•research•
Afwerkingsystemen voor houten buitenschrijnwerk getest Het onderzoek van afwerkingsystemen geschikt voor houten buitenschrijnwerk heeft zich toegespitst op realistische, betrouwbare en snelle performantietesten. Echter, snelle testmethodes komen tot hiertoe niet overeen met de werkelijkheid. Omgekeerd zijn realistische testen niet snel genoeg. Een versneld testresultaat wordt bekomen met proeven in het laboratorium, © Sikkens
terwijl betrouwbare resultaten een langdurige buitenexpositie vereisen. Bovendien is de validatie van het resultaat beperkt door de afhankelijkheid van klimatologische variaties. Tekst: Dr. ir Hugo Coppens, technologisch adviseur “houtverwerking”, CTIB-TCHN
De Belgische technische specificatie STS 52.04.08 ‘houten buitenschrijnwerk - bescherming en afwerking’ - dient voorzien te worden van een bijlage met testmethoden en kritische waarden. Het is niet eenvoudig om deze technische specificatie meer gedetailleerd uit te schrijven. Door de jaren heen werden de resultaten van kunstmatige veroudering of verwering van coatings algemeen aanvaard en als betrouwbaar beschouwd. Die testmethode moet het mogelijk maken om afwerkingsystemen voor buitenschrijnwerk snel te testen, specifiek voor evaluatieparameters en bijbehorende kritische waarden zoals gedefinieerd op basis van natuurlijke bewederingstesten.
Gebruikerscommissie Bij het begin van het onderzoeksproject werd een gebruikerscommissie bijeengeroepen van schrijnwerkers en verfproducenten. Uit de besprekingen met
de schrijnwerkers en de verfleveranciers werden de verfsystemen gekozen, wie ze zou aanbrengen en met welke applicatietechniek. De schrijnwerkers bepaalden de houtsoorten; de coatingindustrie leverde de meest recente systemen.
Onderzoek Het onderzoek wil enerzijds de nieuwe systemen op korte termijn evalueren en anderzijds een reeks standaarden aanreiken om de afwerking van houten buitenschrijnwerk op basis van natuurlijke bewedering te evalueren. De eindresultaten moeten leiden tot een technische goedkeuring, die kan afgeleverd worden voor een volledig afgewerkt raam of voor het coatingsysteem op zich.
54 afwerkingsystemen getest Watergedragen afwerkingsystemen met een laag VOS-gehalte (Vluchtige Organische Stoffen), zowel dekkende als
18
groep 1 groep 2 © SigmaKalon
houtnieuws 159
Tabel 1: Houtsoorten opgenomen in het onderzoek
groep 3
Grofporig, moeilijk af te werken, snelle verwering afzelia – merbau – padoek Frequent gebruikte hardhoutsoorten op vraag van de schrijnwerkers plus naaldhout sipo – sapelli – meranti – maritime pine Fijnporig, gevoelig voor verblauwing, bleke houtsoorten moabi – movingui
•research• transparante systemen, werden in het onderzoek opgenomen. Om de “slechte”, de “goede” en uit de praktijk “gekende” systemen te identificeren, werden de coatings voor buitenschrijnwerk onderworpen aan een kunstmatige en natuurlijke bewedering.
9 houtsoorten Negen commerciële houtsoorten werden door de schrijnwerkers uitgekozen (zie tabel 1). De houtsoorten werden ingedeeld in drie groepen, afhankelijk van de moeilijkheidsgraad om af te werken, de specifieke eisen van de
schrijnwerkers en de gevoeligheid voor verblauwing. De 9 houtsoorten en 35 coatings resulteerde in 54 te testen systemen. Per combinatie werden 6 raamkaders gemaakt van 1m x 1m, wat resulteerde in een totaal van 324 afgewerkte raamkaders.
Tabel 2: Overzicht van verplichte en informatieve eisen belangrijkheid component 1 weerstand bij verwering verplicht van vlakke elementen
observatie
component 2
(hoekverbinding, scherpe randen, afwateringskanaal)
laboratoriumproeven
natuurlijke bewedering
kunstmatige bewedering UVCON of WOM
18m - 36m - 60m
T 10w /D 16w
score ≤ 4 na 18m
score < 6
verweringsgevoelige delen
vochtdynamiek
onderhoud eis
verweringsgevoelige delen
buitenexpositie
observatie
18m
eis
score ≤ 1,5
verplicht
absorptie ≤ 2,5% of 2,5% < absorptie < 3,5% én desorptie ≥25% of absorptie ≥3,5% én desorptie ≥30% adhesie torquetest
verplicht
component 3
informatief
bijkomende informatie over laagdikte, glans- en informatief kleurbehoud
adhesie ruitjestest
houtnieuws 159
component 4
20
biologische aspecten
informatief informatief
laagdikte
laagdikte
60µm < T < 120µm 60µm < D < 120µm kleurverschil
60µm < T < 120µm 60µm < D < 120µm kleurverschil
observatie
18m
T 10w / D 16w
eis
T ΔE*: 8 T ΔL*: +10 / -10 T Δa*: +2 / -5 T Δb*: +3 / -8 D ΔE*: 5 D ΔL*: +0 / -10 D Δa*: +2 / -2 D Δb*: +2 / -2
T ΔE*: 11 T ΔL*: +1 / -5 T Δa*: +1 / -3 T Δb*: +0 / -8 D ΔE*: 3 D ΔL*: +2 / -2 D Δa*: +1 / -1 D Δb*: +2 / -2
glansverschil
glansverschil
observatie
18m
T 10w / D 16w
eis
Δglans (%) ≤ 25
T: Δglans (%) ≤ 10% D: Δglans (%) ≤ 65%
eis
blauwschimmel eis
score ≤ 2 oppervlakteschimmel
eis
component 5 herbehandeling
score ≤ 2
eis
informatief
informatief
T Fd droog > 5MN/m2 D Fd droog > 6,5MN/m2 T Fn nat > 4MN/m2 D Fn nat > 6MN/m2
eis
score ≤ 2 kunstmatige bewedering uvcon of wom
verplicht
observatie
T 10w / D 16w
eis
score < 6
Er zijn eisen waaraan een afwerkingsysteem absoluut moet voldoen. In een systeemfiche komt ook informatie over minder kritische eigenschappen. 1. de weerstand van een hout-afwerkingsysteem (hout + coating) tegen de verwering op een vlak element. Vergelijkbaar met de Europese normen kan hiervoor zowel natuurlijke als kunstmatige bewedering worden gebruikt. 2. verweringsgevoelige delen, zoals scherpere randen, hoekverbindingen en afwateringskanalen, worden gerelateerd aan parameters voor de vochtbalans, adhesie en minimumwaarden voor verweringsweerstand. 3. een meer uitgebreide informatieve dataset voor elk hout-afwerkingsysteem m.b.t. laagdikte, glans- en kleurbehoud. 4. de gevoeligheid van het afwerkingsysteem voor biologische degradatie. 5. de herbehandelbaarheid van de toplaag. Het is het globale pakket binnen een component dat beoordeeld wordt. Zo kan de gemiddelde waarde voor een bepaalde parameter de kritische waarde overschrijden afhankelijk van de spreiding op de individuele waarden.
Bij de natuurlijke bewedering werden telkens 3 ramen met hetzelfde afwerkingsysteem opgesteld. Uit de overige ramen werden proefstalen gezaagd voor laboratoriumtesten.
Natuurlijke bewedering Buitenexpositie Omdat de weersomstandigheden variëren in de tijd en afhankelijk zijn van de geografische ligging, werden alle combinaties hout-afwerkingsysteem op drie verschillende sites opgesteld: - Ieper (plattelandsklimaat) - Gent (stadsklimaat); - Bertrix (klimaat op de Ardeense hoogvlakte). Om de 3 maanden werden de zichtbare degradatie en de veranderingen in kleur en glans geëvalueerd. Dekkende systemen (D) vertonen na 18 maanden hoofdzakelijk louter esthetische veranderingen, hoogstens lichte erosie in de vaatlijnen. Transparante systemen (T) zijn meer verweerd en vertonen uitgesproken erosie in de vaatlijnen.
De verplichte eis wordt vastgelegd op een score ≤ 4 na 18 maanden buitenexpositie. Het buitenschrijnwerk wordt gedurende vijf jaar geëvalueerd. score 4: gemakkelijk te herbehandelen, lichte verwering gekenmerkt door fijne lijnvormige erosie in de vaatlijnen en lichte verblauwing. 2. Verweringsgevoelige delen (scherpe randen, afwateringskanalen, hoekverbindingen) (kritische parameter) De verplichte eis wordt een score ≤ 1,5 na 18 maanden natuurlijke bewedering. score 1: gemakkelijk te herbehandelen, lichte verwering gekenmerkt door lijnvormige erosie en hoekverbindingen komen open. score 2: middelmatige verwering gekenmerkt door vlekvormige erosie, waterinsijpeling, ondiepe fijne scheurvorming in de film. 3. Bijkomende informatie over laagdikte, glans- en kleurbehoud (informatieve parameters) De initiële laagdikte dient begrepen te zijn tussen 60 μm en 120 μm. P laagdikte = gemiddelde van vijf laagdiktemetingen, gemeten met een confocale scanning laser microscoop
Het kleurverschil na 18 maanden: - voor transparante afwerking: ● ∆E* 8 ● ∆L* +10/-10 ● ∆a* +2/-5 ● ∆b* +3/-8 - voor dekkende afwerking: ● ∆E* 5 ● ∆L* +0/-10 ● ∆a* +2/-2 ● ∆b* +2/-2 ⎯ ⎯ P ∆E* = √( L*)2 + (∆a*)2 + (∆b*)2 P ∆L*: wijzigingen in grijswaarden, gaande van 0 (zwart) tot +100 (wit) P ∆a*: wijzigingen in de roodgroene component, gaande van –100 (groen) tot +100 (rood) P ∆b*: wijzigingen in de blauwgele component, gaande van –100 (blauw) tot +100 (geel)
Het glansverschil, ∆glans, na 18 maanden wordt verondersteld niet meer dan 25 % te bedragen. De glanswaarden worden uitgedrukt in procent ten opzichte van de reflectiewaarde van gepolijst zwart spiegelglas, die overeenkomstig de normen wordt gelijkgesteld aan 100. P ∆glans:
glansverlies of glanstoe-
name uitgedrukt in percentage van de oorspronkelijke glans.
Kunstmatige bewedering Op basis van geoptimaliseerde kunstmatige bewederingssystemen (UVCON en WOM) was het mogelijk een rangschikking op te stellen voor de coatingsystemen. Die kan gebruikt worden voor een tijdelijke goedkeuring die op termijn definitief kan worden indien de resultaten van langdurige buitenexpositie positief zijn. De gebruikte bewederingsmethode is gebaseerd op de Europese standaardtest EN 927-6. Om de 2 weken werd het verlies aan glans, de wijziging in kleur en de microscopische degradatie (bv. erosieverschijnselen en barsten) nagegaan. De 54 systemen werden bewederd in de UVCON, gebruik makend van UVA-licht en in de Weather-O-meter (WOM), gebruik makend van Xenon-licht. Dekkende systemen vertonen na 10 weken enkel esthetische veranderingen. Transparante systemen eroderen in de vaatlijnen. Na 16 weken kunstmatige bewedering zijn de erosieverschijnselen sterker. In dekkende systemen wordt erosie over de volledige lengte van de vaatlijnen waargenomen. Transparante systemen zijn onderhevig aan vlekvormige erosie. Op basis van deze resultaten blijkt het wenselijk de kunstmatige veroudering gedurende 10 weken door te voeren voor de evaluatie van lazuren, en 16 weken voor verven. 1. Weerstand bij verwering van vlakke elementen (kritische parameter) De eis wordt vastgelegd op een score ≤ 6. Voor een dekkend systeem is dat na 16 weken en voor een transparant systeem na 10 weken bewedering. score 4: lichte verwering, gekenmerkt door erosie van de vaatlijnen over een beperkte lengte, beperkte barstvorming in de film buiten de vaatlijnen score 6: middelmatige verwering, erosie van ± de volledige lengte van de vaatlijnen, algemene barstvorming in de film buiten de vaatlijnen. 2. Verweringsgevoelige delen (hoekverbinding, scherpe randen, afwateringskanaal) (kritische parameter) Water- en dampdoorlaatbaarheid De water- en waterdampdoorlaatbaarheid van houtafwerkingssystemen worden a.h.v.
houtnieuws 159
Evaluatie in 5 componenten
1. Weerstand bij verwering van vlakke elementen (kritische parameter)
21
•research•
Padoek raam transparant afgewerkt, sterke erosie, afschilferen, verblauwing.
Afzelia raam transparant afgewerkt.
waterabsorptie en waterdampdesorptie van gecoate houtstalen bestudeerd. De proef wordt gebruikt voor de beoordeling van de beschermende eigenschappen van een houtbehandeling tegen vocht. De water- en waterdampdoorlaatbaarheid van een coatinglaag wordt geëvalueerd volgens de methode beschreven door Rapp (2000), met de nadruk op kunstmatige bewedering. De stalen werden gedurende 16 weken kunstmatig bewederd in de UVCON. Bewederde en niet-bewederde stalen werden gedurende 72 uur op gedemineraliseerd water gelegd. Hierna werden de stalen gedurende 72 uur geconditioneerd en regelmatig gewogen.
houtnieuws 159
Het substraat heeft een belangrijke invloed op de sorptiekarakteristieken van houtafwerkingsystemen. Coatings aangebracht op movingui, moabi, sipo en sapelli nemen meer vocht op (gemiddeld vochtgehalte w: 3,2 %) dan deze aangebracht op afzelia, padoek, merbau en meranti (gemiddeld vochtgehalte w: 2,5 %).
22
De beoordeling van het vochtgehalte van het systeem is verplicht. - Een afwerkingsysteem met waterabsorptie van minder dan 2,5 % na 72 uur voldoet zonder bijkomende eisen naar vochtdesorptie. - Een afwerkingsysteem met vochtabsorptie van meer dan 2,5 % en minder dan 3,5% na 72 uur voldoet indien de vochtdesorptie meer dan 25 % bedraagt. - Een afwerkingsysteem met vochtabsorptie van meer dan 3,5 % na 72 uur voldoet indien de vochtdesorptie minimaal 30 % bedraagt. P absorptie: opname van vocht na absorptiefase van 72 uur P desorptie: afgifte van vocht na desorptiefase van 72 uur
Adhesie Een belangrijk aspect van de interactie tussen hout en een afwerkingsysteem is de performantie ter hoogte van het raakvlak. Om deze performantie na te gaan wordt de adhesie gemeten op basis van 2 testmethodes. Een waarde voor de hechtsterkte van de coating op het substraat wordt bepaald met een torquetoestel. De hechtsterkte wordt uitgedrukt als de ‘shear stress’. Zowel de ‘shear stress’, de falingstypes en hun percentages worden opgemeten. De torquetest werd zowel in droge als in natte omstandigheden uitgevoerd. Het houtsubstraat onder de verflaag werd verzadigd door 0,5 ml water aan te brengen in de breuklijn. De adhesie volgens de torquetest is verplicht. De minimale kracht bij adhesie: - op droge verffilm bedraagt voor een dekkend systeem Fd> 6,5MN/m2 voor een transparant systeem Fd> 5MN/m2 - op een natte verffilm voor een dekkend systeem Fd> 6MN/m2 voor een transparant systeem Fn> 4MN/m2 P hechtsterkte T: een metalen stud wordt van het oppervlak getrokken door het torquetoestel, de hechtsterkte wordt uitgedrukt als de shear stress T (MN/m2)
De ruitjestest wordt volgens de ISO2409 uitgevoerd met behulp van een PIG universal-toestel. Op het oppervlak wordt een raster getrokken, bestaande uit vierkantjes die naargelang de laagdikte in oppervlakte variëren tussen 1 mm2 en 2 mm2. Sterk hechtende kleefband wordt op het raster aangebracht. Het percentage van de verflaag dat bij het losrukken van de aangebrachte verflaag wordt weggehaald, vormt een maat voor de adhesie.
De adhesie wordt beoordeeld naar ISO2409 volgens de beoordelingsschaal voor de ruitjestest met scores van 1 tot 4. Het is een niet-verplichte eis. Van een dekkend en transparant systeem wordt verwacht de maximale score 2 niet te overschrijden. score 2: de verffilm brokkelt af langsheen de sneden en/of ter hoogte van de kruisingen van de snede, het totale percentage van afgebrokkelde verffilm bedraagt maximaal 15%; score 3: langsheen de sneden schilfert de verffilm in brede stroken af en/of volledige of gedeeltelijke vierkantjes worden losgerukt, het totale percentage van afgebrokkelde verffilm bedraagt maximaal 35%. 3. Bijkomende informatie over laagdikte, glans- en kleurbehoud (informatieve parameter) Laagdikte De initiële laagdikte dient begrepen te zijn tussen 60 μm en 120 μm. Kleurverschil Beide bewederingswijzen, natuurlijk of kunstmatig, vertonen een analoge afname in kleurwijziging. Voor dekkende systemen wijzigt de kleur geleidelijk. De kleur van transparante systemen varieert sterk in de beginfase van de bewedering, maar stabiliseert later in het verouderingsproces. Visuele kleurverschillen kunnen worden waargenomen na 2 weken kunstmatige bewedering, zowel voor transparante als dekkende afwerkingsystemen. Na 16 weken worden bij 75 % van de transparante afwerkingsystemen kleurver-
•research• schillen tot een ∆E*-waarde van 14 gemeten. Het merendeel van de dekkende systemen vertoont een kleurverschil van maximum 3. De kleurverschillen zijn veeleer te wijten aan de variatie in chromaticiteit dan aan variatie in grijswaarden. De belangrijkste component is de verandering over de blauwgeel-as. De gegevens over kleurverschil zijn informatief: - voor de dekkende coating na 16 weken ● ∆E* < 3 ● ∆L* = +2 /- 2 ● ∆a* = +1 /- 1 ● ∆b* = +2 /- 2 -
voor transparante systemen na 10 weken ● ∆E* = 11 ● ∆L* = +1 /- 5 ● ∆a* = +1 /- 3 ● ∆b* = +0 /- 8
Glansverschil De algemene trend bij kunstmatige bewedering is vergelijkbaar met deze bij buitenexpositie. Naarmate de bewedering vordert, verliezen alle systemen hun glans. Hierbij zijn de effecten van de WOM sterker dan deze van de UVCON. De sterkste toename in glansverlies wordt waargenomen rond de 4e of de 6e week. Zoals de kleur is de glans eveneens een informatief gegeven. - voor een dekkend systeem na 16 weken maximale ∆glans = 65%; - voor een aanvaardbaar transparant systeem na 10 weken maximale ∆glans = 10%. 4. Biologische aspecten
houtnieuws 159
In het onderzoek werden enkele proeven opgenomen om de efficiëntie van coatings na te gaan tegen schimmelaantasting. Twee types biologische aantasting kunnen worden onderscheiden: blauwschimmels en oppervlakteschimmels.
24
De afwerkinglaag wordt beproefd volgens de blauwschimmelproef naar EN152, EN152 ‘reverse method’ en volgens de oppervlakteschimmelproef naar BSI 3900G6. De EN152 reverse method verloopt analoog aan de klassieke EN152 maar verschilt erin dat de zijde met de coating rechtstreeks in contact is met het fungale medium. De stalen werden gedurende vier weken kunstmatig bewederd in de UVCON. Vervolgens werden de stalen ingekort tot de vereiste dimensies. De proefstalen gebruikt voor de EN152 reverse method werden afgedicht aan alle onbehandelde zijden. De proefstalen werden gesteriliseerd aan de
Voorstel
voor de technische specificatie van
afwerkingsystemen voor houten buitenschrijnwerk De resultaten van een verfsysteem in combinatie met de houtsoort wordt voor elk systeem in een modelfiche opgenomen met een foto bij achttien maanden buitenexpositie. Zo kunnen de coatingproducent en de schrijnwerker duidelijk zien hoe het systeem scoort t.o.v. de evaluatiecriteria. Opdat een houtafwerkingsysteem wordt goedgekeurd, moet het aan een aantal specifieke eisen voldoen. Bijkomende informatie over minder kritische parameters is eveneens interessant bij de evaluatie van een afwerkingsysteem. Door nu een voorstel uit te werken van evaluatiewaarden voor kritische en niet-kritische parameters werd de basis gelegd om de ‘STS 52- Houten buitenschrijnwerk, 04.8Bescherming en afwerking’ te finaliseren. Om bepaalde fenomenen beter te begrijpen dienen bijkomende parameters te worden bestudeerd aan de hand van laboratoruimtesten op geverfde plankjes. Het IWT (Instituut voor de Aanmoediging van Innovatie door Wetenschap en Technologie in Vlaanderen) subsidieert een vervolgonderzoek waarbij aandacht zal gaan naar alternatieve houtsoorten. Een vergelijking van naaldhout t.o.v. loofhout wordt uitgebreid aangepakt. De normen en bijbehorende technische goedkeuring kunnen nu al uitgewerkt worden op basis van de voorgestelde evaluatiemethodologie. De impact zal echter nog groter worden als extra ervaring is opgebouwd met referentiesystemen op raamprofielen gebaseerd op houtproducten van de toekomst.
hand van γ-straling en geïnoculeerd met de blauwschimmels Aureobasidium pullullans en Sydowia polyspora. De stalen werden gedurende zes weken in een incubatiekamer geplaatst. Bij de evaluatie van de proefstalen werden zowel het oppervlak als een transversale doorsnede beoordeeld. De gevoeligheid voor oppervlakteschimmels wordt getest door middel van de BSI3900G6. Hierbij worden proefstalen gebruikt die 2 weken kunstmatig bewederd werden in de WOM. Na de bewedering werden de proefstalen in tweeën gezaagd, afgedicht aan alle onbehandelde zijden en gesteriliseerd. Het oppervlak dat de coating draagt wordt overgoten met een sporensuspensie afkomstig van 9 verschillende oppervlakteschimmels. De incubatie verliep in gecontroleerde omstandigheden gedurende 16 weken. De beoordeling gebeurt volgens de beoordelingsschaal van Dahl met scores van 1 tot 5. De evaluatie van de blauw- en de oppervlakteschimmel is informatief. Er wordt verondersteld de maximale score 2 voor twee van de drie testen niet te overschrijden.
score 2: aan het oppervlak tot maximaal 30% bedekking met schimmel, op de doorsnede komen kleine verblauwde oppervlakken voor; score 3: het staal is deels verblauwd maar er zijn nog blauwvrije zones onder de coating aanwezig. 5. Herbehandeling Proefstalen na 10 weken of 16 weken kunstmatige bewedering voor respectievelijk transparante lazuren en dekkende verven worden herbehandeld met een nieuwe toplaag (borstelapplicatie). Deze proefstalen worden opnieuw onderworpen aan een kunstmatige bewedering. De herbehandelbaarheid is een verplichte eis. Na 10 weken of 16 weken kunstmatige bewedering voor respectievelijk transparante lazuren en dekkende verven mag de score 6 niet worden overschreden.
Info Onderzoeksproject uitgevoerd in samenwerking met UGent, labo Houttechnologie Projectcoördinatie: CTIB - TCHN Projectcoördinator: dr. ir. Hugo COPPENS Gefinancierde partner: Universiteit Gent, labo Houttechnologie Vakgroep Bos- en Waterbeheer prof. dr. ir. Joris Van Acker Coupure Links 653, 9000 Gent Projectuitvoerders: lic. Imke De Windt dr. ir. Hugo Coppens prof. dr. ir. Joris Van Acker
