Boja prozirnih površinskih sustava u prostoru, 4. dio
Ugrađene drvene podne obloge većinom su površinski obrađene prozirnim premaznim sustavima. Najčešće su to različiti, posve bezbojni ili lagano obojeni prozirni lakovi odabranog sjaja, a sve više se korisnici odlučuju i za površinsku obradu prirodnim premazima na osnovi prirodnih voskova, ulja i smola. Površinski premaz ima vrlo važnu funkciju zaštite podne obloge od različitih mehaničkih oštećenja i habanja, o čemu smo u časopisu Korak već pisali u prva tri dijela serije članaka o drvenim podnim oblogama (Petrič 2007., Pavlič i Kričej 2007., Kričej i Pavlič 2007.). 
Jednako značajna, a ponekad i značajnija je i estetska funkcija površinskog premaza. Naime, boja površinski premazane podne obloge se prilikom premazivanja gotovo odmah mijenja. Različite vrste lakova imaju na podnim oblogama i kod jednake vrste drva različite učinke obojenosti, a važi i suprotno – ako isti lak koristimo na različitim vrstama drva, promjene boje do kojih će doći radi nanosa laka bit će dosta različite.
Boja i sklad boja posebno su značajni čimbenici prilikom donošenja odluke o izboru tipa drvene podne obloge i vrste drva od koje je odabrana podna obloga izrađena. Glavni značaj i psihološki učinak odabira boje drvene podne obloge predstavljaju velika očekivanja vezana uz dugotrajno očuvanje onoga tona boje, koji je podna obloga imala prilikom kupovine i ugrađivanja. Ispunjenje ovog očekivanja jedno je od mjerila kakvoće površinskog sustava.
BOJA PROZIRNIH POVRŠINSKIH SUSTAVA
Površina podne obloge je sastavljena od drva (ili drvenog proizvoda) i premaznog sustava, što zajedno tvore površinski sustav. Ako je na podlozi prozirni premazni sustav, govorimo o prozirnim površinskim sustavima. Kada zrake svjetlosti padaju na neku tvar – u našem slučaju na površinski obrađeno drvo – dio svjetlosti se odbija, a dio se lomi i nastavlja svoj put po prozirnom premaznom sustavu. Dio svjetlosti koji je prodro u sloj premaza rasipa se, drugi dio se apsorbira, dok treći dio prodire i do same podloge. Na podlozi i u njoj, to jest – u drvu, svjetlost se isto tako odbija, rasipa i apsorbira. Sve opisane pojave (slika 1) su uzrok, da svjetlost, koja od objekta – površinski obrađene podne obloge – dospije u naše oči, više nije tek smjesa svih valnih dužina, kao uobičajena vidljiva odnosno »bijela svjetlost«. Dio svjetlosnog spektra nedostaje, što našim osjetilima razaznajemo kao – boju.
Slika 1: Apsorpcija svjetlosti u površinski sustav
U boju prozirnog površinskog sustava još se ubrajaju i boja materijala za podlogu, to jest – boja odabranog drva, ton boje, debljina i vrsta prozirnog premaznog sustava. Utjecaje na boju podloge odnosno drva je u časopisu Korak dobro objasnio prof. Gorišek. Boju drvu daju lignin i ekstraktivi. To su prije svega terpeni i terpenoidi, alifatski spojevi (masti i voskovi) te fenolne tvari. No, na boju drva utječu i neki fizikalni učinci – kut pod kojim svjetlost pada na drvena vlakna, sadržina vode u drvu i hrapavost površine.
Naravno, boja je mjerljiva osobina. Njezinu vrijednost ocjenjujemo različito, no u praksi se najviše uvriježio sustav CIELAB odnosno sustav CIE 1976 L*a*b* (ili kraće CIE L*a*b*). Kako smo sustav već razjasnili u časopisu Korak, ovdje ćemo samo ukratko ponoviti da boju ocjenjujemo numerički, i to ocjenama L*, a*, b*, C* i h u kombiniranom kartezijsko-cilindričnom koordinatnom sustavu. L* u kartezijskom koordinatnom sustavu određuje svjetlost boje i zauzima vrijednosti od 0 (apsolutno crno) do 100 (apsolutno bijelo), dok a* i b* u kartezijskom koordinatnom sustavu određuju položaj neke boje na crveno-zelenoj i žuto-plavoj osi. C* u cilindričnom koordinatnom sustavu određuje kromu (čistoću) odnosno udio čiste obojene komponente u nekoj boji, dok je h u cilindričnom sustavu kut koji utvrđuje šarenilo boje odnosno njezinu raspoređenost na krugu boja. Promjenu boje od ishodišne boje ili razliku između dvije boje izražavamo kroz vrijednost ΔE*.
STARENJE PROZIRNIH POVRŠINSKIH SUSTAVA
Starenje drva je proces kod kojega se u drvu – zbog istovremenih i međusobno složeno povezanih utjecaja kisika, vlage, vidljive i ultraljubičaste svjetlosti i topline – odvijaju različite kemijske promjene. Posljedice prvo zapažamo upravo kao promjene u boji. Naročito ultraljubičasta svjetlost, u kombinaciji s drugim ograničenim abiotskim degradacijskim čimbenicima uzrokuje depolimerizaciju polimera drva, to jest celuloze i lignina, a to opet izaziva slabljenje mehaničkih svojstava površinskog sloja drva. Jednako tako je i premazni sustav izložen fotodegradacijskim procesima odnosno starenju. Zbog tog starenja podloge i premaza dolazi do različitih promjena na srednjem sloju, na spoju između drva i premaza, dok u najlošijem slučaju dolazi do pucanja i / ili odvajanja (ljuštenja) premaza od podloge. To znači da je ostario čitav površinski sustav.
Problematika fotodegradacije onih površinskih sustava koji su izloženi vremenskim utjecajima već je vrlo dobro istražena. Drvo dobro apsorbira ultraljubičastu i vidljivu svjetlost. Energija elektromagnetskog zračenja uzrokuje depolimerizaciju celuloze, hemiceluloze i lignina. UV- zrake penetriraju u drvo do približno 75 µm dubine, a vidljiva svjetlost približno do 200 µm. U drvu se odvijaju složene fotodegradacijske reakcije, kod kojih sudjeluju slobodni radikali – kemijski spojevi koji imaju nesparene elektrone. Jednako tako je istraženo i kako na klimatske utjecaje reagiraju već stvrdnuti premazi te kako se površinski sustavi mogu zaštititi od fotodegradacije.
ZAŠTITA POVRŠINSKIH SUSTAVA NA OTVORENOM OD FOTODEGRADACIJE
Kemijska industrija je uložila ogromna sredstva u istraživanje i razvijanje zaštitnih sredstava od UV-zraka te kemikalija koje se dodaju u premazni sustav. Dodavanje zaštitnih sredstava u premaz je najčešće odabirano rješenje za probleme starenja površinskog sustava. Mogućnosti koje se mnogo rjeđe koriste su obrada podloge kemijskim zaštitnim sredstvima protiv fotodegradacije ili čak i modifikacija drva u svrhu zaštite od starenja, kod koje na polimere drva kemijski vežemo zaštitne tvari. Samo, ova posljednja mogućnost još je u fazi istraživanja i u praksi još nije zaživjela.
Kako djeluju UV-zaštitna sredstva za drvo?
UV-zaštitna sredstva za drvo dodajemo u premazni sustav. Time se od fotodegradacije štiti premaz, a prije svega drvo koje se nalazi ispod njega. UV-zaštitni dodaci su:
– pigmenti,
– UV-apsorberi,
– lovilice slobodnih radikala,
– antioksidanti.
Najviše koristimo pigmente i UV-apsorbere, a lovilice slobodnih radikala manje; najmanje se koriste antioksidanti. Pigmenti su sitni tvrdi djelići koji premazu daju obojeni ton, a ako ih ima mnogo, osiguravaju i osobinu pokrivanja pa govorimo o pokrivnim premazima. Kod prozirnih premaznih sustava koncentracija pigmenata treba biti dovoljno niska da se očuva tekstura drva. Kod obojenih poluprozirnih i prozirnih premaza odabrana boja ima važan zaštitni značaj. Tamniji tonovi boje su više, a svjetliji slabije otporni. No, ako želimo bezbojni premaz, tada i odabrani pigmenti moraju također biti prozirni. Najviše se koristi silicijev i titanov dioksid. Kada zraka padne na pigmentnu česticu, od njega se ili odbije, ili se energija svjetlosti pretvori u toplinu, koja je za prozirni premazni sustav manje štetna. Pretvorba škodljivog zračenja u toplinu je općeniti način djelovanja i kod UV-apsorbera i lovilice radikala. Iako je kod prozirnog sustava koncentracija pigmenata niska, veliki dio ultraljubičaste i vidljive svjetlosti svejedno prodire do podloge, u kojoj potom uzrokuje fotodegradacijske promjene, kao i promjene boje. Zato zaštita pigmentima nije dostatna i moramo dodati UV-apsorbere, a još je bolje ako svemu tome dodamo i lovilice radikala.
UV-apsorberi su organski spojevi koji apsorbiraju UV-svjetlost i pretvaraju je u toplinu. Postavlja se pitanje da li se pri tome odmah iskorištavaju i zaštitne kemikalije. Ne, jer se radi o cikličnim procesima: spoj upija UV-svjetlost, pretvara se u nestabilni spoj, zrači toplinu i pritom se iznova mijenja u svoj prvobitni oblik. Naravno, UV-apsorberi su i sami po sebi osjetljivi na svjetlost i druge vremenske utjecaje te se nakon nekoliko godina raspadaju ili će ih iz premaza isprati padaline. Zato premaz na otvorenom treba redovito obnavljati, svakih nekoliko godina.
Lovilice radikala hvataju i na sebe vežu slobodne radikale, koji nastaju u premaznom sustavu radi obasjavanja zrakama UV-svjetlosti. Pritom ih pretvaraju u kemijski nereaktivan oblik, a prilikom procesa pretvorbe oslobađa se toplina.
Slika 2: Mehanizmi djelovanja pigmenata (lijevo), UV-apsorbera (sredina) i lovilica slobodnih radikala (desno)
MIJENJANJE BOJE PROZIRNIH POVRŠINSKIH SUSTAVA U PROSTORU
Pojava promjene boje na drvu koje koristimo u zatvorenim prostorima, što još više važi za prozirne površinske sustave, bila je – u usporedbi s procesima starenja drva i površinskih sustava na otvorenom – znatno manje istraživana. Većina istraživanja usredotočila se na utjecaje UV-zraka. No, treba znati da UV-zračenje u sunčevoj svjetlosti zauzima samo tri posto cjelokupnog spektra, i njega još prozorsko staklo odbija ili apsorbira. Tako obična prozorska stakla uspijevaju odbiti od 23 do 28 posto UV-zraka, posebna stakla između 36 i 41 posto, a u iznimnim slučajevima moguće je odbijanje i do 99 posto (http://www.glassenhancements.com/product.htm).
Unutarnji prostori su, ovisno o svom položaju, različito osvijetljeni vidljivom svjetlošću; u njima koristimo različite izvore umjetne svjetlosti, kao što su štedne i fluorescentne sijalice, halogene žarulje, klasične žarulje sa volframovom niti… To opet znači da su površinski obrađeni podovi u zatvorenim prostorima izloženi svjetlosnom zračenju vrlo različitih spektara, a i vremena izloženosti se pritom također jako razlikuju. Prema nekim podacima, vidljivi dio sunčevoga spektra doprinosi diskoloracijama u prostoru sa svega 25-postotnim udjelom (http://www.sandiegotinting.com/fading.html). Osim toga, učinci vidljivog dijela spektra svjetlosti na drvo i površinske sustave razmjerno su slabi, no unatoč tome mogu postati vidljivi u relativno kratkom vremenu (slika 3). Možda upravo tu leže uzroci za lošiju istraženost ove problematike i malo podataka o njoj u literaturi.
Slika 3: Drvo u prostoru nakon 48-mjesečne izloženosti svjetlosti (gore) i prije nje (dolje). Slijeva udesno: drvo jasena, bukve i trešnje
Energija fotona vidljive svjetlosti u unutrašnjosti znatno je manja od energije fotona UV-zraka na otvorenom, ali je još uvijek dovoljno velika da bi mogla utjecati na središta boje u drvu. Kažemo da je drvo požutjelo, dok se tu u stvari radi o ekstraktivima koji su ostali bez boje pa se sve više razaznaju boje lignina, koji je neizoliran – žućkaste boje. Velika je vjerojatnost da je energija vidljive svjetlosti još dovoljno velika da djelomično fotooksidira i lignin te pridodaje svoj doprinos promjeni tona boje kod drva, izloženog u prostoru. Neki ekstraktivi su podvrgnuti fotodegradacijskoj reakciji i kod manjih energija nego lignin i ugljikovodici. Drvo će promijeniti boju i radi vidljive svjetlosti, kada joj je izloženo u prostoru. Ona uzrokuje da organski pigmenti u drvu izbljeđuju. Promjena boje drva u prostoru nije posljedica UV-zračenja. Uporaba UV-stabilizatora, koji su opisani u prethodnom dijelu, ima zato maleni učinak u spriječavanju promjena boja drva i površinskih sustava. I u prostoru s difuznom svjetlošću, radi fotooksidacije lignina prirodno svjetlo drvo će požutjeti, a vremenom i potamnjeti. Fotooksidacija lignina i premaznog veziva općenito upozorava na proces u kojemu su polimeri – prirodni ili sintetički – podvrgnuti kemijskim promjenama kao što su raspadanje veza, hidroliza i tvorba slobodnih radikala, oksidacija, tvorba peroksida i novih vrsta obojenih i hidroksilnih poluproizvoda.
Najveće promjene boja lakiranih i nelakiranih uzoraka uočavaju se već nakon 24 sata izloženosti svijetlih vrsta drva (javor, jasen, bukva) fluorescentnoj sijalici UVA-351. Korišteni prozirni komercijalni lakovi, namijenjeni obradi drva u prostoru, pokazuju vrlo različite veličine i značajke promjene tona boje. Jednokomponentni vodeni akrilni lak na većini vrsta drva izaziva neprihvatljivo žutilo, naročito na drvu trešnje i na hrastovini. Dodatak UV-apsorbera dvokomponentnom PU-laku za namještaj pokazuje se kao posve neučinkovit na uzorcima od jasena i trešnje. Veći broj prozirnih površinskih sustava izlaže se tijekom 48 mjeseci normalnim svjetlosnim uvjetima u prostoru (promjena svjetlosti i tame, kombinacija vidljive i umjetne fluorescentne svjetlosti). Utvrđeno je da se boja prozirnih površinskih sustava u unutarnjim prostorima izmijenila već u prva tri mjeseca izloženosti te da se mijenjala čak i u tami. Premazni sustavi (poliuretan, prirodna ulja) na drvenoj podlozi su skoro kod svih uzoraka povećali postojanost boje cjelokupnog površinskog sustava.
Kako povećati stabilnost boje drvenih podnih obloga u unutarnjim prostorima?
Nažalost, utvrdili smo da većina površinskih premaza koje nanosimo na drvene podne obloge ne sadrži posebne dodatke za povećanje otpornosti na starenje. Iako je problem promjene boja kod površinski obrađenih podnih obloga radi procesa fotooksidacije značajan, gotovo da ni nema premaznih sustava koji bi deklarirano osiguravali dugotrajnu stabilnost boje kod površinski obrađenih podnih obloga. Nasuprot tome, gotovo svi malo bolji premazi za vanjsku uporabu osiguravaju otpornost prema škodljivom UV-zračenju, a time i veću trajnost i manje promjene boje drva koje se koristi na otvorenom. Možemo se upitati zbog čega je tako. Vjerojatno najznačajnji uzrok leži upravo u činjenici da glavni uzročnik diskoloracije prozirnih površinskih sustava u unutarnjim prostorima nije UV-svjetlost, nego vidljivi dio spektra, a svoje doprinose tome daju još i zagrijavanje radi infracrvenih zraka u spektru svjetlosti, koje dospijeva u prostor kroz prozore te, naravno, prirodni oksidativni procesi. Još nisu razvijena prikladna zaštitna sredstva za vidljivu svjetlost, kao što su, na primjer, UV-apsorberi. To je razumljivo, jer bi takva sredstva u premazu ili drvu, koja bi apsorbirala vidljivi dio spektra, snažno potamnila boju zaštićenog objekta, što svakako ne bi bilo poželjno. Osim toga, kojekakvi dodaci u premazima koji bi poboljšali stabilnost boje premazanog drva takve bi površinske sustave samo znatno poskupjeli.
Činjenica, da na tržištu zapravo niti nema mnogo površinskih sustava koji bi osiguravali dobru i djelotvornu zaštitu od starenja u unutarnjim prostorima, pokazuje se i na internetskim stranicama. Tek nakon dugotrajnog i intenzivnog traganja uspjelo nam je pronaći nekoliko iskoristivih navoda. Tako smo prikupili dovoljno podataka da bismo pristupe za utvrđivanje stabilnosti boje prozirnih površinskih sustava mogli podijeliti u sljedeće skupine:
– dodavanje različitih tvrdih odnosno pigmentnih čestica u premazne sustave,
– UV-apsorberi u premaznim sustavima,
– specijalna zaštitna sredstva ili kombinacije različitih sredstava,
– uporaba veziva otpornih na fotodegradaciju,
– uporaba folija za prozore ili posebnog prozorskog stakla, koje smanjuje gubitak boje kod predmeta u unutarnjim prostorima.
Pigmentne čestice u premaznim sustavima
U literaturi izvještavaju o učinkovitom zaštitnom djelovanju takozvanog mikroniziranog titanovog dioksida prema starenju u unutarnjim prostorima (Application of micronized titanium dioxide as inorganic UV- absorber http://www.sachtleben.de/include/news.php?show=42,2&lang). Mikroniziran titanov dioksid je anorganski UV-apsorber, koji prema tvrdnjama proizvođača osigurava dugu trajnost i postojanost boje, i u parketnim premazima.
O vjerojatno prikladnom sredstvu, ali bez navođenja radi li se i u ovom slučaju o titanovom dioksidu, našli smo podatke na internetskoj stranici još jednog proizvođača (http://www.sachtleben.de/include/3_7_4_5_0_EN.html).
Zbog posebnih dodataka u krispodnoj mreži pigmenta, ovo bi sredstvo trebalo osiguravati odličnu zaštitu od diskoloracija izazvanih vidljivom i umjetnom svjetlošću te kratkovalnim UV-zračenjem (slika 4).
Slika 4: Pozitivni učinci posebnog pigmentnog zaštitnog sredstva protiv djelovanja vidljive svjetlosti (http://www.sachtleben.de/include/3_7_4_5_0_EN.html)
Uporaba UV-apsorbera
Na internetu je moguće naći i neke površinske premazne sustave za unutarnje prostore, koji sadrže klasične zaštitne dodatke protiv djelovanja zračenja UV-svjetlosti i obično se koriste u površinskim sustavima na otvorenom. No, uvijek se postavlja pitanje – koliko su takva sredstva u unutarnjim prostorima doista otporna prema starenju. Naime, kako smo već pokazali, doprinos UV-svjetlosti diskoloracijama površina u unutarnjim prostorima vrlo je malen, ili čak i zanemariv.
Različita druga posebna zaštitna sredstva
Iz poduzeća CIBA, poznatog proizvođača UV-zaštitnih sredstava za premazne sustave poručuju kako im je uspjelo razviti poseban proizvod koji se vrlo dobrim pokazao i u unutarnjim prostorima (http://www.cibasc.com/med-index?reference=35544&checkSum=2B550C83D5886A00742D71CE67491998). Sredstvo onemogućava fotooksidaciju lignina. Nanosi se u obliku vodene rastopine, i to prije nanošenja premaznih slojeva. Prije pojave žutila i fotodegradacije tvar je najučinkovitija u kombinaciji s UV-apsorberima. No, treba upozoriti da ovo sredstvo ne bi bilo učinkovito kada bi se dodavalo u zadnji sloj premazog sustava. Drvo mora biti impregnirano pripravkom, tako da dođe do njegove što bolje penetracije u podlogu.
Veziva koja su otporna na fotodegradaciju
Jedan od najklasičnijih pristupa o kojemu izvještavaju proizvođači je uporaba veziva koja su radi svojih kemijskih svojstava otporna na diskoloracije. Standardni primjer su poliuretanska veziva, koja su dobro otporna na pojavu žutila drva. No, ovdje se radi o osiguravanju stabilnosti boje premaznog, a ne cjelovitog površinskog sustava. To znači da će se boja podloge, a time i čitavog sustava, tijekom vremena i dalje mijenjati, iako smo upotrijebili premaz stabilne boje i visoke kakvoće.
Folije za prozore i posebna stakla
Vrlo zanimljiv pristup, o kojemu se na internetu može pronaći mnogo podataka, predstavlja uporaba posebnih folija za prozorska stakla ili posebnih stakala koja onemogućavaju izbljeđivanje svih materijala u prostoru. Svjetlost koja ulazi u prostor zapravo se time filtrira, i to tako da iz spektra svjetlosti izlučujemo one za postojanost boja najštetnije dijelove spektra. Naravno, pritom se može postaviti pitanje kako je sa djelovanjem one umjetne svjetlosti kojoj je izvor u samom prostoru te kako stoje stvari sa starenjem odnosno oksidacijom materijala radi nazočnosti kisika. Bez obzira na to ostaje dojam da navoda o ovom pristupu ima mnogo i da se možda ni ova mogućnost ne bi trebala zanemariti. Pogledajmo nekoliko primjera.
Staklarskoj je industriji uspjelo izraditi posebna stakla, koja jako ublažavaju izbljeđivanje (diskoloraciju) obojenih predmeta u prostoru (Shedding New Light on UV and Fading By Per Werthwein, AFG Glass http://www.windowanddoor.net/pastarticles.php?id=304, rujan 2005.). Kod izrade ovih stakala su poštovali cjeloviti spektar sunčane svjetlosti i nisu se usredotočili samo na relativno manje značajan ultraljubičasti dio spektra sunčeve svjetlosti.
O prikladnom djelovanju, premda uz uporabu posebne zaštitne folije, podatke možemo naći na sljedećoj internetskoj adresi: http://www.glassenhancements.com/product.htm.
ZAKLJUČCI
Prozirni površinski sustavi, dakle – i površinski obrađene podne obloge, u prostoru su izloženi različitim čimbenicima koji uzrokuju njihovo starenje, što se najbrže može vidjeti u obliku promjene njihove boje. Čimbenici koji uzrokuju diskoloracije nisu jednaki kao oni na otvorenom, gdje najvažniji udio ima UV-zračenje u kombinaciji s vlaženjem. Zato proizvođači površinskih premaza kod utvrđivanja postojanosti boje prozirnih površinskih sustava u prostoru ne mogu koristiti ista rješenja kao za premaze na otvorenom. Trenutno je na raspolaganju nekoliko ograničenih mogućnosti za utvrđivanje postojanosti boje s prozirnim premazima lakiranih podnih obloga, ali su one skupe i većina proizvođača ih ne prakticira. Ostaje nam nadati se razvitku novih zaštitnih sredstava. Ako smo vrlo zahtjevni i želimo da lakirana podna obloga dugotrajno održi svoj prvobitni izgled, radije ćemo odabrati drvo koje je otpornije na diskoloracije. Na primjer, vrste drva tamnije boje obično manje mijenjaju boju. Možda ne bi bilo loše razmisliti i o namještanju posebnih folija na prozorska stakla ili o ugradnji stakala posebnog kemijskog sastava, koja mogu ublažiti nestajanje boje iz obojenih predmeta u prostoru.
izvanr. prof. dr. Marko Petrič, dipl.ing.kem.
stručni savjetnik Borut Kričej, dipl. ing.drv.teh.
Sveučilište u Ljubljani, Biotehnički fakultet, Odsjek za drvo
