Zbornik gozdarstva in lesarstva 93 (2010), s. 23-36 GDK 841/845(045)=163.6 Prispelo / Received: 07.09.2010 Izvirni znanstveni članek Sprejeto / Accepted: 19.11.2010 Original scientific paper Vrednotenje življenjske dobe lesa, zaščitenega z emulzijami voskov in baker-etanolaminskimi pripravki v tretjem razredu izpostavitve Boštjan LESAR', Miha HUMAR^ Izvleček V raziskavi smo preučevali življenjsko dobo lesa, izpostavljenega na prostem, v tretjem razredu izpostavitve, z dvoslojnim testom. V prvem delu raziskave smo naravnim razmeram izpostavili vzorce smrekovine, impregnirane z vodnimi emulzijami montana in polietilenskih voskov v kombinaciji z borovimi spojinami. V drugem delu testa pa smo testirali vzorce, zaščitene z baker-etanolaminskim pripravkom na vodni osnovi (Silvanolin) in posameznimi sestavinami tega pripravka. Za primerjavo smo izpostavili tudi nezaščitene vzorce smrekovine, macesnovine, bukovine in hrastovine. Skozi celotno obdobje izpostavitve smo spremljali klimatske podatke pod vzorci in na vremenski postaji. Rezultati kažejo, da impregnacija z emulzijami voskov in pripravki na osnovi bakra podaljšuje življenjsko dobo lesa, a je zaščita s pripravki na osnovi bakrovih spojin boljša. Odpornost lesa, zaščitenega z emulzijami voskov in baker etanolaminskimi pripravki,je odvisna od koncentracije emulzije / raztopine in kakovosti lesa. Na podlagi spremljanja vlažnosti in temperature lesa smo ugotovili, da se v lesu ustvarjajo ustreznejše vlažnostne razmere za razvoj gliv, kot bi sklepali iz meritev temperature in vlažnosti zraka. Ključne besede: borove spojine, bakrove spojine, napovedovanje življenjske dobe, naravna odpornost, vlažnost lesa Service lifeprediction ofwood treated with wax emulsions and copper amine based solutions exposed in third use class Abstract In our research, service life of wood exposed outdoor in the third use class, determined with double layer test, was investigated. In the first part of the investigation, Norway spruce wood specimens were impregnated with montan and polyethylene water based wax emulsion in combination ^ith boron compounds. In the second part of the research, ^Norway spruce wood samples were impregnated with a copper-ethanolamine (Silvanolin) water based solution and aqueous solutions of individual components. For comparison, untreated Norway spruce, larch, beech and oak wood specimens were exposed as well. During exposition time, climate data under specimens and at weather station were recorded. The results showed that impregnation with wax emulsions and copper based solutions prolongs service life of wood, but protection ^ith copper-ethanolamine solutions is considerably better. Resistance of ^ood, preserved with wax emulsions and copper-ethanolamine solutions, was influenced by concentration of emulsions/solutions and wood quality. The parallel measurements of wood moisture content and wood temperature clearly showed that there were more suitable conditions in woodfor development and growth of fungi than indicated by air temperature and relative air humidity measurements. Key words: boron compounds, copper compounds, service lifeprediction, natural durability, wood moisture content 1 Uvod Na začetku moramo pojasniti tri osnovne pojme, ki 1 Introduction ključni za razumevaje prispevka: naravno odpornost, trajnost in življenjsko dobo lesa. Naravna odpornost lesa je lastnost, ki jo ima les v naravnem zdravem stanju in Napovedovanje življenjske dobe lesa na prostem označuje dovzetnost za škodljivce (SIST EN 350-1 1994). postaja vedno bolj pomembno. Zahtevajo ga različni Izraz naravna odpornost se uporablja zgolj za nezaščiten gradbeni predpisi po vsem svetu. Za Slovenijo je les, medtem ko se za zaščiten ali modificiran les uporablja najpomembnejšaevropskadirektivaogradbenihproizvodih izraz odpornost lesa. Življenjska doba lesa je obdobje, v (European Construction Products Directive, CPD 89/106/ katerem les ohrani trdnost in stabilnost, ki sta zahtevani EEC), ki v aneksu I podaja zahteve za mehansko odpornost, za določen proizvod. Ko so te lastnosti manjše oziroma trdnostinvamostmeduporabo. slabše od zahtevanih, je treba proizvod zamenjati, tako ' B. L., univ. dipl.inž.les.. Biotehniška fakulteta. Oddelek za lesarstvo. Rožna dolina C. VIII/34, Ljubljana, Slovenija ' izr. prof. dr. M. H., Biotehniška fakulteta. Oddelek za lesarstvo. Rožna dolina C. VIII/34, Ljubljana, Slovenija da se zagotovi varnost uporabnikov skozi celotno dobo uporabe (BRISCHKE / BAYERBACH / RAPP 2006). V slovenščini se poleg življenjske dobe uporablja še drug podoben izraz: trajnost lesa, kije definirana kot obdobje, v katerem les obdrži vse svoje naravne lastnosti in je odvisna od (naravne) odpornosti lesa ter mesta in načina vgradnje oziroma konstrukcije ter mesta uporabe (POHLEVEN 2008). Naravne lastnosti lesa so trdnost, odpornost, barva itd., ki se lahko s časom uporabe spreminjajo, na primer barva, a ne vplivajo na zmanjšanje mehanskih lastnosti in odpornosti, ki sta ključni za zagotavljanje varnosti skozi celotno obdobje uporabe lesa. Zato se nam zdi življenjska doba bolj primeren izraz in ga bomo uporabljali v nadaljevanju prispevka. Življenjsko dobo lesa določa njegova odpornost, ki je posledica kemijske in fizikalne sestave nezaščitenega, modificiranega ali z biocidnimi pripravki obdelanega lesa. Poleg omenjenega na življenjsko dobo vplivajo še dejavniki okolja, ki so bolj ali manj ugodni za razkrojne organizme (glive, bakterije). Zato ima klima pomembno vlogo, vendar je treba razlikovati različne klimatske nivoje: makro klima - določajo jo vremenski podatki določenega kraja, lokalna klima, ki jo določajo lokalne razmere (na primer senca, vetrovna lega_), in mikro klima, kjer se razmere kažejo v konstrukciji. Klima v materialu ima neposreden vpliv na razkroj lesa (BRISCHKE / BAYERBACH / RAPP 2006). S »klimo materiala«, ki jo določajo vlažnost in temperatura lesa ter njuna dinamika, je možno oceniti tveganje za začetek razkroja (BRISCHKE / RAPP 2008b). Ti dejavniki so ključni zarast in razvoj gliv. Minimalna vlažnost lesa mora biti nad točko nasičenja celičnih sten, optimalna vlažnost lesa za najpomembnejše prostotrosnice znaša med 40 % in 70 % (SCHMIDT 2006). Glive rastejo v temperaturnem območju med O °C in 45 °C. Optimalna temperatura je odvisna od vrste gliv in se giblje med 20 °C in 35 °C (HUCKFELDT / SCHMIDT / QUADER 2005). Študije vpliva temperature lesa na življenjsko dobo lesa so redke, vendar se kaže tendenca, da ima les v krajih s povprečno višjo temperaturo zraka krajšo življenjsko dobo (GRINDA / CAREY 2004; BRISCHKE / RAPP 2008a). BRISCHKE in RAPP (2008a) sta preučevala življenjsko dobo lesa v 27 krajih po Evropi in ugotovila, da se je rjava trohnoba pojavila le na borovih vzorcih, izpostavljenih v Ljubljani, medtem ko sta na vseh drugih 26 krajih prevladovali bela in mehka (soft rot) trohnoba. V preteklosti se je že izkazalo, da so lahko rezultati laboratorijskih testiranj odpornosti zaščitenega lesa zavajajoči. V laboratoriju namreč ni možno v celoti simulirati naravnih razmer za delovanje vseh organizmov, ki povzročajo razkroj lesa (RAPP / AUGUSTA/ BRANDT 2006). Namen naše raziskave je bil določiti življenjsko dobo lesa, impregniranega z vodnimi emulzijami voskov, lesa, zaščitnega s sredstvi na osnovi bakra in etanolamina, ter nezaščitenega lesa v tretjem razredu izpostavitve. Vsem omenjenim kombinacijam zaščite lesa, ki smo jih terensko testirali, smo z laboratorijskimi testi že določili njihovo odpornost (HUMAR / LESAR 2008; LESAR / KRALJ / HUMAR 2009; LESAR / HUMAR 2009; LESAR / HUMAR 2010). Zaradi velikega vpliva klimatskih dejavnikov smo celoten čas raziskave spremljali izbrane klimatske podatke (makroklima, mikroklima in »klimo materiala«), ki v največji meri vplivajo na razkroj lesa. 2 Materiali in metode 2 Materials and methods 2.1 Zaščitni pripravki 2.1 Preservative solutions Raziskavo smo razdelili na dva dela: v prvem delu smo naravnim razmeram izpostavili vzorce, zaščitene z emulzijami voskov, v drugem delu testa pa smo uporabili vzorce, zaščitene z baker etanolaminskimi pripravki in posameznimi sestavinami teh pripravkov. Uporabili smo emulzije montanskega voska (LGE) (Samson Kamnik), emulzijo polietilenskega voska (WE1) BASF (Nemčija) in emulzijo oksidiranega polietilenskega voska (WE6) BASF (Nemčija), različnih koncentracij, razvidnih v preglednici 1. Za primerjavo smo del vzorcev impregnirali z vodno raztopino borove kisline (Ba) (cB = 0,5 %) ter mešanico borove kisline in emulzije montanskega voska dveh koncentracij (LGE-C-Ba in LGE-E-Ba) (Preglednica 1). Osnovni baker etanolaminski zaščitni pripravek (CuEaQO), ki je dostopen tudi kot komercialni pripravek Silvanolin (Silvaprodukt d.o.o.), smo pripravili z bakrovim(II) sulfatom, kvartarnimi amonijevimi spojinami (alkil dimetil benzil amonijev klorid (ADBAC)) in topborom (Na^B^O^^ x 4H2O). Etanolamin in oktanojska kislina sta bila dodana za izboljšanje vezave (HUMAR / POHLEVEN 2008). Poleg osnovnega smo pripravili še štiri zaščitna sredstva, ki smo jih zmešali brez ene ali več sestavin osnovnega zaščitnega sredstva. Prva je bila pripravljena z bakrovim(II) sulfatom, etanolaminom in oktanojsko kislino (CuEaO), druga samo z bakrovim(II) sulfatom (CuS), tretja z bakrovim(II) sulfatom in etanolaminom (CuEa) in četrta z etanolaminom, topborom in kvartarnimi amonijevimi spojinami (EaBQ) (Preglednica 2). Kot referenčni biocidni pripravek smo uporabili komercialni pripravek Silvanol GBP (Silvaprodukt d.o.o.) na osnovi bakrovih, kromovih in borovih spojin (CCB), ki se fiksira v les in se že več desetletij uporablja za zaščito lesa na prostem. Vse zaščitne raztopine smo uporabili v dveh različnih koncentracijah, tako da smo po impregnaciji dosegli ciljni navzem zaščitnih raztopin (Preglednica 3). Ciljne navzeme smo izbrali na osnovi laboratorijskih testiranj (ATELŠEK 2007) in priporočil mejnih vrednosti iz literature (WILLEITNER 2001). Preglednica 1: Mokri navzem zaščitnih pripravkov, suhi navzem voskov, ocena razkroja in globina prodora Pilodyna v vzorce smrekovine in izbranih lesnih vrst. Table 1: Uptake ofpreservative solutions, retention of waxes, decay ratings and depth ofPilodyn striker pin into Norway spruce samples and selected wood specimens. Zaščitni pripravek / Preservative solution Delež voska v emulziji / Dry content of wax (%] Mokri navzem / Uptake of preservative solution (kg/m^) Suhi navzem / Drycontent Datum izposta-vitve / Beginning of exposure Ocena / Rating Pilodyn 3. leto 2010/ Pilodyn 3rdyear (mm) Vosek/ Wax (kg/m^) Ba/ Ba (kg/m^) 2008 2009 2010 LGE-A 0,12 580 0,7 0 28.5.07 0,4 1,9 2,8 - LGE-B 0,59 557 3,2 0 28.5.07 0,1 0,7 2,0 - LGE-C 1,17 546 3,1 0 28.5.07 0,2 2,1 3,0 - LGE-D 5,90 149 8,5 0 19.6.08 - 0 0,1 14 LGE-E 11,70 118 13,8 0 19.6.08 - 0 0 11,3 LGE-C-Ba 1,17 488 5,6 13,7 28.5.07 0 0,2 1,5 20,8 LGE-E-Ba 11,70 119 13,9 3,3 19.6.08 - 0 0 15,7 LGE-P 1,17 17 0,2 0 28.5.07 0 0,1 1 20,3 WEI 16,50 100 16,5 0 19.6.08 - 0 0 - WE6 17,00 106 18,2 0 19.6.08 - 0 0 - Ba 0 661 0 18,8 28.5.07 0 0 0,7 22,3 Smreka 07** 0 0 0 0 28.5.07 1,4 2,5 3,7 *25+ Smreka 08** 0 0 0 0 19.6.08 - 0 0,2 19,3 Macesnovina 0 0 0 0 19.6.08 - 0 0 13,3 Bukovina 0 0 0 0 28.5.07 1,2 2,5 3,0 *25+ Hrastovina 0 0 0 0 28.5.07 0,3 0,1 0,1 - *25+ - iglaje prodrla skozi celotno debelino vzorca Smreka 07** - kontrolni vzorci smrekovine izpostavljeni 28. 5. 2007 Smreka 08** - kontrolni vzorci smrekovine izpostavljeni 19. 6. 2008 Preglednica 2: Sestava zaščitnih pripravkov na osnovi bakra in etanolamina. Pred uporabo smo pripravke ustrezno razredčili, da smo dosegli zastavljeni ciljni navzem. Table 2: Composition of preservative solutions based on copper and ethanolamine. Prior to use, the preservative solutions were diluted in order to achieve targeted retentions. Zaščitni pripravek/ Preservative solution Masa posamezne sestavine v 1000 g zaščitnega pripravka / Mass ofselected ingredient in the 1000 g of the respective preservative solution Bakrov(ll) sulfat penta hidrat (CuS)/ Copper(ll) sulphate pentahidrate (CuS) Etanolamin (EA) / Ethanolamine (Ea) Oktanojska kislina (0)/ Octanoic acid (0) ADBAC* Topbor(B)/ Topbor(B) (g) (g) (g) (g) (g) CuS 39,3 - - - - CuEa 39,3 57,7 - - - CuEaO 39,3 57,7 8,1 - - CuEaQO 39,3 57,7 8,1 10 22,7 EABQ - 57,7 8,1 10 22,7 * alkil dimetil benzil amonijev klorid Preglednica 3: Navzem baker etanolaminskih pripravkov, ocena razkroja in globina prodora Pilodyna v vzorce smrekovine. Vzorci so bili izpostavljeni terenskemu testiranju od 7. 4. 2006 do 15. 6. 2010. Table 3: Retention of copper ethanolamine preservative solutions, decay ratings and depth of Pilodyn striker pin into Norway spruce specimens. Specimens were exposed outdoorsfrom 7. 4. 2006 to 16. 6. 2010. Zaščitno Sredstvo /Preservative solution Ciljni navzem / Expected dry content (kg/m') Mokri navzem / Uptake of preservative solutions (kg/m') Suhi navzem / Dry content (kg/m') Ocena / Rating Pilodyn 4. leto / Pilodyn 4"'year (mm) 2007 2008 2009 2010 CuEaQO 4,9 397 4,0 0 0 0 0 11,3 19,6 368 18,1 0 0 0 0 11,7 CuEaO 1,2 276 1,3 0 0 0 0,1 14,7 5,6 301 5,6 0 0 0 0 12,0 14,9 340 12,7 0 0 0 0 10,3 CuS 1,4 305 1,1 0 0 0 0,1 14,3 5,6 461 6,5 0 0 0 0 11,0 CuEa 3,4 210 2,1 0 0 0 0,3 12,8 13,8 316 10,9 0 0 0 0 10,3 EaBQ 3,5 339 3,4 0 0 0,1 0,4 19,0 14,0 254 8,9 0 0 0,5 0,5 12,5 CCB 4 409 4,1 0 0 0 0 12,3 Smreka 06* 0 0 0 0,2 0,8 1,8 2,8 15 Smreka 06*- kontrolni vzorci smrekovine izpostavljeni 7. 4. 2006 2.2 Impregnacija in izpostavitev vzorcev 2.2 Impregnation and exposure ofwood samples V raziskavi smo uporabili vzorce smrekovine {Picea abies Karst.), dimenzij 25 mm x 50 mm x 500 mm. Vzorci so bili pol-radialni, branike so z vzdolžno površino tvorile kot 45±15°. Vzorce smo po treh tednih uravnovešanja pri 20 °C in 65-odstotni relativni zračni vlažnosti (RH) impregnirali z emulzijami voskov po vakuumsko tlačnem postopku (30 min -0,9 bar vakuum, 3 h nadtlak 8 bar, 10 min -0,8 bar vakuum). Z baker etanolaminskimi pripravki smo vzorce impregnirali po nekoliko spremenjenem postopku; 1 h -0,9 bar vakuum, 2 h 6 bar in 15 min pri normalnem tlaku. Po impregnaciji smo vzorcem gravimetrično določili mokri navzem posameznih zaščitnih sredstev. Za vsako/vsakega od uporabljenih emulzij/raztopin/kontrolnih vzorcev smo uporabili polO vzporednih vzorcev. Po štirih tednih sušenja v sobnih razmerah smo impregnirane in kontrolne vzorce terensko testirali. Poleg kontrolnih smrekovih vzorcev smo za primerjavo uporabili neodporne vzorce bukovine (Fagus sylvatica L.) in odporne vzorce jedrovine macesna (Larix sp.) injedrovine hrasta (Quercus sp.). Ves les je izviral iz osrednje Slovenije. Vzorce smo izpostavili terenskemu testiranju v različnih časovnih obdobjih, in sicer: 7. 4. 2006, 28. 5. 2007 in 19. 6. 2008 (Preglednica 1 in Preglednica 3). Izpostavili smo jih na Oddelku za lesarstvo v Rožni dolini v Ljubljani na pretežno senčno in zatišno lego (310 m n.m.). Izpostavljeni so bili v tretjem razredu izpostavitve (nepokrito na prostem, pogosto močenje) (SIST EN 335-1/2 1992). Za določanje trajnosti lesa smo v naši raziskavi uporabili dvoslojni test (ang. double layer test) (RAPP / AUGUSTA 2004; SIST EN 252 2004). Pet enako obdelanih vzorcev smo zložili v spodnjo in pet v zgornjo vrsto. Vzorci v zgornji vrsti so bili za polovico vzorca zamaknjeni. Med različno obdelanimi vzorci so bili slepi vzorci (nezaščiteni smrekovi vzorci slabše kvalitete) (Slika 1). Skozi celotno obdobje trajanja raziskave smo vsako uro spremljali temperaturo in zračno vlažnost z vremensko postajo Davis, ki je bila postavljena na Gozdarskem inštitutu (cca. 300 metrov oddaljena od testnega polja). Podatke o dnevni količini padavin smo pridobili od Agencije Republike Slovenije za okolje s klimatološke postaje Ljubljana Bežigrad. Klimatski podatki so prikazani kot povprečja tedenskih meritev. Slika 1: Dvoslojni test in spremljanje vlažnosti kontrolnih in zaščitenih vzorcev smrekovine na Biotehniški Fakulteti Oddelku za lesarstvo v Ljubljani. Figure 1: Double layer test and moisture content measurements of control and treated samples at the Biotechnical Faculty Department/or Wood Science and Technology. Ocenjevanje vzorcev je potekalo vsako leto med petnajstim majem in petnajstim junijem. Vsak vzorec smo si natančno ogledali in ocenili stopnjo razkroja po standardu (SIST EN 252 2004; SIST-TS CEN/TS 12037 2005; RAPP / AUGUSTA 2004) (Preglednica 4). V letu 2010 smo vizualno oceno podkrepili še z meritvijo prodora udarne igle v vzorec. V ta namen smo uporabili Pilodyn 6J proizvajalca Fuji Teck K.K (Japonska). Naprava deluje tako, da s konstantno udarno močjo (6 J) udari iglo s premerom 2,5 mm in dolžino 60,2 mm v les. Preglednica 4: Ocene razkroja vzorcev (RAPP / AUGUSTA 2004; SIST EN 252 2004). Table 4: Decay ratings ofsamples (RAPP/AUGUSTA 2004; SISTEM252 2004). Ocena / Rating Razvrstitev/ Classification Opis preizkušanca / Definition of condition 0 Ni znakov razkroja Na preizkušancu ni zaznavnih sprememb 1 Neznaten razkroj Na vzorcu so vidni znaki razkroja, vendar razkroj ni intenziven in je zelo prostorsko omejen: - Spremembe, ki se pokažejo predvsem kot sprememba barve ali zelo površinski razkroj, mehčanje lesa je najpogostejši kazalec, razkrojsega do 1 mm v globino. 2 Zmeren razkroj Jasne spremembe v zmernem obsegu: - Spremembe, ki se kažejo kot mehčanje lesa 1 mm do 3 mm globoko na 1 cm^ali večjem delu vzorca. 3 Močen razkroj Velike spremembe: - Izrazit razkroj lesa 3 mm do 5 mm globoko na velikem delu površine (večje od 20 cm^), ali mehčanje lesa globlje kot 10 mm na površini, večji od 1 cm^. 4 Propadanje Preizkušanec je močno razkrojen: - Obpadcuzvišine 0,5msezlomi. Nato na merilcu odčitamo globino prodora igle. Meritve prodora igle smo opravljali na treh vzporednih vzorcih za posamezno serijo. zagotovili popolno senčenje gumbka. Meritve smo beležili vsako uro in jih podali kot povprečne tedenske temperature oziroma zračne vlažnosti. 2.3 Spremljanje vlažnosti lesa 2.3 Moisture content measurements 3 Rezultati in razprava 3 Results and discussion Vzporedno smo na impregniranih in kontrolnih vzorcih smrekovine (45 mm x 45 mm x 500 mm) spremljali vlažnost lesa (Slika 1). V obdobju od 3. 7. 2007 do 26. 8. 2008 smo spremljali vlažnost lesa na dveh kontrolnih in dveh vzorcih, impregniranih z 10-odstotno vodno emulzijo voska montana (LGE). V obdobju od 27. 8. 2008 do 15. 6. 2010 pa smo spremljali vlažnost dveh kontrolnih in dveh vzorcev, zaščitenih z oksidiranim polietilenskim voskom (WE6). Impregnacija vzorcev in uravnovešanje sta potekala po enakem postopku kot pri vzorcih za dvoslojni test. Po uravnovešanju smo v sredini vzorca do polovice globine izvrtali luknjo premera 20 mm in vanjo vstavili H-gumbek 23 (Thermo Track, ProgresPlus). Luknjo smo zatesnili z lesenim čepom, zavitim v PVC folijo (Slika 2). Slika 2: H-gumbek 23 za merjenje temperature in zračne vlažnosti ter njegova namestitev v vzorec. Figure 2: H-button 23 for temperature and relative humidity measurement and its installation into wood samples. H-gumbek 23 omogoča merjenje in beleženje temperature V območju od -20 °C do + 85 °C ± 0,5 °C in zračne vlažnosti od O % do 100 % ± 0,1 %. Temperaturo in zračno vlažnost v vzorcu smo zabeležili vsako uro. Ko smo podatke prenesli v računalnik, smo s pomočjo enačbe 1 izračunali vlažnost lesa (EVANS 2004) in jih podali kot povprečne tedenske vlažnosti lesa. (1) MC=(5RH'-(589,1-0,76T)RH'+100(370,1-0,7T)RH-100(564,9-6,8T))10-' MC = vlažnost lesa v %, RH = relativna zračna vlažnost v %, in T = temperatura v °C Vzporedno smo s H-gumbkom merili zunanjo zračno vlažnost in temperaturo. Gumbek je bil nameščen na gredici pod vzorci, ki smo jim merili vlažnost (Slika 1). Tako smo V prvem delu smo preučevali življenjsko dobo vzorcev, impregniranih z emulzijami voskov in raztopino borove kisline. Mokri navzem zaščitnih sredstev na osnovi emulzij voskov je znašal za premazane vzorce 17,3 kg/ m^, za vakuumsko-tlačno impregnirane vzorce je bil po pričakovanju precej višji, in sicer med 100 kg/m^ (WE1) do 580 kg/m^ (LGE-A), najvišji navzem pa so imeli vzorci, impregnirani z raztopino borove kisline (c^ = 0,5 %) 661 kg/m^ (Preglednica 1). Iz rezultatov je razvidno, da na mokri navzem vpliva delež suhe snovi (voska) v emulziji. Glavni razlog za manjšo penetracijo emulzij z višjim deležem suhe snovi je, da so delci emulzije po informacijah proizvajalcev (ANONYMUS 2005) preveliki (100 ^m), da bi prodrli v celično steno. Voski na površini celičnih sten tvorijo oviro in tako zmanjšujejo tudi prodiranje vode v celične stene med impregnacijo. Podobne rezultate smo dobili tudi v eni izmed naših prejšnjih raziskav (LESAR / ZUPANČIČ / HUMAR 2008). Dodatek borove kisline k emulziji ni vplival na mokri navzem. Poleg mokrega navzema smo spremljali tudi suhi navzem, ki je v neposredni povezavi z mokrim navzemom in deležem suhe snovi posameznega pripravka. Najnižji suhi navzem voska je bil pri premazanih vzorcih (LGE P) (0,2 kg/m^), najvišji pa pri vzorcih impregniranih, z emulzijo oksidiranega polietilenskega voska (WE6) (18,2 kg/m^). Suhi navzem borove kisline je znašal med 3,3 kg/m^ (LGE-E-Ba) in 18,8 kg/m^ (Ba) (Preglednica 1). Visoki navzem borove kisline v vzorce, impregnirane le z raztopino borove kisline, je pričakovan, saj v pripravku ni bilo emulzije, ki bi ovirala prodiranje borove kisline v les. Kakorkoli, koncentracija borove kisline v lesu je zadostna za zaščito lesa pred najpomembnejšimi glivami razkrojevalkami. Predhodni eksperimentalni podatki so namreč potrdili, daje za zaščito lesa pred lesnimi glivami dovolj 0,8 kg borove kisline / m^ (LESAR / HUMAR 2009). Po drugi strani pa je treba upoštevati, da se borova kislina iz lesa izpira in s tem slabi tudi kakovost zaščite. V drugem delu raziskave smo uporabili različne kombinacije biocidnih pripravkov na osnovi bakra, za vsak pripravek smo izbrali po dva ciljna suha navzema. Dobljeni navzemi so se od ciljnih razlikovali za približno ± 25 %, razen pri vzorcih, impregniranih z EaBQ, ker je bil dejanski navzem manjši za 37 %. Razlike v pričakovanih in doseženih suhih navzemih so večinoma posledica nehomogene zgradbe lesa. Do podobnih nihanj prihaja tudi v praksi (RICHARDSON 1993). V celotnem obdobju izpostavitve vzorcev smo spremljali makro, lokalno in mikro klimatske podatke, ki vplivajonapogojeza razkroj lesa(preglednica5). Povprečna letna temperatura je bila med 10,5 °C (2006) in 11,1 °C (2007, 2009), povprečna relativna zračna vlažnost pa med 50,8 (2009) % in 72 % (2006). V letu 2010 so povprečna temperatura (8,5 °C), relativna zračna vlažnost (47 %) in količina padavin nekoliko nižje, ker je v povprečje zajeta le prva (hladnejša in bolj suha) polovica leta. Letna količina padavin znaša za preiskovano obdobje med 1195 mm in 1440 mm (Preglednica 5). Na življenjsko dobo lesa zunaj veliko bolj vpliva število deževnih dni kot količina padavin (BRISCHKE / BAYERBACH / RAPP 2006). Opazili smo, da zadnja leta število deževnih dni narašča, in sicer je bilo v letu 2006 takšnih 113 dni, v letu 2009 že 166, v prvi polovici leta 2010 pa kar 94 (Preglednica 5, Slika 3). V štirih letih in pol so bila samo tri suha obdobja daljša od dveh tednov (Slika 3). Les se v takšnih razmerah Preglednica 5: Povprečna letna temperatura, zračna vlažnost, letna količina padavin in število deževnih dni v posameznih letih izpostavitve vzorcev. Table 5: Average year temperature, relative air humidity, sum of year precipitation and number of rainy days in the years ofsamples exposure. Leto/ Year Povprečna temperatura / Average temperature (°C) Povprečna relativna zračna vlažnost / Average relative air humidity (%) Letna količina padavin / Sum of precipitation (mm) Število deževnih dni/ No. ofrainydays 2006 10,5 72,0 1440 113 2007 11,1 69,5 1195 136 2008 10,7 58,9 1411 153 2009 11,1 50,8 1405 166 2010* 8,5 47,0 675 94 '=l.l.do30.6.2010 1.1.2006 1.7.2006 1.1.2007 1.7.2007 1.1.2008 1.7.2008 Datum 1.1.2009 1.7.2009 1.1.2010 1.7.2010 Slika 3: Povprečno tedensko število deževnih dni in povprečna tedenska količina padavin v obdobju med 7. 4. 2006 in 15. 6. 2010. Figure 3: Average weekly number of rainy days and average weekly sum of precipitation in the period between 7. 4. 2006 andl5. 6. 2010. ne osuši in ima stalno vlažnost, ki jo glive potrebujejo za razkroj. Velik pomen imajo tudi lokalne klimatske razmere, kot je na primer izpostavljenost na soncu oziroma v senci. Večja količina padavin in večje število deževnih/snežnih dni pozimi imata manjši vpliv na razkroj kot spomladi, poleti in jeseni oziroma v obdobju, ko so temperature ugodne za razkroj (BRISCHKE et al. 2010). Primerjava meritev temperature in zračne vlažnosti pod dvoslojnim testom z meritvami na merilni postaji je pokazala, da se lokalna temperatura pod vzorci statistično ne razlikuje od temperature, izmerjene z vremensko postajo na Gozdarskem inštitutu. Manjše razlike se kažejo pri ekstremnih temperaturah, le-te so nekoliko manjše pod vzorci. Povprečna vlažnost zraka, izmerjena na merilnem mestu, je bila 59 %, pod vzorci pa kar 87 %. Znano je, da so v senci temperaturni ekstremi manjši, poleg tega se les počasneje suši, kar po drugi strani vodi k bolj intenzivnemu razkroju lesa (BRISCHKE / RAPP 2008b). Ugotovili smo, da so tudi temperature lesa manj ekstremne, vendar se le-te statistično ne razlikujejo od temperature zraka, izmerjene s H-gumbkom pod vzorci. Relativna zračna vlažnost, izmerjena v lesu, počasneje sledi vlažnosti zraka pod vzorci. Vzrok za to je počasno navlaževanje in sušenje lesa. To je razvidno iz izračunanih vlažnosti lesa, prikazanih na slikah 4 in 5. Vlažnost kontrolnih in impregniranih vzorcev smrekovine je v obdobju od julija 2007 do sredine junija 2010 znašala med 10 % in 28 % in je sledila zračni vlažnosti. Najvišja vlažnost (28 %) LGE, WE6 impregniranih in kontrolnih vzorcev je bila v vseh treh letih izpostavitve v zimskem obdobju približno od začetka novembra do začetka marca. V tem obdobju je bila zračna vlažnost najvišja in najbolj konstantna, povprečna temperatura je bila stalno pod 10 °C, v januarju in februarju vsa tri leta, nekaj tednov celo pod O °C. Izkazalo se je, da je vlažnost lesa v zimskem času nekoliko precenjena, saj pri vzporednem testu, kjer smo vlažnost lesa spremljali gravimetrično, nismo zaznali tako visoke vlažnosti lesa prek zime (HAFNER 2009). Spomladi, poleti in jeseni je vlažnost lesa bolj nihala. Nihanje je bilo posledica nihanja zračne vlažnosti in količine padavin. Vlažnost vzorcev, impregniranih z LGE emulzijo, je bila približno enaka vlažnosti kontrolnih vzorcev (Slika 4), medtem ko je pri vzorcih, impregniranih z WE6 emulzijo, opazen hidrofobni učinek. Impregnirani vzorci so dosegli za približno 2 odstotni točki nižjo vlažnost v določenem obdobju, medtem ko je bila dinamika navlaževanja in sušenja primerljiva tako za impregnirane kot tudi za kontrolne vzorce (Slika 5). Manjšo učinkovitost LGE emulzije v primerjavi z WE6 emulzijo pripisujemo nižjemu deležu suhe snovi v LGE emulziji in posledično manjšemu navzemu voska LGE (LESAR / HUMAR 2010). Pri impregnaciji s 50-odstotno emulzijo WE6 oksidiranega polietilenskega voska je prišlo do delne zapolnitve celičnih lumnov, medtem ko tega učinka z emulzijo LGE voska montana zaradi prenizkega deleža suhe snovi nismo dosegli (LESAR / ZUPANČIČ / HUMAR 2008). Glavni namen naše raziskave_je bil določiti življenjsko dobo zaščitenega lesa, izpostavljenega v tretjem razredu izpostavitve. Vzorci, zloženi v spodnji vrsti, so bili ne glede na tip impregnacije bolj vlažni in bolj razkrojeni kot vzorci v zgornji vrsti. Poleg tega se je pri vzorcih v spodnjem sloju razkroj pojavil prej. Na vseh vzorcih v zgornji vrsti je bila zgornja površina bolj ali manj degradirana zaradi delovanja UV-svetlobe ne glede na tip impregnacije. Površina je postala siva in vlaknasta zaradi razgradnje osnovnih komponent lesa (CHANG / HON / FEIST 1982; GRELIER / CASTELLAN / KAMDEM 2000; ZHANG / KAMDEM / TEMIZ 2009). Nobena izmed emulzij voskov ali bakrovih pripravkov ni preprečila ali upočasnila foto-degradacije lesa. Med ocenjevanjem nismo opazili, da bi bila foto- degradacija površine vzrok za razkroj. Veliko hitreje se je razkroj pojavil na mestih, kjer je zastajala voda oziroma so se vzorci težko sušili. Najbolj degradirano površino smo opazili pri pripravkih, impregniranih z vodno raztopino bakrovega(II) sulfata. Na površini je bilo opaziti več razpok, ki so potekale po letnicah. Očitno je kisla raztopina bakrovega(II) sulfata (pH 3,5) pospešila degradacijo površine. Po prvem, drugem in tretjem letu izpostavitve so bili najbolj razkrojeni kontrolni vzorci smrekovine 07 (kontrolni vzorci smrekovine, začetek izpostavitve 28. 5. 2007) in bukovine. Že po prvem letu izpostavitve smo na smrekovini 07 in bukovini na majhnem delu površine opazili prve znake razkroja (Preglednica 1). Skoraj na vseh vzorcih je bil viden micelij, na bukovini pa so bila poleg micelija še plodišča glive bele trohnobe pahljačice (Schizophyllum commune). V drugem in tretjem letu se je stopnja razkroja še povečevala. Tako so bili nekateri smrekovi 07 in bukovi vzorci že zelo močno razkrojeni (ocena 4) in so se zlomili že ob padcu z višine 0,5 m. Veliko bolj odporni so bili kontrolni vzorci smrekovine 06 (kontrolni vzorci smrekovine, začetek izpostavitve 7. 4. 2006). Po štirih letih so imeli povprečno oceno 2,8, kar je ena ocena nižje, kot je bila zabeležena pri vzorcih smrekovine 07. Vzorce smrekovine 08 (kontrolni vzorci smrekovine, začetek izpostavitve 19. 6. 2008), ki smo jih testirali leta 2008, so imeli po dveh letih veliko nižjo oceno (0,2) kot pa smrekovina 07 po enem letu testiranja (1,4). Vzorci hrastovine tudi po treh letih niso kazali znakov razkroja, razen enega vzorca, kije dobil oceno 1. Omenjeni vzorec je bil poleg slepih vzorcev (vzorci smrekovine slabše kakovosti , ki smo jih namestili med vzorce posameznih obdelav oziroma druge vrste lesa), ki so bili že po prvem letu močno razkrojeni. Vzorci macesnovine po dveh letih ne kažejo nikakršnega razkroja. Omenjene rezultate podpirajo tudi rezultati merjenja prodora igle Pilodyna v letu 2010. Igla Pilodyna je po treh letih testiranja prodrla skozi celotno debelino (25 mm) vzorcev smrekovine 07 in bukovine, medtem ko je v vzorce smrekovina 08 prodrla 19,3 mm, v vzorce macesnovine pa le 13,3 mm (Preglednica 1). Tako majhna globina prodora igle v macesnovino ni presenetljiva, saj na globino prodora vplivajo gostota lesa in smer prodora igle (tangencialna ali radialna) ter stopnja razkroja lesa. Vpliv razkroja je veliko večji, kot je vpliv gostote ali orientacije lesnih vlaken. Iz rezultatov je razvidno, da so vzorci smrekovine 07 v našem podnebnem pasu slabše odporni od bukovine, čeprav standard SIST EN 350-2 (1994) navaja ravno obratno. Slabše odporni so bili tudi od smrekovine 06 in smrekovine 08. Predvidevamo, da je vzrok za slabšo odpornost vzorcev smrekovine 07 tudi slabša kakovost lesa. Omenjeni vzorci so imeli zelo široke branike z velikim deležem ranega lesa in povprečno gostoto 477 kg/m^ (u = 10 %), medtem ko je bila gostota vzorcev z začetkom izpostavitve leta 2006 493 kg/m^. Iz literature ni znanih podatkov o vplivu gostote na naravno odpornost smrekovine. Za macesen poročajo, da gostota nima vpliva na odpornost (VIITANEN et al. 1997), za hrastovino pa velja, da višja gostota pomeni bolj odporen les (HUMAR et al. 2008). V letu 2007 in 2008 smo izpostavili naravnemu staranju vzorce, zaščitene z različnimi emulzijami voskov. Ti vzorci so bili nekoliko manj razkrojeni kot kontrolni vzorci. Po prvem letu so imeli vzorci povprečne ocene od O (LGE-P) do 0,4 (LGE-A), v drugem letu so bile razlike večje od 0,1 (LGE-P) do 2,1 (LGE-C) in v tretjem letu od 1 (LGE-P) do 3 (LGE-C) (Preglednica 1). Rezultati kažejo, da vakuumsko tlačna impregnacija z emulzijami voska montana (LGE) koncentracij od 0,12 % do 1,17 % ne izboljšuje odpornosti oziroma ne vpliva na življenjsko dobo vzorcev. Premazovanje z emulzijo (LGE-P) povečuje odpornost, saj se šele po drugem letu kažejo prvi znaki razkroja. Vzorci, impregnirani z višjimi koncentracijami voskov (LGE-D, LGE-E, WE1 in WE6), ki smo jih izpostavili leto kasneje (2008), kažejo nekoliko večjo odpornost. Pri teh vzorcih po drugem letu še ni vidnih znakov razkroja razen na enem vzorcu LGE-D. Vendar pa so bili ti vzorci naravnim dejavnikom izpostavljeni premalo časa, da bi lahko zaključili oziroma napovedali življenjsko dobo tako obdelanega lesa. Vzorci, impregnirani z raztopino borove kisline (Ba), kažejo prve znake razkroja po treh letih izpostavitve. Njena učinkovitost je v kombinaciji z emulzijo LGE manjša. Po treh letih razkroja so bile na polovici vzorcev manjše poškodbe do globine 1 mm, na drugi polovici vzorcev pa so poškodbe bile že večje od 1 cm^ in globoke od 1 mm do 3 mm. Vzorci LGE-D-Ba, ki so bili izpostavljeni testiranju samo dve leti, še ne kažejo nikakršnih poškodb. Rezultate te raziskave potrjujejo tudi laboratorijski testi fungicidnih lastnosti emulzij voskov (LESAR / KRALJ / HUMAR 2009). Ugotovili smo, da borova kislina povečuje odpornost, vendar se njen učinek skozi leta zmanjšuje. Glavni vzrok za to je izpiranje bora iz lesa (LLOYD 1998; OBANDA / SHUPE / BARNES 2008; HUMAR / LESAR 2008). Zaradi slabše odpornosti predvidevamo, da je bilo največje izpiranje bora pri vzorcih, impregniranih z emulzijo LGE-C-Ba, kljub temu da je bilo v laboratoriju izpiranje bora manjše v kombinaciji z voskom montana kot brez voska (LESAR / KRALJ / HUMAR 2009). Predvidevamo, daje vzrok zato film voska montana na površini vzorca, skozi katerega je bor med impregnacijo veliko težje prodiral v les in gaje tako veliko ostalo pod površino, od koder se je zato hitreje izpral. I DC 100 - 80 - 60 - ■S 40 - (D E (D 20 - O - LGE Kontrola Temperatura Relativna zračna vlažnost - 40 - 30 - 20 - 10 1.8. 2007 1.12.2007 1.4.2008 Datum 1.8. 2008 CO o C >N CO Slika 4: Vlažnost kontrolnih vzorcev in vzorcev smrekovine, impregnirane z emulzijo LGE voska montana, izpostavljenih terenskemu testiranju od 9. 7. 2007 do 26. 8. 2008. Figure 4: Moisture content of control and LGE montan wax treated samples exposed outdoor ^from 9. 7. 2007 to 26. 8. 2008. 100 - Cp 80 - X o 60 - ro i— ro i—