The surface of fir-wood before and after eight months of
natural exposure in Continental conditions (Zagreb, Croatia,
45 ° facing south, from January to August 1997). Photograph
reveals a colour change, large number of superficial
cracks and erosion which is more intensive on the earlywood
portions.


u vakuumu nastaje više slobodnih radikala nego na zraku.
Kakogod, dodatan utjecaj kisika podstiče stvaranje
slobodnih radikala, ali istovremeno i skraćuje vrijeme
njihovog trajanja. U atmosferi helija ili u vakuumu ti su
radikali bili prividno stabilini (Kalnins 1966). Apsorpcija
svjetlosne energije može stvoriti singlet kisik,
za čije je sudjelovanje u fotooksidaciji drva dokazano
da posebno naglo i snažno reagira sa slobodnim radikalima
da bi nastali hidroperoksidi (F e i s t i Hon
1984). Visok sadržaj kisika zabilježen na površinama
drva izloženim bilo prirodnom vanjskom svjetlu ili
umjetnom UV svjetlu naznačuje snažnu oksidaciju
(Hon i Feist, 1986). Raspad i nestajanje slobodnih
radikala važni su u reakcijama diskoloracije i kod prirodnog
starenja, pa prema tome izgleda da je kisik
obvezan element u aktivaciji drvnih površina i podsticanju
razlaganja drva. Nedavno razvijeno zanimanje za
onečišćenje zraka otkrilo je da sumporni dioksid i dušični
oksid, kao i ozon u atmosferi osvijetljenog drva
brzo reagiraju sa slobodnim radikalima i doprinose promjenama
kemijskog sastava izloženih drvnih površina
(Hon i Feist 1993,Hon, 1994).


- Colour changes
kemijskih promjena pojedine vrste drva (Sandermann
i Schlumbom (1962b). Opsežan pregled diskoloracije
drva načinili su H o n i Minemura(1991).


Slika 3. Površina jelovog uzorka koji je zaštićen lazurom te
prozirnim lakom, a izložen osam mjeseci pri istim uvjetima
kao i uzorak na si. 2. Prolaz svjetla kroz lak dovodi do
razgradnje površinskog sloja drva, što ima za posljedicu
ljuštenje premaza.


Figure 3. Surface of the fir sample finished with wood stain and
transparent varnish. The sample was exposed for eight
months under same conditions as the specimen on fig. 2.
The penetration of the light through the varnish causes the
degradation of the wood surface layer. which eventually
leads to the film peeling.




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 48     <-- 48 -->        PDF

H. Turkulin, V. Jirouš-Rajković, 1. Grbac:POVRŠINSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA Šumarski list br. 11 -12, CXXI (1997), 617-629
Promjene boje i sjaja nezaštićene drvne površine
budu brzo izazvane, pa se vidljiva promjena može opaziti
već nakon nekoliko sati. Svi lignocelulozni materijali
mijenjaju boju na žuto ili smećkasto zbog kemijskog
razlaganja lignina i ekstraktivnih tvari drva.
Sandermann i Schlumbom (1962a)pokazali su
da ekstraktivne tvari drva reagiraju na svjetlu vrlo različito,
pa mogu prouzročiti i blijeđenje drvne površine
prije njenog zatamnjenja. Ekstraktivne su tvari vrlo nepostojane
na svjetlo, što određuje proces diskoloracije
(Yoshimoto i drugi 1975).


Sjaj drvne površine mijenja se različito kod pojedinih
vrsta, a to ovisi o količini ekstraktivnih tvari, njihovom
kemijskom sastavu i o njihovoj migraciji prema
površini tijekom izlaganja. Većina vrsta drva u početku
gubi sjaj, ali ga može povratiti tijekom prvih šest mjeseci
prirodnog izlaganja (Feist i Hon, 1984), kada
se poveća sadržaj celuloze na površini. Kakogod, nakon
prvih šest mjeseci sve vrste drva gube sjaj što je
posljedica jake erozije i strukturnog rasapa površinskih
stanica.


Wengert (1966) je ukazao na to da osnovno zatamnjivanje
tijekom UV zračenja nije ovisno o atmosferi,
ali da zrak i kisik mogu prouzročiti blijeđenje početno
diskoloriranih drvnih površina. Leary (1967) je
pokazao da dublje UV svjetlo uzrokuje žućenje drva i
novinskog papira, ali kasnije zračenje u zraku svjetlom
valnih duljina 410-520 nm prouzroči izbjeljivanje.
Gubitak metoksilnih grupa (delignifikacija) linearno se
povećavao s povećanjem žućenja, što izravno povezuje
žućenje s fotooksidacijom lignina. Žućenje celuloze ne
nastaje bez prisutnosti zraka, a uzrokovano je oksidacijom
uz djelovanje svjetla te u znatnoj mjeri ovisi o vlazi
(Desai & Shields, 1970).


Dulja izloženost drva na nižim i srednjim nadmorskim
visinama uzrokuje sivljenje površine drva,
dok se na višim planinskim položajima, gdje je drvo
zaštićeno od kiše, javlja karakteristično tamno crvenosmeđe
obojenje. Frey-Wyssling (1950) je pretpostavio
da na višim nadmorskim visinama, gdje je prevladavajuća
padalina snijeg, drvo postaje smeđe (uz
izostanak sivog sloja) zbog odsutnosti ispiranja vodom
topljivih produkata razgradnje lignina. Slika 1 podupire


ovu pretpostavku: vidljivo je da su izloženiji dijelovi
zgrade s vremenom posivili, dok su one površine koje
su bolje zaštićene strehama zadržale smeđu boju. U
početku izlaganja razne vrste drva mogu iskazati različite
otpornosti vremenskim utjecajima. Kako s vremenom
kiša ispire smećkaste produkte razgradnje lignina,
na površini zaostaje srebrnkasto-sivi sloj koji se
sastoji od djelomično razgradene celuloze. Zbog toga
nakon dužeg vremena izlaganja većina vrsta drva poprima
jednolično nagrizeni sivkasti izgled površine
(Seli, Leukens, 1971). Postoji, međutim, i drugi
razlog tom sivljenju, koji najčešće i nadvladava, a to je
napad gljiva uzročnika sivljenja tj. uzročnika plavila
koje se javljaju u prisutnosti vlage. Najvaniji predstavnik
je gljiva Aureobasidium pullulans (de Bary)
Arnaud (Pullulariapullulans), koja u povoljnim uvjetima
(povremena opskrba tekućom vodom) raste na neobrađenim
kao i površinski obrađenim drvnim površinama
(Seli, 1975). Pokusi prirodnim izlaganjem pokazuju
da nakon tri godine vrste Thujaplicata, Seguoia
sempervirens, Chlorophora excelsa i Tectona grandis
mogu iskazati izražen pad otpornosti prema gljivama i
značajan gubitak mase. Prema tome nije moguće utemeljeno
zaključiti da vrste visoke početne biološke otpornosti
posjeduju i valjanu dugotrajnu postojanost
(Arndt i Willeitner, 1969).


Treba zaključno ponoviti da drvo koje nije površinski
obrađeno ili je premazano poluprozirnim i prozirnim
slojem vrlo brzo mijenja boju, što je posljedica
svjetlom uzrokovanih kemijskih promjena. Najvažniji
čimbenik žućenja je razgradnja lignina, ali nakon približno
jedne godine izloženosti vanjskim utjecajima
većina vrsta drva posivi. Tome je razlogom karakteristična
boja zaostalog celuloznog sloja na površini nakon
ispiranja lignina, ali i djelovanje gljiva koje inficiraju
razgrađenu drvnu površinu. Zato se u većini slučajeva
moderne primjene drva za gradnju uopće ne može
zamisliti uporaba površinski neobrađenih elemenata.
Uloga zaštitnog sloja će ubuduće biti vrlo zahtjevna
jer će premaz morati osigurati prodor svjetla (tj. vidljivost
prirodne slike drvne površine), a pri tome će se
očekivati da diskoloracija površine uslijed fotodegradacije
bude minimalna.


STRUKTURNA OŠTEĆENJA I EROZIJA - Structural Damage and Erosion


Strukturne promjene odražavaju kemijsku rastvorbu
drva tijekom izlaganja vremenskim utjecajima. Mikroskopska
ispitivanja nagrizenog drva uspješno su korištena
u proučavanju posljedica izlaganja još od ranih
istraživanja (Wiesner 1864). Prvi dokazi delignifikacije
vide se na ultrastrukturnoj razini, i to već nakon
samo tri dana UV zračenja, a manifestiraju se kao razaranje
ligninskog ovoja bradavičastog sloja na S3 pod


sloju stanične stijenke (Kuo i Hu, 1991). Prvi strukturni
pokazatelji razaranja površina četinjača su pukotine i
povećanja otvora ograđenih jažica na radijalnim stijenkama
traheida (Miniutti 1964, 1967) te povećanja
otvora poluograđenih jažica polja ukrštavanja
(Miniutti 1970, Evans 1989). Chang i dr. (1982)
proučavali su UV-ozračenu žutu borovinu i pronašli da
se na tangentnim stijenkama javlja znatno manje puko




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 49     <-- 49 -->        PDF

H. Turkulin, V. JirouS-Rajković, I. Grbac:PQVRSINSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA Šumarski listbr. 11-12, CXXI (1997), 617-629
tina, što se može pripisati manjem broju ograđenih jažica
na tangentnim nego na radijalnim stijenkama. M i niutti
je također izvijestio o dijagonalnim mikropukotinama
koje nastaju uslijed svjetlosnoga zračenja,
te uputio da su one posljedica mjestimičnih stezanja
zbog vlačnih naprezanja okomito na smjer toka mikrofibrila
S2 podsloja. Ispiruće i omekšavajuće djelovanje
vode tijekom izlaganja pospješuje povećavanje pukotina
(Mi niutti 1973). Nakon 1000 sati UV zračenja
(Chang i dr. 1982) ili nakon 50 dana prirodnog izlaganja
(E v a n s 1989) otvori ograđenih jažica povećani su
sve do bridova marga, a jažična nadsvođenja su potpuno
uništena. Najugroeniji anatomski elementi kod
listača su traci, koji se prvi raspadaju zbog razlika njihovog
utezanja u odnosu na uzdune elemente (Kučera i
Seli, 1987). Slično tome veće se pukotine kod četinjača
mogu povezati sa smolnim kanalima, tracima i granicama
godova (Evans 1989, Yata i Tamura 1995). Borgin
(1970, 1971b, Borgin i drugi 1975) je pokazao da na
staničnoj razini pojedino vlakance ili traheida mogu biti
začuđujuće stabilni i trajni. Strukturno raspadanje
prolazi kroz faze polagane razgradnje i potpunog rasapa
srednje lamele, zatim različitih slojeva stanične stijenke,
i na kraju gubitka kohezivne čvrstoće drvne tvari.
Prvotna i nagla erozija središnje lamele može se vidjeti
na poprečnim presjecima drva četinjača već nakon
samo nekoliko dana prirodnog izlaganja, pri čemu se
stanice kasnog drva nastoje razdvojiti, a stanice ranog
drva pokazuju manje sklonosti ka razdvajanju ali vrlo
brzo erodiraju i kolabiraju (Chang i drugi 1982, Evan
s 1989). Najstabilniji element cijele stanice je mikrofibril,
a lom se kod izloženoga drva odvija u smislu kohezijskog
slabljenja između mikrofibrila i gubitkom
adhezije među pojedinim slojevima (Kuo i Hu,
1991). Pokazalo se da su mikroskopske promjene pri
laboratorijskom izlaganju vrlo slične onima kod prirodnog
starenja (Futo 1976, Miniutti 1973). Najvažniji
je potičući element svjetlosnoj razgradnji kod
prirodnog izlaganja vlaga ili voda. Relativna vlažnost
zraka može imati neočekivano važan utjecaj na površinski
sadržaj vode i njegove promjene. Turkulin (1992)
je pokazao da čak i bez oborina drvo tijekom zimskih
mjeseci poprima znatno visok sadržaj vode ako je relativna
vlažnost zraka stalno visoka. Drvo će narušiti fizikalna
oštećenja koja uzrokuju samo nagle promjene
relativne vlanosti zraka (Coupe i Watson 1967), a
ako svjetlo djeluje na vlažno drvo, njegov je razorni učinak
povećan. Voda doprinosi većem bubrenju i utezanju,
koritavljenju i vitoperenju elemenata i potpomaže nasta


janje velikih površinskih pukotina koje se šire od mikropukotina.
Kristali soli koji se u morskom okolišu natalože
u traheidama pojačavaju posljedice pucanja i
razdvajanja traheida (John son i dr. 1992).


Strukturne promjene površinski obrađenog ili kemijski
modificiranog drva također su uspješno prou


čavane uporabom mikroskopskih tehnika. Paajanen
(1994) je prikazala strukturne promjene temeljno zaštićenih
uzoraka bijele borovine i smrekovine koje se u
osnovi nisu razlikovale od oštećenja na netretiranom
drvu, samo što su se pojavile nakon dužih razdoblja izlaganja.
Vrlo slične mikroskopske pokazatelje koji podupiru
ovaj iskaz, ranije su dali Voulgaridis i
Banks (1981) za bijelu borovinu i bukovinu obrađenu
vodoodbojnim sredstvom na osnovi smole i voska, te
P1 a c k e 11 i drugi (1992) za acetiliranu radiata borovinu
odnosno Imamura (1993) za acetiliranu smrekovinu
i drvo vrste sugi.


Razorni proces propadanja drva ograničenje na 2 do
3 mm debeo površinski sloj (Borgin i dr. 1975). Ovaj
sloj pokazuje nastajanje uzdužnih pukotina između susjednih
staničnih stijenki koje se pojavljuju blizu srednje
lamele ili nastajanje duljinskih pukotina na staničnim
stijenkama. Ova vrsta oštećenja može se naći i kod prirodnog
i kod laboratorijski izlaganog drva (Coupe i
Watson 1969). Kohezijski lom između stanica i ispiranje
razgrađenih elemenata kišnicom vodi do trajnog
procesa erozije površine. Gubitak tvari različite je jakosti,
a rano drvo jače je načeto od kasnog drva, tako da
se pojačava neravnost površine (slika 2). Kakogod, nakon
dvije godine prirodnog izlaganja brzina erozije ranog
i kasnog drva postaje vrlo slična (Feist i Mraz,
1978). Listače općenito propadaju sporije od četinjača, a
najutjecajnijim čimbenikom u određivanju razvoja erozije
pokazala se gustoća drva tj. debljina stanične stijenke.
Odnos između gustoće i iznosa erozije linearan je
u rasponu gustoća od 0.3 do 1.0 g/cm3 (Seli i Feist,
1986). Prosječni iznos količine tvari koja se gubi procijenjen
je na 5 do 7 mm u stoljeću, iako je raspon vrijednosti
širi. Tujovina može izgubiti i 13 mm u stoljeću, dok
guste listače i kasno drvo četinjača erodiraju iznosom od
3 mm u stoljeću, a rano drvo četinjača gubi oko 6 mm u
stoljeću (Fei st i Mraz 1978).


Očito je dakle erozija vrlo spor proces koji rijetko
može dovesti do narušavanja mehaničkog ili fizičkog integriteta
građevnih konstrukcija. Modrena primjena drva
u gradnji uglavnom podrazumijeva površinsku obradu
i zaštitu kojom se erozija eliminira, no treba znati da
već i najmanja struktura oštećenja - naznačena već promjenom
boje - predstavljaju bitno narušavanje površinskog
integriteta, jako pojačavaju nepoželjno djelovanje
vode i mogućnost biološke infekcije.




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 50     <-- 50 -->        PDF

H. Turkulin, V. Jirouš-Rajković, I. Grbac:POVRŠINSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA Šumarski listbr. 11-12. CXXI (1997), 617-629
PRIANJANJE I POSTOJANOST PREMAZA BOJE - Paint Adhesion and Performance


Strukturna oštećenja uzrokovana kratkotrajnim izlaganjem
nezaštićenog drva vremenskim utjecajima
mogu znatno odrediti kasnije održanje premaza. Općenito
rečeno bilo kakvo izlaganje u trajanju i od par tjedana,
umanjuje kasnije održanje kakvoće premaza,
iako ta pojava ovisi o vrsti drva, duljini prethodnog izlaganja,
hrapavosti površine i vrsti premaza (Williams
i Feist 1994). Dulja razdoblja prethodnog izlaganja
pokazala su se odlučnim za kasnija slaba prianjanja
temeljnih premaza ili boja na bjeljiku bijele
borovine (Boxall 1977,). Greške boje na prethodno
izlaganom drvu događaju se prvotno u međusloju drva i
premaza, što ukazuje na do da razgradnja drva umanjuje
adhezijsku čvrstoću (Williams i dr. 1990). Čvrstoća
veze premaza i drva je dobar pokazatelj trajnosti
površinskog sustava (Williams i Feist 1993). Sa


mo trajanje prethodnog izlaganja ne mora biti ključni
čimbenik, jer se pokazalo da različita duljina razdoblja
izlaganja unutar 16 tjedana nije imala utjecaja na trajnost
lazure (Arnold i dr. 1992). štoviše, neumitno je
da izlaganje slabi međusloj drva i premaza, samo što
povećana apsorpcija sredstva površinske obrade može
nadoknaditi posljedice površinske razgradnje pa tako
proizlazi sličan zaštitni učinak. Kratka razdoblja prethodnog
izlaganja mogu čak ishoditi i povećanu adhezijsku
čvrstoću na gušćim vrstama drva, ali samo kao
posljedicu povećane penetracije otapala alkidnog premaza
u oštećenu strukturu drva, prvotno na kasnom
drvu (Williams, 1990). U drugu ruku, što je duže razdoblje
prethodnog izlaganja, to brže se razvija pucanje i
ljuštenje premaza (Williams i Feist 1993).


SPRECAVANJE I ZAŠTITA OD SVJETLOSNE RAZGRADNJE
Prevention and Protection of Photodegradation


Sprječavanje razarajućeg učinka svjetla na drvne
površine u osnovi se sastoji u sprječavanju dosizanja
svjetla do drvne podloge. Druge mjere koje su se pokazale
zaštićujućim od djelovanja svjetla i vode uključuju
kemijsku obradu kojom se umanjuje kemijska svjetlom
uvjetovana razgradnja drva. Određen učinak na povećanje
otpornosti vremenskim utjecajima, a time i poboljšano
održavanje kakvoće i trajnost naknadno nanesenih
poluprozirnih filmogenih lazura može se postići
zagrijavanjem na 175 do 195 °C u atmosferi dušika pod
tlakom (Feist i Seli, 1987). Ove metode, međutim,
ne udovoljavaju zahtjevima praktične uporabe.


Kakvoća zaštite ovisi o svojstvima drva (o gustoći i
teksturi, sadržaju vode, smole i ulja, o širini i usmjerenju
godova, greškama kao što su kvrge, reakcijsko drvo
i pukotine), ali isto tako i o postojanosti premaza i kakvoći
veze između premaza i drva. Tu vezu pak uvjetuje
penetracija i adhezija premaza na drvo, tehnike nanošenja,
predobrada itd. Postojanost cijelog sustava drva
i premaza ovisi o mjerama fizičke zaštite (npr. zapunjavanje
čelnih presjeka, odvođenje vode, sprječavanje
kondenzacije) te konačno o općim klimatskim i mjesnim
vremenskim uvjetima.


Debelostjeni neprozirni premazi osiguravaju najučinkovitiju
i najtrajniju zaštitu od svjetla. Oni usporavaju
prodiranje vode, a odgovarajući pigmenti potpuno
ukidaju svjetlosnu razgradnju drva. Bijeli naliči, često
korišteni u zaštiti stolarije, ustvari ne propuštaju ni malo
UV svjetla. Prozirni opnotvorni premazi (lakovi)
očuvaju prirodni izgled drva i čak mu pojačavaju sjaj,
ali su prozirni svjetlu. Čak i vrlo trajni prozirni premazi
moraju se redovito obnavljati jer UV svjetlo prodire
kroz prozirni sloj premaza i postupno razara drvo pod


njim(Ljuljka 1971, Miller 1987). Tako do ljuštenja
prozirnih premaza može doći čak i ako film nije intenzivno
razoren, nego fotodegradacija uništava adhezivnu
vezu drva u podsloju (slika 3). MacLeod i
dr. (1995) utvrdili su da su kemijske promjene pod prozirnim
premazom, a pogotovo gubitak lignina i posljedično
obojenje, vrlo slični onima kod neobrađenog drva.
Dodaci bezbojnih UV apsorbera prozirnim premazima
polučila je samo djelomičan uspjeh u očuvanju
naravne boje drva (Tarkow idr. 1966,Ljuljka 1971).


Poluprozirni i prozirni premazi uobičajeno tvore
skupinu penetrirajućih premaza ili lazura, ili vodoodbojnih
zaštitnih premaza. Njihova glavna prednost pred
filmogenim (debeloslojnim) premazima je u tome što
odbijaju tekuću vodu dok istovremeno omogućuju dovoljnu
difuziju vodene pare kako bi se spriječilo nakupljanje
veće količine vode ispod površine drva. Ovi
premazi se ne napuhavaju i ne ljušte, a mogu se nanositi
i na glatke i na hrapave površine. Dodatak pigmenata
kako bi se postigao određeni ton boje na četinjačama
načelno daje dovoljnu UV zaštitu u razdobljima između
obnavljanja od tri godine za tankostjene, a do sedam
godina za debelostjene premaze. Kakogod, sve veće
količine dodanog pigmenta poboljšavaju svjetlosnu zaštitu
samo do određene mjere, pa se može očekivati da
će doći do djelomične razgradnje drva ukoliko premaz
nije potpuno neproziran, ili ukoliko drvo nije stabilizirano
protiv djelovanja UV svjetla (Fei st 1988).


Preinake površinske , koje obuhvaćaju djelovanje
vodenim otopinama određenih anorganskih kemikalija
(npr. šesterovalentnih kromnih spojeva ili tvari koje
sadrže cink), ublažavaju razgradnju drvenih površina
UV zračenjem. One također doprinose povećanoj ot




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 51     <-- 51 -->        PDF

H. Turkulin. V. Jirouš-Rajković, I. Grbac:POVRŠINSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA Šumarski list br. 11-12, CXX1 (1997). 617-629
pornosti vremenskim utjecajima, time što poboljšavaju
trajnost premaza, osiguravaju površinama određen stupanj
dimenzionalne stabilnosti te vežu vodotopljive
ekstraktivne tvari u drvu vrsta kao što je tuja. Njihov
fungicidni učinak umanjuje rast plijesni na površinama
drva. Feist (1979) je pokazao da preinaka kromnom
kiselinom poboljšava otpornost drva prirodnom starenju.
Chang i dr. (1982) našli su da vodene otopine
kromne kiseline ili željeznog klorida (sa samo malim
količinama kemikalija) omogućuju učinkovitu zaštitu.
Misli se da usađivanje anorganskih iona na drvnu površinu
ishodi stvaranjem spojeva drvo-ion. koji mogu sudjelovati
u fotokemijskoj reakciji otklanjajući djelotvornu
svjetlosnu energiju od drvnih površina umanjenjem
apsorpcije svjetla i sprječavanjem stvaranja peroksida.
S c h m a 1 z 1 i dr. (1995) pokazali su da je osnova
stabilizirajućeg učinka kromnog trioksida u stvaranju
svjetlopostojanih spojeva kroma s ligninom. Kromni
trioksid, međutim, nije bio djelotvoran kao kromatirani
bakreni arsenat- CCA(Feist i Williams, 1991a).


UV-apsorberi čine skupinu različitih kemijskih dodataka,
koji se mogu nanijeti ili izravno na drvo ili su
uklopljeni u premaz. Korisno uporabni vijek prozirnih
premaza načelno se produuje primjenom organskih
UV-apsorbera. Oni čine premaz otpornijim na svjetlosnu
razgradnju, ali isto tako daju i bolju zaštitu drvu putem
veće UV-apsorpcije premaza. Organski UV-apsorberi
sastoje se od različitih nadomjesnih prstenastih
spojeva koji nisu postojani na valnim duljinama u ultraljubičastom
dijelu spektra. Tako oni apsorbiraju UV
energiju i pretvaraju je u neškodljivu toplinsku energiju.
Nedostatak ovog načina zaštite je u tome što učinkovita
UV-apsorpcija opada s vremenom zbog toga što
se smanjuje koncentracija sredstva. Proizvodi koji se
najčešće koriste su oni na osnovi benzofenona i benzotriazola,
obično u organskim otapalima, a djeluju u
spektralnom području od 240 do 340+370 nm. Benzofenoni
su se pokazali osobito djelotvornima u kombinaciji
s "hvatačima radikala", i to kad su kemijski vezani
na drvo. Benzotriazoli su iskazali naglo umanjenje njihove
zaštitne djelotvornosti s vremenom izlaganja
(Kastien, 1989). Polietilen glikol i triol su se pokazali
povoljnima za umanjenje prihvaćanja vode (Stamm
1959), u stabilizranju površine svojim prodiranjem u
staničnu stijenku (Akitsu i dr. 1993) i umanjenju iznosa
vremenske razgradnje (Derbyshire i Miller,
1991). Vjeruje se da se učinkovita energija od pobuđenih
kromofornih skupina u drvu prenosi na triol ili
polietilen glikol stvaranjem vodikovih veza između tih
kemikalija i pobuđenih molekula drva (Hon i dr.
1985). Ovi polimerni UV-stabilizatori u sklopu s prozirnim
premazima dali su ohrabrujuće rezultate fotostabilizacije
drvnih površina.


Druga vrsta zaštite je uporaba anorganskih pigmenata
ugrađenih u prozirni premaz. Njihova svojstva ras


pršivanja svjetla i unutarnje apsorpcije sprječavaju UV
zračanje da prodre u punu dubinu premaza i dosegne
drvnu površinu. Te čestice ponajprije odbijaju svjetlo, a
smola između otpornih čestica pigmenta polako se raspada,
a kao posljedica toga je kredanje. Najbolja UVapsorpcijska
svojstva pronađena su kod minerala koji
sadre različite silikate kao što su kaolin ili talk (milovka),
ali je njihova uporaba ograničena na neprozirne
premaze. Iznimka je mika (tzv. "bezbojni pigment") koji
ima isti indeks loma svjetla kao i prozirni premazi. Da
bi se postigao prihvatljivi zaštitni učinak, ovi se pigmenti
moraju dodavati premazu u velikim količinama
(5 do 30 % težine veziva).


Razorni učinak svjetla može biti ograničen primjenom
"hvatača radikala". Djelovanje ovih kemikalija
(npr. tetrametil-piperidin) osniva se na njihovim reakcijama
sa slobodnim radikalima, tj. u blokiranju slobodnih
radikala kako bi se spriječile njihove lančane
reakcije. Böhnke i Hess (1989) izvijestili su o začuđujućoj
trajnosti i potpunoj učinkovitosti ovih kemikalija
nakon dvije godine izlaganja na Floridi, ali su isto
tako naglasili da njihovo djelovanje počinje tek kada
je premaz ustvari oštećen. Prema tome, njihova primjena
može biti samo "mjera prve pomoći". Druge vrste
kemijskih načina blokiranja fotooksidacije su primjena
antioksidanata, koji presijecaju oksidacijske reakcije,
te primjena toplinskih stabilizatora, koji se koriste na
toplinski osjetljivim materijalima ili kada se od upotrebe
UV stabilizatora očekuje znatnije povišenje temperatura
u upotrebi (Schlumbom, 1963). Acetilacija,
kod koje se pretpostavlja da octeni anhidrid reagira s
hidroksilnim skupinama u polimerima stanične stijenke
tako da veže lignin, smanjuje sorpciju vlage i povećava
dimenzionalnu stabilnost površine. (Feist i dr.
1991, Vick idr. 1991).Hon (1995) je, međutim, ukazao
daje stabilizacija boje primjenom acetilacije učinkovita
samo tijekom prvih 28 dana UV zračenja, a nakon
toga postaje manje djelotvorna.


Evans i dr. (1992) poopćeno su zaključili da danas
ne postoji učinkovit, siguran i bezbojan način stabilizacije
drva prema djelovanju vremenskih uvjeta, ali su
naglasili da bi tvari koje mogu stablizirati lignin mogle
biti djelotvorne.


Treba reći daje drvo jedini obnovljivi i estetski najprihvatljiviji
građevni materijal, te stoga treba očekivati
sve češću njegovu primjenu i to s poluprozirnim ili
prozirnim površinskim prenazima. Zaštita od vanjskih
uvjeta pri tome će predstvaljati najvažniji čimbenik
njegove pravilne i dugotrajne uporabe. Dugovječnost
drvnih građevnih konstrukcija ovisit će u prvom redu o
primjeni kvalitetnog i prirodno što je moguće postojanieg
drva. Hrvatska raspolaže takvom sirovinom a
njzino potrajno gospodarenje šumama zalog je i buduće
dostupnosti dobre sirovine. Pravilna fizička i konstrukcijska
zaštita ) uprvom redu zasjenjivanje i sprečavanje




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 52     <-- 52 -->        PDF

H. Turkulin, V. Jirouš-Rajković, I. Grbac:POVRSlNSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA Šumarski list br. 11-12. CXXI (1997), 617-629
duljeg dodira s tekućom vodom sljedeći su čimbenici
dugovječnosti ugrađenog drva. Najveći i najintenzivniji
razvoj na polju povećanja postojanosti ugrađenog drva
možemo očekivati na polju kemijske obrade i
površinske zaštite drvnih proizvoda. Zahtjevi za sve


LITERATURA


Anderson, E.L.; Pawlak, Z.; Owen, N.L.; Fei st,
W.C. (1991): Infrared studies of wood weathering.
Part I: Softwoods. Appl. Spectroscopy
45(4): 641 -647.


Akitsu, H.; Norimoto, M.; Morooka, T.; Rowel
1, R.M. (1993): Effect of humidity on vibrational
properties of chemically modified wood.
Wood Fiber Sci. 25 (3): 250-260.


Anderson, E.L.; Pawlak, Z.; Owen, N.L.; Fei st,
W.C. (1991): Infrared studies of wood weathering.
Part II: Hardwoods. Appl. Spectroscopy
45(4): 648-652.


Arndt, U.; Willeitner, H. (1969): Zum Resistenzverhalten
von Holz bei natürlicher Bewitterung.
Holz Roh-Werkstoff 27 (5): 179- 187.


Arnold, M.; Lemaster, R.L.; Dost, W.A. (1992):
Surface characterisation of weathered wood using
a laser scanning system. Wood Fiber Sci. 24
(3): 287-293


Böhnke, H.; Hess, E. (1989): Lichtschutzmittel in
Lacken: Möglichkeiten und Grenzen. Farbe und
Lack 95 (10): 715-719.


Borgin, K. (1970): The use of the scanning electron
microscope for the study of weathered wood.
Journal of Microscopy 92 Pt 1 (August): 47-55.


Borgin, K. (1971a): The cohesive failure of wood studied
with the scanning electron microscope. Journal
of Microscopy 94 (Pt 1) August 1971, 1 -11.


Borgin, K. (1971b): The mechanism of the breakdown
of the structure of wood due to environmental
factors. J. Inst. Wood Sci. 5(4): 26 - 30.


Borgin, K.; Parameswaran, N.; Liese, W.
(1975): The effect of aging on the ultrastructure
of wood. Wood Sci. Technol. 9 (2): 87 - 98.


Boxsall , J. (1977): Painting weathered timber.
Building Research Establishment Information
Sheet IS. 20/77. BRE, Garson, Watford, UK.


Browne, FL.; Simons en, H.C. (1957): The penetration
of light into wood. For. Prod. J. 7 (10):
303-314.


Chang, S-T.; Hon, D.N-S.; Feist, W.C. (1982):
Photodegradation and photoprotection of wood
surfaces. Wood Fiber Sci 14(2): 104-117.


Coupe, C; Watson, R.W. (1967): Fundamental aspects
of weathering. Record of the 1967 Ann.


većom kvalitetom i dugotrajnosti drvanih građevnih
proizvoda opravdat će buduća ulaganja u sredstva i
metode kemijske stabilizacije i zaštite površine ugrađenog
drva.


- Literature
Convention of the Brit. Wood Pres. Ass. Cambridge,
June 20-23 1967. London: British Wood
Preserving Association


Derbyshire, H.; Miller, E.R. (1991):The Photo-
degradation of wood during solar irradiation.
Part 1. Effects on the structural integrity of thin
wod strips. Holz Roh- Werkstoff 39: 341 - 350.


Derbyshire, H.; Mi Her, E.R. (1991): Usmeno priopćenje
prema neobjavljenim rezultatima. Building
Research Establishment, Watford, Velika
Britanija.


Desai, RL. (1968):Photodegradation of cellulosic
materials - a review of the literature. Pulp Paper
Mag. Can. 69 (16): T322-T330.


Desai, R.L.; Shields, J.A. (1969): Photochemical
degradation of cellulose material. Makormol.
Chem. 122: 134-144.


Desai, R.L.; Shields, J.A. (1970): Light-initiated
crosslinking in cellulose. J. Polym. Sei., Polym
Let. 8: 839-842.


Evans, P.D. (1984): Physical and biological factors
affecting the weathering of wood surfaces. Ph.D.
Thesis. University of Wales, Bangor.


Evans , P.D. (1989): Effect of angle of exposure on the
weathering of wood surfaces. Polymer Deg. and
Stab. 24(1): 81-87.


Evans, P.D.; Michell, A.J.; Schmalzl, K.J.
(1992): Studies of the degradation and protection
of wood surfaces. Wood Sci Technol. 26(2): 151163


Feist, W.C. (1979): Protection of wood surfaces with
chromium trioxide. FPL Res. Pap. FPL 339.
Madison, Wisconsin: USDAFor. Service, Forest
Prod. Lab.


Feist, W.C. (1988): Role of pigment concentration in
the weathering of semitransparent stains. Forest
Prod. J. 38 (2): 41-44.


Feist, W.C. (1990): Outdoor wood weathering and
protection. In: Rowell, R.M.; Barbour, R.J., eds.:
Archaeological wood: properties chemistry and
preservation. Advances in Chemistry Series 225.
Proceedings of 196th meeting of the American
Chemical Society; September 25-28; Los
Angeles. Washington, DC: American Chemical
Society. Chapterl 1: 263-298.




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 53     <-- 53 -->        PDF

H. Turkulin. V. Jirouš-Rajković. 1. Grbac:PQVRŠINSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA Šumarski list br. 11-12. CXX1 (1997). 61 7-629
Feist, W.C; Williams, R.S. (1991a): Weathering
durability of chromium-treated southern pine.
Forest Prod. J. 41 (1): 8-14.


Feist, W.C; Wi 1 liams, R.S. (1991b): Why bother
to paint wood before it weathers? American
Paint & Coatings Journal, November 18, 1991.


Feist, W.C; Rowell, R.M.; Ellis, W.D. (1991):
Moisture sorption and accelerated weathering of
acetylated and mefhacrylated aspen.


Feist, W.C; Hon, D.N.-S. (1984): Chemistry of weathering
and protection. In: Rowell, R. (Ed.): The
chemistry of solid wood. Advences in chemistry
series 207. Proceedings of 185th meeting of the
American Chemical Society; March 20-25 1983;
Seattle, Washington, DC. American Chemical
Society, Washington. Chapter 11: 401-455.


F ei st, W.C.;Mraz,E.A. (1978): Comparison of outdoor
and accelerated weathering of unprotected
softwoods. Forest Prod. J. 28 (3):38-43.


Feist, W.C; Sell, J. (1987): Weathering behavior of
dimensionally stabilized wood treated by heating
under pressure of nitrogen gas. Wood Fiber
Sci. 119(2): 183-195.


Frey-Wysesling, A. (1950): The discoloration of
unprotected wood by the weather. Schweiz Z. f.
Forstwesen 101 : 278.


F u 16, L. (1976): Einfluss der Temperatur auf den photochemischen
Holzabbau. 2.Mitteilung: Rasterelektronenmikroskopische
Darstellung. Holz Roh
-Werkstoff34(l):49-54.


Hatakeyama, T; Ikeda, Y.; Hatakeyama, H.
(1987): Structural change of the amorphous region
of cellulose in the presence of water. In:
Kennedy, J.F.; Phillips, CO.; Williams, P.A.,
Eds: Wood and cellulosics: industrial utilisation,
biotechnology, structure and properties. Chichester:
Ellis Horwood and John Wiley & Sons.
Chapter 2: 23-31.


Hon, D.N.-S. (1981): Photochemical degradation of
lignocellulosic materials. In: Grassie, N., ed.:
Developments in polymer degradation - 3. Chapter
8: 229-281. Barking and London: Applied
Science Publishers.


Hon, D.N.-S. (1991): Photochemistry of wood. In:
Hon, D.N.-S.; Shiraishi, N., eds.: Wood and cellulosic
chemistry. Chapter 11: 525 - 555. New
York and Basel: Marcel Dekker.


Hon, D.N.-S. (1994): Degradative effects of ultraviolet
light and acid rain on wood surface quality.
Wood Fiber Sci 26(2): 185-191.


Hon, D.N.-S. (1995): Stabilization of wood color: is
acetylation blocking effective? Wood Fiber Sci
27(4): 360-367.


Hon, D.N.-S.; Chang, S-T. (1984): Surface degradation
of wood by ultraviolet light. J. Polym. Sci.,
Polym. Chem. Ed. 22: 2227-2241.


Hon, D.N.-S.; Ifju, G. (1978): Measuring penetration
of light into wod by detection of photo-induced
free radicals. Wood Sci 11 (2): 118-127.


Hon, D.N.-S.; Feist, W.C. (1981): Free radical formation
in wood: the role of water. Wood Sci. 14
(1): 41-48


Hon, D.N.-S.; Feist, W.C. (1986): Weathering characteristics
of hardwood surfaces. Wood Sci.
Technol.20(3): 169-183.


Hon, D.N.-S.; Feist, W.C. (1993): Interaction of sulfur
dioxide and nitric oxide with photoirradiated
wood surfaces. Wood Fiber 25 (2): 136-141.


Hon, D.N.-S.; Minemura, M. (1991): Colour and
Discolouration. In: Hon, D.N.-S.; Shiraishi, N.,
eds: Wood and Celluosic Chemistry. Ch. 9: 395


454. New York and Basel: Marcel Dekker.
Hon, D.N.-S.; Chang, S-T; Feist, S.C. (1985):
Protection of wood surfaces against photooxidation.
J. Appl. Polym. Sci. 30: 1429-1448.
H o n, D.N.-S.; I fj u, C; F e i s t, W.C (1980): Characteristics
of free radicals in wood. Wood Fiber 12
(2): 121-130.
Horn, B.A.; Qiu, J.; Owen, N.L.; Feist, W.C.
(1992): FT-IR studies of weathering effects in
Western red cedar and Southern pine. In: Chemical
modification of lignocellulosics. FRI Bull


176. 1992 November 7-8; Rotorua, New Zealand:
67 - 76. Forest Research Institute, Rotorua,
New Zealand.
Imamura , Y. (1991): Morphological changes in acetylated
wood exposed to weathering. Proceedings,
International symposium of chemical
modificaiton of wood, Kyoto, 1991.


Kalnins , M.A. (1966): Surface characteristics of
wood as they affect durability of finishes. Part II:
Photochemical degradation of wood. US For.
Ser. Res. Pap FPL 57: 23-60. Madison: USDA
For. Service, Forest Products Laboratory.


Kastien , H. (1989): Einfluß von UV-Absorbern auf
die Wetterbeständigkeit farbloser Acryldispersionen.
Farbe und Lack 95(1): 16-19.


Kl eine rt, TN. (1964): Free radical reactions in UV
irradiation of cellulose. Holzforschung 18 (1/2):
24-28.


Kucera, L. J.; Sell, J. (1987): Die Verwitterung von
Buchenholz im Holzstrahlbereich. Holz RohWerkstoff45(
2): 89-93.


Kuo, M-1.; H u, N. (1991): Ultrastructural changes of
photodegradation of wood surfaces exposed to
UV Holzforschung 45 (5): 347 - 353.




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 54     <-- 54 -->        PDF

H. Turkulin, V. Jirouš-Rajković. I. Grbac:POVRŠINSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA Šumarski list br. 7-8. CXXI (1997). 135-i 50
Launer, H.F.; Wilson, W.K. (1949): The photochemistry
of cellulose. Effects of water vapor
and oxygen in the far and near ultraviolet regions.
J. Amer. Chem. Soc. 71 (3): 958-962.


Leary, G.J. (1967): The yellowing of wood by light.
Parti. Tappi 50(1): 17-19
Leary, G.J. (1967): The yellowing of wood by light.
Part II. Tappi 51 (6): 257-260.


Lj u lj ka, B. (1971): Der Einfluss von Licht auflackierte
Holzoberflächen. Holz Roh Werkstoff 29
(6): 224-231.


Ljuljka, B., Turkulin, H. (1986): Tradicionalna
primjena hrastovine. Glasnik za šumske pokuse,
posebno izd. 3,415 -437.


MacLeod, LT.; Scully, A.D.; Ghiggino, K.P.;
Ritchie, P.J.A.; Paravagna, O.M.; Leary,


B. (1995): Photodegradation at the wood-clearcoat
interface. Wood Sci. Technol. 29: 183-189.
Miller, E.R. (1987): Effects of weathering on
wood-coating systems. In: Kennedy, J.F. (Ed.):
Wood and Cellulosics: Industrial utilisation, biotechnolgy,
structure and properties. E. Horwood
Ltd.- J. Wiley & Sons, Chichester. Chapter 59:
539-543.
Miniutti , V.P. (1964): Preliminary observations of
microscale changes in cell structure at softwood
surfaces during weathering. Forest Prod. J.
14(12): 571-576.


Miniutti , V.P. (1967): Microscopic observations of
ultraviolet irradiated and weathered softwood
surfaces and clear coatings. US Forest Service
Research Paper FPL 74.


Miniutti , V.P. (1970): Reflected-light and scanning
electron microscopy of ultra-violet irradiated
redwood surfaces. Microscopy 18: 61-72.


Miniutti , V.P. (1973): Contraction in softwood surfaces
during ultraviolet irradiation and weathering.


J. Paint Technology 45(2): 27-33.
Nanassy, A.J.; Desai, R.L. (1971): ESR studies on
the effect of lignin and gases on UV photodegradation
of cellulose. J. Appl. Polym. Sci. 15:
2245-2257.
Paajanen, L. (1994): Structural changes in primed
Scots pine and Norway spruce during weathering.
Materials and Structures, 27: 237-244.


Plackett, D.V.; Dunningham, E.A.; S ingh, A.P.
(1992): Weathering of chemically modified
wood. Holz Roh-Werkstoff 50: 135 - 140.


Schlumbom , F. (1963): Lichtschädigung und Lichtschutz
von Holzoberflächen. Holz-Zentralblatt
1963:(110, September 13): 153-156.


Sandermann, W.; Schlumbom, F. (1962a): Photometrische
und chromatographische Untersuchungen
an Holzmehlen. Holz Roh Werkstoff 20
(7): 245-252.


Sandermann, W.; Schlumbom, F. (1962b): Änderung
von Farbwert und Farbempfindung an
Holzoberflächen. Holz Roh Werkstoff 20 (8):
285-291.


Schmalzl, K.J.; Forsyth, CM.; Evans, P.D.
(1995): The reaction of guaiacol with iron III and
chromium VI compounds as a model for wood
surface modification. Wood Sci. Technol. 29:
307-319.


Sell, J. (1975): Grundsätzliche Anforderungen an
Oberflächenbehandlungen für Holz im Außenbau
(Literaturübersicht). Holz Roh- Werkstoff
33 (9): 336-340.


Seil, J.; Feist, W.C (1986): Role of density in the
erosion of wood during weathering. Forest Prod.


J. 36(3): 57-60
Sei 1, J.; Leukens, U. (1971): Verwitterungserscheinungen
an ungeschützten Hölzern. Holz RohWerkstoff29(
l):23-31.
Stamm, A.J. (1959): The dimensional stability of
wood. Forest Prod. J. 7( 10):375-381.
Turkulin , H. (1992): Dauerhaftigkeit von lamellierten
Holzfensterprofilen. Teil 1: Feuchteverlauf
und Formstabilität. Holz als Roh- und Werkstoff
50(9)347-352.
Tarkow, H.; Feist, W.C; Southerland, C.F.
(1966): Interaction of wood with polymeric materials.
Penetration versus molecular size. Forest
Prod. J. 16 (10): 61-65.
Voulgaridis, E.V.; Banks, W.B. (1981): Degradation
of wood during weathering in relation to water
repellent long-term effectiveness. J. Inst.
Wood Sci. 16(2):53-64.
Vick,CB.;Krzysik , A.; Wood, J. E. Jr. (1991): Acetylated,
isocyanate-bonded flakeboards after
accelerated aging. Holz Roh Werkstoff 49: 221


228.
Yata,S.;Tamura,T. (1995): Histological changes of
softwood surfaces during outdoor weathering.
MokuzaiGakaishi41 (11): 1035-1042.
Yoshimoto, T.; Minami, K. (1968): Photodegradation
of wood VI: Photodegradation of cellulose
in wood. Mokkuzai Gakaishi 14(6): 324-327.
Yoshimoto,T.;Shibata,A.;Minami,K. (1975):
Photodegradation of wood XXII: Evaluation of
the contribution of extractives to the overall color
change by light irradiation on tropical woods.
Mokkuzai Gakaishi 21 (6): 381-386.




ŠUMARSKI LIST 11-12/1997 str. 55     <-- 55 -->        PDF

H. Turkulin. V. Jirouš-Rajković, I. Grbac:POVRŠINSKA POSTOJANOST DRVNIH GRAĐEVNIH KONSTRUKCIJA Šumarski listbr. 11-12, CXXI (1997). 617-629
Wengert , E.M. (1966): Parameters for predicting Williams , R.S.; Feist , W.C. (1993): Durability of
maximum surface temperatures of wood in extepaint
or solid-color stain applied to preweathered
rior exposures. Research Paper FPL 62. Mawood.
Forest Prod. J. 42(1): 8-14.


dison: US Forest Service, Forest Products LaboWilliams
, R.S.; Feist , W.C. (1994): Effect of preratory,
pp. 15. weathering, surface roughness and wood species
Williams , R.S. (1988): Effect of dilute acid on the on the performance of paint and stains. Journal of
accelerated weathering of wood. JAPCA 38: Coatings Technology 66(1), No 828: 109-121.


148-151. Williams, R.S.; Plantinga, P.L.; Feist, W.C.


Williams , R.S. (1990): Effects of acidic deposition (1990): Photodegradation of wood affects paint
on painted wood. In: Acidic deposition: State of adhesion. Forest. Prod. J. 40(1): 45 - 49.
science and technology. Effects of acidic depoWiesner
, J. (1864): Über Zerstörung der Hölzer an


sition on materials. Vol.3. Report 19. National der Atmosphäre. Sitzungsber. Akad. Wiss. Wien
acid precipitation assessment program. 1990: 49:61-94.
19-165. 19-202.


SUMMARY: Wood in exterior structures undergoes certain chemical and
physical changes which cause the slow degradation of wood surface commonly
known as weathering. The disintegration is caused by the combined action
of ultra-violet light from the sun, moisture and oxygen from the air, and additional
effects of wind, rain and other precipitation. Wood changes colour,
roughens and erodes with time. Possible biological attack excluded, weathering
is the most serious risk to wood for building purposes.


The encouraging of the use of wood as the main material for the joinery
and other building components depends mainly on the exploitation of the results
of research on the improvement of the wood durability, its modifications
and its correct and efficient finishing in order to reduce the maintenance costs
and extend the service life of protective and decorative coatings. The paper
analyses the process of wood weathering and presents the literature survey on
the recent research results in the field of the durability of wood building components.