Vodou riediteľné nátery na drevo s vysokým podielom pevných látok

Výrobcovia náterových látok už dlhý čas vyvíjajú čoraz lepšie náterové materiály na drevo. To je možné len vďaka nasmerovaniu dostatočných finančných prostriedkov do výskumu a programov testovania. Tie sa realizujú na objasnenie základných mechanizmov a hlavných faktorov, ktoré ovplyvňujú proces rozpadu dreva, vrátane procesov absorpcie a desorpcie vlhkosti, pôsobením teplotných rozdielov, UV žiarenia a húb či hmyzu.

Pokiaľ ide o nátery na drevo, je nutné nájsť rovnováhu medzi látkami, ktoré ovplyvňujú účinnosť výrobkov a látkami, ktoré sú zdraviu neškodné. V prípade biocídnych prípravkov sa postupne zakazovalo použitie zdraviu škodlivých látok a látok negatívne ovplyvňujúcich životné prostredie. Vo väčšine prípadov oprávnene. Ortuť, PCP (phencyclidine – fencyklidín, známy ako anjelský prášok), Lindane, TBTN/TBTO (tributylcín-naftenát/bis-butylcín-oxid) a dokonca aj CCA (chromátovaný arzeničnan medi), ktorý sa používal na tlakové ošetrenie dreva, sa nahrádzajú prijateľnejšími alternatívami.

V súčasnosti pripravovanou smernicou o biocídnych prípravkoch sa má portfólio biocídnych prípravkov ešte viac obmedziť. Výrobcovia sú tak nútení vyvíjať nové nátery s povoleným zložením pri zachovaní pôvodného účinku. Zároveň sa neustále vyvíja tlak aj na zákaz používania štandardných zložiek náterových materiálov, ako sú riedidlá alebo VOC (organické prchavé látky) vo všeobecnosti.

V prípade architektonických/dekoratívnych náterov je jedným z dlhoročných cieľov znížiť úroveň vystavenia užívateľov organickým riedidlám – takzvaný syndróm OPS alebo, inak povedané, poruchy vyvolané užívaním organických riedidiel.

Zavedením programu bezpečnosti práce a životného prostredia (EHSC) vyplývajúceho zo smernice o nebezpečných látkach sú výrobcovia nútení ďalej znižovať obsah aromatických uhľovodíkov vo farbách riediteľných lakovým benzínom. Súhlas EÚ so smernicou týkajúcou sa VOC viedol k ďalším reštrikciám obsahu VOC v dekoratívnych farbách a farbách používaných v autolakovníctve.

Nové spôsoby konečnej úpravy dreva
Ako možno znížiť obsah organických riedidiel obsiahnutých v náteroch na drevo? Jednu z alternatív predstavuje výroba vodou riediteľných farieb (WB). Vodou riediteľné nátery na drevo si získali obľubu najmä v severských krajinách a v Spojenom kráľovstve. Obľube sa tešia predovšetkým nepriehľadné moridlá založené na báze akrylátovej disperzie a alkydovej emulzie. Akrylátové disperzie a alkydové emulzie umožňujú zmenu farieb z tmavších na svetlejšie odtiene.

Ďalšou stratégiou je zvýšenie obsahu pevných látok v produktoch riediteľných lakovým benzínom. Vďaka tomu sa znižuje podiel VOC. Nátery s vysokým obsahom pevných látok (až 75 %) umožňuje vyvíjať technológia založená na báze živice s vysokým obsahom pevných látok (HS technológia). V tradičných produktoch je podiel pevných látok na úrovni 30 až 50 %.

Inovatívna technológia hybridného spojiva (WBHS)
Vodou riediteľné nátery (WB) sa zakladajú na disperzii polymérov rozličného druhu ako napríklad akryláty, styrén-akryláty, vinyl acetát alebo polyméry tlaku (pressure polymers). Základný koncept technológie hybridného spojiva (WBHS – technológia vysokého podielu pevných látok na vodnej báze) spočíva v použití vody na dosiahnutie disperzie polymérov za účelom emulgácie druhotnej živice. Tým sa získa hybridné spojivo so zvýšeným obsahom pevných látok (obsahujúce menej vody). Ak sa však zvýši obsah pevných látok neúmerne, dochádza zvyčajne k zvýšeniu viskozity na úroveň, pri ktorej sú produkty už neaplikovateľné. Je preto dôležitá správna voľba optimálneho pomeru živice a distribúcie veľkosti častíc.

Technológia WB umožňuje vytvárať rozdielnu štruktúru kvapalnej fázy (obr. 1), čo ovplyvňuje morfológiu, a teda aj vlastnosti náterového filmu. V prípade všetkých WB náterov je dôležité kontrolovať vzájomný podiel fyzického sušenia a uvoľňovania vody. Na základe experimentu sa preukázalo, že vzorka na akrylátovej báze vykazovala vysokú hladinu odparovania vody a vzorka na báze alkydovej emulzie nízku hladinu. Na druhej strane sa ukazuje, že hybridné živice sa môžu do určitej miery navrhnúť na požadovanú hodnotu odparovania.

Najdôležitejšie sú však vlastnosti suchého náterového filmu. Je nutné zvoliť vhodnú kombináciu živíc, ktorou by sa zabezpečila vysoká úroveň odolnosti náterového filmu proti degradácii spôsobenej UV žiarením. Film musí byť dostatočne flexibilný, aby umožňoval rozpínanie alebo zmrašťovanie dreveného podkladu, a to bez toho, aby dochádzalo k jeho praskaniu alebo odlupovaniu (predovšetkým ak sa použije na nestabilné podklady). Zároveň je dôležité nájsť živicový systém s vysokou schopnosťou penetrácie do podkladu, aby sa zabezpečila adhézia a blokovanie prieniku vody.

Niektoré vhodné kombinácie vidieť na obr. 2 a 3. Ide však len o veľmi univerzálny koncept, ktorým možno dosiahnuť špecifické vlastnosti.

Obr. 2 Morfológia modelovaného suchého filmu

Obr. 3 Transmisná elektrónová mikroskopia znázorňujúca modelové štruktúry suchého filmu

WBHS nátery na drevo na použitie v exteriéri
Použitím technológie WBHS možno eliminovať množstvo obmedzení, pokiaľ ide o vlastnosti vodou riediteľných produktov a produktov na báze riedidla s obsahom tuhých látok (SBHS).

V porovnaní s tradičnými vodou riediteľnými nátermi, nátery založené na WBHS technológii majú predĺžený čas zavädnutia, penetrujú hlboko do podkladu, majú zlepšenú priľnavosť (samonanášacie), sú charakteristické obmedzenou schopnosťou tvorby zrniek, lepšou štruktúrou (nutný menší počet náterov), jednovrstvovým krytím absorpčných miest (nepriehľadné nátery), obmedzenou absorpciou vody, nižšou termoplasticitou/zachytávaním nečistôt. V porovnaní s nátermi na báze organických rozpúšťadiel s obsahom tuhých látok rýchlejšie schnú, sú odolnejšie, majú obmedzené žltnutie, zachovávajú si lesk, sú odolnejšie proti vonkajším vplyvom a obsahujú veľmi málo prchavých látok.

Vlastnosti WBHS produktov sa líšia nielen v závislosti od zvoleného druhu hybridnej živice, ale aj od parametrov vývoja.

Aplikačné vlastnosti
Uplatnením WBHS technológie možno získať široké spektrum výrobkov od vodových moridiel až po tixotropné nátery na vysoké zaťaženie, ktoré umožňujú aplikáciu 100 µm suchého filmu na náter. Týmto spôsobom možno vytvoriť jednovrstvové krytie aj na povrchoch, v prípade ktorých nie je možné štandardné nátery použiť.

Penetrácia
Schopnosť vodou riediteľných náterov prenikať do dreva je v porovnaní s nátermi na báze riedidiel nižšia. Ide o nevýhodu, pretože nevhodná mokrá alebo suchá adhézia môže viesť k predčasnému odlupovaniu náteru alebo k porušeniu povrchu pôsobením vonkajších faktorov.

Z hľadiska ochrany dreva proti UV žiareniu a vode je schopnosť náteru penetrovať do dreva nezanedbateľná. Veľká časť slnečného žiarenia totiž preniká do nenatretého dreva do hĺbky v rozpätí 75 až 100 µm a spôsobuje degradáciu lignínu. Tomuto procesu možno zabrániť, ak sa ako prvý aplikuje náter obsahujúci absorbéry UV žiarenia a svetelné stabilizátory založené na princípe tienenia amínov (zložky HALS – hindered amine light stabiliser), v rátane biocídnych prípravkov, ktorými sa drevo chráni proti hubám a hmyzu. Preniknutím náteru do dreva dochádza zároveň k vyplneniu častí dreva, ktoré by (napríklad v prípade menej trvanlivého smrekového dreva) absorbovali inak vodu. Tým sa dosahuje väčšia rozmerová stabilita dreva.

Veľmi dobrý prienik do ihličnatého dreva s hĺbkou penetrácie v rozpätí od 150 až do 200 µm umožňujú nátery na báze riedidla s obsahom tuhých látok.

Podobné vlastnosti vykazujú aj nátery na báze WBHS. Pri nanesení náteru na borovicové drevo sa preukázal prienik do hĺbky 180 µm. Porovnateľnú hĺbku penetrácie možno dosiahnuť WB moridlami (zvyčajne s obsahom tuhých látok menej ako 10 %). V prípade produktov WBHS však obsah pevných látok prekračuje hodnotu 50 %, vďaka čomu je drevo navyše chránené proti prenikaniu vody. Voda preniká do dreva v množstve od 45 do 50 g/m2. To predstavu­je menej ako jednu tretinu limitu 175 g/m2, určeného na zatriedenie dreva do kategórie prvotriedne. Ide o porovnateľné hodnoty, ktoré dosahujú vysoko kvalitné produkty na báze organických riedidiel.

Priepustnosť vodných pár
Riziko zachytenia vody vo vnútri dreva možno znížiť otvorenou transmisiou vodných pár. V prípade menej trvanlivých druhov dreva ako sú napríklad smrek alebo borovica je udržanie hladiny vlhkosti pod hranicou 18 až 20 % zásadné. Ide o spodnú hranicu na rozvinutie hniloby spôsobovanej hubou z triedy Basidiomycestes.

Testy troch vzoriek nepriehľadného WBHS moridla realizované v súlade s EN ISO 7783-1 preukázali pri hrúbke suchého filmu 100 µm priepustnosť vodných pár v rozpätí od 3,3 do 3,7. Ide o hodnoty porovnateľné s hodnotami, ktoré možno dosiahnuť použitím vysoko kvalitných náterov na fasády. Nátery na báze organických rozpúšťadiel dosahujú hodnoty nad 10,0.

Poškodenie dreva plesňami a hubami
V ostatnom období predstavuje poškodenie povrchu dreva vystaveného vonkajším vplyvom čoraz väčší problém. Konkrétna príčina nebola doposiaľ určená, ale za bežné príčiny sa považujú globálne otepľovanie, priemyselné znečistenie nadmerným používaním prírodných hnojív, výskyt nových druhov húb a nedostatok produktov obsahujúcich v minulosti používané biocídne látky PCP alebo zlúčeniny ortuti. V prevažnej miere ide o bodové poškodenie, náterový film ako taký je spravidla v dobrom stave. Nátery na báze organických riedidiel sú schopné odolávať pôsobeniu plesní a húb priemerne počas 12 mesiacov. Nátery na báze technológie WBHS si aj po 12 mesiacoch zachovávajú svoje vlastnosti.

Záver
Uplatnením technológie WBHS na báze hybridných živíc na výrobu náterov na drevo možno dosiahnuť nátery s porovnateľnými vlastnosťami náterov na báze organických rozpúšťadiel, pri akceptovaní požiadavky na ekologickú neškodnosť.

TEXT: Ing. Miroslava Plánková
FOTO: Akzo Nobel Coating

Ing. Miroslava Plánková je marketingovou manažérkou pre Česko a Slovensko v spoločnosti AkzoNobel Coating.cz, a. s.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.