Les in lignocelulozni materiali za uporabo v gradbeništvu

Opis predmeta

Les in ostali lignocelulozni materiali so vsakodnevno izpostavljeni biotskim in abiotskim dejavnikom razkroja. Orisani bodo biotski dejavniki razkroja, v prvi vrsti lesne glive. V nadaljevanju bodo predstavljene novejše biocidne in nebiocidne tehnike zaščite lesa. Velik poudarek bo na modifikaciji lesa (fizikalno kemijskimi, pasivnimi kemijskimi, aktivnimi kemijskimi in površinskimi modifikacijami), zaščiti lesa s hidrofobnimi sistemi (voski, emulzijami voskov, olji, silani, siloksani…) in ustrezni izbiri in uporabi lesnih vrst. Študentom predstavimo pomen vode in sorpcijskih lastnosti lesa za delovanje gliv in metodami za določanje vodoodbojnih lastnosti lesa. Slušatelje bomo seznanili z metodami za vrednotenje življenjske dobe lesa in lesnih kompozitov, vplivom klime na življenjsko dobe in metodami za njeno vrednotenje. Opisali bomo model odmerek-odziv, in ga uporabili na praktičnem primeru.

Študent se seznani s pomenom in vlogo različnih lesnih kompozitov v konstrukcijah, pri čemer bo vloga kompozitov razdeljena v pet sklopov in sicer sorpcijski, mehanski, izolativni (toplotnim in akustičnim), ognjeodpornost in fasadni sistemi. Pri vseh sklopih se bodo študenti seznanili z zakonitostmi obnašanja materiala, še posebej pri vzajemnem delovanju več mehanizmov v daljšem časovnom obdobju, pri čemer bomo z različnimi matemtičnimi modeli predvideli obnašanje lesnih kompozitov in ohranjanje njihove osnovne funkcije v konstrukciji. Poudarjeni bodo tudi kritični pogoji za poruštev, spremembo lastnosti zaradi spremembe vlažnosti, ravoj mikroorganizmov, plesni, itd. Študenti se podrobno seznanijo z možnostjo uporabe različnih nano biomaterialov kot sistemov izboljšanja lastnosti lesnih ploščnih kompozitov. Seznanijo se z vlogo kompozitov pri zagotavljanju zdravega bivalnega okolja. Predstavili bomo tudi možnost recikliranja lesa in lesnih kompozitov iz starih(porušenih) objektov. Študenti spoznajo tudi spreminjanje lastnosti lesnih kompozitov v daljšem časovnem obdobju, možnosti napovedovanja obnašanja kompozitov in sodobne nedestruktivne postopke ugotavljanja spreminjanja lastnosti kompozitov.

Staranje lignoceluloznih materialov, lesnih kompozitov in lesa zaradi izpostavitve vremenskim vplivom (ponovitev osnov). Podrobnejši prikaz fotodegradacijskih procesov v lignoceluloznih materialih ter kratek pregled najprimernejših tehnik za raziskave fotodegradacijskih procesov (SEM, FT-IR in EPR). Sodobni zaščitni premazi. Novosti pri razvoju UV absorberjev, lovilcev prostih radikalov in nanodelcev za zaščito podlage in premaza. Superhidrofobne površine. Samočistilne površine. Nanodelci TiO2 za zaščito pred UV svetlobo (rutil); fotokatalitsko delovanje TiO2 v samočistilnih površinah (anataz).  

Cilji in kompetence

Cilj predmeta:

Spoznati pomen in delovanje biotskih dejavnikov razgradnje. To bo omogočilo razumevanje delovanje biocidnih in nebiocidnih oblik zaščite lesa in podobnih materialov. Slušatelj razumejo in poznajo pomen vode v lesu za delovanje gliv in poznajo tehnične rešitve kako ohraniti les suh. Poznavanje lastnosti materialov in osnov fiziologije gliv omogoča načrtovanje in vrednotenje življenjske dobe lesa.

Spoznati in razumeti vlogo lesnih kompozitov v konstrukcija. Študent razume procese staranja kompozitov in posledice staranja na lastnosti kompozitov. Študent spozna in razume različne sisteme napovedovanja obnašanja kompozitov v daljšem časovnem obdobju. Spozna možnosti uporabe različnih biomaterialov kot sistemov izboljšanja lastnosti. Seznani se z metodami spremljanja lastnosti že vgrajenih kompozitov.

Spoznati in razumeti fotodegradacijske procese lignoceluloznih materialov in tehnik za spremljanje le-teh. Študent spozna novosti pri razvoju UV zaščitnih snovi, s poudarkom na uporabi nanodelcev v zaščiti lesa pred abiotskimi dejavniki razkroja. Spozna superhidrofobne in samočistilne površine ter razume, kako je možno doseči efekta superhidrofobnosti in samočistilnosti. Prav tako spozna pomen rutilne oblike nanodelcev TiO2 za zaščito pred UV svetlobo ter TiO2 v obliki anataza v samočistilnih površinah.

Kompetence:

Doseženo znanje slušatelju omogoči obvladati  najpomembnejše nove materiale oz. jih optimalno izbrati, za zaščito  lignoceluloznih materialov, ki so v različnih konstrukcijah ter objektih izpostavljeni biotskim in vremenskim vplivom.

Pridobljeno znanje omogoči študenti izbrati ustrezen kompozit glede na obremenitev in namen uporabe z vidika željene trajnosti objekta, ter spremljanja obnašanja materiala v konstrukciji.

Metode poučevanja in učenja

Predavanja (20 ur),

Seminarji (15 ur),

Laboratorijske vaje (40 ur),

Ostalo (15 ur)

Predvideni študijski rezultati

Znanje in razumevanje:

Znanje in razumevanje:

Študent pozna mehanizme glivne razgradnje lesa, pomen vode v lesu. Seznanjen je z najpomembnejšimi biocidnimi in nebiocidnimi rešitvami za zaščito lesa, njihovimi prednostmi in omejitvami. Za posamezen namen uporabe zna izbrati ustrezno lesno vrsto, postopek zaščite in način uporabe.

Spoznati in razumeti vlogo lesnih kompozitov v konstrukcija. Študent razume procese staranja kompozitov in posledice staranja na lastnosti kompozitov. Študent spozna in razume različne sisteme napovedovanja obnašanja kompozitov v daljšem časovnem obdobju. Spozna možnosti uporabe različnih biomaterialov kot sistemov izboljšanja lastnosti. Seznani se z metodami spremljanja lastnosti že vgrajenih kompozitov.

Študent pozna in razume procese fotodegradacije lignoceluloznih materialov. Pozna najnovejše materiale za zaščito lignoceluloznih materialov in premazov pred vremenskimi vplivi. Pozna in razume pomen superhidrofobnih in samočistilnih površin za zaščito lesenih / lignoceluloznih elementov v različnih konstrukcijah in objektih, ki so izpostavljeni vremenskim vplivom.

Refleksija: predmet predstavlja strokovni temelj v skladu z naravo študija in je zelo dobra podlaga za nadaljnje proučevanje lastnosti obdelanih materialov in površin ter  sodobnih materialov in postopkov površinske obdelave lesa.

Prenosljive spretnosti: študent pridobljeno znanje uporablja pri drugih tehnoloških predmetih. Zna uporabiti domačo in tujo literaturo ter računalniške baze podatkov. Poleg tega obvlada osnove znanstveno raziskovalnega dela (postavitev hipoteze na osnovi svojega znanja in literaturnih podatkov, načrt eksperimenta, razprava in ovrednotenje rezultatov).

Reference nosilca

Miha Humar

1. HUMAR, Miha. Influence of Norway spruce and European larch Heartwood ring-width on extractive content and durability, Drvna industrija, ISSN 0012-6772, 2013, vol. 64, no. 2, str. 79-85.
2. HUMAR, Miha, LESAR, Boštjan. Efficacy of linseed- and tung-oil-treated wood against wood-decay fungi and water uptake. International biodeterioration & biodegradation, ISSN 0964-8305. [Print ed.], 2013, vol. 85, str. 223-227.
3. THALER, Nejc, HUMAR, Miha. Performance of oak, beech and spruce beams after more than 100 years in service. International biodeterioration & biodegradation, ISSN 0964-8305. [Print ed.], 2013, vol. 85, str. 305-310.
4. LESAR, Boštjan, HUMAR, Miha, KAMKE, Frederick A., KUTNAR, Andreja. Influence of the thermo-hydro-mechanical treatments of wood on the performance against wood-degrading fungi. Wood Science and Technology, ISSN 0043-7719, 2013, vol. 47, iss. 5, str. 977-992
5. LESAR, Boštjan, HUMAR, Miha. Use of wax emulsions for improvement of wood durability and sorption properties. Holz als Roh- und Werkstoff, ISSN 0018-3768. [Print ed.], 2011, vol. 69, no.2, str. 231-238.
6. LESAR, Boštjan, STRAŽE, Aleš, HUMAR, Miha. Sorption properties of wood impregnated with aqueous solution of boric acid and montan wax emulsion. Journal of applied polymer science, ISSN 0021-8995, 2011, vol. 120, no. 3, str. 1337-1345.
7. LESAR, Boštjan, UGOVŠEK, Aleš, KARIŽ, Mirko, ŠERNEK, Milan, HUMAR, Miha, KRALJ, Polonca. Influence of boron compounds in adhesives on the bonding quality and fungicidal properties of wood. Wood research, ISSN 1336-4561, 2011, vol. 56, no. 3, str. 385-392.
8. LESAR, Boštjan, GORIŠEK, Željko, HUMAR, Miha. Sorption properties of wood impregnated with boron compounds, sodium chloride and glucose. Drying technology, ISSN 0737-3937, 2009, vol. 27, no. 1, str. 94-102.
9. HUMAR, Miha, LESAR, Boštjan. Influence of dipping time on uptake of preservative solution, adsorption, penetration and fixation of copper-ethanolamine based wood preservatives. Holz als Roh- und Werkstoff, ISSN 0018-3768. [Print ed.], 2009, vol. 67, no. 3, str. 265-270.
10. LESAR, Boštjan, KRALJ, Polonca, HUMAR, Miha. Montan wax improves performance of boron-based wood preservatives. International biodeterioration & biodegradation, ISSN 0964-8305. [Print ed.], 2009, vol. 63, no. 3, str. 306-310.

Marko Petrič

1. KUTNAR, Andreja, KRIČEJ, Borut, PAVLIČ, Matjaž, PETRIČ, Marko. Influence of treatment temperature on wettability of Norway spruce thermally modified in vacuum. Journal of adhesion science and technology, ISSN 0169-4243, 2013, vol. 27, no. 9, str. 963-972
2. HRASTNIK, David, BUDIJA, Franc, HUMAR, Miha, PETRIČ, Marko. Influence of liquefied and ccb containing liquefied wood on growth of wood decay fungi. Maderas. Ciencia y tecnología, ISSN 0717-3644, 2013, vol. 15, no. 1, str. 105-118.
3. YONA, Arnaud Maxime Cheumani, PORI, Pavel, KRIČEJ, Borut, KUTNAR, Andreja, BUDIJA, Franc, TAVZES, Črtomir, PETRIČ, Marko. Bleaching of liquefied wood for the preparation of aesthetically manageable biomaterials. Journal of biobased materials and bioenergy, ISSN 1556-6560, 2012, vol. 6, no. 5, str. 601-607.
4. LESAR, Boštjan, PAVLIČ, Matjaž, PETRIČ, Marko, SEVER ŠKAPIN, Andrijana, HUMAR, Miha. Wax treatment of wood slows photodegradation. Polymer degradation and stability, ISSN 0141-3910, 2011, vol. 96, no. 7, str. 1271-1278.
5. HUMAR, Miha, PAVLIČ, Matjaž, ŽLINDRA, Daniel, TOMAŽIČ, Miro, PETRIČ, Marko. Performance of waterborne acrylic surface coatings on wood impregnated with Cu-ethanolamine preservatives. Bulletin of Materials Science, ISSN 0250-4707, 2011, vol. 34, no. 1, str. 113-119.
6. BUDIJA, Franc, TAVZES, Črtomir, ZUPANČIČ-KRALJ, Lucija, PETRIČ, Marko. Self-crosslinking and film formation ability of liquefied black poplar. Bioresource technology, ISSN 0960-8524. [Print ed.], 2009, vol. 100, no. 13, str. 3316-3323.

Sergej Medved

1. RAUTKARI, Lauri, LAINE, Kristiina, KUTNAR, Andreja, MEDVED, Sergej, HUGHES, Mark. Hardness and density profile of surface densified and thermally modified Scots pine in relation to degree of densification. Journal of Materials Science, ISSN 0022-2461, 2013, vol. 48, no. 6, str. 2370-2375
2. MEDVED, Sergej, JAMBREKOVIĆ, Vladimir, ANTONOVIĆ, Alan. Impact of resin content on swelling pressure of three layer particleboard bonded with urea-formaldehyde adhesive. Drvna industrija, ISSN 0012-6772, 2011, vol. 62, br. 1, str. 37-42.
3. KUNAVER, Matjaž, MEDVED, Sergej, ČUK, Nataša, JASIUKAITYTE, Edita, POLJANŠEK, Ida, STRNAD, Tatjana. Application of liquefied wood as a new particle board adhesive system. Bioresource technology, ISSN 0960-8524. [Print ed.], 2010, vol. 101, no. 4, str. 1361-1368.
4. ANTONOVIĆ, Alan, JAMBREKOVIĆ, Vladimir, ŠPANIĆ, Nikola, KLJAK, Jaroslav, MEDVED, Sergej. Influence of urea-formaldehyde resin modification with liquefied wood on particleboard properties. Drvna industrija, ISSN 0012-6772, 2010, vol. 61, no. 1, str. 5-14.
5. KANDELBAUER, Andreas, PETEK, Primož, MEDVED, Sergej, PIZZI, Antonio, TEISCHINGER, Alfred. On the performance of a melamine-urea-formaldehyde resin for decorative paper coatings. Holz als Roh- und Werkstoff, ISSN 0018-3768. [Print ed.], 2010, let. 68, št. 1, str. 63-75.
6. MEDVED, Sergej, RESNIK, Jože. Determination of share of adhesive on particles with FT-IR spectroscopy. Wood research, ISSN 1336-4561, 2010, let. 55, št. 1, str. 101-109.

Temeljni viri in literatura

1.  NAVODNIK, J. Slovenija je ustvarjena za nanotehnologije: izdelki in tehnologije prihodnosti: strokovna monografija. Celje: Navodnik, 2007. 399 str. ISBN 978-961-92027-0-8. (izbrana poglavja)

2.  BULIAN, F., GRAYSTONE. J. Wood coatings : theory and practice. Amsterdam: Elsevier, 2009. 320 str. ISBN 978-0-444-52840-7. (izbrana poglavja)

3. Goodell B., Darrel, D.N., Schultz, T.P., 2003. Wood Deterioration and Preservation – Advances in Our Changing World. American Chemical Society, Washington, DC: 465 str., ISBN 0-8412-3797

4. MacKenzie, C E, Wang, C-H, Leicester, R H, Foliente, G C, Nguyen, M N, 2007. Timber service life design guide. Forest & Wood Products Australia Limited, Victoria ISBN 978-1-920883-16-4

5. Mizi, F. Et al., 2009: Performance in use and new products of wood based composites. London, Brunel University Press

Študentom bo na razpolago tudi gradivo s predavanj in vaj v elektronski obliki. Gradivo bo objavljeno pred začetkom predavanj na spletni strani. Za izdelavo seminarskih nalog in dodatno razumevanje vsebin bodo študentje uporabili tudi svetovni splet (internet).