ÚSTAV NÁBYTKU, DESIGNU A BYDLENÍ

Transkript

1 MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ LESNICKÁ A DŘEVAŘSKÁ FAKULTA ÚSTAV NÁBYTKU, DESIGNU A BYDLENÍ VLIV TECHNOLOGIE, KOMPOZITNÍCH MATERIÁLŮ A POVRCHOVÉ ÚPRAVY NA EMISE VOC EMITOVANÉ NÁBYTKEM DISERTAČNÍ PRÁCE 2007/2008 ING. PETR ČECH

2 Prohlašuji, že jsem disertační práci na téma: Vliv technologie, kompozitních materiálů a povrchové úpravy na emise VOC emitované nábytkem zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje disertační práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendlovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MZLU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díla s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:

3 Práce vychází z výsledků řešeného výzkumného záměru MSM Les s dřevo-podpora funkčně integrovaného lesního hospodářství, využívání dřeva jako obnovitelné suroviny financováno Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy. Poděkování Mé poděkování patří zejména mé školitelce paní Doc. Ing. Daniele Tesařové, Ph.D., za odborné vedení a cenné rady. Dále bych chtěl poděkovat panu Ing. Karlu Krontorádovi CSc., z firmy LIGNOR centrum s.r.o. za cenné rady a pomoc při přípravě zkušebních vzorků, panu Ing. Petru Hlaváčkovi z firmy LEAR, a.s. za pomoc při přípravě zkušebních vzorků lepidel a paní Květoslavě Tobiášové za pomoc při realizaci některých zkoušek. 3

4 Petr Čech Název: Vliv technologie, kompozitních materiálů a povrchové úpravy na emise VOC emitované nábytkem Abstrakt Disertační práce je zaměřena na vliv použité technologie, kompozitních materiálů a suchého způsobu povrchové úpravy, který je proveden technologií oplášťování pomocí impregnované fólie na bázi papíru, na množství emisí VOC. Pozornost je zaměřena především na vliv uvedených faktorů, na množství okamžitých a dlouhodobých emisí těkavých organických sloučenin VOCs (Volatile organic compounds), emitovanými nábytkovými dílci. Množství emisí z nábytkových dílců v různé fázi přípravy včetně povrchové úpravy provedené oplášťováním impregnované fólie na bázi papíru, bylo sledováno v časovém intervalu jednoho měsíce při měření 24, 72 a 672 hodin od okamžiku jejich přípravy nebo provedení povrchové úpravy. Pro přípravu nábytkových dílců byla použita středně hustá vláknitá deska MDF, povrchově dokončená impregnovanou dekorační fólií. Pro porovnání obou způsobů dokončení nábytkových dílců (oplášťování a dokončení nátěrovými hmotami), bylo kromě MDF desky dále použito lisované dřevo, jako další nosný podklad nábytkového dílce, který byl oplášťován podkladovou impregnovanou fólií na bázi papíru a následně dokončen nátěrovou hmotou. Z lepících směsí byly testovány tavná lepidla, močovinoformaldehydová, disperzní PVAC a rozpouštědlová kaučuková lepidla. Výsledkem je stanovení závislosti uvedených faktorů a porovnání povrchové úpravy oplášťováním a nanášením nátěrových hmot na kvantitativní a kvalitativní složení emisí VOCs. Cílem je také posouzení vlivu povrchové úpravy nábytkové dílce z hlediska fyzikálně-mechanických vlastností použitého způsobu dokončení. Klíčová slova: Oplášťování, impregnovaná fólie na bázi papíru, MDF, lepidlo, emise VOCs, GC/MS, nábytkový dílec 4

5 Petr Čech Title: The influence of technology, composite materials and finishing technique on VOC emissions emitted by furniture Abstract This Ph.D. thesis focuses on the influence of used technology, composite materials and dry finishing technique (made by coating technology with a use of resin impregnated paper) on VOC (volatile organic compounds) emissions emitted from furniture. An attention of this thesis is especially put on mentioned factors and on quantity of instant and long-term VOCs emissions emitted from furniture components. The amount of emissions from furniture components, in different phases of the preparation including the resin impregnated paper coating finish, was monitored within the time intervals of 24, 72 and 672 hours starting after the time of the finis preparation. The MDF (medium density fibreboard) coated by resin impregnated paper was used for the furniture components production. A compressed wood was used as a second material of furniture components. This alternative material was covered by resin impregnated paper and than sequentially finished by regular coat of finish. Hot meld, urea formaldehyde, polyvinyl acetate and solvent caoutchouc adhesives were tested from adhesive compounds. A relation of mentioned factors and comparison of wrapping and liquid finishing technique on quantitative and qualitative composition of VOCs is the result of this Ph.D. thesis. The examination of physical and mechanical properties of all tested finish coats is the goal of this work as well. Keywords: coating technique, resin impregnated paper, MDF, adhesive, VOCs emissions, GC/MS, furniture component 5

6 OBSAH ÚVOD...12 CÍL PRÁCE...14 TEORETICKÁ ČÁST...15 Historie bydlení a VOC látek...15 Současná situace Ekologické aspekty povrchové úpravy nábytkových ploch suchým způsobem Organické těkavé látky VOC Organické těkavé látky v exteriéru Organické těkavé látky v interiéru Rozdělení VOC Zdroje VOC v interiéru Vliv vnějšího ovzduší Stavební materiály a vnitřní vybavení VOC a nábytek Aktivity obyvatel Kouření Legislativa v ochraně ovzduší Organické těkavé sloučeniny a legislativa v ČR Vnitřní prostředí Limitní koncentrace chemických ukazatelů ve vnitřním prostředí staveb Charakteristika analyzovaných organických těkavých látek Pracovní prostředí Hygienické limity látek v ovzduší pracovišť Účinek VOC látek na lidský organismus Onemocnění vyvolané obytným prostředím Syndrom nemocných budov Vliv toxických látek na lidský organismus Působení chemických látek na lidské zdraví Rozpouštědla z pohledů účinku na lidský organismus Lepidla Charakteristika lepení

7 2.2 Vlastnosti lepidel Soudržnost a přilnavost Smáčitelnost povrchu Povrchové napětí Tvorba lepidlového filmu Přehled vlastností dřeva jako lepeného materiálu Složení lepidel Vlastnosti lepených spojů Syntetická lepidla Močovinoformaldehydová lepidla Polyvinylacetátová lepidla Kaučuková lepidla Tavná kaučuková lepidla Roztoková lepidla z termoplastických kaučuků Používaná lepidla pro technologii oplášťování Tavná lepidla používaná pro oplášťování profilů z materiálů na bázi dřeva Vlastnosti tavných lepidel vhodných pro oplášťování nábytkových dílců Nevýhody použití tavných lepidel pro oplášťování nábytkových dílců Druhy nanášení lepidla Nábytkové dílce povrchově dokončené oplášťováním pomocí dekorační fólie na bázi papíru Povrchová úprava oplášťováním Výhody oplášťování Dokončování nábytkových dílců oplášťováním Požadavky na fyzikálně-mechanické, estetické a ekologické vlastnosti povrchových úprav Požadavky na povrchovou úpravu oplášťováním Podkladové materiály používané pro výrobu nábytkových dílců, povrchově dokončených oplášťováním Středně hustá dřevovláknitá deska MDF Lisované dřevo Oplášťovací dekorační materiály Použití fólií ve výrobě nábytku a jejich rozdělení

8 Impregnované fólie na bázi papíru Užitkové vlastnosti fólií na bázi papíru Technologie oplášťování nábytkových dílců Ověřované materiály pro experimentální část Příprava zkušebních vzorků Použité materiály, metodiky a zařízení Použité materiály Podkladový materiál Tvarový profil nábytkového dílce Dekorativní materiál Lepidla Tavná lepidla Vodou ředitelná lepidla Rozpouštědlová lepidla Močovinoformaldehydová lepidla Nátěrové hmoty Použité přístroje a zařízení Zařízení pro odběr emisí VOCs Zařízení pro odběr vzorků emisí VOCs Zařízení pro analyzování odebraných vzorků emisí VOCs Zařízení pro měření teploty a vlhkosti Zařízení pro přípravu zkušebních vzorků Zařízení pro stanovení emisí VOCs z jednotlivých druhů lepidel Zařízení pro stanovení fyzikálně-mechanických vlastností povrchové úpravy Použité metodiky Metodika kvantitativního a kvalitativního stanovení emisí VOCs Metodika odběru vzorků vzduchu naneseného lepidla na inertní podklad Charakteristika plynové chromatografie Charakteristika hmotnostní spektrometrie Použité metody analýz na GC/MS a jejich parametry Metodika vyhodnocování chemických analýz, prováděných na GC/MS.97 8

9 5.3.4 Statistické vyhodnocení naměřených výsledků Stanovení fyzikálně-mechanických vlastností povrchové úpravy oplášťováním fólie na bázi papíru Osnova průběhu měření disertační práce Orientace disertační práce Výsledky Předkomorové blanky Výsledky stanovení emisí VOC emitované jednotlivými komponenty, určených k použití technologie oplášťování nábytkových dílců Stanovení emisí VOC emitovaných podkladovými materiály Výsledky měření emisí VOC impregnovaných dekoračních fólií na bázi papíru Výsledky stanovení emisí VOC uvolňovaných z jednotlivých lepidel Emise VOCs těkající z MDF oplášťované dekorační fólií na bázi papíru Emise VOC emitované z lepidel, použitých při oplášťování profilů z MDF desky impregnovanou fólií na bázi papíru Výsledky stanovení emisí VOC emitované MDF oplášťovanou impregnovanou fólií na bázi papíru z hledisku poklesu emisí v čase Výsledky stanovení vlivu lepidel, různé pojivové báze na množství emisí VOC emitovaných MDF oplášťovanou impregnovanou fólií na bázi papíru Stanovení emisí VOC nábytkového dílce dokončeného oplášťováním impregnované fólie na bázi papíru a nátěrovým systémem z hlediska množství emisí VOC Stanovení emisí VOC v pracovním prostředí Výsledky stanovení fyzikálně-mechanických vlastností povrchové úpravy oplášťováním fólie na bázi papíru Stanovení přilnavosti povrchové úpravy mřížkovou zkouškou dle ČSN ISO Stanovení povrchové tvrdosti tužkami dle ČSN Stanovení přilnavosti podkladu odtahovou zkouškou dle ČSN EN Stanovení odolnosti povrchové úpravy vůči studeným kapalinám dle ČSN EN

10 7.9.5 Stanovení odolnosti povrchu proti působení vlhkého tepla dle ČSN EN Stanovení odolnosti povrchu proti působení vlhkého tepla dle ČSN EN Stanovení odolnosti proti poškrábání dle ČSN EN Stanovení stupně lesku povrchu dle ČSN EN Stanovení světlostálosti fólie na bázi papíru, ozařované umělým světlem za použití přístroje Q-SUN Xe-1 dle ČSN EN ISO DISKUSE A VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ Statistické vyhodnocení Statistické vyhodnocení předkomorových blanků Regulační diagramy předkomorových blanků Vyhodnocení emisí VOC emitovaných MDF oplášťovanou fólií na bázi papíru, určených ke statistickému zpracování naměřených dat Statistické vyhodnocení emisí VOCs MDF oplášťované dekorační fólií na bázi papíru Vyhodnocení výsledků Stanovení emisí VOC emitovanými jednotlivými komponenty určených k použití technologie oplášťování nábytkových dílců Emise VOCs emitované z lepidel, použitých při oplášťování profilů z MDF desky impregnovanou fólií na bázi papíru Emise VOCs emitované MDF oplášťovanou impregnovanou fólií na bázi papíru z hledisku poklesu emisí v čase Vliv lepidel, různé pojivové báze na množství emisí VOCs emitovaných MDF oplášťovanou impregnovanou fólií na bázi papíru Emise VOCs nábytkového dílce dokončeného oplášťováním impregnované fólie na bázi papíru a nátěrovým systémem z hlediska množství emisí VOC Emise VOCs v pracovním prostředí Stanovení fyzikálně-mechanických vlastností povrchové úpravy oplášťováním fólie na bázi papíru NÁVRH NA DALŠÍ VÝZKUM ZÁVĚR SUMMARY

11 10. Seznam použitých zkratek Použitá literatura Seznam tabulek Seznam obrázků PŘÍLOHY

12 ÚVOD Lidská společnost na počátku 21. století si velmi dobře uvědomuje důležitost problému, kterým je tvorba a ochrana životního prostředí v interiéru i v exteriéru. V dnešní přetechnizované době se tento problém stal jedním s nejdůležitějších úkolů celospolečenského významu. Tato problematika se v posledních letech dostala do popředí zájmů nejširší veřejnosti na celém světě. Je nutné, aby k podstatnému zlepšení kvality životního prostředí v interiéru i v exteriéru došlo, v co možná, nekratší době a to především z důvodu rozsahu a hloubky problémů spojených s narušením životního prostředí. Jeden z nejdůležitějších úkolů je omezit negativní vliv narušeného vnějšího a i vnitřního prostředí na lidské zdraví, zejména pak na zdraví dětí. Děti jsou těmto nepříznivým vlivům vystaveny nejvíce. 1) V posledních čtyřiceti letech množství chemikálií, které je emitováno do ovzduší a ovlivňují jeho znečistění, rostlo řádově jak kvantitativně tak kvalitativně. Je možno konstatovat, že lidé středního věku jsou první generací vystavenou denně vlivu těchto chemikálií již od narození. Protože některé z těchto chemických sloučenin obsažených v ovzduší mají dlouhou testovací dobu, projeví se jejich účinky na lidské zdraví a životní prostředí až po delší době působení. Střední generace je z hlediska sledování vlivu znečistění životního prostředí po celou života na lidské zdraví první pokusnou skupinou. Chemikálie se staly se běžnou součástí našeho života, až do takové míry, že už si jejich přítomnost mnohdy ani neuvědomujeme. Nacházejí se v kuchyni jako prostředek na mytí nádobí, v koupelně jako šampon a prací prášek, voňavka nebo lak na vlasy, v kanceláři jako náplň do tiskárny, počítač atd. Mnohé z těchto emitorů emisí VOC ve vnitřním prostředí člověk ve skutečnosti vlastně ani nepotřebuje a snadno se bez nich obejde. Nemluvě o tom, že mnoho lidí si ničí zdraví kouřením, které je významným zdrojem škodlivin. Zdravé bydlení se stává stále více důležitou otázkou. Při měření znečištění ovzduší v průměrném interiéru se zjistilo, že znečištění ovzduší v interiéru je 2-5x koncentrovanější, někdy i 10x, než v exteriéru. Významným zdrojem organických těkavých látek (VOCs) v interiéru je nábytek. Díky dráždivým účinkům a výraznému zápachu byl jako jediná škodlivina unikající z nábytku dlouho sledován formaldehyd, v minulosti hojně používán při výrobě dřevotřískových desek, některých druhů lepidel a nátěrových hmot. V současnosti je jeho obsah v nábytku přísně kontrolován (emisní 12

13 třídy E1 až E3), pozornost je však věnována i dalším látkám, které se z nábytku mohou uvolňovat. Záměrem této práce je z pohledu kvality nábytku, který je dokončený oplášťováním, objasnit vliv technologických podmínek na množství okamžitých a dlouhodobých emisí VOCs. Pozornost je tedy zaměřena převážně na sledování vlivu použití různých druhů podkladových materiálů, lepidel a způsobu dokončení na množství emisí VOCs při dokončování povrchové úpravy oplášťováním impregnované fólie na bázi papíru, která je aplikována na nábytkový dílec, kdy je vyrobený nábytek již používán spotřebitelem a emisní zátěž by měla být na mnohonásobně nižší úrovni. Rovněž objasnění toho, jaké množství škodlivých látek emitují jednotlivé materiály určené k výrobě nábytkového dílce a jak se podílí hotový nábytkový dílec, dokončený oplášťováním ve srovnání s nábytkovým dílcem, který je dokončen vybranými nátěrovými hmotami na kvalitě ovzduší ve vnitřním pobytovém prostředí. Nábytkový dílec je tak co se týče emisí VOC sledován od vstupujících materiálů do výroby i přes jednotlivé výrobní fáze, až po hotový výrobek. Výsledkem řešení práce je stanovení vlivu nábytku na kvalitu ovzduší vnitřního prostředí. Kromě problematiky emisí VOCs se vliv uvedených faktorů může projevovat také při tvorbě povrchové úpravy, tedy při technologické operaci oplášťování, na kvalitě fyzikálně mechanických vlastností dokončeného nábytkové dílce. V rámci výzkumu je pozornost v experimentální části zaměřena na určení vlivu podkladových materiálů, lepidel pro oplášťování i vlivu fólií na kvalitu ovzduší ve vnitřním prostředí. 13

14 CÍL PRÁCE Na základě experimentálního měření organických těkavých látek VOCs (Volatile organic compounds) emitovaných materiály na bázi dřeva, které byly následně dokončeny oplášťováním za normálních podmínek, jsou stanoveny následující cíle disertační práce: sledování vlivu jednotlivých komponentů používaných k oplášťování nábytkových dílců (podkladový materiál, tavné lepidlo a dekorační impregnovaná fólie na bázi papíru) na množství emisí VOCs sledování vlivu nábytkové dílce, který je dokončen oplášťováním fólií na bázi papíru, na množství emisí VOCs v časovém intervalu 672 hodin (28 dnů) sledování vlivu stárnutí nábytkového dílce oplášťovaného dekorační fólií na bázi papíru na pokles emisí VOCs v časovém intervalu jednoho měsíce (744h) ode dne oplášťování vyhodnocení kvality povrchové úpravy oplášťováním fóliemi s dokončením nátěrovým systémem (VŘ NH, PUR NH) a kvality povrchové úpravy dekorační fólií porovnání emisí VOCs z nábytkového dílce, který je oplášťován dekorační fólií na bázi papíru různými typy lepidel (tavné, disperzní PVAC, rozpouštědlové kontaktní kaučukové) posouzení vlivu jednotlivých typů lepidel v laboratorních podmínkách, přičemž lepidlo je naneseno na inertní podklad (sklo) stanovení emisí VOCs v pracovním prostředí v různých provozovnách, zabývající se výrobou nábytku, a to na pracovištích, které zpracovávají určitý druh lepidel stanovení fyzikálně mechanických vlastností povrchové úpravy oplášťováním fólií na bázi V této práci není předmětem stanovování emitovaných těkavých organických sloučenin ze zkušebních vzorků formaldehyd. 14

15 TEORETICKÁ ČÁST Historie bydlení a VOC látek Exponenciální nárůst chemikálií emitovaných do ovzduší je datován od šedesátých let 20. století. Problémem už nebyl jen vydýchaný vzduch a vlhkost, ale i těkavé chemické látky do interiéru, které se dostaly z venkovního znečištěného ovzduší a také uvolňováním materiály použitými v interiéru. Problematika nabyla na významu po energetické krizi v sedmdesátých letech, kdy se v důsledku snah o ušetření tepelné energie začaly utěsňovat okna a dveře, používat klimatizace a vylepšené konstrukční materiály zmírňující tepelné ztráty. Větrání bylo omezeno na minimum. Současně vzrostlo používání čistících, úklidových, desinfekčních a kosmetických prostředků. To všechno vedlo k mnohem větší kumulaci škodlivin ve vnitřním ovzduší a nárůstu zdravotních potíží s tím spojených 1. Současná situace V současnosti existuje kolem 8 milionů různých chemických sloučenin (Witthauer, Jürgen, 1993). Ve volném ovzduší bylo identifikováno přibližně 200 cizorodých látek, které se tam dostávají jako produkty ze spalování odpadů, pohonných hmot z motorů, fosilních paliv z elektráren a tepláren, z vypařování benzínu, rozpouštědel a jiných toxických substancí, jakož i z těžkého průmyslu 2. Emise těchto škodlivin se staly závažným celosvětovým problémem, protože způsobují značné škody na životním prostředí a zdraví lidí. Kromě znečisťování vnějšího ovzduší se dnes výzkum v jednotlivých státech a instituty EU dále zabývají také limity škodlivých látek ve vnitřním prostředí budov. 3 1 Pluschke, P.: Luftschadstoffe in Innenräumen Leitfaden; Springer Verlag; Berlin 1996; ISBN Wenzel, S: Dicke Luft; S.Hirzel Verlag; Stuttgart 1997; ISBN Bewertung der Innenraumluft Richtlinie; Institut für Umwelthygiene der Universität Wien; Wien

16 1. Ekologické aspekty povrchové úpravy nábytkových ploch suchým způsobem Ovzduší jako základní složka životního prostředí Stav čistoty ovzduší je jedním ze tří nejdůležitějších environmentálních faktorů působících na lidské zdraví. Člověk průměrně vdechne (a vydechne) 15 a 20 m 3 vzduchu (18 až 24 kg) za den, takže i nepatrné koncentrace škodlivin v ovzduší mohou výrazně ovlivnit jeho zdraví. Na rozdíl od možné volby potravin lze jen velmi obtížně vybírat mezi různými druhy atmosféry Faktory, které působí na lidské zdraví v antropogenně ovlivněném životním prostředí, zahrnují vedle poživatin, pitné vody a ovzduší dále hluk, neionizující elektromagnetické záření, radonové riziko a radioaktivní záření. (Ivan Víden, Chemie ovzduší, Praha 2005) 1.1 Organické těkavé látky VOC VOCs Volatile organic compounds organické těkavé látky K těkavým organickým látkám VOCs patří dle znění zákona o ochraně ovzduší č.86/2002 Sb., 2 4 chemické sloučeniny mající níže uvedené vlastnosti: Těkavou organickou látkou se rozumí jakákoli organická sloučenina nebo směs organických sloučenin, s výjimkou methanu, která při teplotě 20 C (293,15 K) má tlak par 0,01 kpa nebo více, nebo má odpovídající těkavost za konkrétních podmínek jejího použití a může v průběhu své přítomnosti v ovzduší reagovat za spolupůsobení slunečního záření s oxidy dusíku za vzniku fotochemických oxydantů. Vznik fotochemických oxydantů je uveden rovnicí: VOC + NO x + UV záření + teplo = troposférický ozón (O 3 ) 4 Zákon o ochraně ovzduší č. 86/2002 Sb., 2 16

17 Citace literatury uvádí, že dnes je z pohledu společenské informovanosti nejvyšší důraz kladen na toxické působení materiálu v interiérech. Zvýšená pozornost je věnována hlavně konstrukčním materiálům, materiálům dokončujících a materiálům, které přicházejí přímo ve styk s potravou. Formaldehyd a ostatní chemické látky jsou již několik let nedořešenou problematikou jak v oblasti zdravotního působení, tak v technologii výroby i způsobu kontroly a legislativních opatření.,,formaldehyd u nás dlouho považovaný za nejhorší škodlivinu ve vnitřním prostředí, zejména pro svůj charakteristický zápach a dráždění sliznic dýchacích cest a očí, začíná být hodnocen realističtěji. Na základě dosavadního výzkumu v různých oborech toxikologie, molekulární biologie, epidemiologie, ale i sociologie nelze jednoznačně stanovit jeho vliv na zdraví. Podobná situace je na poli výzkumu ostatních chemických látek. V souvislosti s dalšími faktory prostředí způsobem výživy, aspekty životního stylu, rozvojem nových technologií výroby a pokroku v přístrojové měřící a analytické technice je schopnost definovat působení kontaminovaného ovzduší chemickými látkami stále komplikovanější. Na formaldehyd lze pohlížet jako na látku karcinogenní a požadovat jeho eliminace z výrobku jako je například nábytek, může vést k používání jiné chemické látky, jejíž následky na zdraví mohou být stejné nebo horší. Naopak, víme-li, že formaldehyd především dráždí a obtěžuje zápachem, nemůže to vést k podceňování jeho účinku a bagatelizování v tom smyslu, že člověk se denně setkává s mnohem rizikovějšími látkami. Snižování emisí chemických látek všemi dostupnými prostředky a úprava dalších souvisejících faktorů tvořících vnitřní prostředí je cestou rozumné spolupráce vedoucí k všeobecnému prospěchu. (Doc.Ing.Dr. Petr Brunecký, Domiciologie, MZLU Brno 1998) 17

18 1.1.1 Organické těkavé látky v exteriéru V exteriéru se vyskytují jsou těkavé látky organického i anorganického původu, které vyvolávají patologické změny exponovaného subjektu. Toxické složky vstupující do interiéru jednak z venkovního prostředí, jednak vznikají uvnitř budovy v důsledku činnosti člověka nebo vlivem stavebních materiálů a předmětů interiéru. Z venkovního prostředí pronikají do interiéru zejména oxidy síry SO 2 a SO 3, dále oxidy dusíku No x, oxid uhelnatý CO a zplodiny výfukových exhalací (organické těkavé látky) Organické těkavé látky v interiéru Těkavé látky v interiéru vznikají uvnitř budovy v důsledku činnosti člověka nebo vlivem stavebních materiálů a předmětů interiéru, kterými je vybaven. Kvalita vzduchu uvnitř budov je závislá na mnoho faktorech, zejména na: - kvalitě venkovního ovzduší - objemu vzduchu připadajícího na osobu v místnosti - výměně vzduchu - množství vzdušných škodlivin a kontaminací jejichž zdrojem jsou: obyvatelé a jejich metabolismu aktivity obyvatel stavební materiály zařizovací předměty úklid, čištění a údržba bytu 18

19 1.2 Rozdělení VOC Termínem VOC (volatile organic compoud) se označují všechny měřitelné prchavé organické látky v ovzduší. Podle definice světové zdravotnické organizace (World healthly organisation WHO, 1989) byly mezi organické těkavé látky zařazeny všechny organické látky s bodem varu 50 C až 240 C označené jako VOC (pro polární substance platí oblast od 100 až 260 C). 5 Rozlišení organických těkavých látek podle WHO je uvedeno níže a shrnuto také v tabulce I, str. 18. a) nízkovroucí benzen toluen xylen chlorovaná rozpouštědla (perchlorethylen, dichlormethan) b) vysokovroucí polychlorované bifenyly (PCB) biocidy v ochraných prostředcích na dřevo (lindan, pentachlorfenol - PCB, pyretroidy c) bod varu v rozmezí C pro tyto látky se často používá označení VVOC (velmi prchavé organické sloučeniny) formaldehyd (pro svůj zdravotní význam je brán separátně) Formaldehyd, různé uhlovodíky, toluen, benzen aj., uvolňované z různých materiálů v interiérech budovy jsou označovány jako těkavé organické sloučeniny (volatile organic compounds or chemicals) VOCs 5 Directorate-General XII, Telecommunications, Information Market and Exploitation of Research: Legal notice Luxemburg 1995, s.4 ISBN

20 Tab. I: Klasifikace organických těkavých látek (WHO 1989) Název Zkratka Bod varu [ C] Medium pro zachycení Very volatile (gaseous) organic compounds velmi těkavé organické látky Volatile organic compounds těkavé organické látky Semi volatile organic compounds Semi těkavé organické látky Organic compounds associated with particulate matter or particulate organic matter Organické látky spojené s matricí drobných částic a organickou hmotou drobných částic < 0 až Adsorpce na aktivní VVOC uhlí Adsorpce na Tenax, až grafitovaný uhlík VOC nebo na aktivní uhlí Adsorpce na až polyuretanovou pěnu SVOC nebo XAD-2 POM > 380 Zachycení na filtru 1.3 Zdroje VOC v interiéru Ve vnitřním ovzduší se vyskytuje více než 900 těkavých organických sloučenin (Neupauerová A., Bálintová M, časopis Zivotne prostredie, č. 3/2002, Bratislava). Koncentrace jednotlivých látek se výrazně mění v závislosti od zdroje. Tyto zdroje působí v interiéru buďto krátkodobě ve vysokých koncentracích (při procesích aplikace, například nanášení barev, izolací, nebo použití čistících prostředků), nebo dlouhodobě v nízkých koncentracích (během užívání). 20

21 Možno je rozdělit podle charakteru na: statické stavební materiály zdi izolační materiály impregnace dřeva vnitřní nátěry zdí a podlahoviny vnitřní zařízení nábytek materiály na bázi dřeva tapety, koberce nátěrové hmoty, lepidla syntetické hmoty podmíněné aktivity obyvatel dezinfekce, kosmetika kancelářské stroje kutilství topení, vaření kouření vnější vlivy silniční provoz sousedství průmyslových závodů čerpací stanice skládky odpadů Vliv vnějšího ovzduší Množství škodlivin v interiéru výrazně ovlivňuje intenzita větrání a stav venkovního ovzduší. Venkovní vzduch proniká dovnitř a mísí se vzduchem v interiéru. Ve vnějším ovzduší se prakticky stále vyskytují určité koncentrace těkavých látek, pocházejících z automobilové dopravy, průmyslu nebo spalování odpadů, přičemž 21

22 existují velké rozdíly mezi ovzduším ve městech a průmyslových oblastech a na venkově. To může mít za následek zcela odlišné hodnoty koncentrací v interiérech, které jsou jinak svými zdroji uvnitř budovy porovnatelné. Celkové koncentrace VOC ve venkovním ovzduší se pohybují v rozmezí několika µg.m -3 až několika desítek µg.m -3, v závislosti od lokality. 6 Významnými těkavými sloučeninami ve venkovním ovzduší jsou např. benzen nebo benzo(a)pyren. Vliv vnějšího ovzduší na interiér závisí do značné míry na aktuálních klimatických podmínkách. Ve studii Německého spolkového zdravotního ústavu (Deutsches Bundesgesundheitsamt), která zkoumala VOC v německých domácnostech v r. 1991, bylo prokázáno zvýšené zatížení vnitřního ovzduší v zimním období, kdy je intenzita větrání výrazně menší, na rozdíl od teplých letních dní, kdy je výměna vzduchu s okolím intenzivnější. Závěry této studie potvrdily také vliv polohy obytného domu vzhledem k okolí, kdy vyšší hodnoty byly podle očekávání zjištěny v oblastech s hustým silničním provozem a městskou zástavbou bez zeleně Stavební materiály a vnitřní vybavení Stavební materiály a vnitřní vybavení jsou hlavními zdroji těkavých organických látek v interiéru. Různé tepelně izolační materiály nebo izolace proti vlhkosti na bázi minerální vlny, PUR pěny a pod. mohou uvolňovat některé sloučeniny, např. aldehydy. Dalším zdrojem emisí VOC uvnitř budov jsou často tapety. Kromě toho, že zadržují prachové částice, uvolňují také rozpouštědla a změkčovadla použité při výrobě a lepení (ftaláty). Koberce se vyrábí z přírodních (vlna, kokos, sisal) nebo syntetických materiálů (polyamid, polyester apod). Jako přídavné ochranné látky mohou obsahovat antistatika, biocidy, antimikrobiální úpravy aj. Koberce uvolňují pyrethroidy, látky proti biologickým škůdcům. Nosná vrstva koberců bývá obvykle z PVC, latexu nebo polyuretanu. Laboratorní výzkumy prokázaly uvolňování ethylbenzenu, xylenu, trichlormethanu a dalších sloučenin z této vrstvy. V případě celoplošného nalepení koberce na podklad se do interiéru dostávají také rozpouštědla uvolňující se z použitých lepidel, například styren. Podlahové krytiny na bázi vinylických sloučenin mohou uvolňovat látky jako fenol, 2-ethylhexanol a další. 7 6 Monitoring vnitřního ovzduší v bytech; Státní zdravotní ústav; 7 Wenzel, S: Dicke Luft; S.Hirzel Verlag; Stuttgart 1997; ISBN

23 1.3.3 VOC a nábytek Dalším významným zdrojem těkavých látek v interiéru je nábytek. Díky dráždivým účinkům a výraznému zápachu byl jako jediná škodlivina unikající z nábytku dlouho sledován formaldehyd, v minulosti hojně používán při výrobě dřevotřískových desek, některých druhů lepidel a nátěrových hmot. Neubauerová (2002) uvádí studii z r. 1999, kdy koncentrace formaldehydu měřené v neobývaných a nezařízených domech byly dva až třikrát nižší, než v domech zařízených nábytkem. V současnosti je jeho obsah v nábytku přísně kontrolován (emisní třídy E1 až E3), pozornost je však věnována i dalším látkám, které se z nábytku mohou uvolňovat. Jsou to například alifatické a aromatické uhlovodíky, halogenderiváty uhlovodíků, ketony, glykoly a estery z rozpouštědel nátěrových hmot, biocidy a pyrethroidy používané proti biologickým škůdcům a roztočům, azobarviva obsažené v barevných kůžích, bromované uhlovodíky a freony z PUR pěn a čalouněných potahů, velice zdraví škodlivé polychlorované bifenyly (PCB) nebo pentachlorfenol a mnohé další. 8 Podle měření Scholze, Plieningera a Schleibingera (Německo ) se celkové koncentrace VOC v bytech pohybují průměrně v několika stovkách µg.m -3, přičemž průměrné koncentrace jednotlivých látek leží ve většině případů pod hodnotou 10 µg.m Podobné výsledky dosáhl Státní zdravotní ústav (SZU) při měření VOC v bytech rodin s dětmi v předškolním věku. Bylo sledováno ovzduší v kuchyni a dětském pokoji, přičemž měření byly vyhodnoceny pro topnou a netopnou sezonu zvlášť. Celkové koncentrace VOC v kuchyni se pohybovaly v topné sezóně v rozmezí µg.m -3 (průměr 94,6 µg.m -3 ), v netopné µg.m -3 (průměr 68,6 µg.m -3 ). V případě dětského pokoje to bylo v topné sezóně µg.m -3 (121,9) a v netopné µg.m -3. Rozdíly mezi topnou a netopnou sezónou jsou způsobeny spíše různou intenzitou větrání, než teplotou. Ta má v reálných podmínkách spolu s relativní vlhkostí vzduchu jen malý vliv na únik těkavých látek ze zdrojů, většinou jsou však koncentrace při nižší vlhkosti a vyšší teplotě mírně vyšší Brunecký, P.: Analýza významných VOC ve výrobě nábytku; MZLU Brno; Neupauerová A., Bálintová M.: Prchavé organické látky vo vnútornom prostředí budov, časopis Zivotne prostredie, č. 3/2002, Bratislava 10 Benthe C., Heinyow B., Mohr S.: Belastung von Schülerinnen und Schülern mit VOC; Landesamt für Natur und Umwelt, Schleswig Holstein

24 Molhave (1979) naměřil ve 14 různých budovách koncentrace VOC mezi 30 µg.m -3 a 2,8 mg/m -3, v průměru 0,95 mg/m -3. V asi 50% všech případů byly nalezeny toluen, xylen a ethylbenzen, v 20% alkeny, v 9% terpeny (např. α-pinen) a v 16% jiné sloučeniny. Nejvyšší střední koncentrace byly stanoveny pro etanol (0,68 mg/m -3 ) a toluen (0,61 mg/m -3 ). Emitované koncentrace VOC z vnitřního vybavení interiéru jsou do značné míry závislé na množství a stáří těchto zdrojů. V případě stáří platí, že na začátku jsou emise VOC několikanásobně vyšší (i desetkrát a víc) než je průměr a časem se pomalu snižují. Bagda (2002) uvádí, že z nového nábytku se do 24 hodin po nanesení nátěrové hmoty uvolní až 99% VOC 11. Zbytek se uvolňuje v průběhu následujících týdnů a měsíců. Malé koncentrace těkavých látek však možno naměřit ještě i několik let po uložení tohoto nábytku v interiéru. Část z nich může být zachycena také některými textilními a dalšími adsorpčními materiály v místnosti, které mají schopnost pohlcovat emitované sloučeniny a po čase je opět uvolňují do ovzduší (sekundární zdroje). To může mít značný vliv na obsah škodlivin v interiéru, které se tak v něm mohou uvolňovat ještě dlouho po odstranění primárního zdroje. 11 Bagda, E: Emissionen aus Beschichtungsstoffen, Expert Verlag; Renningen Malmsheim 1996; ISBN

25 Tab. II: VOC používané ve výrobě nábytku azo barviva Biocidy Kadmium Diisokyanáty VOC Výskyt Účinek součástí barevných kůží ochranné prostředky na dřevo a potahové textile (roztoči) pigmentové nátěry, elektrolytické povlaky kovového nábytku plastické hmoty na bázi polyuretanu mohou se rozštěpit na karcinogenní aminy dýchací potíže, onemocnění kůže, únavy, bolesti hlavy, porušení imunity, porušení nervové soustavy a mozku, může způsobovat těžká chronická onemocnění defekty kostí, poruchy ledvin, určité sloučeniny kadmia jsou karcinogenní. dráždění kůže, dráždění dýchacích cest, alergické reakce a astma. alifatické uhlovodíky rozpouštědla nátěrových hmot dráždění pokožky aromatické uhlovodíky estery (butylacetát, etylacetát a metylacetát) rozpouštědla nátěrových hmot a lepidla rozpouštědla nátěrových hmot, změkčovadla plastických hmot mnohé jsou považovány za karcinogenní negativní účinky na kůži a narkotické účinky bromované uhlovodíky s oxidem antimonu Freony (fluorchlór, uhlovodíky Formaldehyd Uhlovodíky obsahující Halogeny Lindan PCB polychlorované bifenyly PCP pentachlor fenol Pyretroidy Styren Terpeny snížení hořlavosti čalounických materiálů PUR pěny používané u čalouněného nábytku konstrukční desky nábytku, laky, potahové látky aj. v některých rozpouštědlech NH v ochranných prostředcích na dřevo změkčovadlo nátěrových a plastických hmot v ochranných prostředcích na dřevo, nátěrových hmotách, lepidlech, v textiliích a kůži. úpravy čalounických materiálů proti roztočům součástí plastických hmot a rozpouštědel v éterických olejích a přírodních pryskyřicích obsahuje celá řada dřevin a dokončovaných prostředků ve splodinách hoření dioxiny a forany, potencionální karcinogenní látky. poškozují ozonovou vrstvu a podílí se na skleníkovém efektu látka dráždivá, potencionální karcinogen, alergizující účinky podráždění kůže a centrálního nervového systému, poruchy mozku, jater, ledvin a srdce. poškození krevního, imunního a nervového systému onemocnění jater a ledvin Dráždění kůže, dýchacích orgánů a bolesti hlavy, potencionální karcinogen karcinogenní a poškozuje imunitní systém potencionální karcinogenní látka, může způsobovat dráždění a alergie dráždění kůži, očí a může vyvolat rovněž alergie a některé terpény jsou v současné době prověřovány z hlediska jejich karcinogenních účinků 25

26 1.3.4 Aktivity obyvatel Kromě stavebních materiálů a bytového zařízení jsou významnými zdroji škodlivin v interiéru také aktivity jeho obyvatel. Týká se to zejména používaní různých čistících, ochranných, dezinfekčních nebo kosmetických prostředků. Tyto produkty obsahují ve velké míře těkavé látky, například rozpouštědla, tenzidy, aldehydy, olefiny, polycyklické aromatické uhlovodíky nebo chlorované sloučeniny. Obzvláště závažnými emitenty jsou tyto přípravky, pokud jsou ve formě sprejů laky na vlasy, voňavky, interiérové deodoranty, některé čistící prostředky. Také gelové osvěžovače a tekuté parfémy vypouštějí do vzduchu těkavé látky, aniž potlačují ty, kvůli kterým jsou v bytě používány. Studie chemie potravin prokázaly, že kromě vonných složek uvolňovalo jedenáct z 23 testovaných výrobků benzen, některé také toluen, xyleny, styren, naftalen a další škodliviny Kouření Ze všech zdraví škodlivých lidských aktivit v interiéru je nejzávažnější kouření. V České republice kouří přibližně 25% populace ČR. 12 Kouřením se do ovzduší dostává více než 4000 různých chemických látek, z nichž je asi 40 až 50 rakovinotvorných. Kromě CO, oxidů dusíku a nikotinu jsou toxikologicky významné zejména formaldehyd, amoniak, alkoholy, fenoly, nitrosaminy, benzen a toluen, polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU), areny nebo těžké kovy. 1.4 Legislativa v ochraně ovzduší Zákonodárný systém České republiky postihuje emise škodlivin do ovzduší pomocí zákona 86/2002 a pomocí nařízení vlády 350/2002 k tomu zákonu rovněž 12 látek v imisích (z toho 2 organické). Systém kontroly ovzduší ovšem zahrnuje i 3 další 12 Sovinová H., Sadílek P., Csémy L.: Vývoj prevalence kuřáctví v dospělé populaci ČR výzkumná zpráva; Státní zdravotní ústav

27 důležité položky, volné ovzduší, ovzduší ve vnitřním prostředí a ovzduší v pracovním prostředí pomocí nařízení vlády, vyhlášek MŽP a různých hygienických norem. Z důvodu snahy o integraci naší legislativy s normami EU (především směrnice 96/62 ES o posuzování a řízení kvality ovzduší), byly starší zákony sjednoceny v nejnovějším zákoně o ochraně ovzduší 86/2002, na který navazuje 5 nařízení vlády /2002 a 3 vyhlášky MŽP /2002. Zákon stanoví práva a povinnosti osob a působnost státních orgánů při ochraně vnějšího ovzduší (včetně stanovení poplatků za vnášení znečišťujících látek do ovzduší), zacházení s regulovanými látkami, které poškozují ochrannou ozónovou vrstvu Země, či s výrobky, které takové látky obsahují, včetně seznamu regulovaných látek Organické těkavé sloučeniny a legislativa v ČR Povinnosti zaměstnavatelů v rámci minimalizace negativního působení škodlivých faktorů na zaměstnance v pracovním prostředí obsahuje zákoník práce (zákon č. 65/1965 Sb.) Dalším právním předpisem je pak nařízení vlády č. 178/2001 Sb., jímž jsou stanoveny podmínky ochrany zdraví zaměstnanců při práci. Jsou zde definovány termíny jako je např. přípustný expoziční limit (PEL) a nejvyšší přípustná koncentrace (NPK). Problematiku škodlivých sloučenin v interiérech pak řeší zákon č. 352/2000 Sb. O chemických látkách a chemických přípravcích a ČSN P ENV ,2,3,4. Stavební výrobky stanovení emise těkavých organických sloučenin. Hygienickými limity chemických, fyzikálních a biologických ukazatelů pro vnitřní prostředí pobytových místností se zabývá vyhláška MZČR č. 6/ Vnitřní prostředí Jedinou v současné době platnou normou pro posuzování hygienických limitů chemických, fyzikální a biologických ukazatelů pro vnitřní prostředí pobytových místností některých staveb je vyhláška MZ 6/2003, která v příloze 2 uvádí limitní koncentrace 15 látek, z toho 8 organických, v ovzduší: 27

28 Limitní koncentrace chemických ukazatelů ve vnitřním prostředí staveb Tab. III: Limitní hodinové koncentrace chemických ukazatelů a prachu Látka jednotka limitní koncentrace oxid dusičitý µg.m frakce prachu PM 10 1) frakce prachu PM 2,5 2) µg.m µg.m oxid uhelnatý µg.m ozón µg.m azbestová a minerální vlákna 3) µg.m amoniak µg.m benzen µg.m -3 7 toluen µg.m suma xylenů µg.m styren µg.m etylbenzen µg.m formaldehyd µg.m trichloretylen µg.m tetrachloretylen µg.m Vysvětlivky: 1) Frakce prachu PM 10 prachové částice s převládající velikostí částic o průměru 10 µm, které projdou speciálním selektivním filtrem s 50% účinností. 2) Frakce prachu PM 2.5 prachové částice s převládající velikostí částic o průměru 2.5 µm, které projdou speciálním selektivním filtrem s 50% účinností. 3) Průměr vlákna < 3 µm, délka vlákna; 5 µm, poměr délky a průměru vlákna je > 3:1 4) Limity jsou stanoveny pro koncentrace látek vztažené na standardní podmínky. Uvedená vyhláška se však nevztahuje na vnitřní ovzduší bytů, kde není kvalita ovzduší limitovaná vůbec. (Ivan Víden, Chemie ovzduší, Praha 2005) 28

29 Charakteristika analyzovaných organických těkavých látek a) Benzen C 6 H 6 - látka toxická, karcinogen kategorie1. Příznaky otravy jsou zvracení a mdloby. Chronická otrava vyvolává poškození kostní dřeně, jater, ledvin a úbytek bílých krvinek. Dlouholeté působení malých koncentrací může vyvolat leukémii. R45-může být rakovinotvorná, R48-nebezpečí vážného ohrožení zdraví při delší expozici, R23-jedovatá při vdechování, R24- jedovatá při styku s pokožkou, R25-jedovatá při požití. R11, 36/38, 65, T, F. Bod varu 80,1 C. b) Toluen C 7 H 8 - páry toluenu mají narkotický účinek, způsobují bolesti hlavy, žaludeční nevolnost, dráždí oči a dýchací cesty. Toluen se vstřebává pokožkou, kterou odmašťuje a dráždí. Účinky na kůži závisí na době trvání a intensitě expozice. Při dlouhotrvajícím a intenzivním kožním kontaktu dochází k vysušení a silnému podráždění pokožky. Vysoké koncentrace par nebo styk s kapalinou silně dráždí sliznici očí. Při požití dráždí sliznice trávicího ústrojí. R11-vysoce hořlavý, R20-zdraví škodlivý při vdechování. R38-dráždí kůži. Bod varu 110,6 C. 29

30 c) Ethylbenzen C 8 H 10 - působí na nervovou soustavu, dýchací cesty a poškozuje sliznici. Při vystavení vysokým koncentracím ethylbenzenu v ovzduší trpí lidé závratěmi, podrážděním či pálením očí a v hrdle a problémy s dýcháním. R11-vysoce hořlavý, R20-zdraví škodlivý při vdechování. Bod varu 136 C. d) Xyleny C 8 H 10 - zdraví škodlivé při vdechování, při požití, dráždí pokožku. Vysoké koncentrace par nebo styk s kapalinou silně dráždí sliznici očí. Při požití dráždí sliznice trávicího ústrojí. R10-hořlavý, R20-zdraví škodlivý při vdechování, R21-zdraví škodlivý styku s kůží, R38-dráždí kůži. Bod varu 137 až 140 C. ortho-xylen meta-xylen para-xylen e) Butylacetát C 6 H 12 O 2 R10-hořlavý, R66-opakovaná expozice muže způsobit vysušení nebo popraskání kůže, R67-vdechování par může způsobit ospalost a závratě. Bod varu 126 C. f) Pentanal C 5 H 10 O R11-vysoce hořlavý, R38-dráždí kůži, R41-nebezpečí vážného poškození očí, bod varu 103 C. 30

31 g) Hexanal C 6 H 12 O R10-hořlavý, R36/38-dráždivý pro oči a kůži, bod varu 131 C Pracovní prostředí Nařízení vlády 178/2001 a jeho novela 441/2004 o podmínkách ochrany zdraví zaměstnanců při práci v příloze č.2 hygienické limity látek v ovzduší pracovišť a způsoby jejich měření a hodnocení. V příloze 9 je dále uveden seznam kancerogenů, mezi nimiž figuruje i benzen, a mutagenů, např. ethylenoxid či akrylamid. Nejnovější seznam navazuje na Přehled NPK v pracovním ovzduší vydaný AHEM v březnu 1987 jako příloha 13/1987, kde je uvedeno 1118 sloučenin, tedy značně větší počet včetně rejstříku a chemických vzorců. Limitní koncentrace pro pracovní ovzduší jsou v mnoha případech o 3 řády vyšší, než je tomu ve volném či vnitřním ovzduší. Při srovnání např. s tabulkou limitních koncentrací pro vnitřní prostředí (vyhláška 6/2003) vidíme, že hodnoty sledovaných sloučenin (toluenu a styrenu) jsou číselně podobné, zatímco však ve vnitřním prostředí jsou koncentrace vyjádřeny v jednotkách µg.m -3, v případě pracovního ovzduší se jedná o koncentrace vyjádření v mg.m -3. NPK-P - nejvyšší přípustné koncentrace chemických látek v pracovním ovzduší jsou koncentrace látek, kterým nesmí být zaměstnanec v žádném časovém úseku pracovní směny vystaven. S ohledem na možnosti chemické analýzy lze při hodnocení pracovního ovzduší porovnávat s nejvyšší přípustnou koncentrací dané chemické látky časově vážený průměr koncentrací této chemické látky po dobu nejvýše 10 minut. PEL - Přípustné expoziční limity jsou celosměnové časově vážené průměry koncentrací plynů, par nebo aerosolů v pracovním ovzduší, jimž mohou být podle současného stavu znalostí vystaveni zaměstnanci při osmihodinové pracovní době, aniž by u nich došlo i při celoživotní pracovní expozici k poškození zdraví, k ohrožení jejich pracovní schopnosti a výkonnosti. Výkyvy koncentrace chemické látky nad hodnotu přípustného expozičního limitu až do hodnoty nejvyšší přípustné koncentrace musí být v průběhu 31

32 směny kompenzovány jejím poklesem tak, aby nebyla hodnota přípustného expozičního limitu překročena. Přípustné expoziční limity platí za předpokladu, že zaměstnanec je zatěžován tělesnou prací, při které jeho průměrná plicní ventilace nepřekračuje 20 litrů za minutu, a doba výkonu práce nepřesahuje 8 hodin (nařízení vlády č. 178/2001 sb.). (Ivan Víden, Chemie ovzduší, Praha 2005) Hygienické limity látek v ovzduší pracovišť Tab. IV: Hygienické limity vybraných látek v ovzduší pracovišť a způsoby jejich měření a hodnocení dle nařízení vlády 178/2001 Látka Jednotka Hygienické limity látek PEL NPK-P Aceton mg.m Benzen mg.m Toluen mg.m n-butyl acetát mg.m Xyleny (suma) mg.m Etylbenzen mg.m Styren mg.m Butoxy-ethanol mg.m methoxy-2-propanol mg.m ,2,3-Trimethylbenzen mg.m ,2,4-Trimethylbenzen mg.m ,3,5-Trimethylbenzen mg.m (Ivan Víden, Chemie ovzduší, Praha 2005) 1.5 Účinek VOC látek na lidský organismus Těkavé organické látky v obytných prostorech se stávají problémem zejména proto, že jsou většinou bez zápachu. Často zůstávají dlouho nepozorovány a při působení nízkých koncentrací se reakce organismu dostavuje někdy až po mnoha letech, 32

33 mezitím však mohou VOC způsobit značné škody na zdraví. Je známo, že různí lidé mohou na toto zatížení reagovat zcela odlišně, dokonce i členové jedné rodiny vystavení účinku stejných látek. To ztěžuje diagnostikování a rozpoznání působení konkrétních škodlivin 13. V interiéru obytných budov jsou sice koncentrace jednotlivých sloučenin obvykle několikanásobně nižší, než jsou doporučené limity pro pracovní prostředí, tyto však na organismus působí současně a dochází k synergickým efektům. Účinky působících látek navzájem ovlivňují a mohou tak způsobit vznik zcela odlišných symptomů, než jednotlivé sloučeniny samostatně. Navíc na rozdíl od zaměstnání, kde člověk tráví zpravidla 8 hodin denně a 40 hodin týdně, je doba pobytu lidí ve svých domovech často delší, zejména u dětí a starých lidí. Vdechováním se tyto látky dostávají do organismu, kde díky své schopnosti rozpouštět tuky pronikají do mnohých orgánů současně a tím vyvolávají široké spektrum onemocnění. Nízké koncentrace VOC, které se běžně vyskytují v ovzduší domácností, jsou nebezpečné zejména svým dlouhodobým působením na organismus a jejich alergizujícími, mutagenními nebo karcinogenními účinky 14. Vyšší koncentrace vyúsťují do nespecifických příznaků a reakcí, jako dráždění očí, sliznice dýchacích cest, suchá pokožka, únava a bolesti hlavy 15. Tyto látky mohou mít za následek také chronické astma nebo bronchitidu, poškození vnitřních orgánů a poruchy centrálního nervového systému. Některé z těchto látek jsou prokázané karcinogeny (např. benzen, polycyklické aromatické uhlovodíky PAU) nebo mají škodlivý vliv na reprodukční systém. 13 Bohr T., Altmeyer M.: Öko-Check Wohnen - Schadstoffen auf der Spur; Falken Verlag GmbH 1996; ISBN Botzenhart K., Müller H,. Strubelt O.: Innenraum-Luftverunreinigungen; Expert Verlag 2001; ISBN Samnitz, S.: Schadstoffe in der Raumluft Messmethoden (Diplomarbeit); Technische Universität Wien; Wien

34 1.5.1 Onemocnění vyvolané obytným prostředím Syndrom nemocných budov V mnohých administrativních, ale také některých obytných budovách, zejména těch postavených v sedmdesátých a osmdesátých letech, způsobují VOC a nevhodné vnitřní klima tzv. syndrom nemocných budov (Sick Building Syndrom SBS) 16. Jedná se o soubor nespecifických příznaků, typických pro VOC látky, jako jsou bolesti hlavy, únava, alergické reakce, dráždění sliznic dýchacích cest, očí aj., projevujících se několik desítek minut až několik hodin po vstoupení a ustupujících nebo úplně mizících krátce po opuštění nemocné místnosti nebo budovy. O SBS se mluví v případě, pokud se tyto příznaky projevují u více než 20% uživatel budovy, přičemž přetrvávají déle než dva týdny a po opuštění budovy ustoupí významné procento z nich. Podle údaj skupiny odborník WHO z r se vyskytuje ve více než u 30% novostaveb nebo restaurovaných budov. Tento závěr byl podpořen řadou dalších studií 17. Nejčastější příčiny vzniku SBS v budově jsou: klimatizace s možností chlazení nemožnost přívodu venkovního vzduchu příliš vysoká nebo nízká teplota a vlhkost vzduchu, kolísání v průběhu dne nový nábytek, koberce, nové malby a nátěry velké množství čalouněného nábytku chemické znečištění, jako je tabákový dým, ozón, VOC ze stavebních materiálů a zařízení budovy mnoho otevřených regálů, kartotéky prachové částice a vlákna ve vzduchu monitory počítačů blikající osvětlení a osvětlení ostře zářící nebo slabé nedostatečná nebo nevhodná údržba budovy Syndróm chorých budov; WHO, Regionálny úrad pre Európu; Bratislava 1995, ISBN

35 Z přehledu vyplývá, že příčinou těchto zdravotních problémů bývá nejčastěji klimatizace budovy. Ta způsobuje mnohem silnější příznaky SBS, než je tomu v budovách s přirozenou výměnou vzduchu. Může to být dáno špatnou údržbou klimatizačního zařízení, ve kterém se časem kumulují různé nečistoty jako prach, vlákna, plíseň, viry, chemické škodliviny nebo ozon, které jsou pak tímto zařízením zaneseny do prostoru místnosti. Klimatizace také udržuje určitou relativní vlhkost vzduchu; to napomáhá množení baktérií. Další významnou příčinou vzniku SBS jsou právě VOC, uvolňující se ze stavebních materiálů a vnitřního zařízení budovy. V důsledku uzavřené cirkulace vzduchu v klimatizovaných budovách se tyto škodliviny kumulují ve vnitřním prostoru a podílejí se na škodlivém působení na lidský organismus. V případě, kdy je zařízení místností nové nebo renovované, se však zvýšené zdravotní potíže v souvislosti s SBS díky vyšším koncentracím těkavých látek objevují také v budovách s přirozenou výměnou vzduchu bez klimatizace. Několik výzkumů potvrdilo, že citlivější na SBS jsou ženy. Podobně u lidí trpících astmatem nebo sennou rýmou je riziko podráždění sliznice větší. Reakce přecitlivěnosti je až dvojnásobně častější u předškolních dětí v porovnání s dospělými. Některé budovy jsou zařazeny mezi tzv. Buildings Related Illness BRI 18 (budovy přispívající ke vzniku onemocnění). Jsou to budovy, ve kterých na člověka také působí řada chemických látek a dalších nepříznivých faktorů. Tyto vyvolávají onemocnění, které na rozdíl od SBS po opuštění budovy nemizí, ale přetrvávají. Jedná se zejména o vznik respiračních onemocnění nebo rakoviny (např. působením radonu unikajícího ze základů budovy nebo dlouhodobým vdechováním částeček azbestových vláken apod.), případně také ztrátu sluchu v důsledku hluku. Také VOC mají v případě BRI určitý podíl na vzniku zdravotních potíží. (Jana Šabíková: Vnútorné prostredie budov a zdravie, časopis Životné prostredie, č. 3/2002, Bratislava)

36 1.6 Vliv toxických látek na lidský organismus a) přímý (patologický) iniciace latentních onemocnění imunologická přecitlivělost alergie somatická a genetická mutace b) nepřímý (oslabení organismu) omezení funkce antioxydantů v těle člověka snížení podílu biogenních prvků iontů dráždící (vliv na psychickou pohodu) Působení chemických látek na lidské zdraví Zjištění, že sluneční záření zejména jeho UF složka narušuje chemické vazby makromolekulárních sloučenin umělých hmot, vedlo k prvním úkolům řešením moderní chemie. Záření rozbíjí chemické vazby a vytváří volné radikály, které působí další degradaci a stárnutí polymerů. Do plastických hmot byly tedy přidávány speciální látky, které volné radikály eliminovaly a stárnutí oddalovaly. Na základě analogie byla vyslovena teorie, že proces stárnutí člověka je velmi podobný. Stárnutí člověka začíná omezenou schopností těla vytvářet látky, které eliminují volné radikály v lidském těle, které podobně jako u plastických hmot postupně destruují vazby makromolekulárních sloučenin lidského organismu. Byla vyslovena hypotéza, že budou-li tělu dodány potřebné látky antioxydanty, které organismus v dostatečné (potřebné) míře nevytváří, bude proces degradace-stárnutí organismu do jisté míry zpomalován. Antioxydanty (zhášedla-quencher) jsou zejména látky, které umějí zhasit nabitou částici radikálu a zničit ji dříve, než vyvolá ničivou destrukci poškozující lidskou tkáň v procesech, jako je stárnutí nebo rakovina a arterioskleróza. Pokud je lidský organismus zatěžován aktivními látkami (např.voc) tedy dalšími radikály, které nevznikají při běžném metabolickém procesu je podíl zhášedel vůči destruktivním agens menší a organismus je poškozován. Míra jeho poškození je závislá na genetických vlohách a fyziologické funkci organismu, která je podmíněna dalšími 36

37 ostatními faktory (mikroklima odérové, tepelně-vlhkostní, mikrobiální, elektrostatické, elektromagnetické, elektroiontové, ionozační, světelné, akustické, geoanomální, apod.). (JOKL, M.: Zdravé obytné a pracovní prostředí, Praha: Academia, 2002) Rozpouštědla z pohledů účinku na lidský organismus Veškerá rozpouštědla mají narkotický účinek. Síla tohoto působení je dána jednak chemickou strukturou, ale i těkavostí. Také toxicita pro lidský plod je u rozpouštědel téměř univerzální vlastností. Zdravotní závadnost aromátů je prokázána. Do této skupiny patří toluen a xylen, které se i dnes používají velmi často, protože jsou levné. Dříve byl běžně rozšířený ještě příjemně vonící benzen, který je však prokazatelně identifikován jako karcinogen a jeho výskyt v přípravcích se pozorně sleduje. Kvůli obsahu benzenu je celá řada ropných produktů klasifikována jako toxická. Aromáty mají velmi neblahý vliv na játra, trávicí trakt, krvetvorbu a nervovou soustavu ve smyslu utlumování funkce. Účinky aromátů se kumulují právě kvůli jejich afinitě k tukům, která zpomaluje vylučování z těla. Xylen má silnější narkotický účinek, ale také silně dráždí pokožku a způsobuje srdeční arytmie. Jde o potencionální karcinogen, objevují se i informace o jeho negativním vlivu na lidský plod. Toluen má velmi podobné působení jako xylen, navíc je prokázaný mutagen a teratogen. (Spektra nátěrových hmot, 03/2003) 37

38 2. Lepidla Lepidla jsou materiály schopné spojovat tuhé tělesa, v důsledku přilnavosti k jejich povrchu a mají dobrou vnitřní soudržnost. Pojem lepidlo má širší význam jako dlouho používaný pojem klíh, který je v současnosti vyhraněný pouze pro glutinové lepidla. Lepidla zahrnují nejen glutinové klihy, ale i škrobový maz, koloidní roztoky a disperze syntetických živic, lepicí fólie a filmy, tavné a práškové lepidla. V tom smyslu potom jde o lepenou spáru, lepený spoj apod. Lepidla představují v dřevařském průmyslu a jiných výrobních oborech důležitý pomocný materiál, který velkou mírou přispívá nejen k zdokonalování kvality výrobků, ale je současně i základem pro vznik nových progresivních produktů. Mezi takové výrobky patří například lepené dřevěné konstrukce, které nahrazují chybějící kulatinu velkých rozměrů, dále velkoplošné materiály jako překližky, laťovky, vláknité desky; tyto desky odstraňují anizotropnost dřeva a jejich výroba umožňuje ekonomicky výhodné využití sekundárního zdroje dřevní suroviny. Lepidla umožňují využít i nedřevěný odpad, kterým se dřevo úplně nahradí, jako např. pazdeří lnu a konopí, bagasy, bambusu apod Charakteristika lepení Jako lepení anebo adheze se označuje síla, která spojuje dva předměty na rozhraní jejich povrchů. Dobrá adheze se vyžaduje při použití laků na povrchovou úpravu, lepidel na spojení tuhých materiálů, prostředků na utěsnění a při jiných technologických procesech. Předmětem tuhého skupenství, které se má spojit adherent nebo substrát a lepidlo adhezivum, jsou obvykle dva materiály různého složení. (Sedliačik, 1989) Lepení je spoj ze dvou materiálů za použití lepidla. Podle DIN EN 923 lepidlo je definováno jako: - nekovový materiál - pojivo, které se vyznačuje soudržností a přilnavostí. 19 LIPTÁKOVÁ, E., SEDLIAČIK, M.: Chémia a aplikácia pomocných látok v drevárskom priemysle. Bratislava: ALFA, 1989, ISBN

39 činiteli. Lepení se vyznačuje mnoha výhodami, ale i některými zápornými či limitujícími Přednosti lepení - lze dosáhnout vysoké pevnosti lepených spojů, zejména při namáhání ve smyku a rázové houževnatosti; - lepení dovoluje spojovat stejné nebo různorodé materiály bez ohledu na jejich tloušťku; - aplikací lepidel není narušena celistvost spojovaných dílců; - je možné vytvořit spoje vodotěsné a plynotěsné, čímž se lepení liší od spojů vytvářených šrouby nebo nýty; - není narušován profil ani estetická vzhled lepeného souboru; - lepený spoj tlumí vibrace v konstrukci a zvyšuje tuhost i vzpěrovou pevnost souboru; - lepený spoj zabraňuje vzniku elektrolytické koroze kovových dílců; - lepením se nezvyšuje hmotnost souboru (jeden z předpokladů miniaturizace); - lepené spoje mohou být průhledné nebo i barevně přizpůsobené; Nevýhody lepení - klade vysoké požadavky na rovnost a čistotu povrchu lepených dílců; - konstrukčně použitelné spoje jsou nejsou rozebíratelné; - většina lepených spojů je citlivá vůči namáhání v odlupování; - životnost reaktivních lepících směsí je omezená; - maximální pevnosti spoje je dosaženo až po určité době; - odolnost vůči vyšším teplotám je omezená; - skladovatelnost většiny lepidel je časově omezená; - lepení nelze provádět při nízkých teplotách; 39

40 Předpoklady lepení Pro vznik soudržného spoje je třeba, aby lepený materiál a lepidlo prošly těmito fázemi: - lepidlo musí být naneseno nebo přeneseno na obě stykové plochy a musí je v tekutém stavu smáčet; - musí být dány podmínky k tomu, aby se v lepené spáře vytvořil stejnoměrný film lepidla; - film lepidla musí v lepené spáře ztuhnout a vázat povrchy obou dílů; Výběr lepidla Důležitým hlediskem při výběru lepidla jsou nároky na mechanickou pevnost, tepelnou odolnost, chemickou stálost, vodovzdornost spoje, odolnost vůči vlivům povětrnosti, případně další požadavky na lepený spoj. Lepidla určená ke spojování dřeva a dřevěných materiálů se dělí podle normy DIN EN 205 v závislosti na pevnosti lepení do skupin namáhání D1, D2, D3 a D4 (tab. VI, str.41). Lepení D1 musí být např. odolné v uzavřených prostorech s všeobecně nízkou vlhkostí vzduchu, zatímco lepení D4 musí být odolné při klimatických vlivech v mírném pásmu za zvláště ztížených podmínek (tab.v, str.40). Tab. V: Třída trvanlivosti lepeného spoje podle klimatických podmínek a užití 20 Třída trvanlivosti D1 D2 D3 D4 Příklady klimatických podmínek a oblasti použití. Interiér, kde teplota překročí pouze příležitostně a krátkodobě 50 C a vlhkosti dřeva je maximálně 15 %. Interiér s příležitostným krátkodobým působením tekoucí nebo kondenzované vody a/nebo občasnou vysokou vlhkostí vzduchu, jestliže nárůst vlhkosti dřeva nepřesáhne 18 %. Interiér s častým krátkodobým působením tekoucí nebo kondenzované vody a/nebo dlouhodobým působením vysoké vlhkosti vzduchu. Exteriér chráněný před působením povětrnosti. Interiér s častým silným působením tekoucí nebo kondenzované vody. Exteriér vystavený povětrnosti, který je opatřený přiměřenou povrchovou úpravou. 20 DIN EN 205 Klebstoff Holzklebstoffe für nichttragende Anwendungen Bestimmung der Klebfestigkeit von Längsklebungen im Zugversuch,

41 Tab. VI: Požadavky na lepidla podle pevnosti lepeného spoje Expozice podle EN 205 Pevnost lepeného spoje v N/mm 2 Třídy trvanlivosti Číslo série Délka expozice a typ D1 D2 D3 D4 expozice prostředí 1 7 dní 1),normální 2) >10 >10 >10 > dní, normální 3) > h, studená voda 4), 7 dní, normální 3 7 dní, normální - - >2 >4 4 dny studená voda 4) 4 7 dní, normální - - >8-4 dny studená voda 4) 7 dní, normální 5 7 dní, normální >4 6 h, vařící voda 2 h, studená voda 4) 6 7 dní, normální 6 h vařící voda 2 h, studená voda 4) 7 dní, normální >8 1) 1 den = 24 h 2) (23±2) C a ( 50±5)% nebo (20±2) C a (65±5)% relativní vlhkost vzduchu 3) nevyžaduje se žádná zkouška 4) voda musí mít stejnou teplotu jako použité zkušební prostředí (20 nebo 23 C) 2.2 Vlastnosti lepidel Soudržnost a přilnavost Soudržnost (koheze) je schopnost vázat podobné nebo různé druhy materiálů k sobě navzájem. Koheze stejnorodých molekul je směrodatná pro těkavost a bod varu, má vliv na rozpustnost, mísitelnost a na pevnost, je úměrná molekulové váze resp. jeho stupni polymerace. Velký význam pro pevnost lepeného spoje má i jeho soudržnostkoheze-filmu lepidla po jeho vytvrzení. Přilnavost (adheze) je vnitřní síla materiálu, vyvolávající přilnavost lepidla (adheziva) k lepenému podkladu (adherentu). Na adhezi závisí jevy související s povrchem hmoty adsorpce a smáčení. 41

42 Interakce lepidla mezi lepidlem a materiálem se týká nejen styčné plochy (adhezní zóny) lepidla a substrátu, ale také se týká stavu lepidla v nejbližším okolí povrchu materiálu (přechodové zóny). Lepidlo je v zóně přilnavosti přítomné v jeho normálním stavu. V zóně soudržnosti má lepidlo upravenou strukturu a složení kvůli jeho soudržnosti k povrchu substrátů. Tato struktura a složení je odlišná od stavu v zóně soudržnosti. Následkem toho jsou makroskopické vlastnosti lepidla v zóně soudržnosti také pozměněné. Struktury, složení a makroskopické vlastnosti lepidla se spojitě mění v přechodu zóny mezi zónou soudržnosti a zónou přilnavosti. Zde může nastat oddělení složek lepidla v důsledku rozptýlení malých součástí lepidla do povrchových pórů. Optimální složení lepidla je z toho důvodu nepříznivě ovlivněno. (Feica, 2004) Smáčitelnost povrchu Důležitá vlastnost lepidla, schopnost smáčet povrch podkladu, závisí na povrchovém napětí lepidla a povrchovém napětí lepeného povrchu. Na povrchu každého pevného těles působí povrchové síly, které váží na volné povrchu vzduch a tyto síly vztažené na plochu dílce se nazývají povrchové napětí. U kapalin působí povrchové napětí na zmenšení povrchu kapalin, a tím brání rozteční kapalin. Povrchové napětí ovlivňuje roztečení lepidla a jeho smáčení povrchu substrátu. Aby se lepidlo dobře rozteklo a smáčelo lepený povrch, musí mít lepidlo povrchové napětí menší než povrchové napětí podkladu. Kapalina dobře smáčí povrch, když je úhel smáčení menší než 90 a nesmáčí povrch, je-li větší než 90. Obr. 1: Smáčenlivost různých kapalin ( A. kapalina povrch nesmáčí C. kapalina povrch smáčí 42

43 Obr. 2: Kontaktní úhel kapalné kapičky namočené do tuhé pevné plochy ( Povrchové napětí Povrchové napětí a kapilární jevy jsou vysvětlovány vzájemným působením přitažlivých sil molekul, tzv. sil kohezních. Povrchovou vrstvu si myslíme složenu z jedné vrstvy molekul. Při zvětšení povrchu kapaliny dostávají se některé molekuly z vnitřku na povrch, přičemž se musí překonat příslušné kohesní síly. Tak lze také vysvětlit, proč potřebujeme na zvětšení povrchu vynaložit jistou práci. Podle Laplaceovy teorie působí na každou molekulu látky přitažlivé síly sousedních molekul. Tyto přitažlivé síly mezi molekulami nejsou však gravitačního původu, neboť neklesají podle Newtonova gravitačního zákona, s druhou mocninou vzdálenosti, nýbrž vzájemné působení molekul klesá s mnohem vyšší mocninou. Můžeme proto přitažlivou působnost každé molekuly prakticky omezit na velmi malý kulový prostor, v jehož středu je uvažovaná molekula. Tento kulový prostor nazýváme sférou molekulárního působení a jehož poloměr ρ nazýváme poloměrem molekulárního působení (obr.3a). Rozložme nyní každou molekulární přitažlivou sílu na složku rovnoběžnou s povrchem a složku k povrchu kolmou. Předpokládáme-li, že rozložení molekul v kapalině, a tudíž i ve sféře molekulárního působení kolem molekuly je rovnoměrné, ruší se navzájem vodorovné složky, neboť v obou polovinách sféry rozdělené rovinou kolmou k povrchu je přibližně stejný počet molekul. Výsledkem vodorovných složek je ovšem jisté napětí, které má u molekul na povrchu kapaliny charakter napětí povrchového. Výslednice složek kolmých k povrchu se ruší, jen pokud je vzdálenost molekuly od povrchu větší než poloměr molekulárního působení ρ. Je-li však vzdálenost molekuly od povrchu menší než ρ, nebude výslednice k povrchu kolmých složek přitažlivých sil vyrovnána a bude směřovat do kapaliny, neboť vliv molekul, jež leží v kulovém úseku vyčárkovaném na obr.3b, není vyvážen molekulami ve stejném kulovém úseku nad hladinou. Se zmenšující se vzdáleností od povrchu výslednice

44 poroste a dosáhne maximální hodnoty pro molekuly, jež leží právě na povrchu kapaliny (obr.3c). Vlivem těchto kohezních (soudržných) sil je tlak na povrchu kapaliny menší než uvnitř a vzrůstá směrem dovnitř kapaliny(asi tak jako v kapalině, na jejíž molekuly působí tíže, roste hydrostatický tlak s rostoucí vzdáleností od hladiny), přičemž dosahuje maximální hodnoty ve vzdáleností rovné poloměru ρ. Tento celkový vzrůst tlaku nazýváme tlakem kohezním. Kohezní tlak nelze přímo měřit, lze jej pouze odhadnout z teoretických podkladů (tak např. pro hodnotu kohezního tlaku vody je udávána hodnota atm). Bylo pokusy potvrzeno, že velikost kohezního tlaku souvisí se stlačitelností. 21 Obr. 3: Vznik povrchového napětí (technická fyzika) Tvorba lepidlového filmu Lepidla jako makromolekulární látky koloidního charakteru mají vlastnost přechodu z kapalného skupenství solu do tuhého skupenství gelu. Procesy vyvolávající procesy tuhnutí mohou mít různý charakter. Nejběžnějším případem je pohlcování rozpouštědla, resp. disperzního prostředí substrátem, často i jeho vypařováním. Proto při použití roztoků anebo disperzí je důležitá možnost oddifundování rozpouštědla, resp. disperzního prostředí, což předpokládá určitou pórovitost aspoň při jedné části substrátu určených pro spojení. Lepidla neběžněji vytvrzují chemickou reakcí. Nárůstem relativní molekulové hmotnosti v důsledku zesíťování molekul polykondenzačními a polyadičními reakcemi tvoří tato skupina základ nové chemie lepidel. 21 HORÁK, Z., KRUPKA, F., ŠINDELÁŘ, V.: Technická fyzika, Praha 1961

45 Na kvalitu lepeného spoje nemá vliv jen chování se lepidla při nanášení na tuhý substrát a při jeho vytvrdnutí, ale i správné vytvoření filmu v lepené spáře. Vlivem venkovních sil na lepidlový film nastává napětí a tečení. (Sedliačik, 1989) Způsoby vytvrdnutí lepidel: 1) Chemické vazby uvnitř polymerů lepidla. 2) Chemické vazby vyplývající ze sesíťovaných polymeru 3) Mezimolekulové interakci mezi molekulami v lepidle 4) Mechanická soudržnost mezi různými molekulami v lepidle Přehled vlastností dřeva jako lepeného materiálu Dřevo je nehomogenní materiál, který se skládá z buněk, většinou mrtvých bez protoplazmy, vyplněných vodou nebo vzduchem. Má charakter pórovitě-kapilárního koloidu. Pro vysvětlení vzájemných vlivů dřeva s lepidlem je důležité poznat nejen vlastnosti lepidla, ale také základní vlastnosti dřeva. Stavbu dřeva je možno stručně charakterizovat z hlediska makroskopického, mikroskopického a submikroskopického, ale také po stránce fyzikálních, mechanických a chemických vlastností. Zvláštní pozornost si zasluhuje vztah vody ke dřevu a jeho vliv na problémy lepení. Vlhkost dřeva se skládá z vody chemicky vázané, vázané a volné. Voda vázaná (také voda hygroskopická) je uložená v buněčných stěnách, voda volná vyplňuje především kapiláry, lumeny a mezibuněčné prostory. Maximum vody vázané ve dřevě se označuje jako bod nasycení vláken (BNV), který dosahuje asi 30 %. Příjmem hygroskopické vody jsou vzájemně od sebe odtlačovány mikrofibrily, což se projeví zvětšením objemu dřeva resp. jeho bobtnáním. Při opačném jevu dochází ve dřevě ke snížení obsahu vody resp. k sesychání, které je často doprovázeno borcením, vznikem trhlin a jiných vad dřeva. (SEDLIAČIK, 1992) Vztah dřeva k vodě se projevuje při lepení mimo jiné i tím, že z naneseného vodního roztoku lepidla se část vody do dřeva oddifunduje, přičemž lepidlo přejde do gelovitého stavu. V případě lepení tenkých dýh může již malé množství oddifundované vody překročit bod nasycení vláken, čím se zastaví resp. zpomalí odlučování vody

46 z lepené spáry. Film lepící směsi je potom po vytvrdnutí a zaschnutí porézní a křehký. Při lepení za horka snižuje neoddifundovaná voda viskozitu lepidla, což vede k tzv. chudému spoji a tvorbě parních puchýřů. Pevnost lepení ovlivňuje do značné míry také způsob spojení dřeva vzhledem na jeho anatomickou stavbu, resp. na směr průběhu vláken. K nejčastějšímu spojování dřevěných dílců patří spojování podélné a příčně se směrem vláken. Příčné spojení však vykazuje značně nižší hodnoty smykové pevnosti, než je tomu u spojení podélného. Pravděpodobná příčina je v neúplném styku lepených dřevěných ploch. V zásadě se dřevo spojuje pouze v překližovaných bodech tvrdších letokruhů letního dřeva. Problematické je také čelní lepení, kde příčinou je jednak únik velkého množství lepidla do otevřených kapilár, ale také nerovnosti povrchu zapříčiněné vytrhnutím měkčích vláken jarního dřeva Složení lepidel Hlavní složkou lepidel jsou makromolekulové látky. Pro jejich použití je potřebné a výhodné, aby byly v podobě roztoku, pokud nejsou rozpustné, je třeba je dispergovat do koloidního stavu. Na rozpuštění se používá většinou voda nebo jiné polární, lehce vypařující se kapaliny, jako jsou alkoholy. Aby byly dosaženy určité vlastnosti lepidel, resp. jejich zdokonalení, můžeme použit různých přísad: Tvrdidla Plniva a nastavovadla Zušlechťující přísady Většina syntetických polykondenzačních lepidel vyžaduje tvrdidlo, tj. sloučeninu, která svým katalytickým účinkem urychlí chemickou reakci vytvrzení lepidla. (SEDLIAČIK, 1992) Plniva a nastavovadla se používají z technických, ale i ekonomických důvodů. Plniva jsou většinou jemné minerální látky v práškové podobě nebo organické látky. Nemají sice lepící účinky, ale pozitivně ovlivňují některé vlastnosti lepidel, jako např. zvyšují viskozitu lepidel, čímž zabraňují jejich vniknutí do dřeva a zamezují vzniku tzv. chudého spoje. Zabraňují také proniknutí lepící směsi přes póry krycích dýh. Příznivě

47 působí také na omezení či snížení smršťování lepidla a zabraňují tak možnosti vzniku nežádoucích pnutí v lepené spáře. V některých případech mohou zlepšovat i roztíratelnost lepící směsi. Po ekonomické stránce je použití plniv výhodné, protože nahrazují dražší syntetické lepidlo. Jako nastavovadla se nejčastěji používají škrobové látky, např. mouka. Ve vodě bobtnají a mají potom určité lepící účinky. Nastavování (např. moukou) můžeme provádět až do 100 %. Jejich nedostatkem je, že při vyšším obsahu, např. u UF lepidel, snižují odolnost lepeného spoje proti vlhkosti. Škrobové látky také podstatně prodlužují kondenzační čas, což prodlužuje i lisovací čas a samozřejmě zvyšuje finanční náklady. Tato okolnost však může být v některých případech i kladem, protože delší kondenzační čas prodlužuje také životnost lepící směsi. Jedním z nastavovadel je vzduch, kterým se lepidlo zpěňuje (našlehá). Přidáním malého množství povrchově aktivního prostředku (asi 1 % alkylarylsulfonátu, např. dubazolu apod.) do lepidla a zpěňováním při vyšších otáčkách míchadla můžeme objem lepidla proti původnímu 3x až 4x zvětšit. Nanesené zpěněné lepidlo vytváří podstatně tenčí vrstvu, což má za následek tyto výhody: nižší nános (výhodné z ekonomického hlediska) a v důsledku toho tenčí vrstva vytvrzeného lepidla v lepené spáře neproniká přes póry na povrch dýh do lepené spáry se nevnáší zbytečně voda Zušlechťující přísady jsou látky, kterými zlepšujeme vlastnosti lepící směsi a tím i vlastnosti lepené spáry. Pro ochranu lepidla a lepeného dřeva vůči různým biologickým činitelům se do lepidla přidávají koncentrované roztoky nebo pasty různých ochranných prostředků na bázi chlórovaných fenolů a anorganických fungicidů (např. portlandský cement) SEDLIAČIK, M.: Nové kompozície polykondenzačných lepidiel a ich aplikácie v drevárskom priemysle. Zvolen, s. ISBN

48 2.2.7 Vlastnosti lepených spojů Rozdílné vlastnosti lepidla a lepených materiálů způsobují určité pnutí ve vrstvě lepidla, lepidlové spáře. Rozdělení pnutí ve vrstvě lepidla není úměrně závislé na tvaru lepeného spoje a použitého lepidla. Místa s nejvyšším pnutím povolí nejdříve a omezují tak pevnost celkového spoje. Nestejnoměrnému namáhání se vystavuje vrstva lepidla mezi dvěma rovnoběžnými deskami namáhaní ve smyku na tah a tlak. Lepené spoje dobře snášejí namáhání v tahu tlaku a ve smyku. Většina lepených spojů je však citlivá vůči namáhání v odlupování. V praxi bývají spoje vystaveny kombinaci všech základních druhů mechanického namáhání. Příklady mechanických namáhání jsou znázorněny na obrázku 4. Obr. 4: Příklady mechanických namáhání lepených spojů ( a) napětí v odlupování b) smykové napětí c) napětí v tahu v podélném směru d) napětí v tahu e) napětí v tlaku f) napětí v torzi Aby lepené spoje vyhověly předepsaným požadavkům, je důležité se seznámit nejen s fyzikálně - mechanickými a chemickými vlastnostmi lepidel a lepených materiálů, ale i se způsoby jakými budou lepené materiály namáhány. Správně

49 provedený spoj s vhodně voleným lepidlem, převyšuje za normálních podmínek smykovou pevnost lepeného povrchu. Dodaném stavu se u lepidel hodnotí sušina (obsah netěkavých složek), výtoková doba, vzhled, viskozita, konzistence, doba životnosti natužené směsi. Ve vytvrzeném stavu se hodnotí rychlost tvorby lepeného spoje, pevnost lepeného spoje ve smyku, pevnost lepeného spoje v tahu, v odlupování, pevnost lepeného spoje při namáhání rázem, odolnost lepeného spoje při tepelném namáhání, polštářkové zkoušky, studené toky. (Doc.Ing. DANIELA TESAŘOVÁ, Ph.D., Povrchová úprava nábytku ) 2.3 Syntetická lepidla Syntetická lepidla můžeme rozdělit do skupin podle různých hledisek, např. podle způsobu vytvrzení, formy a skupenství, odolnosti proti vlhkosti, způsobu zpracování atd. Podle stavby makromolekuly je rozdělujeme na: a) Termoreaktivní lepidla (termosety) Termoreaktivní lepidla vznikají nejčastěji polykondenzací a polyadicí. Mají molekulu zesíťovanou, a proto jsou nerozpustné a netavitelné. Polykondenzace je druh reakce, při které vzniká makromolekula při současném uvolnění jednoduché látky, např. H 2 O, HCL, NH 3 a pod. Mezi kondenzační lepidla používané v dřevařském průmyslu patří: Animoplasty (UF a melamínformaldehydová lepidla) Fenoplasty (fenol-, rezorcinol-, trikrezol-, xylenolformaldehydová lepidla) Při polyadici nastává spojení jednoduchých molekul do makromolekuly otevřením nasyceného cyklu nebo zaniknutím násobné vazby (bez uvolnění jednoduchých vedlejších zplodin). Pro tyto reakce je charakteristická migrace vodíku z jedné molekuly na druhou. Mezi polyadiční lepidla používaná v dřevařském průmyslu patří: Epoxidové Polyuretanové

50 b) Termoplasty Termoplastická lepidla mají makromolekulu lineární, resp. rozvětvenou, jsou rozpustné a teplem plastifikovatelné. Do této skupiny patří tyto druhy lepidel: Vinylové a akrylátové Lepidla na bázi derivátu celulózy Jednou z velkých výhod syntetických lepidel je jejich široká základna surovinových zdrojů, kromě fosilních uhlíkatých surovin (uhlí, ropa a zemní plyn) jsou to vlastní nevyčerpatelné základní látky pro organickou syntézu: vápenec (CaCO 3 ) voda vzduch a jiné látky (SEDLIAČIK, M. a LIPTÁKOVÁ, E. Chémia a aplikácia pomocných látok v drevárskom priemysle. Bratislava: Alfa, s.) Močovinoformaldehydová lepidla Močovinoformaldehydové lepidla (Urea Formaldehyde, UF) jsou nejpoužívanějšími lepidly v dřevozpracujícím průmyslu. Jejich průmyslová spotřeba stále stoupá jak v zahraničí, tak i v tuzemsku. Tento trend je způsobený jednak zvýšenou výrobou aglomerovaných materiálů, hlavně dřevotřískových desek a překližek, ale také je podmíněný i výhodnými vlastnostmi močovinoformaldehydových lepidel, jako je možnost vytvrzování v širokých teplotních intervalech od 10 až do 150 C), vysoké reaktivity, použití ve formě vodních roztoků, bezbarvého zabarvení, cenovou dostupností atd. Nevýhodou UF lepidel je jejich malá odolnost proti vodě a zvýšené vlhkosti, ale také toxické působení uvolňujícího se formaldehydu jak při výrobě, tak i při jejich skladování a použití. (SEDLIAČIK, J., 2007, Príprava a úprava lepidiel a lepiacich zmesi. Stolařský magazín. 1-2/2007. str ) Polyvinylacetátová lepidla Polyvinylacetátová lepidla se připravují z acetylénu a kyseliny octové za přtomnosti rtutňatých solí. PVAC lepidla se vyznačují dobrou afinitou k dřevu vzhledem na jejich polární charakter a poskytují velmi pevné spoje. Na rozdíl od

51 polykondezačních lepidel jsou velmi pružné. Tato vlastnost se ještě zvyšuje přídavkem plastifikátorů, nejčastěji dibutylftalát anebo trikrezylfosfátu. PVAC lepila zařazujeme mezi zdravotně vyhovující, přestože plastifikátory jsou fyziologicky škodlivé látky (přidává se jich méně jak 5 %, počítané na disperzi obsahují xylen, toluen, etylacetát). Při vytvrzování PVAC disperzí nenastává žádná chemická reakce anebo změna. Jde tu v podstatě o fyzikální proces kdy dřevo odebírá z PVAC lepidla vodu, přičemž se postupně vytváří na jeho povrchu souvislý film. PVAC mají slabou kyselou reakci (ph 4 až 6), s čímž je třeba v některých případech počítat. PVAC lepidla jsou nehořlavé, odolné vůči mikroorganismům a tvoří průsvitné bezbarvé spoje, obyčejně málo odolné proti vodě. Používají se na montážní účely (nábytek). Rozlišují se dvě skupiny takovýchto lepidel jednokomponentní a dvojkomponentní lepidla. V prvním případě obsahuje už základní reaktivní přísadu např. určitý dialdehyd. V druhém případě se přidává tvrdidlo až těsně před použitím. Známé jsou dva druhy tvrdidel. - Tvrditelné polykondenzační pryskyřice, v tom případě je PVAC disperze průměrně kyselá, což vede k postupnému vytvrzení lepidla. - Speciálně upravená disperze, kterým se přidávají speciální tvrdidla v množství 4 až 5 %. Soli na bázi Al 3- a Cr 3-. Životnost směsi v tomto případě mají lepidla a tvrdidla poměrně silnou kyselou reakci (ph 2 až 3). Vodovzdornost dosáhnutí těmito tvrditelnými PVAC lepidly se často udává jako varuvzdorná. Nedosahuje však takový stupeň odolnosti jako např. fenolformaldehydová lepidla. Jsou však vhodné na lepení nábytku do kuchyní a koupelen, na nábytek do obzvlášť vlhkého prostředí a na výrobu dveří a oken. U disperzních PVAC lepidel je možné odolnost vůči vodě zvýšit kombinací s disperzními lepidly na bázi kopolymerů např. vinilacetátu s estery kyseliny akrylové, anebo přídavkem esterifikovaného kondenzačního produktu melamínu s formaldehydem. Z kopolymeru jsou nejrozšířenější kopolymery ethylenu. Takovéto lepidla jsou méně finančně náročné v porovnání s homopolymery, díky větší dostupnosti etylénu v porovnání s vinylacetátem. Vyznačuje se vyšší lepivostí (zvlášť v podmínkách vysoké vlhkosti), nepotřebují dodatečný přídavek plastifikátoru, jsou odolnější vůči hydrolýze atd. Široké použití má tento kopolymer při přípravě tavných lepidel.

52 Disperzní PVAC lepidla nejsou natolik náročné na přesnost opracování lepených ploch jako např. lepidla močovinoformadehydová a nánosy se pohybují v závislosti od drsnosti povrchu materiálů od 100 do 400 g.m -2. Plnící způsobilost lepidla není velká a nadbytek lepidla má i v případě PVAC disperze nepříznivý vliv na pevnost spoje. Proto tloušťka nánosu nemá převyšovat 0,2 mm. Kvalita lepeného spoje se vyznačuje dobrou pevností ve smyku. Jako termoplasty vykazují PVAC lepidla pokles pevnosti při teplotě asi 50 až 60 C. Nad teplotou 130 C se rozkládají a uvolňují kyselinu octovou. Některé lepidla však splňují kriteria tesu D4 podle DIN (odolnost vůči atmosférickým podmínkám vodě). Termoplastickým vlastnostem PVAC disperzí lze připsat i postupné snižování pevnosti lepení při trvalém zatížení, vyvolané studeným tokem polymeru. PVAC disperze je vhodná na lepení i jiných pórovitých materiálů, jako např. papíru, korku, kůže a plsti. Jako plnivo se můžou použít plavená křída, křemičitá moučka, kaolín a pod. Nejvhodnější je plavená křída, která se nejprve napustí vodou a takto připravená pasta se rozmíchá v emulzi PVAC. V případě potřeby se může na vyrovnání barvy lepeného spoje s barvou dřev (při plněném lepidle) lepidlo přibarvit nerozpustnými pigmenty v množství do 2 % na hmotnost lepidla. Naplněné lepidlo není potřeba barvit, protože spoj po vytvrdnutí je čirý, vodojasný. Proto je toto lepidlo velmi vhodné hlavně na lepení tenkých světlých dýh. Úplně se tím zamezí tvoření skvrn na dýze prosakováním lepidla, jako je to při jiných lepidlech. V souvislosti s plnivy do PVAC disperzí je potřebné uvést, že jsou výhodné takové, které obsahují ionty hliníku (např. kaolín). Tvorba lepidlového filmu vodou ředitelných disperzních lepidel na podkladech na bázi dřeva lze popsat takto. Vodou ředitelné disperzní lepidlo se nanese na jeden lepený poklad ( g/m 2 na plochu při montážním lepení). Disperze jsou volně rozptýlené ve vodě. Po nanesení lepidla oddifundovává voda z místa lepeného spoje do porézního nosného materiálů na bázi dřeva, kde nabotnává dřevní vlákna a nebo se ze spoje odpaří. Po odpaření a uniknutí vody lepidlo gelovatí. Protože disperze nejsou již vzájemně odděleny vrstvou vody, dotýkají se a vytváří souvislý lepidlový film. Ve vrstvě lepidlového filmu vznikají kohezní sily. Tekuté lepidlo drží po nánosu lepidla na lepené ploše pouze mechanickými silami. Po odpaření i úniku vody dochází k tvorbě adhezních sil mezi lepidlem a povrchem, jež jsou tím větší čím přesnější jsou jejich

53 povrchy. Současně začnou růst mechanické síly, které se formují po zatečení lepidla do pórů a jeho následného vytvrdnutí. Při vytváření pevného lepidlové spoje dochází současně ke snížení obsahu volné vody ve dřevních vláknech, a tím k jejich smršťování Kaučuková lepidla Tyto lepidla řadíme do skupiny polymerizačních elastomerních lepidel. Kaučuková lepidla jsou převážně roztokové; jako rozpouštědlo se používají organické látky. Je to nevýhoda, protože jsou drahé, zdravotně a bezpečnostně nevyhovující. Kaučuková lepidla se používají na lepení dřeva s kovy, plasty, betonem a jinými materiály, např. nalepování velkoplošných materiálů za studena (DVD na stěny). Jsou to tzv. kontaktní lepidla, kde je nános lepidla proveden na obou lepených plochách, které se musí nechat mírně zaschnout (15 až 20 min.), potom se lepené plochy k sobě přiloží a zalisují. Dnes se většinou připravují synteticky na bázi 1,3-butadienu anebo chloroprenu. Vlastnosti jednotlivých druhů kaučukových lepidel jsou podmíněné chemickým složením základních složek, použitými plnivy, změkčovadly, modifikujícími pryskyřicemi apod. Kaučuková lepidla dělíme na: 1. Termoplastická lepidla Zde řadíme lepidla vyrobené z přírodního izoprénu a syntetického kaučuku (z polymerů a kopolymerů na bázi 1,3-butadienu, chloroprenu, styrénu a akrylonitrilu) 2. Tvrditelné kaučuková lepidla Patří mezi nejdůležitější typy lepidel v této skupině. Jsou založené na bázi polychloroprénu a fenolových pryskyřic a na butadienakrylonitrilovém kaučuku a fenolových pryskyřicích. Podle způsobu vulkanizace je dělíme na: a) samovulkanizační b) vulkanizační c) nevulkanizační kaučuková lepidla

54 a) Samovulkanizační lepidla Patří mezi nejpoužívanější roztočová lepidla, protože jsou použitelná při běžné teplotě a nevyžadují na dosažení optimálních pevností spojů vulkanizaci při zvýšených teplotách. Kaučuková lepidla této skupiny jsou převážně jednosložkové, pouze v několika speciálních případech dvojsložková. Často se označují jako lepidla použitelná za studena, protože se používají za běžné teploty. Používají se v nábytkářském průmyslu a v jejích odvětvích, při lepení dřeva a dřevních materiálů s gumou nebo plasty. Na jejich přípravu se používají přírodní i syntetické elastoméry. b) Vulkanizační lepidla Používají se v mnohem menším měřítku než lepidla samovulkanizační, protože na dosáhnutí optimální pevnosti lepeného spoje je potřebná zvýšená teplota cca 140 až 150 ºC, případně i zvýšený tlak (vulkanizace lise, kotle, komoře). Tyto lepidla se vyrábějí jako jednosložkovém převážně na bázi přírodního kaučuku. Použití vulkanizačních lepidel je především v gumárenském a obuvnickém průmysle a také v opravárenských závodech (opravy plášťů pneumatik, dopravních pasů, obuvi apod.); v dřevařském průmyslu se tato lepidla nepoužívají. c) Nevulkanizační lepidla (permanentně lepivá, po odtrhnutí opět lepí, např. lepící pásky) Vyrábějí se jako jednosložkové, převážně i jednoúčelové. Kaučuková lepidla tohoto druhu se vyrábějí zejména na bázi syntetických kaučuků, jako např. CR (polychloropren), PUR (polyuretan), NBR (nitrilkaučuk) a dalších, jako i na bázi derivátů kaučuku, regenerátů, případně i tavných lepidel z termoplastických elastomérů Tavná kaučuková lepidla Jsou vyráběné na bázi syntetických kaučuků. Na tento účel se používají, speciální tzv. termoplastické kaučuky, kopolymery butadienu a styrénu anebo izoprénu a styrénu, tedy podobné typy jako jsou termoplastické eleastomery používané na roztoková lepidla. Tavná lepidla na bázi termoplastických kaučuků se začala vyrábět v (USA, Holandsko, Belgie), jejich použití se velmi rozšířilo, především

55 v nábytkářském průmyslu. Nyní se používají tavné lepidla na bázi kopolymérů etylénvinilacetátu, polyakrylátů a různých jiných druhů pryskyřic. Tavné lepidla na bázi termoplastických kaučuků jsou charakteristická tím, že jejich spoje nejsou tak křehké a mají vyšší odolnost při snížených teplotách. Tyto lepidla možno před aplikací i tepelně aktivovat Roztoková lepidla z termoplastických kaučuků Patří mezi nejnovější typy kaučukových roztokových lepidel. Připravují se na bázi termoplastických syntetických kaučuků, převážně typu SBS (styrén-butadienstyrén) anebo SIS (styrén-izoprén-styrén). Jsou to v podstatě roztoky termoplastických eleastomerů a speciálních pryskyřic v organických rozpouštědlech. Lepidla této skupiny jsou charakteristická tím, že mají poměrně krátký otevřený čas a možno je v některých případech používat i jako jednostranné, např. při lepení gumy a některých plastů na dřevo. (Zborník referátov XVIII. Sympózium Pokroky vo výrobe a použití lepidel v drevopriemysle Adhesives in woodworking industry, 2007, str.24-27, ISBN ) 2.4 Používaná lepidla pro technologii oplášťování V závislosti na systému nanášení je možné používat lepidla kapalná nebo tavná. Pro běžné nároky se používají tavná lepidla na bázi EVA kopolymerů, pokud se žádá vyšší odolnost vůči teplotě, je vhodné použít lepidla na bázi polyolefinů a pro nejvyšší nároky slouží lepidla PUR. Kapalná lepidla, která se obvykle používají, jsou na bázi PVAC, tedy disperzní, vodouředitelná nebo roztoková PUR. PVAC lepidla splní požadavky všude tam, kde se oplášťovací materiál nepřekrývá a nároky na lepenou spáru nejsou vysoké. Pro vysoké nároky na lepenou spáru a zejména tam, kde dochází k překrytu oplášťovacích materiálů např. na bázi impregnovaných papírů je vhodné použít PUR lepidla.

56 2.4.1 Tavná lepidla používaná pro oplášťování profilů z materiálů na bázi dřeva Tavná lepidla definujeme jako bezrozpouštědlové termoplasty, které se aplikují v roztaveném stavu. Tavenina po nanesení a slepení s lepenými materiály za velmi krátký čas ztuhne a vytváří pevný lepený spoj. Výhodou těchto lepidle je, že nevnášejí do spojovaných materiálů nežádoucí vlhkost. Nedochází ke kroucení či vlnění lepených materiálů prakticky nedochází. Rozdělení tavných lepidel podle způsobu vytváření adhezivního spoje: uzavíratelná polymerní směs na bázi etylenvinylacetátu neuzavíratelná polymerní směs na bázi etylenvinylacetátu bez vosku nebo v kombinaci s jiným polymerem Tavná lepidla se nanášejí v podobě taveniny na impregnovanou fólii na bázi papíru a před úplným vychladnutím musí dojít ke slepení této papírové fólie a MDF podkladu. Podstatnou výhodou tavných lepidel je to, že nemusí zůstat po vychladnutí tak měkká a už vůbec nemusí být trvale lepivá jako disperzní PSA lepidla. Tavná lepidla se vyznačují nízkým povrchovým napětí taveniny. Vzhledem k tomu, že taveniny mají newtonovskou reologii, není zde problém s nastavováním tokových vlastností. Viskozita lepidla by měla být v rozmezí od 1500 do 6000 mpas, což je dost široký interval, umožňující větší volnost ve formulaci lepidla. Navíc lze viskozitu regulovat nastavením aplikační teploty od 150 do 190 C. Tavná lepidla jsou schopna lepit v určitém časovém rozmezí, které není přesně ohraničeno poklesem teploty taveniny. Ještě i po relativním vychladnutí taveniny je povrch lepidla schopen přilepení, protože strukturální změny lepidla ještě neproběhly a amorfní materiál lepidla je stále aktivní. Za normální teploty jsou tavná lepidla pevné látky termoplastického charakteru. Ke zpracování se roztaví a nanáší se pouze na jeden povrch. Tavná lepidla mohou být ve stavu sklovitém (tvrdě elastickém), což je základní skupenství za normální teploty, ve stavu viskoelastickém (měkce elastickém), což je stav změknutí za působení zvýšené teploty a plastickém, v tomto stavu je lepidlo ve

57 stavu taveniny. Ochlazením se tavné lepidlo vrací ze stavu plastického přes viskoelastický do sklovitého. Obr. 5: Cyklus tavného lepidla po roztavení 1. nános tavného lepidla na první povrch 2. přilepení druhého povrchu 3. uvolnění stlačení Polyolefinická lepidla se skládají z amorfního poly-alfa olefinu, pryskyřice a vosku. Plniva nebyla v tomto projektu tolerována z důvodu nebezpečí zvýšeného opotřebení tryskové soustavy nanášecího zařízení (abrazivní účinky minerálního plniva). Pro lepidla tohoto typu se vžila zkratka APAO. Výhodou APAO lepidel bývá výborná adheze na nepolární povrchy, delší otevřená doba a zejména zvýšená teplotní odolnost spoje. Není problémem dosáhnout bodu měknutí lepidla okolo 120 C. Teplotní odolnost spoje se potom pohybuje okolo 100 C, což je vyhovující i pro obalování nábytkových MDF profilů dekoračními foliemi. Otevřená doba je parametr závislý na bodu měknutí (čím vyšší bod měknutí, tím kratší otevřená doba), ovšem i tak je možné dosáhnout hodnot až 3-5 minut od nánosu lepidla. Strukturální změny ve vychládající tavenině APAO lepidla jsou pomalejší než u EVA lepidel a to je důvodem, proč může být otevřená doba delší.

58 2.4.2 Vlastnosti tavných lepidel vhodných pro oplášťování nábytkových dílců 1. Vliv na životní prostředí a jeho ochrana: tavná lepidla obsahují 100% aktivních složek, žádné pomocné látky (rozpouštědla) se z nich při aplikaci neodpařují, Odsávací zařízení má zde proto pouze funkci odstranění typické pryskyřičné vůně roztaveného lepidla, která by mohla obtěžovat obsluhu oplášťovací linky. 2. Skladovatelnost tavných lepidel je bezproblémová: tavná lepidla mají záruční dobu 2 roky, nevadí jim skladování c netemperovaných skladech v zimním období. Nepodléhají biologické degradaci. Snadnější údržba zařízení: po skončení pracovní směny není nutné čištění stroje. Po opětovném zapnutí ohřevu se lepidlo převede do tekutého stavu a může se pokračovat v lepení. Tento přístup je výrazně šetrnější k životnímu prostředí, protože se omezuje vznik odpadů z technologie lepení Nevýhody použití tavných lepidel pro oplášťování nábytkových dílců 1. Ekonomická stránka nutnost zakoupení finančně náročnější tavné technologie: Nanášecí zařízení je ve srovnání s podobným zařízením na tekutá lepidla výrazně komplikovanější a tím i dražší. Přistupují také náklady na provoz, zejména na elektrický ohřev. 2. Nutnost správného a přesného nastavení aplikačních parametrů: prvotní nastavení oplášťovací linky je složitější než u podobných zařízení na kapalná lepidla a je náročnější také na kvalifikaci obsluhy. 23 KACHAŇA, F., KRONTORÁD, K.: Technologie oplášťování a její uplatnění ve výrobě nábytku Zborník Nábytok Nábytek 2004, Zvolen, ISBN

59 2.5 Druhy nanášení lepidla Zařízení na oplášťování se rozdělují hlavně podle systému nanášení lepidla na oplášťovaný materiál. Rozeznáváme tři základní typy nanášení: 1) Nanášení kapalných lepidel pomocí stěrky: Průběh přípravy lepivé plochy probíhá tímto způsobem: Oplášťovací materiál se odvíjí z cívky a na rubovou stranu je pomocí nanášecí hlavy se stěrkou nanášeno lepidlo. Následuje vysoušecí zóna, kde je z kapalného odstraňováno rozpouštědlo, zpravidla proudem ohřátého vzduchu nebo infračerveným zářením. Po odstranění rozpouštědla se lepidlo aktivuje, obvykle opět tepelnou radiací a ihned poté se oplášťovací materiál přitlačuje na nosič. 2) Nanášení tavných lepidel pomocí nanášecího válečku: Oplášťovací materiál může být v jednotlivých listech nebo v roli. Nanášení lepidla je prakticky shodné s nanášením lepidla na běžných olepovačkách hran. Otáčející se váleček běží určitou částí svého obvodu v lepidlové tavenině a další částí obvodu se otírá o oplášťovací materiál a tím na něj nanáší vrstvu lepidla. 3) Nanášení tavného lepidla tryskou: U tohoto způsobu se lepidlo představuje ve speciálním zařízení, odkud je čerpadlem pod určitým tlakem vháněno do nanášecí hlavy s tenkou tryskou, respektive štěrbinou, přes kterou je veden oplášťovací materiál. Ten musí být navinut na cívkách.

60 3. Nábytkové dílce povrchově dokončené oplášťováním pomocí dekorační fólie na bázi papíru 3.1 Povrchová úprava oplášťováním Oplášťování profilů za použití podkladových materiálů na bázi dřeva (MDF, DTD, lisované dřevo) je dnes stále více využívaným procesem. Jde o poměrně mladou a vysoce produktivní technologii zabývající se zušlechtěním povrchů profilovaných lišt a dílců z méně vzhledných, ale technicky těžko nahraditelných materiálů dekorativních fólií. Nejdříve byla zavedena v USA, odtud se počátkem 70.let rozšířila v Evropě a v posledních třiceti letech se ještě více rozrostla a s ní i několik technologických variant těchto zařízení. V Československu se technologie oplášťování poprvé zavedla koncem osmdesátých let minulého století. Tato technologie umožňuje další zpracování a využití jinak upotřebitelné dřevní hmoty. Princip oplášťování spočívá v postupném nalepování nepružné tenké vrstvy ušlechtilého materiálu na nosič. Tím se tato technologie liší od membránových nebo vakuových lisů, které využívají právě roztažnost tenkovrstvých ušlechtilých materiálů nebo od softformingu, který skládá nepružné tenké vrstvy k sobě. Nejblíže oplášťování je kašírování a průběžný postforming. Oplášťování využívá průmyslově snadno dostupných lepidel, kterými se fixují ušlechtilé materiály, jako dýhy a fólie na profilované lišty. Využívá se k výrobě okrasných nebo krycích lišt, nábytkových dílců, zárubní, zásuvek, okenních profilů apod.. Oplášťování MDF desek fóliemi se provádí na oplášťovacím stroji, který je vybaven speciální sadou nástrojů a speciální přestavitelnou tryskovou hlavou. MDF deska musí být před samotným oplášťováním dokonale povrchově upravenaopracovaná čtyřstrannou frézkou a broušená, protože tenké papírové fólie jsou náročné na nerovnosti povrchu, přičemž by se objevily vady (kopírování nerovností). Dokonale připravené povrchové plochy nosiče, lze samozřejmě při použití adekvátního vkládajícího a odbíracího zařízení, úspěšně oplášťovat. Nosič (obvykle profilovaná lišta), je přesně směrován vodícím podávacím zařízením a pomocí válce je na něj přitlačena tenká vrstva fólie na bázi papíru, opatřena nánosem lepidla. Pomocí sady dalších přítlačných válečků, je pak tenká vrstva ušlechtilého materiálu postupně přitlačována do profilovaného nosiče, až je tento

61 dokonale obepnut. Současně získá vzhled, jako by byl celý vyroben z ušlechtilého materiálu Výhody oplášťování Výhodou tohoto způsobu povrchové úpravy je především vyšší kvalita a rychlost olepené plochy. Oplášťovaná deska se může ihned dále zpracovávat. Další výhodou je kvalitní zpracování velmi tenkých impregnovaných papírů. Podstatnou roli hraje také pozitivní vliv na životní prostředí a vliv na pracovní prostředí. 3.2 Dokončování nábytkových dílců oplášťováním Příprava profilu pro oplášťování vyžaduje dokonalé opracování, nejen kvůli zvyšujícím se požadavkům spotřebitelů, ale i kvůli samotnému zefektivnění výroby a zvýšení hodnoty firmy. U aplikací PVC nebo ABS fólií na plastové profily, je třeba nanést vrstvu tzv. primeru, který umožňuje spolehlivou adhezi oplášťovacího materiálu. Primer se obvykle nanáší stříkáním nebo otíráním. Oplášťovací stroje jsou dle svého výkonu rozděleny: Univerzální stroje: rychlost posuvu je zde nastaven v rozsahu od 4 do 30 m/min.. Tyto stroje je možno přestavovat na různé typy profilů s různým určením a jsou určeny pro výrobu podlahových lišt pro plovoucí podlahy, přes okrasné kuchyňské lišty, lišty na dvířka atd. až po jednodušší zárubně, případně zásuvkové profily. Specializované zařízení, vybavená mnohými jednoúčelovými agregáty jsou určeny pro vyšší výkony a rychlosti posuvu. Staví se dle požadavků zákazníků. Vznikají tak např. zařízení, do kterých vstupují pásy DTD, které se při průběhu linkou zformátují, ofrézují, sestaví, slepí, obrousí, samozřejmě obalí, posléze přesně zakrátí a zabalí. Výsledkem jsou například dveřní zárubně. Tykové linky se staví pro již zmíněnou výrobu zárubní, pro výrobu zásuvkových korpusů, předních nábytkových ploch, okenních profilů nebo dílců pro automobilové karoserie.

62 Zařízení kombinována s jinými stroji se jeví jako nejkomplexnější např. postformingové nebo softformingové olepovačky, průběžné formátky apod.. Kontinuálně se tak např. vyrábí tvarově komplikované pracovní desky pro kuchyně. 3.3 Požadavky na fyzikálně-mechanické, estetické a ekologické vlastnosti povrchových úprav Výzkum a vývoj i používání dokončování povrchových úprav nábytku limituje trend tzv. udržitelného rozvoje. Znamená to zvýraznění požadavků na podkladové materiály a technologie, které upřednostňují co nejmenší dopad na životní prostředí při jejich používání na pracovní prostředí, při vývoji a výrobě všech materiálů určených pro zhotovení lůžka a při volbě všech technologií včetně strojů podílejících se na výrobě výrobku i vstupních materiálů. Při výběru povrchových úprav nábytku není dovoleno také používat nátěrové hmoty a fólie, které obsahují chemické sloučeniny nebo přípravky označené od výrobců nebo mohou být v době aplikace označeny následujícími R-větami nebo kombinacemi R-vět R40, R45, R46, R49, R50, R51, R52, R53, R60, R61, R62, R63, R68, podle direktivy 67/548/EEC a ve shodě s direktivou 76/769/EEC a 79/117/EEC. 24 Tyto požadavky se netýkají sloučenin, které během jejich aplikace změní chemickou strukturu a dále již nespadají pod výše uvedené R-věty. Další požadavkem uvedených v návrhu Eco-Label for furniture, který výrazně omezuje výběr nátěrových hmot pro dokončování povrchových úprav nábytkových dílců, je požadavek na obsah VOCs v nanášené nátěrové hmotě. Dokončovaná plocha nábytkového dílce může při nanášení obsahovat max. 35 mg/m 2 VOC a 14 mg/m 2 zdraví škodlivých látek. Uvedené požadavky také výrazně omezují výběr materiálů určených pro dokončování nábytkových dílců certifikace for furniture nábytek z , s.11, certifikace for furniture nábytek z , s.17, 2003

63 3.3.1 Požadavky na povrchovou úpravu oplášťováním Povrchová úprava provedená oplášťováním MDF profilů papírovou fólií pomocí tavného lepidla musí splňovat nejen všechny předepsané požadavky na fyzikálněmechanické vlastnosti i odolnosti vůči působení studených kapalin, ale musí vyhovovat i všem výše uvedeným požadavkům Eco-Labelu pro nábytek. Pro splnění těchto požadavků se provádí různá laboratorní ověření např. hodnocení vzhledu, barvy, tvrdosti povrchu, rozměrů, ohebnosti, obsahu těkavých organických látek, křehkost fólie, odolnost proti chemikáliím, odolnost proti zvýšené teplotě, odolnost proti oděru a přilnavost fólie na materiál. Tab. VII: Požadavky dle použitých norem na fyzikálně-mechanické vlastnosti povrchové úpravy nábytkového dílce Požadavky norem na fyzikálně-mechanické vlastnosti povrchové úpravy nábytkových dílců Měřící Požadavky pro pracovní plochy Zkušební metoda jednotka dle ČSN Tvrdost tužkou dle ČSN stupeň nejméně 8 Odolnost proti suchému teplu dle ČSN EN stupeň nejméně 4 Odolnost proti suchému teplu dle ČSN EN stupeň nejméně 4 Přídržnost povrchu odtahem dle ČSN EN MPa nejméně 0,75 Přídržnost povrchu dle ČSN EN 311 MPa nedefinováno Lesk - ČSN EN % nestanoveno Přilnavost mřížkovou zkouškou dle ČSN ISO 2409 stupeň nestanoveno Umělé stárnutí nátěrových hmot a expozice umělému záření dle ČSN EN ISO stupeň vyhodnoceno dle šedé stupnice nejméně 3

64 Tab. VIII: Požadavky na odolnost povrchové úpravy po působení studenými kapalinami dle ČSN EN Požadavky na odolnost povrchové úpravy po působení studenými kapalinami dle ČSN EN Zkoušené kapaliny Čaj Káva Voda Ethylalkohol (48%) Izotonický rotok NaCl Olej Kyselina octová (8%) Čistící prostředek Kyselina citrónová (10%) Ovocná šťáva Červené víno Norma pro pracovní plochy nejméně stupeň Podkladové materiály používané pro výrobu nábytkových dílců, povrchově dokončených oplášťováním Volba nosiče se obvykle řídí následujícími kritérii: a) Dobře tvarovatelný, ale fádní materiál chceme zakrýt designově zajímavým dekorem. Zde se používá jako nosič obvykle DTD, který se oplášťuje dýhou. Pokud jsou profily náročnější nebo jako dekorativní materiál přichází v úvahu fólie, volíme MDF. b) Technický nutný, ale vzhledově nezajímavý materiál chceme učinit přitažlivějším. U tohoto typu se může jednat, pokud jsou vyšší nároky na pevnost, o nekonečný vlys např. smrkový nebo z levných tropických dřevin. Novinkou jsou profily z vytlačovaného dřeva.

65 3.4.1 Středně hustá dřevovláknitá deska MDF MDF jsou počáteční písmena jednotlivých slov anglického názvu Medium Density Fibreboard středně husté vláknité desky nebo-li polotvrdé vláknité desky. Podle mezinárodního standartu ISO 818, patří do skupiny polotvrdých vláknitých desek s hustotou od kg.m -3. Rozšíření výroby MDF podpořily zejména tyto jejich vlastnosti zisk homogenního materiálu umožňující vytváření komplikovaných profilů bočních i čelních ploch, zisk materiálu nahrazující masivní dřevo, vyznačující se především většími rozměry, minimální objemovými změnami, dobrou pevností, kvalitnějším povrchem vhodným pro další povrchovou úpravu. Tyto aspekty vytvářejí předpoklady pro třírozměrné, tj. reliéfní opracování. Jemná struktura vláken dává deskám vysokou rozměrovou stabilitu a vysokou mechanickou pevnost. (Hrázský, Král 2007). Pro výrobu MDF desek lze zpracovat jak jehličnaté, tak listnaté dřevo, ale i dřeviny exotické například Eukalyptu Globulus. Pokud se zpracovává více dřevních druhů, je nutné jeich časově konstantní poměr pro nastavení technologických parametrů a tak zajištění kvality finálního výrobku. Z netradičních surovin jsou k výrobě MDF použitelné bagasa a jiné jednoleté rostliny, sláma, viničné pruty apod.. MDF deska je právem považována za jeden z nejmladších materiálů používaných v našem oboru, neboť její produkce v Evropě se na rozdíl od ostatních aglomerovaných materiálů za posledních deset let zvýšila přibližně 7-krát a u nás byl její masový nástup zaznamenán v posledních 3-4 letech Lisované dřevo Lisované dřevo je materiál na bázi dřeva složený ze souboru loupaných dýh. Při skládání souboru dýh je průběh vláken u jednotlivých vrstev stejný, na rozdíl od překližek, kde je vyžadována křížová skladba. Pro zvýšení pevnosti v ohybu je přípustné jen asi 15% vrstev dýh s příčně probíhajícím směrem vláken. Vzhledem k vrstvení dýh se silným důrazem na směr vláken, mají desky velkou pevnost ve směru průběhu vláken, která daleko překračuje pevnost masivního dřeva. Tato pevnost se ještě zvyšuje s jemností vrstev ve struktuře výlisku. Na centimetr tloušťku výlisku připadá 7-20 vrstev dýh. Lamelované výlisky se vyrábí v tloušťkách od 4 mm do 100 mm. Při současné výrobě zhuštěného dřeva se používá buk, habr apod. o nízké počáteční vlhkosti, která činí 10 až 16%. Nízká vlhkost dřeva, vstupního materiálu se

66 vyznačuje použitím vyšších tlaků až 30 MPa a teplot lisování 100 až 120 C. Celkový lisovací cyklus trvá asi 100 minut včetně ochlazení výlisku na 40 C. 3.5 Oplášťovací dekorační materiály Pro nábytkářskou a stavebně truhlářskou výrobu přichází v úvahu jako dekorativní oplášťovací materiály fólie (papírové, plastové) a dýhy a. Papírové fólie b. Plastové fólie Plastové fólie jsou obvykle na bázi PVC nebo ABS, potištěné dekorativním vzorem. Základ papírových fólií tvoří potištěný papír gramáže g.m -2 impregnovaný většinou melaminoformaldehydovou pryskyřicí. Dodávají se povrchově upravené nebo fólie určené k dodatečné povrchové úpravě. Často se používají sendvičové konstrukce, např. impregnovaný papír s nalepenou kovovou fólií s ochrannou lakovou vrstvou, nebo papír s různými dekory, které se probrušují apod.. c. Dýhy Ty jsou v listech nebo rolích nepodlepené nebo podlepené. Nepodlepené dýhy mají v technologii oplášťování jen velmi omezený rozsah použití, neboť profily nosičů musí mít velké poloměry zaoblení, jinak dýhy praskají nebo se trhají. Tomu se dá dobře zamezit podlepením tzv. flísem, což bývá zpravidla houževnatá netkaná textilie. Při dodržení správné vlhkosti dýhové vrstvy o tloušťce 0,2 0,4 mm, lze oplášťovat i velmi složité profilované tvary Použití fólií ve výrobě nábytku a jejich rozdělení Dýhování dílců částí nábytku je známo z dřívější, převážně rukodělné výroby. Pracné vytváření lisovacích přípravků, samotné nalepení dýhy bylo vyhrazeno zručným truhlářem. Rozvoj výroby si vyžádal technologické změny, postupně se vytvářely stroje, které průběžné dílce dokázaly olepit dýhou a později dalšími PVC a impregnovanými papírovými materiály. Úprava dýhováním je postupně nahrazována materiály, které

67 dýhu nahradí nejen po stránce funkční a v mnoha směrech i předčí. Snahou nebylo pouze nahradit dýhu drahých exotických dřevin, ale požadované vytvoření umělé náhrady, jejíž použití mělo zjednodušit povrchovou úpravu těchto materiálů a celkově zlepšit ekonomickou stránku procesu výroby. Také v důsledku nedostatku přírodních materiálů se hledaly možnosti jejich náhrady, proto se začaly objevovat a aplikovat netradiční materiály, fólie. Povrch a tvar předmětů jsou atributy, které člověk vnímá jako první svými smysly. Oči zprostředkují první dojem, který je pro úspěšný prodej produktu rozhodující. Fólie představuje materiál, který se svými vlastnostmi dýze vyrovná a z hlediska výrobního, obchodního, jsou náklady na celkovou výroby nižší. Mezi přednosti používání fólií patří to, že fólie může nahradit dekorativní dýhu, s velmi dobrým vzhledem a odolností dokončených povrchů. Výhodou je také vysoká mechanizace výrobních postupů a vysoká produktivita práce. Fólie používané v nábytkářském průmyslu můžeme rozdělit: 1) Fólie na bázi papíru impregnovaného pryskyřicí: a) základové, s funkcí překrytí podkladu b) dekorativní fólie c) fólie s výsledným efektem 2) Beznosičové fólie z plastů, dekorativní na bázi: a) PVC b) ABS c) UP d) PP 3) Tenké fólie na bázi málo impregnovaného papíru a) základové b) dekorační c) fólie s konečným efektem Tyto fólie jsou na povrch podkladu aplikovány různými technologickými postupy. Způsob, kterým se lepení fólií provádí je závislý na především na tvaru podkladového materiálu, druhu, typu použité fólie a také na funkci, pro kterou je budoucí olepený dílec určen. Rozeznáváme tedy několik technologických postupů při aplikaci fólie na povrch podkladového materiálu: lisování v jedno a víceetážových

68 lisech, lisování v membránových lisech, podlepování, oplášťování, kašírování za normální nebo zvýšené teploty (termokašírování), atd.. Vlastnosti fólií závisí na materiálu, ze kterého byly vyrobeny, jeho plošné hmotnosti, druhu použité pryskyřice a obsahovém množství (proimpregnovanosti papíru), dále na lepidle, kterým je fólie přilepena k podkladu, podkladovém materiálu a zvoleném způsobu technologie. Materiály povrchově upravené fóliemi, jsou odolné vůči olejům, čistícím prostředkům určených pro domácnost, organickým rozpouštědlům, studené a horké vodě i vysokým teplotám a jsou rovněž světlostálé. Díky tomu při jejich aplikaci na podkladový materiál nedochází k měknutí povrchu nebo vzniku plynných, rozkladných produktů nebo prosáknutí lepidla v průběhu operace za dané teploty a tlaků Impregnované fólie na bázi papíru Rozvoj výroby aglomerovaných materiálů, jejich stále zvyšující se spotřeba a náročnost konečného spotřebitele donutila výrobce aglomerovaných materiálů (MDF deska) zvýšit finalizaci svých výrobků a dodat jim, tak vyšší kvalitu, trvanlivost, životnost, dokreslení přirozené kresby dřeva a ekonomické zhodnocení. Výrobci tedy začali svoje výrobky povrchově upravovat. Tomuto trendu napomohla i skutečnost, že stoupající požadavky nábytkářského průmyslu na povrchově upravené velkoplošné materiály nebylo možné použít klasické povrchové úpravy. Proto i nábytkářský průmysl obohacení trhu o aglomerované materiály s novou povrchovou úpravou uvítal. V současné době se povrch těchto materiálů upravuje mnoha způsoby, které můžeme následovně rozdělit: 1. podle podmínek použití upraveného materiálu: vnitřní účely (interiérové použití) vnější účely (exteriérové použití) 2. podle materiálu použitého na povrchovou úpravu: povrchová úprava nátěrovými hmotami: nanášení tmelů, tekuté nátěrové látky, moření, potiskování, lakování a reliéfování. povrchová úprava oplášťováním: laminování, foliování, nalepení laminátu a nanášení práškových látek.

69 Užitkové vlastnosti fólií na bázi papíru Vhodnost použité fólie prochází přísnou kontrolou a jednotlivými zkouškami, kterým musí fólie vyhovět. Zkouší se nejen citlivost na skvrny, ale také jejich čištění podle příslušných norem (k čištění povrchů by měly stačit všechny dostupné domácí čistící prostředky), světlostálost, vzdušnost, odolnost proti suchému a vlhkému teplu, zkouška cigaretou, odolnost proti oděru, tvorba trhlin, odolnost proti poškrábání, tepelná stálost (mimořádný význam u kuchyňského nábytku). Pro zabezpečení tepelné stálosti fólie se musí dodržovat následující pravidla: minimální aktivační teplota podkladový materiál (MDF, DTD apod.) i fólie se předehřívají do použitého lepidla se přidává tužidlo zvyšuje se přítlačná síla Velmi důležitým hlediskem je vliv na životní prostředí. Doporučuje se použití nekovových barev, měří se emise formaldehydu, které musí být redukovány na minimum, používá se bezformaldehydový základový papír a lakovací systém. Po splnění těchto podmínek, jsou uděleny certifikáty ISO 9001 a ISO Technologie oplášťování nábytkových dílců Princip oplášťovaní je velice jednoduchý. Podélně tvarovaný dílec z vhodného materiálu MDF, plech, tvrdé plastické hmoty se vkládá do stroje, jehož unášecí systém je tvořen řadou hnaných pogumovaných kol, nebo pásem. Dílec je unášen rovnoměrnou rychlostí. Na počátku zpravidla působí čistící mechanismus tvořený rotačními kartáči s odsáváním. Poté následuje část předehřívací, neboť používaná lepidla se aktivují teplem. Dále následuje část přívodu fólie (papírové, plastové, dýhové atd.) s nánosem lepidla. Část, která je nejdelší a která dala stroji jméno začíná přítlačným válcem, který fixuje fólii s nánosem lepidla na přesně vymezeném místě profilu dílce a poté následuje soustava přítlačných kladek a válečků, které postupně přesně kopírují tvar povrchu dílce a přitlačují dokonale fólii k jeho povrchu, až je dílec zcela nebo velké části fólii obalen oplášťován.

70 4. Ověřované materiály pro experimentální část Výzkum a řešení dané problematiky se zaměřuje zejména na vliv podkladového materiálu, použitého lepidla, dekoračního materiálu, nábytkového dílce dokončeného oplášťováním impregnovanou fólií na bázi papíru na kvalitativní a kvantitativní složení emisí VOCs. Současně byly sledovány fyzikálně-mechanické vlastnosti dokončeného nábytkového dílce. 4.1 Příprava zkušebních vzorků Podkladový materiál Za konstrukční materiál byla zvolena středně hustá vláknitá deska tloušťky 28 mm, která byla získána v krátkém čase od své výroby. Pro porovnání emisí VOC byly jako doplňkové materiály zvoleny dřevotřísková deska, lisované dřevo a deska s orientovanými třískami. Dekorativní materiál Pro oplášťování MDF byla vybrána impregnována fólie na bázi papíru, a to v dezénu buk a ahorn o gramáži 80 g.m -2.

71 5. Použité materiály, metodiky a zařízení 5.1 Použité materiály Podkladový materiál Testovaný podkladový materiál: - středně hustá vláknitá deska MDF (Medium Density Fibreboard), - lisované dřevo, - dřevotřísková deska DTD, - deska s orientovanými třískami OSB (Oriented Strand Board), Všechny uvedené testované materiály byly v surovém stavu, bez povrchové úpravy Poznámka: zkušební vzorek MDF a lisovaného dřeva je složen z 5 vlysů daného materiálu a) MDF (Medium Density Fibreboard) středně hustá vláknitá deska (viz. kapitola 3.4.1, str.65) Vyznačují se stejnorodou strukturou slisovaných vláken v celém svém průřezu. Jsou vyráběny převážně jako jednovrstvé, ale mohou být i vícevrstvé. Hustota desky je rovna nebo vyšší než 450 kg.m -3, tloušťka desky je 28 mm. Rozměry 5 vlysů zkušebního vzorku: 0,71 x 0,14 x 0,028 m Obr. 6: Struktura MDF desky (

72 b) Lisované dřevo (multi-plywood) (viz. kapitola 3.4.2, str.65-66) Překližovaný materiál složený ze souboru loupaných dýh, přičemž průběh vláken jednotlivých vrstev dýh je rovnoběžný. Rozměry 5 vlysů zkušebního vzorku: 0,7 x 0,068 x 0,025 m Obr. 7: Struktura lisovaného dřeva c) DTD (chipboard) dřevotřísková deska Dřevotřísková deska je deskový materiál z dřevených částic (dřevěných třísek, hoblin, pilin, lamel apod.) s přídavkem lepidla, vyrobený lisováním za tepla. Dřevotřískové desky jsou vyráběny ze stoprocentní dřevité hmoty jehličnatých a listnatých dřevin spojovaných kvalitní a zdravotně nezávadnou močovinoformaldehydovou pryskyřicí. Typ lepidla: močovinoformaldehydové lepidlo (66% sušina) Poměr dřeva jehličnaté : listnaté - 85 : 15 % Podmínky lisování: teplota lisu 190 C Rozměr zkušebního vzorku: 0,69 x 0,69 x 0,018 m

73 d) OSB (Oriented Strand Board) desky s orientovanými třískami Deska z plochých orientovaných třísek (OSB) je vícevrstevná deska z dřevěných třísek a lepidla. Třísky mají přesně stanovený tvar a tloušťku. Ve vnějších vrstvách jsou orientovány rovnoběžně s délkou nebo šířkou desky a lamely ve vnitrní vrstvě jsou orientovány zpravidla v kolmém směru ke třískám vnější vrstvy. Rozměr zkušebního vzorku: 0,69 x 0,69 x 0,012 m Tvarový profil nábytkového dílce Zkušební vzorky byly připravené z MDF desky, která byla následně tvarově opracována na čtyřstranné tvarovací frézce. Po tvarovém opracování dílců se podkladový materiál oplášťoval impregnovanou fólií na bázi papíru pomocí obalovacího stroje od švédské firmy Barberan, typ PUR-46-L (Lignor centrum s.r.o). Jeden zkušební vzorek se skládal z pěti takovýchto vlysů, povrchově upravených fólií. Profil vlysů zkušebních vzorků je zobrazen na obr.8, str. 73. Rozměr vlysů zkušebních vzorků nábytkových dílců: 0,65 x 0,14 x 0,028 m Obr. 8: Tvar vlysu zkušebního vzorku, který je vyroben z MDF desky a následně oplášťován impregnovanou fólií na bázi papíru

74 5.1.3 Dekorativní materiál Dekorační papír LETRON Potištěný, pryskyřicí impregnovaný dekorační papír, dodávaný v gramáži v rozmezí od g.m -2. Jde o typ fólie s finální povrchovou úpravou. Z hlediska emisí VOCs byly testovány fólie těchto dezénů: 1. Buk 2. Ahorn 3. Bílá První dva typy dezénů impregnovaných fólií na bázi papíru jsme následně použili pro oplášťování nábytkových dílců z MDF desek. Obr. 9: Impregnované fólie na bázi papíru různé dezény ( Vlastnosti fólie: plošná hmotnost. 80 g.m -2 tloušťka fólie. 0,125 mm

75 5.1.4 Lepidla Tavná lepidla Na základě výsledků hodnocení vlastností tavných lepidel byla ověřována tato tavná lepidla: - POWER WELD DORUS US 280/4 - UNIMELT 420 Jde o tavná lepidla pro profilové oplášťování na bázi polyolefinu bez plniva pro papírovou fólii a fólii Alkorcell (fólie na polyolefinické bázi, silně plněná celulózou). POWER WELD 200 Fyzikální vlastnosti: Bod měknutí / kroužek a kulička / ca. 140ºC Viskozita ca mPa.s / 180ºC Zpracovatelské podmínky: Doporučená teplota na nánosovém válci/ trysce ºC Doporučená teplota podkladového materiálu > 15ºC Doporučená hmotnost nánosu g.m -2 Použití: obalování profilových jader z dřevotřískové desky, MDF nebo masivního dřeva papírovou fólií nebo Alkorcell fólií DORUS US 280/4 Tavné lepidlo pro profilové oplášťování na bázi polyolefinu bez plniva pro papírovou fólii a fólii Alkorcell Fyzikální vlastnosti: Bod měknutí /kroužek a kulička/: ca. 150 ºC Viskozita /Brookfield/: ca mpa.s / 180 ºC ca mpa.s / 200 ºC

76 Tepelná odolnost /DORUS metoda/ závislá na profilu, ca. 110 ºC Doporučená zpracovatelská teplota na nánosovém válci/ trysce ºC doporučená hmotnost nánosu g.m -2 při DTD g.m -2 při MDF a masivním dřevě UNIMELT 420 (Lear) Tavné lepidlo složené ze syntetických pryskyřic bez plniv. Je zdravotně a ekologicky nezávadné a nehořlavé. Bod změknutí je 100 C. Unimelt 420 se používá pro oplášťování MDF a dřevotřískových desek a profilů dýhou, papírovými nebo plastovými foliemi. Doporučená teplota zpracování je C v případě nanášení tryskou, nebo C nanášení válečkem. Při teplotě nad 190 C dochází k rozpadu struktury lepidla. Fyzikální vlastnosti: Viskozita při 160 C /Brookfield/ mpas Bod měknutí (kulička/kroužek) 100 C Zabarvení nažloutlé Vodou ředitelná lepidla VINALEP 830 (Lear) Vodou ředitelné disperzní lepidlo složené z polyvinylacetátové disperze, aditiv a konzervačního prostředku. Je zdravotně nezávadné a nehořlavé. Vinalep 830 se používá jako disperzní lepidlo pro lepení dřeva, splňující kategorie D3 normy ČSN EN 204. Slepený spoj odolává dlouhodobému působení zvýšené vlhkosti nebo krátkodobému působení tekoucí vody. Ve směsi s tužidlem LEABOND WBN se vodovzdornost zvyšuje na kategorii D4, vyhovující pro výrobu eurohranolů a pro exteriérové aplikace. Obsah sušiny je %. Množství nánosu lepidla cca g.m -2. Fyzikální vlastnosti: Viskozita /Brookfield/ mpa.s Viskozita (23 C, D = 42 s -1 ; ISO 3219) mpa.s Konzistence při teplotě 23 C (Fordův pohárek 8 mm) s Vlhkost lepeného dřeva 6-12 %

77 Rozpouštědlová lepidla Na základě výsledků hodnocení vlastností rozpouštědlových lepidel byla ověřována tato rozpouštědlová lepidla: - ČESKÝ PREN E55 - ČESKÝ PREN E56x5 - UNILEP LA ČESKÝ PREN E55 (Lear) Univerzální kontaktní lepidlo pro lepení savých materiálů navzájem nebo na nesavé materiály (pryž, kůže, PVC, koženka, dřevo, kovy). Je vhodné pro lepení podlahových lišt a hran schodů a pro opravy obuvi. Lepený spoj odolává působení vlhkosti, není však určen pro trvalý styk s vodou. Fyzikální vlastnosti: Viskozita /Brookfield / ca mpas Konzistence při teplotě 20 C (Fordův pohárek 8 mm) s Sušina (ISO 1625) 19-25% Doba zavadnutí pro kontaktní lepení cca 5-10 min Otevřená doba při 20 C a 65-75% RVZ 30 min Množství nanášeného lepidla ml.m -2 ČESKÝ PREN E56x5 - beztoluenová verze ČESKÉHO PRENU E55 UNILEP LA (Lear) Lepidlo na bázi roztoku polyvinylacetátu v organických rozpouštědlech. Používá se zejména pro lepení pěnového nebo kompaktního polystyrenu. Dále je vhodný pro lepení kůže, textilu, papíru, fotografií, kovů, dřeva, skla, keramiky a některých plastů. Lepený spoj dobře odolává povětrnosti a vodě. Maximální pevnosti spoje nedosáhnuto po 24 hodinách. Lepidlo je hořlavina I. třídy. Fyzikální vlastnosti: Viskozita /Brookfield/ mpa.s Konzistence při teplotě 20 C (Fordův pohárek 8 mm) s Sušina (ISO 1625) 41-46% Doba zavadnutí pro kontaktní lepení 3-6 min

78 Močovinoformaldehydová lepidla KRONOCOL U 300 KRONOCOL U 300 je používán v dřevozpracujícím průmyslu k lepení za tepla, zejména k olepování aglomerovaných materiálů, nalepování termosetických fólií, dýhování a k výrobě překližek. Je používán v kombinaci s tužidlem za zvýšené teploty. Použití se doporučuje pouze pro interiérové aplikace, kde se nepředpokládá vystavení účinkům zvýšené vlhkosti. Fyzikální vlastnosti: Obsah sušiny min. 65 % Konzistence sušiny F/4 (20 ºC / 4 mm) expediční 70 až 120 s zpracovatelská max. 240 s doba želatinace při 100 ºC max. 80 s obsah volného formaldehydu max. 0,15 až 0,2 % mísitelnost s vodou při 20 ºC min. 2 : Nátěrové hmoty Nátěrové hmoty ověřované při řešení: 1. polyuretanová nátěrová hmota dvou-komponentní polyuretanový rozpouštědlový HODOPUR, matný 2K PUR (pojivo báze akrylát-uretan), poměr tužení 100 hmot. d. u, 10 hmot. d. tužidlo do 2K PUR, ředidlo HODOPUR do PUR laků 2. vodouředitelná nátěrová hmota disperze anorganických plniv v roztoku speciální akrylátové pryskyřice s přídavkem aditiv

79 5.2 Použité přístroje a zařízení Zařízení pro odběr emisí VOCs Malo-prostorová komora pro odběr vzduchu Pro odběr emisí VOC emitovanými nátěrovými filmy, lepidly velkoplošnými materiály, materiálovými kompozity a jednotlivými dílci se testované vzorky umisťují do maloprostové komory. Zařízení je určeno pro okamžitý odběr ovzduší obsahující emise VOC i jiné těkavé látky z materiálů, dlouhodobě umístěných ve stabilní teplotě, vlhkosti, s definovanou rychlosti výměny vzduchu a rychlostí proudění vzduchu po povrchu vzorku, emitujícího emise. V testovacím nerezovém zařízení o objemu 1m 3 je udržovaná konstantní nastavitelná teplota a konstantní nastavitelná vlhkost. Přístrojové vybavení zajišťuje měření rychlosti laminárního proudění vzduchu nad testovaným vzorkem v rozsahu rychlostí 0,1 až 0,3 m/s a s trvalou výměnou vzduchu v komoře 1 m 3 za 60 min. bez vlivu na parametry teploty a vlhkosti ve zkušebním prostoru. Způsob odběru Zkušební vzorek ovzduší malo-prostorové komory, zatížené testovaným vzorkem, se odebírá z odběrového místa potrubí na vstupu i výstupu, prosátím vzduchu přes čerpadlo držící danou hodnotu průtoku pro dané čerpadlo i trubičku. Stejným způsobem se současně odebírá i vzorek ovzduší vstupujícího tedy nezatíženého vzduchu tzv. blank. pro odečtení hodnoty pozadí zatěžující vstupující vzduch emisemi VOC od emisí vystupujícího vzduchu. Odběr emisí VOC emitovaných testovaným dílcem v malo-prostorové (malo-objemové) komoře Do málo prostorové komory, o vnitřním obsahu 1m 3, se umístí testovaný dílec o ploše povrchu 1m 2. Metodika odběru vychází z ČSN P ENV Emise emitované testovaným dílcem jsou jímány na desorpční trubičky, které jsou podrobeny analýze na kvalitativní a kvantitativní složení zachycených emisí metodou plynové chromatografie. V rámci určení podílu jednotlivých komponent na kvantitativním a kvalitativním složení emisí VOC na emisích emitovaných dokončeným dílcem se analyzuje:

80 1. odběr a analýza vzorku ovzduší komory zatížené emisemi VOC emitovanými celým povrchem testovaného dílce (kompozitu) včetně povrchové úpravy (např. oplášťovaná a povrchově upravená DTD) 2. odběr a analýza emisí, které těkají z povrchu jednotlivých materiálů, jež jsou v kompozitu zastoupeny (MDF, DTD, dýhy, fólie, lepidlo) Obr. 10: Maloprostorová komora VOC TEST 1000 (vlevo), klimatizace zkušebního vzorku v maloprostorové komoře (vpravo) Zařízení pro odběr vzorků emisí VOCs Odběrová desorpční trubička Pro metodu analýzy plynové chromatografie s termální desorpcí se používá short path thermal desorption tube neboli ocelová trubička se specifickou náplní, jejíž složení je přímo závislé na typu látky, kterou bude třeba následně detekovat a určit její přesnou koncentraci. Adsorbentem, jímž je trubička naplněna, je Tenax TA, který je pro stanovení emisí VOC látek předepsán. Obr. 11: Kovová desorpční odběrová trubička

81 Odběrové čerpadla Gilian LFS 113 K odběru vzduchu s emisemi VOC látek z maloprostorové komory, kde se nachází vzorek materiálu, bylo použito membránových čerpadel. Jedná se o čerpadla Gilian LFS 113 SENSIDINE s objemovým průtokem vzduchu 6 l/h a 12 l/h. Doba jednoho odběru vzorku ovzduší komory s emisemi při použití ocelové trubičky tube short path thermal desorption se sorbetem TENAX TA a při objemovém průtoku vzduchu čerpadlem 6 l/h je 360 min. Při objemovém průtoku vzduchu čerpadlem 12 l/h je doba odběru vzorku vzduchu 180 min. Způsoby a podmínky odběrů se řídí normou ČSN P ENV Obr. 12: Odběrové čerpadlo Gillian LFS 113

82 5.2.3 Zařízení pro analyzování odebraných vzorků emisí VOCs Plynový chromatograf s hmotnostním spektrometrem - Agilent 5973Network MSD Funkci hmotnostního spektrometru lze popsat tak, že zde dochází k ionizaci vzorku plynné látky a rozdělení iontů podle hmotnosti. Obr. 13: Plynový chromatograf s hmotnostním spektrometrem, typ Agilent 5973 Network MSD Tepelná desorpce - Short Path Thermal Desorption Model 4 Termální desorpce je přístroj sloužící k provedení a udržení teplotního režimu při desorpci těkavých organických látek z desoprční trubičky se vzorkem emitovaného vzduchu.

83 Termohigrograf TZ T Zařízení pro měření teploty a vlhkosti - Zařízení na měření teploty a relativní vlhkosti vzduchu v místnosti Obr. 14: Termohigrograf TZ T18, určený k měření růstu či poklesu teploty a relativní vlhkosti vzduchu - Přenosný teploměr a vlhkoměr, používaný pro měření pracovním podmínek při odběru emisí VOCs v pracovním prostředí Obr 15: Přenosný teploměr a vlhkoměr

84 5.2.5 Zařízení pro přípravu zkušebních vzorků Čtyřstranná tvarovací frézka - SK906S (LIGNOR centrum s.r.o) - Strojní zařízení na tvarové frézování hrubých přířezů. Jde o dílce s pravoúhlým průřezem a jednoduchým tvarem. Obr 16: Čtyřstranná frézka SK906S ve firmě Lignor centrum s.r.o. Oplášťovací stroj Barberan PUR-46-L Výrobek firmy BARBERAN s. a. Španělsko, s typovým označením PUR-46-L je instalován v závodě firmy LIGNOR centrum s.r.o. v Bílovicích nad Svitavou. Maximální šířka fólie je 460 mm. Nanášení lepidla na fólii je realizováno vyhřívanou nanášecí hlavou s tryskou. Tento systém ve spojení s NC předehřívačem a čerpadlem tavného lepidla renomované firmy NORDSON umožňuje maximálně rovnoměrný, hladký a exaktní nános lepidla. Numerické řízení předehřívače s čerpadlem ve spojení s PLC řídící jednotkou oplášťovacího stroje zabezpečuje naprosto konstantní nános i při změně podávací rychlosti, která je plynule regulována od 0,0 do 60,0 m.s -1. Na svém vstupu je dílec čištěn odsávanými rotačními kartáči a předehříván IR zářiči PHILIPS. Zóna přítlačných válečkuje dlouhá 6,0 m a umožňuje oplášťování dílců kolem dokola až do šířky 190 mm při tloušťce 30 mm, resp. dílec jehož obvod je až 455 mm. Po průchodu strojem se dílec i fólie ochlazuje, proto je po celém průběhu instalováno několik přihřívacích systémů švýcarské firmy LEISTER. Řízení chodu stroje je realizováno přeprogramovanou PLC jednotkou SIEMENS.

85 Systém nanášení lepidla je ohříván na běžnou provozní teplotu 200ºC. Přívod lepidla tvoří pružná vyhřívaná pancéřová hadice, která je asi nenamáhavějším dílem celé soustavy. Minimální provozní rychlost posuvu je u největších dílců 15 m.s -1, běžně se při ručním vkládání používá rychlost 25 m.s -1. Při strojním vkládání je možné využít u daného stroje rychlost posuvu až 50 m.s -1. Obr. 17: Obalovací stroj Barberan, typ 46 - L (LIGNOR centrum s.r.o.) - aplikace tavného lepidla (vlevo), oplášťovaný nábytkový dílec opouštějící stroj přes soustavu přítlačných válečků (vpravo) Zařízení pro stanovení emisí VOCs z jednotlivých druhů lepidel Pistole na tavné lepidlo HBB Power line Toto elektrické ruční zařízení se používá k roztavení a aplikaci tavného lepidla. Lepidlo vytéká z trysky pistole pomocí stlačeného vzduchu. Při použití tohoto ručního strojního zařízení lze navolit teplotu tavení tavného lepidla [ C] a množství stlačeného vzduchu [MPa], které je přiváděno do pistole, sloužící k vytlačení lepidla z pistole a jejího nanesení na lepenou plochu.

86 Obr. 18: Pistole na tavné lepidlo Zařízení pro stanovení fyzikálně-mechanických vlastností povrchové úpravy Simulační zařízení Q-SUN Xe-1 Q-SUN je laboratorní simulátor povětrnostních podmínek a používá se pro laboratorní testování různých vlastností materiálů. Expozicí materiálů můžeme dosáhnout jejich předčasného stárnutí, praskání, ztrátu fyzikálních vlastností, ztrátu lesku, barevnosti atd. Těchto poškození dosáhneme intenzivní expozicí světla z xenonové výbojky (lampy), regulací teploty a vlhkosti. Obr. 19: Simulační stroj Q SUN Xe-1 pro určování světlostálosti nábytkových dílců

87 - přístroj na zhotovení mřížkové zkoušky BYKO-CUT Universal - leskoměr ERICHSEN PICOGLOSS, model přístroj na testování odolnosti proti poškrábání ERICHSEN, model 239 II - přístroj na měření odtahové pevnosti COMTEST OP 1/0, výrobce Coming plus - kovová tělesa pro testování odolnosti povrchové úpravy proti působení suchého a vlhkého tepla Ostatní zařízení - laboratorní váhy, 1d=0,01g, chyba ± 0,1g - laboratorní teploměr (rozsah C ± 1 C) - laboratorní vlhkoměr (rozsah % ± 1 %) - laboratorní sklo

88 5.3 Použité metodiky Metodika kvantitativního a kvalitativního stanovení emisí VOCs Kvantitativní a kvalitativní stanovení krátkodobých a dlouhodobých emisí VOCs je prováděno u jednotlivých vstupních materiálů, následně pak ve fázi, kdy nábytkový dílec je již povrchově dokončen oplášťováním dekorativní fólií na bázi papíru. U vstupního podkladového materiálu (MDF, lisované dřevo) a následně při dokončení těchto materiálu oplášťováním je navíc stanoveno celkové množství těkavých organických sloučenin tzv. TVOC (Total Volatile Organic Compounds). Měření TVOC je umožněno díky implementaci analytické a vyhodnocovací metody v rámci GC-MS. 1) Vzorek, pro stanovení množství a složení emisí VOCs, se vloží do klimatizační komory VOC test Zde se dílec klimatizuje při definovaných podmínkách zkušebního prostředí (teplota, relativní vlhkost, proudění vzduchu) do doby, než je uskutečněn vlastní odběr vzorku vzduchu s emisemi VOC emitovanými vzorkem. Poznámka: Stanovení emisí VOCs v pracovním prostředí se emise VOCs odebírají přímo na zvoleném pracovišti. 2) Vzduch zatížený emisemi VOC, vycházející z klimatizační komory, je prosáván pomocí čerpadla vzduchu přes desorpční odběrovou trubičku. Odběr vzorku vzduchu zatíženého emisemi VOC je u nábytkových dílců v různém stupni dokončení, nátěrových hmot nanesených na skle nebo dílců povrchově dokončených vybranými nátěrovými hmotami, realizován opakovaně třemi odběry po dobu jednoho měsíce nebo jednorázově, a to v případě vzorků impregnované fólie na bázi papíru nebo lepidla pro oplášťování. V průběhu realizace výzkumu jsou měřeny i předkomorové blanky prázdné komory.

89 Jelikož emise VOCs byly odebírány jednak z maloprostorové komory a také v pracovním prostředí, kde koncentrace VOCs látek byla podstatně vyšší, musely tomu odpovídat i kratší odběry emisí. Tyto dvě tabulky uvádějí dobu vzorkování na trubičku a počet přečerpaných litrů odebraného vzorku vzduchu. Tab. IX: Stanovení odběrových časů emisí VOCs u analyzovaných vzorků čerpadlo Odběr vzorku vzduchu z Doba vzorkování Přečerpáno vzduchu klimatizační komory: na trubičku [h] [v litrech] 6 l/h MDF bez PÚ po 24, 72 a 672 hodinách l/h MDF 24 hodin po oplášťování l/h MDF 48 hodin po oplášťování l/h MDF 672 hodin po oplášťování l/h MDF M všechny odběry emisí l/h Tavné lepidlo LIGNOR centrum 1 6 Tab. X: Stanovení odběrových časů emisí VOCs u analyzovaných vzorků, jejíž emise byly odebírány bez použití klimatizační komory čerpadlo Odběr vzorku vzduchu bez použití klimatizační komory: Doba vzorkování na trubičku [h] Přečerpáno vzduchu [v litrech] 6 l/h Pracovní prostředí stříkárna l/h Pracovní prostředí stříkárna 0, l/h Testace lepidel v laborator. podm. 0, l/h Pracovní prostředí 6-etaž. lis 0, ) Odběrová desorpční trubička se zachyceným vzorkem emisí VOC je následně analyzována v plynovém chromatografu s hmotnostním spektrometrem a termální desorpcí. Postup analýzy lze shrnout následovně: Po volbě metody analýzy v PC a zadání identifikačních údajů o měření se na desorpční trubičku se vzorkem našroubuje jehla, která se následně našroubuje do injektážní věže, umístěné na vstupu do kolony plynového chromatografu. 4) Výsledkem analýz je kvalitativní a kvantitativní stanovení dat, vyjádřené závislosti v grafu a číselném vyjádření v µg.m -3. Získané výsledky se pak porovnávají s příslušnými limitními hodnotami stanovenými předpisy.

90 Metodika odběru vzorků vzduchu naneseného lepidla na inertní podklad Odběr vzorků vzduchu čerstvě naneseného lepidla na inertní podklad Před vlastním měřením je důležité nastavit odběrovou trubičku do předem dohodnuté výšky nad horní plochou skla, s naneseným vzorkem lepidla, vzdálenost odběrové trubičky od skla s naneseným lepidlem je 40 mm (Obr. 20, str. 91). Metodika práce vychází z metodického postupu vzorkování chemických látek a suspendovaných částic ve vnitřním prostředí, kterým se zabývá norma ISO , Indoor Air, Part 1 : General aspects of sampling strategy. Před zahájením odběrů vzorků vzduchu je nutné intenzivně vyvětrat laboratoř. Dostačující doba je minut. Stanovení místa odběru emisí VOC, respektive umístění odběrové trubičky definuje norma ISO , která udává parametry umístění odběrové sondy pro různé velikosti prostorů. Naše metodika vychází z kategorie malé prostory, u kterých se doporučuje umístit odběrovou trubičku nejméně 1 metr od zdi, a to ve výšce 1 až 1,5 metru nad podlahou (dýchací zóna). Sklo pro nanesení vzorku lepidla se očistí a zváží se jeho hmotnost na vahách s přesností na 0,01g bez nanesení vzorku lepidla (m 0 ). Ihned po nanesení vzorku lepidla na inertní podklad (sklo), který provedeme pomocí nanášecího pravítka, zvážíme opět hmotnost skla, tentokrát již s naneseným lepidlem (m 1 ). Po zvážení na analytických vahách s přesností na 0,01g umístíme sklo s naneseným lepidlem do digestoře pod připravenou odběrovou trubičku tak, aby její konec byl přibližně uprostřed naneseného vzorku lepidla na skle. V tomto okamžiku spustíme odběrového čerpadlo, zároveň uzavřeme digestoř, a to z toho důvodu, aby byl snížen vliv ovzduší laboratoře na odběr emisí VOC. Doba odběru vzorku vzduchu nad naneseným vzorkem lepidla na skle byla stanovena na dobu 30 minut. Po uplynutí doby odběru emisí VOC, změříme plochu naneseného lepidla a vypočítáme velikost nánosu na ploše skla. Obsah odběrové trubičky je poté ihned analyzován na plynovém chromatografu s hmotnostním spektrometrem a termální desorpcí. Po uplynutí doby analýzy na plynovém chromatografu s hmotnostním spektrometrem, se následně stanoví zastoupení jednotlivých látek a jejich množství v každém vzorku. Tento postup vychází z normy ČSN P ENV a ISO

91 Obr. 20: Odběr vzorků vzduchu emisí, emitovaných čerstvě naneseným lepidlem na inertní podklad Charakteristika plynové chromatografie Adsorpční chromatografie Jednotlivé složky směsi rozpuštěné v jedné fázi vykazují změny koncentrace na rozhraní styku s druhou fází. Často dochází k nahromadění komponent na povrchu druhé fáze. Tento jev se nazývá adsorpce. V důsledku rozdílné adsorpční afinity složek dochází k jejich distribuci mezi stacionární a mobilní fází, a tím k chromatografické separaci. Nejstarší a nejobvyklejší je adsorpční chromatografie, založená na schopnosti pevné stacionární fáze sorbovat látky z kapalného roztoku. Zrnéčka pevného adsorbentu jsou ve skleněné kolonce obtékána vhodným rozpouštědlem (mobilní fází), které unáší analyzovanou směs a na povrchu zrnek dochází k dělení jejich složek. Zcela analogické dělení však může probíhat mezi plynnou a pevnou fází. Nosný plyn zde nahrazuje rozpouštědlo a unáší kolonkou páry nebo plyny analyzované směsi. I zde dochází k rozdílné adsorpci složek na povrchu zrnek pevné fáze a směs se dělí na jednotlivé zóny čistých látek, které postupně a jedna po druhé opouštějí kolonu

92 Přístrojové vybavení pro plynovou chromatografii Plynově chromatografická měření jsou prováděna na přístroji, jehož podstatné části jsou: zdroj a regulace proudu nosného plynu, dávkovací systém, kolona, detekční zařízení, termostaty pro dávkovač, kolonu a detektor, zapisovač a vyhodnocovací systém. Obr. 21: Schéma plynového chromatografu ( Postup práce s plynovým chromatografem V plynové chromatografii je separace provedena po nástřiku tekutého vzorku do proudu plynu, který protéká při zvolené teplotě chromatografickou kolonou. Teplota nástřiku je větší než teplota bodu varu analyzované sloučeniny a tak dojde k okamžitému zplynění po nástřiku vzorku. Při dávkování vzorků do kapilárních kolon se zpravidla vzorek po zplynění v dávkovači rozdělí na dvě části. Hlavní část se nosným plynem vymyje do ovzduší, zbytek vzorku se přivede do kapilární kolony. Účelem této techniky je redukce objemu dávkovaného vzorku na úroveň limitu kapacity kolony, pro stopové analýzy je užívána tzv. splitless technika. Kolona v termostatu může být během separace udržována při konstantní teplotě (izotermická analýza) nebo může být teplota postupně zvyšována k dosažení vhodných

93 charakteristik separace (programovaná analýza). Teplota kolony je pečlivě kontrolována a termostat je navržen tak, aby byla teplota v celém prostoru konstantní Charakteristika hmotnostní spektrometrie Hmotnostní spektrometrie Principy ionizace a detekce iontů fyzikálně chemická podstata Hmotnostní spektrometrie je metoda, která slouží k rozdělení iontů podle hmotnosti. V principu každý hmotnostní spektrometr musí splňovat tři úkoly: převést studovanou látku do plynného stavu, ionizovat vzniklou plynnou fázi a rozdělit ji podle hmotnosti iontů. Hmotnostním spektrem potom nazýváme záznam četnosti výskytu jednotlivých iontů. V průběhu ionizace získají ionty téměř vždy dostatečné množství vibrační energie k tomu, aby se alespoň do určité míry mohly dále fragmentovat. Výsledkem takového rozpadu je vznik jednodušších iontů vedle neutrálních molekul a radikálů. Vzhledem k tomu, že veškeré děje v hmotnostním spektrometru probíhají ve velmi zředěném plynném stavu, lze vznik spektra chápat jako výsledek řady konkurenčních a následných monomolekulárních reakcí. Z tohoto pohledu je MS metodou závislou na chemické reaktivitě, není tedy pravou spektrální metodou. Hmotností spektrometr je iontově optické zařízení, které ze směsi molekul a iontů separuje nabité částice podle jejich efektivní hmotnosti m/z (m je hmotnost, z je náboj) a umožňuje je stanovit. Dále poskytuje údaje o relativním zastoupení iontů stejné hmotnosti v celkovém množství iontů ve směsi. Záznam molekulárních a fragmentových iontů je charakteristický pro danou látku a dává cenné informace o její struktuře a na jeho základě lze většinou strukturu látky odvodit nebo potvrdit. Hmotností spektrometrie je metoda citlivá a umožňuje analyzovat látky v množství kolem 10 9 g. Hmotnostní spektrometr je složen z těchto částí: vstupní systém zdroj iontů separace iontů detekce iontů záznam iontů

94 Vstupní systém Přímý vstup se používá při elektronové a chemické ionizaci látek málo těkavých. Látka se umístí do kapiláry, která se sondou zasune přímo do zdroje iontů. Při měření s ionizací rychlými atomy nebo ionty se vzorek zavádí sondou opatřenou na konci kovovým terčíkem, na který se nanese matrice a analyzovaná látka v roztoku nebo pevném stavu. Zdroj iontů Různé typy ionizace jsou: elektronová ionizace (EI), vhodné pro těkavé látky chemická ionizace (CI), vhodné pro těkavé látky ionizace rychlými atomy a ionty (FAB, SIMS), lze analyzovat látky do molární hmotnosti g.mol 1 Separace iontů Při separaci iontů se ionty v optickém systému fokusují na úzký svazek a urychlují. Pak vstupují do analyzátoru, který je tvořen kombinací elektrických a magnetických polí, nebo je separace založena na měření rychlosti iontů. Detekce iontů Detekce iontů je buď optická (spektrograf), která se už používá jen zřídka, nebo elektrická (spektrometr), při které se zajišťuje počet iontů a získané spektrum je nejčastěji čárové. Obr. 22: Schéma hmotnostního spektrometru (

95 Spojení separačních metod s hmotnostní spektrometrií. Spojení hmotnostního spektrometru s předseparační fází rozdělující vstupující směs je velmi významnou oblastí hmotnostní spektrometrie. V nejjednodušší formě spočívá ve spojení s plynovou chromatografiií (GC/MS). Obr. 23: Schéma zapojení GC/MS ( Použité metody analýz na GC/MS a jejich parametry Při analýze odebraných vzorků vzduchu testovaných materiálů nebo pracovního prostředí jsme požili tyto metody: MS SPL BOTH poskytuje SIM i SCAN záznam. V případě tohoto výzkumu je používána pro stanovení obsahu TVOC látek ze vzorku.