Raziskovalni projekti

Povzetek projekta:

Silikatni premazi so izdelki, ki kot veziva uporabljajo spojine alkalijskih kovin ali alkilsilikate. Že dolgo se uporabljajo za mineralne podlage (kamni ali beton) in za zaščito pred korozijo železa in jekla. Dokazano je, da zagotavljajo visoko vzdržljivost, odpornost proti UV-žarkom, visoko prepustnost za vodno paro, odpornost proti obrabi in gorenju, odpornost proti glivam in jih je mogoče enostavno obnoviti. So zelo konkurenčni običajnim premazom na osnovi organskih veziv za mineralne podlage (približno 10-15% trga arhitekturnih premazov v EU temelji na silikatnih emulzijskih barvah). Alkalijsko-kovinski silikati so izdelani iz naravnih mineralnih spojin in imajo manjši vpliv na okolje. Druge glavne sestavine silikatnih prevlek, kot so polnila (kalcijev karbonat, smukec) ali pigmenti (TiO2, Fe oksidi), so prav tako naravnega izvora in okolju prijazne. Glavni kritični točki silikatnih premazov za les so oprijem in obstojnost sloja premaza na lesu. Les je dimenzijsko manj stabilen od stabilnosti tradicionalnih mineralnih podlag, zato mora trajni silikatni premaz za les izpolnjevati kompromis med oprijemom, prepustnostjo za tekočo vodo in vodno paro ter njegovo fleksibilnostjo. To je bistveno za prilagajanje napetostim, ki nastajajo na površinah, ko les nabreka in se skrči, da preprečimo nastanek razpok in odstopanje premaza. Slaba filmotvorna sposobnost silikatnih plasti in poroznost, ki omogočata prepustnost za vodo, je lahko pomanjkljivost za uporabo na lesenih podlagah. Zato je ta raziskovalni projekt osredotočen na razvoj formulacij silikatnih premazov za les z dobro oprijemnostjo trajnostjo. Ti premazni sistemi ponujajo različne možnosti modifikacije, vključno z razmerjem med silicijevim dioksidom in spojinami alkalijskih kovin (modul) silikatnih veziv, dodatki za boljšo prožnost in oprijem, kot so organosilani, smole in snovi za zmanjšanje poroznosti (nano-gline). Za izboljšanje oprijema in stabilnosti premazov pa  je lahko tudi koristna tudi mineralizacija površine lesa .

Raziskovalno delo je razdeljeno v štiri delovne skupine:

WP1: Oprijemnost in trajnost K silikatnih premazov za les

WP2: Oprijemnost in trajnost hibridnih silikatnih lesnih premazov

WP3: vpliv predobdelave lesa z mmineralizacijo

WP4: možnosti Na silikatov kot veziv v silikatnih lesnih premazov

OBJAVLJENI ČLANKI

CHEUMANI-YONA, Arnaud Maxime, ŽIGON, Jure, DAHLE, Sebastian, PETRIČ, Marko. Study of the adhesion of silicate-based coating formulations on a wood substrate. Coatings. 2021, vol. 11, iss. 1, str. 1-15, ilustr. ISSN 2079-6412. https://www.mdpi.com/2079-6412/11/1/61. [COBISS.SI-ID 46144771], [JCR, SNIP]

Povzetek

Silikatni premazi so okolju prijazni anorganski izdelki, ki jih že dolgo uporabljajo za mineralne podlage in zaščito jekla pred korozijo. Razvoj in vpeljava teh premazov v lesni sektor zahtevata nekatere prilagoditve v formulacijah ali posebno pripravo površine, ki jo je treba površinsko obdelati, da dobimo premaze z veliko trajnostjo. V tem delu je bila ocenjena adhezija različnih formulacij na osnovi silikata na podlago iz bukovega lesa (Fagus sylvatica L.), z glavnim ciljem preučiti ustrezne parametre in potencialne izboljšave. Moč oprijema je bila določena z odvlečnimi in navzkrižnimi preskusi. Določene so bile tudi druge lastnosti premaza, kot so odpornost proti razenju, udarcem in vodoodpornost. Hrapavost površine in vmesno fazo smo analizirali s konfokalno lasersko vrstično mikroskopijo (CLSM) in vrstično elektronsko mikroskopijo (SEM), utrjevanje premaza pa smo preučevali z infrardečo spektroskopijo (ATR FTIR). Rezultati so pokazali, da je oprijemna trdnost močno odvisna od sestave premaza, prodiranja premazov v les in mehanskega sidranja. Povečanje vsebnosti trdnih delcev v premaznih formulacijah ali dodajanje poliola (glicerol, ksiloza), ki je verjetno deloval kot koalescent, sta znatno zmanjšala oprijemno trdnost, verjetno z zaviranjem penetracije v les zaradi tvorbe agregatov. Adhezija se je izboljšala s predhodno mineralizacijo površine, nadomestitev dela veziva kalijevega silikata s kalijevim metil silikonatom pa je zmanjšala nastanek razpok, ki so nastale zaradi dimenzijske nestabilnosti lesa.

Ključne besede: premaz; silikat; vodno steklo; les; kalijev metil silikonat; oprijem

CHEUMANI-YONA, Arnaud Maxime, ŽIGON, Jure, PAVLIČ, Matjaž, PETRIČ, Marko. Potentials of silicate-based formulations for wood protection and improvement of mechanical properties : a review. Wood Science and Technology. 2021, vol. 55, iss. <v tisku>, str. 1-32, ilustr. ISSN 0043-7719. https://link.springer.com/article/10.1007/s00226-021-01290-w, DOI:10.1007/s00226-021-01290-w. [COBISS.SI-ID 62099971], [JCR, SNIP]

Povzetek

Sistemi silicijevega dioksida ali prekurzorji le-tega so zanimivi za zaščito lesa pred biotskimi in abiotskimi poškodbami ter izboljšanje požarne odpornosti. V ta namen so na voljo raztopine alkalijskih silikatov, znane tudi kot vodna stekla, koloidni silicijev dioksid (disperzije nano silicijevega dioksida) in drugi anorgansko-organski hibridi, ki jih tvorimo s sol-gel načinom iz alkoksisilanov. Omenjene kemikalije vedno pogosteje uporabljamo v pripravkih za obdelavo lesa oz. za površinske premaze. Ta pregledni članek poglobljeno obravnava obdelavo lesa s potapljanjem, namakanjem ali vakuumsko-tlačno impregnacijo. Obravnavane so tehnike, ki se uporabljajo za pretvorbo monomerov in nizko molekularnih vrst silikatov v vodnih steklih v manj topne delce silicijevega dioksida, odporne proti izpiranju, kot so toplotna obdelava, obdelava s kislinami in reakcije s solmi večvalentnih kovinskih kationov. Poudarjene so podobnosti in razlike med različnimi materiali za impregnacijo in lastnostmi končnih izdelkov. Vodna stekla po ustreznem utrjevanju ter pripravki na osnovi koloidnega silicijevega dioksida in tetraalkoksisilana vodijo do odlaganja delcev silicijevega dioksida (SiO2) na površino celičnih sten, v lumne in pore. Organosilani z nizko molekulsko maso in druge organo modificirane formulacije, ki lahko prodrejo v stene lesnih celic in reagirajo z lesnimi komponentami, so dobri dimenzijski stabilizatorji. Obdelan les ima na splošno boljše mehanske lastnosti (trdnost, trdoto) in izboljšano odpornost proti bio-razgradnji ter protipožarno učinkovitost. Učinkovitost obdelav je mogoče znatno povečati na raven, ki izpolnjuje zahteve za industrijsko uporabo, z dodajanjem biocidov, UV absorberjev ali antioksidantov, ognjevarnih spojin (spojine na osnovi bora ali fosforja, večvalentne kovinske soli) in hidrofobnih alkilalkoksisilanov. Silicijev dioksid deluje kot ovira / podpora številnim od teh dodatkov in preprečuje njihovo izpiranje.

Ključne besede: koloidni silicijev dioksid, požarna odpornost, impregnacija, vodno steklo, les