1. AHŞAP
Ahşap;canlı bir organizma olan ağaç malzemeden elde edilen lifli,heterojen ve
anizotrop bir dokuya sahip organik esaslı bir malzemedir.Ahşap , insanlık tarihinin
başlangıcından itibaren insanlığa hizmet vermeye başlamış ve günümüzün gelişen
teknolojisinde kullanım alanı gittikçe artan bir malzeme olmuştur..Ahşabın bu kadar
çok kullanım yeri bulmasının nedeni , anatomik yapısı, fiziksel ve mekanik
özellikleri ile kimyasal bileşiklerinden kaynaklanmaktadır.
Ahşap; doğal, organik, çevre ve enerji dostu,diğer mühendislik malzemeleri ile
karşılaştırıldığında kompleks bir yapıya sahip, geri kazanımlı, biyolojik olarak
parçalanabilir bir hammaddedir. Bu özellikleri ile küresel ısınma ve iklim değişikliği
tehdidine karşı aranan alternatif bir malzemedir.
2 AHŞAP MALZEMENİN AVANTAJLARI
2.1 Ahşap Yalıtkandır:
Ahşap gerekli işlemlerden geçirildikten sonra yüksek düzeyde ısı yalıtımı sağlar.
Panel sistemler kullanıldığı taktirde ısı yalıtımı daha da artacaktır. 10 cm2lik bir
ahşap160 cm lik betonun izolasyon değerine eşittir.
2.2 Ahşap Hafiftir:
Ahşabın kendi ağırlığı az olduğundan temele ulaşan yükler az olacaktır. Betonarme
ahşaba göre 5 kat, çeliğe göre 13 kat ağırdır.Bu özelliği ile ahşap malzeme depreme
dayanıklı yapı inşasında ön plana çıkmaktadır.
2.3 Ahşap Dayanıklıdır:
Ahşap farklı iklim koşullarında dayanıklık gösterebilen bir malzemedir. Ahşap
malzeme ısı geçirmeme ve kömürleşme özelliğinden dolayı, yangına karşı 30-
90dakika dayanabilmekte Çelik ise genleşme katsayısının yüksekliği nedeniyle 10
dakika dayanabilmektedir.
2.4 Ahşap Mükemmel bir Mühendislik malzemesidir:
Yapı sektöründe, madencilikte, ulaşımda, kağıt, kompozit endüstrisinde, gemicilikte,
dekorasyonda, mobilya endüstrisinde vazgeçilemez malzemedir.Tasarımcılar için
vazgeçilmez elemandır. Dünyada 20000’in üzerinde ağaç türü vardır. Bu çeşitlilik
tasarımcılar ve mühendisler için 20 000 renk ve tekstür demektir.
2.5 Çevre dostudur:
Ahşap kendi içinde kimyasal-fiziksel açıdan dengeli bir malzemedir. Ahşabın
çürüyebilmesi onun en önemli özelliklerinden biridir. Bu sayede doğada yok
olur.Çevreye duyarlıdır.Çevresini olumsuz etkilemez,insan sağlığı açısından en
güvenilir malzemedir. Çelik yapıların geri dönüşümünde ahşaba oranla 354 kat daha
fazla enerji harcanmaktadır.
2.6 Enerji dostudur:
İmal edilirken ve imar edilirken diğer malzemelere kıyasla çok az enerji gereksinimi
duyar.Küresel ısınma ve buna bağlı olarak iklim değişikliği sonucu, çevreye
duyarlı,daha az enerji tüketmesi sonucu sera gazı emisyonundadır.
3 AĞAÇ MALZEMENİN DEZAVANTAJLARI
Ağaç malzeme anizotropik yapıya sahiptir. Üç ana yönde (enine,teğet,radyal) farklı
fiziksel özellikler gösterir.Bunun nedeni hücre çeperindeki selülozun yapısı ve
düzeni, hücrelerin ağaç eksenine paralel ve dik yönde uzanmaları ve ağaç gövdesi
üzerinde simetrik olarak yerleşmeleridir.
Higroskopik bir hammaddedir. Atmosferdeki rutubet ve sıcaklık değişiklikleri ile
rutubet kaybeder veya kazanır. Anizotropik yapıya sahip olduğundan rutubet
değişiklileri üç ana yönde farklı boyutlarda gerçekleşir.Malzemenin çalışması adı
verilen rutubet miktarındaki değişmeler malzemenin direncini ve elektrik iletkenliği
ve şekil değiştirme gibi bazı fiziksel özelliklerini etkiler.
Ağaç malzeme mantarlar, böcekler, bakteriler gibi bazı organizmalar tarafından
basit şekerlere dönüştürülebilirler.
Yanıcı bir maddedir. Bu özelliği ile dünya ekonomisinde uzun yıllar ana yakıt
kaynaklarından birini oluşturmuştur.
Açık hava etkisi ile bozunmaya uğrayabilir.Diğer bir deyişle “weathering” ağaç
malzeme için önemli bir risk faktörüdür.Açık hava etkisi olarak ifade edilen;
Solar radyasyon ( UV-IR-Visible),
Rutubet ( yagmur, kar, nem, ciğ),
Mekanik etkiler ( rüzgar, kum, kil),
Sıcaklık,
Yüzeyde meydana gelen renk değişimi,
Yüzey pürüzlülüğü,
Çatlamalar,
Bu etkiler ağaç malzeme üzerinde kimyasal ve fiziksel değişimlere neden
olmaktadır( Kılınç- Hahafızoğlu 2007).
4 AHŞABIN KİMYASAL VE ULTRA MİKROSKOPİK YAPISI
4.1 KİMYASAL YAPI
Odunsu hücre ceperinin elementer yapısı esas itibariyle C,H,O den meydana
gelmekte, çok az miktarda(<%1) N ve kül bulunmaktadır.Odunun yakılması ile
ortaya çıkan kül içerisinde Ca,Mg,K,Mn,Na ve SiO2 vardır.
Elementler Kuru Ağırlık (%)
Karbon 50
Hidrojen 6
Oksijen 43
Azot Az miktarda
Kül <1
Tablo 1 Ağaç Malzemenin yapısındaki elementler
Odunsu hücre çeperi C,H, ve O2 nin çeşitli kombinasyonlarda birleşmesiyle oluşan
selüloz, hemiselüloz (polyoslar) ve ligninden meydana gelmekte, az miktarda pektin
de bulunmaktadır.
Ağaç
Türü
Selüloz
(%)
Hemiselüloz
(%)
Lignin
(%)
Yaprakl
ı
Ağaçlar
40-44 15-35 18-25
İğne
Yapralı
40-44 20-32 25-35
Ağaçlar
Tablo 2 Ağaç Malzemenin yapısındaki Kimyasal Bileşikler
Selüloz odunun en önemli bileşiğidir. İğne yapraklı ve yapraklı ağaçlarda odunun
kuru ağırlığının hemen hemen yarısı selülozdan oluşur. Hemiselüloz veya lignin
oranları ise ağaç türleri arsında geniş çapta değişiklik göstermektedir. Odunun %90
dan fazlasını meydana getiren bu bileşiklere ilave olarak bir çok organik ve inorganik
madde hem çeper üzerinde, hem de hücre lümenine yerleşmiştir.Bu aynı maddeler
içerisinde tanenler, uçucu yağlar, reçineler ,sakız, lateks, alkoloidler, nişasta ve renk
maddeleri sayılabilir.İnorganik esaslı ekstraktif maddeler silis ve kalsiyum
tuzları(kalsiyum karbonat,kalsiyum fosfat ve kalsiyum oksalat olarak belirtilmiştir
(Bozkurt, Erdin 1997)
Şekil 1 Ağaç Malzemenin yapısındaki Kimyasal Bileşikler
Ağaç malzemeHoloselülozSelülozHemiselülozHeksozanPentozanArabanKsilanLigninEkstraktif Madeler
4.1.1 Selüloz
Seluloz uzun zincir molekülü anhidrid glikoz moleküllerinin primer molekül bağları
ile birbirine bağlanmasından (C6H10O5)n oluşur.
Şekil 2Selüloz zincir moleküllerinin görüntüsü
Polimerzasyon denilen bu olayda (n) selüloz zincirindeki anhidrid glikoz birimlerinin
sayısını (polimerizasyon derecesini) gösterir. Selüloz liflerinin özelliği
polimerzasyon derecesine bağlıdır. N<200 iken selüloz lifleri kısa ve mekanik
özellikleri düşüktür. 700 polimerizasyon derecesine doğru yükseldikçe selüloz
liflerinin kopma ve kırılma dirençleri hızla yükselir. Yüksek polimerizasyon
derecesinde selüloz lifleri esneklik ve çekmeye karşı direnç kazanarak bu özelliğini
hücre çeperine verir. Polimerizasyon derecesi yüksek olan alfa selüloz kimyasal
maddeler ile açık hava iklim şartlarında oksidasyon ve eskime sonucu uzun lif
yapısını kaybederek kısa zincirler haline gelmekte ve özelliklerini yitirmektedir.
4.1.2 Hemiselüloz
Hemiseluloz kapalı formülü ve yapısı bakımından selüloza benzemekle
beraber ,çeşitli eker birimlerinden meydana gelmektedir.Ayrıca hemiselüloz zincir
molekülleri dallanarak yan gruplar taşıyabilmekte ve polimerizasyon derecesi
selülozdan çok daha düşük, genellikle 100-150 kadar olmaktadır.Hemiselüloz 150
veya daha az sayıda şeker anhitridlerinden oluşmuştur.
Şekil 3Hemiselüloz zincir moleküllerinin görüntüsü
4.1.3 Lignin
Lignin, fenilpropan birimlerinden meydana gelen yüksek molekül ağırlığında
kompleks bir polimerdir.Lignin Karbon,oksijen ve hidrojenden oluşmasına rağmen
ne bir karbonhidrattır, ne de bu sınıfa giren bir bileşiktir.
Şekil 4Lignin moleküllerinin görüntüsü
Esas itibarıyla fenolik yapıda madde olan lignin, oldukça stabil olduğundan güç izole
edilmektedir. Lignin hücreler arasında ve hücre çeperinde yerleşmiştir. Hücreler
arasında onları birleştiren madde olarak bulunur, hücreler arasında, onları birleştiren
madde olarak bulkunur. Hücre çeperinde ise hücreye sertlik veren bir rol oynar.
Lignin basıncı stabile eden, rutubet karşısında şişmeyi ve boyutsal değişmeyi azaltan
bir maddedir. Selüloz ve özellikle hemiselüloz’ lar, ligninden çok daha
higroskopiktirler.
Lignin malzeme içerisinde renksiz bir malzemedir.Havayla temas etiğinde özellikle
güneş ışığı etkisinde kaldığında zamanla sarı renge dönüşür. Lignin aynı zamanda
termoplastik bir malzemedir.Yüksek sıcaklıkta yumuşak ve esnek olup,soğuduğunda
tekrar sertleşmektedir.
4.1.4 Pektin
Pektin karbonhidratlar ve bunlarla yakından ilgili olan bileşiklerden oluşur.İçerisinde
bulunan yüksek molekül ağırlığında, kompleks koloidal maddelerin hidrolizi ile
genellikle galakturonik asit, az miktarda arabinoz ve galaktoz elde
edilmektedir.Genellikle hücrelerin Orta lameli, primer çeperi ile kenarlı geçitlerin
torusunda bulunmaktadır.
4.1.5 Ekstraktif Maddeler
Ekstraktif maddeler hücre lümenine ve çeperine depo edilmişlerdir. Ancak esas hücre
çeper maddeleri ile ilişkileri yoktur. Odundan sıcak veya soğuk su, alkol,benzen,
aseton yada eter ile çıkartılabilirler.En önemlileri ekonomik olarak değerli olan
reçineler ve polifenollerdir. İğne yapraklı ağaç odununda bulunan polifenoller ise
çok sayıda ve ekonomik değeri olan kimyasal maddelerden oluşmaktadır.
Bu maddeler tanenler, antrosiyaninler, flavonlar, kateşinler, kinonlar ve lignanlardır.
Diğer organik esaslı ekstraktif madeler arasında sakızlar, tropolonlar, yağlar, yağ
asitleri,mumlar ve uçucu hidrokarbonlar sayılabilir.
İnorganik esaslı ekstraktif maddeler(kalsiyum Tuzları ve silis gibi) alkol benzen
aseton gibi çözücülerle odundan alınamazlar, ancak yine de hücre çeperinin esas
maddelerinde değil ekstraktif madde olarak kabul edilirler.
Ekstraktif maddeler malzemenin kokusu, rengi ve tadı, mantar ve böceklere karşı
dayanıklılık, permeabilite, yoğunluğu, sertliği ve basınç direnci üzerinde etkili
bulunmaktadır.
4.2 ULTRAMİKROSKOPİK YAPI
4.2.1 Hücre Çeperi
Kambiyumda yeni oluşmuş bir odun hücresi ince, zar şeklinde, pektince zengin,
primer çeper adı verilen bir çeperle sarılmıştır ve hücre sıvı ile doludur.Hücre
oluştuktan sonra büyümeye ve hücre çeperi kalınlaşmaya başlar.Çeper kalınlaşması
hücrenin iç tarafından ,selüloz ,hemiselüloz ve ligninin primer çeper üzerinde
depolanması ile meydana gelir.
4.2.2 Çeper Tabakaları
Hücreyi dıştan saran primer çeper pektin bakımından zengindir ve mikrofibril
yapısından oluşmaktadır. Bu düzensiz mikrofibril yapısış primer çeperin, çok
düzenli bir mikrobril yapısı olan sekonder çeperden kolaylıkla ayrılır. Primer
çeperden sonra oluşan sekonder çeper s1 s2 s3 üç gruba ayrılır. Bu grupların
mikrofibrillerinin boyuna ekseni,hücre boyuna ekseniyle açı yapar.
Sekonder Çeperler Hücre Ekseni ile Yaptıkları Açı
S1 50-70
S2 10-30
S3 60-90
Tablo 3 Hücre çeperinde açılar
Hücre Çeper Tabakaları İlkbahar Odununda Çeper
Tabakası
Kalınlığı(mikrometre)
Yaz Odunu Çeper
Tabakası
Kalınlığı(mikrometre)
Orta lamel(OL) 0,2 0,3
Primer Çeper(P) 0,1 0,3
S1 0,1 0,35
S2 1,0 10,0
S3 0,1 0,15
Tablo 4 Hücre çeperinde kalınlıklar
S2 tabakası tabloda görüldüğü gibi diğerlerinden çok daha kalın ve bu sebeple de
çok daha büyük etkiye sahiptir. Malzemenin direnç değerleri ve ısı - elektrik
iletkenliğinde mikrofibril dizilişi sahip olduğu açı açısından etkilidir.
4.2.3 Hücre Çeperinde Kimyasal Bileşiklerin Dağılışı
Tablo 5 Ağaç Malzemenin yapısındaki Kimyasal Bileşiklerin Çeperdeki Dağılım
Yüzdeleri
Çeper
Tabakalar
ı
Selüloz
(%)
Hemiselüloz
(%)
Lignin
(%)
O+P 10 20 70
S1 30 30 40
S2 56 28 16
S3 50 38 12
İncelemelere göre orta lamelde selüloz hiç bulunmamakta, Primer Çeperde ise
selüloz miktarı çok düşük miktarda bulunmaktadır. Esas itibariyle Birleşik orta lamel
tabakası ligninden oluşmaktadır. Sekonder çeper değerlendirildiğinde lignin
miktarında düşüş yerini selüloz miktarında artışa bırakmaktadır. Bu durum şekilde
net bir biçimde görülmektedir.
Şekil 5 Ağaç Malzemenin yapısındaki Kimyasal Bileşiklerin Çeperdeki Dağılım
Yüzdeleri
Kimyasal Bileşiklerin Odunun Özellikleri Üzerine etkisi
Selüloz özellikle S2 tabakasında boyuna yönde uzanan selüloz zincir molekülleri ve
mikrofibriller yardımıyla liflere paralel çekme direncini arttırır.
Hemiselüloz ve lignin hücreleri birbirine bağlayarak selülozik iskelete destek verir.
Malzemede daralma ve genişleme selüloz zincir moleküllerinde bulunan serbest
hidroksillerden dolayı olmaktadır.
Lignin ise çalışmayı engellemekte stabiliteyi sağlamaktadır.
4.2.4 Geçitler
Hücrelerde sekonder çeper tabakasının devamının kesildiği kısımlarda geçit adı
verilen oluşumlara rastlanmaktadır. Geçitler iki komşu hücre arası su ve besin alış
verişini sağlarlar.Bütün geçitlerde geçit zarı ve geçit boşluğu olmak üzere iki eas
bölüm vardır. Geçit zarı, iki hücrenin primer çeperi ile orta lamelden oluşur. Geçit
zarı yapısı iğne yapraklı ve yapraklı ağaçlarda değişiktir.İğne yapraklılarda kenarlı
geçitlerinde zarın orta kısmı iki yandan kalınlaşarak torusu oluşturur.Torusun geçit
kenarında kalangeçit zarına ise margo denilmektedir.Margo yarıçap yönünde uzanan
mikrofibril ağından oluşmuştur.
Kenarlı geçit oluşumu esas itibariyle S1 tabakasının oluşumundan önce başlar ve
primer çeper üzerinde depo edilen selüloz mikrofibrilleri bir düzen içerisinde halka
oluştururlar. Daha sonra sekonder çeper oluşumu başlar ve geçit zarı değişime
uğrar.Geçit zarının porozitesi,yaş ilerledikçe azalır.İleri yaşlarda öz odunda torus ve
onu askıda tutan mikrofibriller güçlükle fark edilmektedir. Yapraklı ağaçlarda torus
bulunmamaktadır (Bozkurt, Erdin 1997).
Şekil 6 Hücre çeper elemanlarının mikroskopik görünümü
5 MAKROSKOPİK ÖZELLİKLER
Ahşap malzemenin gözle veya lup (*10) altında incelendiğinde gözlemlenebilen
özelliklerdir.Ahşap malzemenin tanınmasında yardımcı olan bir özelliktir.
Makroskopik gözlemde üç kesit vardır. Bunlar Enine kesit Boyuna kesit ve radyal
kesittir.Eninme kesit boyuna eksende dik yönde, radyal kesit malzeme ekseni
boyunca ve yarıçap yönünde, teğet kesit ise yine gövde ekseni yönünde ve yıllık
halka sınırına teğet yönde kesilerek elde edilir(Bozkurt,Erdin,1997).
Şekil 7 Enine kesit,Radyal kesit ve Teğet kesit görünümü.
5.1 Enine Kesitte Görülen Özellikler
5.1.1 Öz
Öz normal olarak gövde enine kesitinin tam ortasında paranşim hücrelerinde oluşan
ve ağacın köklerinden aldığı suyu yapraklaraara iletme görevini üstlenir.Bu hücreler
belirli bir süre sonra ölürler.
Şekil 8 Enine kesitte görülen özellikler
5.1.2 Yıllık halkalar
Gövde enine kesitinde iç içe geçmi halkalar olarak görülürler. Bu halkalara büyüme
halkasıda denir. Ağacın yaşını ve büyüme şartlarını öğrenebiliriz.
Şekil 9 Yıllık halkaların görünümü
5.1.3 Öz Odun Diri Odun
Gövdede özün etrafında koyu renge sahip olan kısım ve açık renkli kısım bulunur .
Bu kısımlardan koyu olana öz odun, açık olana diri odun adı verilir. Bazı ağaç
türlerinde öz odun ile diri odun arasında renk farkı yoktur. Öz odun yapısındaki
ekstraktif maddelerden dolayı mantar ve böceklere karşı dirençlidir. Öz odun
ekstraktif maddeler özellikle reçine, yağlar, renk ve tanenli maddelerden meydana
geldiğinden diri oduna göre daha ağır daha serttir.
Şekil 10 Gövde kesiti
5.1.4 Öz Işınları
Ağaç malzeme içerisinde sıvı maddelerin radyal yönde akışını sağlarlar. Öz ışınları
belirgin olup dekoratif özelliği vardır. Malzeme kuruma esnasında öz ışınından
dolayı radyal yönde daralma güçleşir.
5.1.5 Reçine kanlarlı
Enine kesitte koyu renkli noktacıklar şeklinde görülürler. İgne yapraklı ağaçlarda
rahatlıkla görülürler.
5.1.6 Kabuk
Ağaç türlerine göre ve yaşa göre farklı kalınlıktadır.Kabuk dış ve iç olmak üzere iki
kısımdan oluşur.
5.2 FİZİKSEL KARAKTERİSTİKLER
5.2.1 Renk
Ağaç malzemede diri odun çoğunlukla sarımsı beyaz ve pembe tonlarda, öz odun ise
beyazdan siyaha kadar çeşitli renklerde olabilir. Renk değişikliklerinin nedeni
ekstraktif maddelerin olması ve bu maddelerin özelliklerinde kaynaklanır.
Malzemenin teşhisinde ayırıcı özellik olarak renk kullanılır. Renk zamanla açık hava
oksidasyonu sonucu koyulaşır. Malzemede ki renk değişimi Güneş ışınları,
mantarlar, hava, su ve su buharı etkisiyle meydana gelmektedir.
5.2.2 Lif yönü
Ağaç malzemede boyuna yönde uzanan hücrelerin , uzun eksene paralal olan yön lif
yönü olarak ifade edilir (Bozkurt,Erdin,1997).
5.2.3 Lif Kıvrıklığı
Lif gidişi ile gövde ekseni arasında bir açı varsa ve lifler eksene göre helezon
şeklinde seyrediyorsa Lif kıvrıklığı vardır denir. Lif kıvrıklığı sınıflandırmada
önemlidir bu tip malzemede direnç değerleri düşüktür.
5.2.4 Tekstür
Yıllık halka içinde ilkbahar ve yaz odunundaki hücrelerin büyüklüklerinin yeknesak
veya değişik olmasına ahşap malzenin tekstürü adı verilir. Çok ince tekstürlüler,ince
tekstürlüler,orta tektürlüler, kaba tekstürlüler,çok kaba tekstürlüler diye gruplandırıla
bilirler.
5.2.5 Parlaklık
Ahşap malzemenin ışığı yansıtması olayıdır. Parlaklığın tersi matlık olarak ifade
edilebilir. Her iki fiziksel özellik yanında birde yarı matlık veya parlaklık
diyebileceğimiz ara kademe d mevcuttur.
Bu durum saydam yarı saydam mat yüzey şeklinde de ifade edilebilir.
5.2.6 Koku ve tad
Öz odunda bulunan ekstraktif maddeler eterik yağlar tanenler ve kafuru gibi ahşap
malzemeye koku vermekte ve teşhiste yardımcı olmaktadır. Tad ise yine ektraktifler
yardımıyla birbirine yakın malzemeleri ayırt etmede kullanılabilir.
5.2.7 Ağırlık ve sertlik
Ahşap malzemenin farklı türlerinin ayırt edilmeisde kullanılır.Mukayese eele
tartılarak yapılabilir. Sertlik ise fiziksel karakteristiklerin en önemlilerinden olup
hücre çeper miktarı ile ilgilidir.
6 MİKROSKOPİK ÖZELLİKLER
Odun hücre adı verilençok sayıda küçük birimlerden meydana gelmiştir.Örneğin bir
ladin odununun 1cm3 de 350.000 ile 500.000 hücre bulunmaktadır.Odunsu bir
hücrede, dışta hücre çeperi, çeper üzerinde hücreden hücreye besi suyu akışını
sağlayan geçitler ve ortada hücre boşluğu (lümen) bulunmaktadır
(Bozkurt,Erdin,1997). Binlerce hücre bir araya gelerek odun kitlesini
oluşturmaktadır. Bu hücreler mekanik destekleme, besi suyu iletimi, depolama
görevlerini yerine getirirler.
Görevler Destekleme Görevi İletim Görevi Depolama Görevi
Hücreler Lif ve traheid
Hücreleri
Trahe ve treheid
Hücreleri
Paranşim
Hücreleri
Tablo 6 Hücre-Görev tablosu
6.1 İğne Yapraklılarda Mikroskopik Yapı
İğne yapraklı ağaçlarda iletim ve destek görevini traheid, depolama görevini
'paranşim hücreleri yapar.Traheidler ağaç gövdesi boyunca uzanan boyuna traheidler
ile yarıçap yönünde (radyal yön) uzanan öz ışını traheidleri’dir. Paranşim hücreleri
ise boyuna paranşim ve öz ışını paranşimi ile reçine kanallarında reçine salgılayan
epitel hücreleridir.
Tablo 7 İğne yapraklıda mikroskopik yapı
6.1.1 Traheid Hücreleri
İlkbahar odunu traheidleri; enine kesitte dikdörtgen veya altıgen şeklinde, lümenleri
geniş,çeperleri ince olup su iletme görevini üstlenirler.Yaz odunu traheidleri ise
dikdörtgen şeklinde, lümenleri küçülmüş,çeperleri kalınlaşmış olup ağacı destekler.
Traheid çeperlerindeki kenarlı geçitler, besi suyu dolaşımını sağlarlar.
Yarıçap yönündeki besi suyu ilerimi Öz ışını traheidleri yardımıyla sağlanır.
6.1.2 Paranşim Hücreleri
İğne yapraklı ağaç odunlarında boyuna paranşim, öz ışını paranşimi ve epitel
paranşimi olmak üzere üç çeşit paranşim hücresi vardır. Bu hücrelerin çeperlerinde
basit geçitler oluşur.
6.1.3 Reçine Kanalları
Bazı iğne yapraklı ağaçlarda bulunan reçine kanalları,normal ve patolojik reçine
kanalı olara sınıflandırılabilir.Bu reçine kanalları paranşim hücreleri arasındaki orta
lamelin erimesi sonucu oluşmaktadır. Ağaçta herhangi bir yaralanma sonucu oluşan
kanallar patolojik reçine kanallarını oluşturur. Reçine paranşim hücreleri arsında
herzman sıvı halde olmayıp , yaralanma sonucu hücre çeperinin suyunu kaybetmesi
ile buharlaşan suyun yerine yerleşen reçine katılaşır ve çıralanma gerçekleşir.
6.2 Yapraklılarda Mikroskopik Yapı
Yapraklı ağaç odunlarında besi suyu iletme ödevini hücrelerin üst üste gelerek ve
aralarındaki zarın erimesiyle meydana gelen boru şeklindeki traheler ve traheidler,
destekleme görevini lifler,depolama görevini paranşim hücreleri yapar.
Tablo 8 Yapraklıda mikroskopik yapı
6.2.1 Trahe Hücreleri
Hücrelerin üst üste birleşerek aralarındaki bölmelerin az veya çok erimesi ile boru
şeklindeki traheler oluşur. Bir trahede birbiri üzerine sıralanmış olan her üniteye
segman denir. Trahe segmalarının arasında perforasyon tablası denilen bölmeler
bulunur. Trahelerin yıllık odun halkası içerisinde dağılışları farklılık gösterir.
İlkbahar odunu içerisinde büyük çaplı trahelerin delikli ve gevşek bir yapı
oluşturduğu yapraklı ağaçlara halkalı büyük traheli’ler denir.Trahelerin yıllık odun
halkası içerisinde çap bakımından önemli bir fark göstermeden yıllık halkalarda
düzenli bir dağılış gösterdiği yapraklı ağaçlara dağınık traheliler adı verilir.
Trahe segmanlarının çeperlerinde kenarlı geçitler bulunur. Trahe çevresindeki
paranşim hücreleri ile trahe arasındaki osmotik basınç farkı nedeniyle canlı paranşim
hücresi protoplazması geçitlerden geçerek trahe boşluğunda torba şeklinde
baloncuklar oluşturur. Buna Tül oluşumu denir. Tül ile trahe lümenlerinin sakız,
kireç, kalsiyum oksalat gibi maddeler dolması odunun emprenyesini güçleştirir.
6.2.2 Yapraklı Ağaç Traheidleri
Yapraklı ağaçlarda trahe’lere benzeyen ancak uyçları kapalı olduğundan traheid
özelliğinde ve besi suyu iletme görevi gören boyuna yönde vasküler traheidler,
radyal yönde uzanan vasisentrik traheidler bulunur. Her iki traheid türünde kenarlı
geçit bulunur.
6.2.3 Lifler
Lifler, traheler gibi ölü hücreler olup ağacı destekleme ödevi görürler. Lif traheidleri
ve libriform lifleri olmak üzere iki çeşidi vardır. Lif traheidleri kalın çeperli iki ucu
sivri hücreler olup çeperlerinde küçük kenarlı geçitler bulunur. Libriform liflerinde
ise basit geçitler vardır. Çeperleri daha kalın ve boyları daha uzundur. Libriform
liflerinin miktarı yoğunlu, direnç, çekme özelliğini büyük oranda etkiler.
6.2.4 Paranşimler
Protoplazmalarını uzun zaman mahafaza ederek hayatta kalan ve öncelikle besin
maddesim depo eden, ayrıca karbonhidratları ileten hücrelerdir. Yapraklı ağaç
paranşimleri boyuna paranşimler ve öz ışını paranşimleri olmak üzere iki tiptedir.
Çeperlerinde basit geçitler bulunur. Boyuna paranşim hücrelerinin yıllık odun halkası
içerisinde dağılımı yapraklı ağaç odunlarının tanınmasında önemli olmaktadır.
6.2.5 Öz Işınları
Öz ışınları yarıçap yönünde uzanan paranşim hücreleridir.Primer öz ışınları öz’e
kadar, diğerleri odun dokularında başlayıp çevreye kadar uzanır. Radyal kesitte
Parlak olanlarına ayna adı verilir.
7 AÇIK HAVA KOŞULLARI VE ETKİLERİ
7.1 Genel Açıdan Ağaç Malzemeye Weathering Etkisi
Uygun koşullarda kullanıldığında dayanıklı bir malzeme olan ağaç malzeme açık
hava etkisiyle diğer bir ifadeyle “weathering” etkisiyle zarara uğrayabilir.
Weathering; Işık(mor ötesi,kızıl ötesi ve görünür ışık), rutubet(yağmur,kar,çiğ),
sıcaklık, asit yağmurları,mekanik etkiler(rüzğar,, kum, kir)etkisiyle ağaç malzeme
yüzeyinde meydana gelen kimyasal ,fiziksel( yüzey pürüzlülüğü, çatlamalar,şekil
değişimi) , renk değişimi, biyolojik değişimler olarak tanımlanabilir.
7.2 Weathering Faktörleri
7.2.1 Solar Radyasyon
Güneş ışığı ahşap malzemede renk değişimine neden olmakla beraber, yüzeyde çok
yavaş gelişen (100yılda 6.4mm) aşınmaya da neden olmaktadır. Ağaç malzemenin
yapısındaki ışık absoblayıcılar ışıgı yüzeye çekerek fotodegradasyonu başlatırlar.
Ağaç malzemenin yapısında bulunan lignin iyi bir ışık absorblayıcısıdır. Bunun yanı
sıra güneşin biyolojik aktivite üzerindeki etkisi olumludur. Zira mikroorganizmaların
gelişmesi için gereken nem ve karanlık ortam nispeten egalize edilir. Ancak bu
olumlu yan istenilen değerin altındadır.
Güneş ışınları, geniş bir elektromanyetik enerji spektrumuna sahiptir. Bunlar kozmik
ışınlardan başlayıp gamma, morötesi (ultraviyole),görünür ışık, kızılötesi (infrared)
ve radyo ışınlarına dek oluşan küçükten büyüye değişen dalga boylarındaki ışınlardır.
Güneş ışınları, 290 ile 3000nm dalgaboyları arasında yeryüzüne ulaşmaktadır. 290
ile 400nm arasındaki dalgaboyuna sahip ışınlar Uv ışınlarıdır.Ultraviyole ışınları
UV-A(315-400nm),UV-B(280-315nm) ve UV-C (200-280nm) olarak ayrılmaktadır.
Ultraviyole ışınları 75µm Görünür ışınlar 200 µm’ den derine penetre olamazlar.
Ağaç malzemede fotodegredasyonun gerçekleşebilmesi için ışının yüzeye geliş
zamanı ve açı önemli faktördür. Malzemede bozunma enerjisi oluştuğu andan
itibaren degredasyon başlar. Bozunma enerjisi Dalga boyu ile ters orantılıdır.
Absorbe edilen ışık yani enerji, moleküller arasına yerleşerek depolimerizasyon,
dehidrojenasyon ve dehidrometilasyon gibi ayrılma reaksiyonlarına neden olur
(Fengel ve Wegener, 1984). Bununla birlikte, karboniller, karboksiller,
peroksitler, hidroperoksitler ve konjuge çift bağlar gibi kromoforik gruplar da
oluşur (Hon ve Shiraishi, 2001). Kromofor gruplar, renk veren hidrokarbon
gruplarına yeteri derecede bağlanan özel gruplardır.
Bozunma enerjisi ve ağaç malzemede basit bağların kopması için gereken enerji
sınırı olarak ifade edilir. Bu olay matematiksel olarak planc denklemi ile
açıklanabilir.
7.2.2 Rutubet
Dış ve iç kullanımda ağaç malzemeyi etkileyen diğer önemli faktörler de, mantar
ve mikroorganizmalar gibi biyolojik faktörlerdir. Ağaç malzeme rutubetinin %
20’yi aşmasıyla hava hareketi ile mantar sporlarının kolayca dağılabilmesi ağaç
malzemenin çürümesini, yağlı boya ve ağaç materyal üzerinde küf mantarlarının
oluşumunu kolaylaştırmaktadır. Pencere ve dış kapılarda çürümeye neden
olan kaynak, ıslak çürüklük yapan (lenzites türü) mantarlardır. Birçok ağaç
türünün özodun kısmı doğal dayanıklılıktadır. Ancak bütün ağaç türlerinin diri
odunu zararlılar tarafından kolayca çürütülebilmektedir (Kurtoğlu, 2000).
Sell ve Feist (1986) dış ortama bıraktıkları odun yüzeyinde, değişime açıkça neden
olan ana sebebin, rutubet (nem) olduğunu, yağmur ve çiğ gibi etkileyici
faktörlerin odun yüzeyine kapiler hareketle adsorbe edildiğini, odundaki bağıl
nemin adsorbsiyonla gittikçe arttığını, odunda rutubetin yükselmesinden dolayı
yüzey ve iç kısmında artan bir şekilde eğilme ve çatlamaların meydana geldiğini,
bunun sonucu olarak üst yüzey işlemi sisteminin ve odunun bozunmasına neden
olduğunu bildirmişlerdir.
7.2.3 Hava Kirliliğinin Asit Yağmurlarına Dönüşmesi
Kuhne ve Leukens (1970) yaptıkları çalışmada, yaz aylarında odundaki yaşlanma
etkisi üzerinde güneşin radyasyon etkisinin oldukça şiddetli olduğunu; kış
aylarında ise havadaki sülfürdioksit oranının fazlalığının, odunun yüzey bozunma
hızını arttırdığını bildirmişlerdir.
Williams (1987) değişik odunlar üzerinde yapmış olduğu çalışmada
xenon-ark lambasını kullanarak asidin yüzey bozunumu üzerindeki etkisini
araştırmıştır. Test örneklerini periyodik aralıklarla hava etkisi cihazında farklı
pH derecelerinde sülfürik asit ve nitrik asit çözeltisi ile muamele etmiştir. Kontrol
grubu ile yapılan karşılaştırmalarda pH=3 asit ile muamele görenlerde % 10,
pH=3.5’de % 4 bozunma meydana gelirken; pH=4 ile muamele edilenlerde
bozunma görülmediğini bildirmiştir (Peker, 1997).
7.2.4 Diğer Faktörler
Miles ve Elliot (1981)’a göre sıcaklık artışı; ısı, su ve UV ışığı gibi etkili dış
ortam faktörü olmasa da; fotokimyasal ve oksidatif reaksiyonları artırır. Adsorbe
edilen suyun donmasıda çatlama olayına etkide bulunabilir. Rüzgâr, kum ve çamur
gibi faktörlerin neden olduğu aşınma ve mekanik olaylar, yüzey bozunmasını
önemli ölçüde etkilemektedir.
Bufkin ve Wildman (1980) tarafından yapılan araştırmada, odunda adsorbe edilen
suyun donma ve gevşemesinin çatlamalara sebep olduğu ve böylece üst
yüzey işlemi ve odunun zarar gördüğü bildirilmiştir.
Tüm bunların sonucunda yüzey işlemi katmanının özelliklerinde fiziksel,
kimyasal, biyolojik, mikroskobik değişiklikler ve bozunmalar olmaktadır.
8 WEATHERİNG ETKİSİ İLE AĞAÇ MALZEMENİN YAPISINDAKİ
DEĞİŞİM
8.1 Kimyasal Değişimler
Uygun koşullarda kullanıldığında odun dayanıklı bir malzeme olup yüzyıllar
boyunca kullanılabilir. Örneğin, Hz.İsa’dan 14 yüzyıl önce yaşamış olan Mısır
Firavunu Tutankhamen’in mezarındaki odundan yapılmış eşyaların hiç
bozulmamış oldukları görülmüştür. Yine Kastamonu Merkez Kasaba
köyünde1300’lü yıllarda yapılmış olan camiinin ahşap kısımları bozulmadan
günümüze kadar gelmiştir. Ancak, biyolojik yapısından ve estetik özelliklerinden
dolayı ağaçmalzeme herhangi bir koruyucu ile muamele edilmediği takdirde açık
hava koşullarından, fotooksidativ degradasyondan ve asit yağmurlarından
etkilenmektedir.
Açık hava etkisi diğer bir ifade ile “ weathering” ağaç malzeme için önemli bir
risk faktörüdür. Weathering; ışık (UV,IR), rutubet (yağmur, kar, nem, çiğ),
mekanik güçler (rüzgar, kum, kir) ve sıcaklık etkisi ile yüzeyde meydana gelen
renk değişimi, yüzey pürüzlüğü ve çatlamalar olarak tanımlanır. Bu etkiler
neticesinde ağaç malzemenin renginde, kimyasal ve fiziksel yapısında bazı
değişmeler meydana gelmektedir.
Ağaç malzeme, açık havada süratle renk değiştirir. Önce sararan odun daha
sonra kahverengileşir. Ekstraktiflerce zengin odunda ise kahverengileşmeden önce
bazı ağarmalar gözlenir. Renk değişimi sıcak iklimlerde birkaç ay içinde
gerçekleşirken bazı ağaç türlerinde ise parlaklık bir ay sonunda belirgin bir şekilde
azalmaktadır. Renk değişimi odundaki kimyasal değişimlerin bir işaretidir.Bu
değişikliğin yüzeylerde bulunan kinonlardan kaynaklandığı belirtilmektedir
(Temiz, 2005). Kimyasal değişimler detaylı olarak bir sonraki bölümde ele
alınacaktır.
Renk ve kimyasal değişimlerin yanı sıra ağaç malzemede fiziksel değişimlerde
meydana gelmektedir. Yüzeyde meydana gelen bozunma hücre çeperi bağlarını
zayıflatmakta, hücreler arası ve hücreler içi makroskopik - mikroskopik gerilmelere
ve çatlaklara yol açmaktadır. Yağmurun etkisi ile de çatlaklar daha ileri düzeyde
erozyonlara neden olur. Yapılan bir çalışmaya göre iğne yapraklı ağaçlarda erozyon
miktarı ortalama 1 yüzyıl için 6.4 mm olduğu bildirilmişti (Feist ve Hon,1983).
Fiziksel değişimlere mikroskobik değişimlerde eşlik eder. Açık hava koşullarının
odunun anatomik yapısında meydana getirdiği etkiler tarayıcı elektron
mikroskobunun (SEM) kullanıldığı çeşitli çalışmalarda incelenmiştir (Hon ve
Shiraishi, 2001; Pandey ve Pıtman ,2002). Sarıçam ile yapılan bir çalışmada 100
gün boyunca su ve ışık altında bekletilen örneklerde geçitlerin kollaps’e uğradığı
gözlemlenmiştir (Owen vd.,1993). Diğer literatür sonuçları da, orta lamel ve diğer
hücre çeperi tabakalarının en son bozunduğu, en dayanıklı kısmın mikrofibriller
olduğunu ifade etmektedir. Bozunma çoğunlukla yüzeylerde 0,05-2,5 mm’de
gerçekleşir. Genel olarak bir değerlendirme yapıldığında geçit çeperinin
bozunduğu, geçit açıklığının geçit odasının limitine kadar tedrici genişlediği, geçit
kenarlarında mikro çatlakların oluştuğu ve tahrip olan geçitlerin yarı kenarlı bir
yapı oluşturduğu söylenebilir (Feist,1983).
8.1.1 Ahşap Bileşenlerinin Işık Absorbsiyonu
Ağaç malzemenin güzel görünümünü veren içerisindeki bileşenlerin ışığı
yansıtması, dağıtması, yayması , absorblamasıdır.
Maalesef malzemenin ışıkla elde ettiği bu güzel görüntü zamanla bozulmasına
neden olur. Bozulma süreci kimyasal, fiziksel, optikal ve mekanik olur. Kimyasal
bozulma süreci kuantum enerji seviyeleri ile açıklanabilir. Kuantum teorisine göre
maddeyi oluşturan atomları titreşim enerjileri aynı frekanstadır. Eğer dışarıdan gelen
etki de aynı frekansta titreşirse bu iki atom arasında etkileşim olur ve moleküler
bağlar enerji seviyelerine göre koparlar.
Bilindiği gibi ışık, elektromagnetik enerjisi olan çok yoğun, küçük partikül
demetlerinden olusur. Bu partiküllere foton denir ve bunların belli bir dalga
boyu (λ) vardır. Planck denkleminden ışığın veya fotonların sahip olduğu enerji
seviyesi (E) hesaplanabilir
E=
Nhc/λ
Buradaki h planck sabitini (6.625 x 10-34 J.s) c ise ışığın hızını (3.108ms-
1) N ise fotonların yoğunluğunu belirtmektedir. Bu denklemden anlaşılacağı üzere,
fotonların yoğunluğu ve hızları yükseldikçe elektronların birbirlerini itme oranı
dolayısı ile sahip oldukları enerjileri yükselmektedir.(Şahin,2002)
Basit bağ türü Bağlanma
enerjisi(kJ/mol -1)
Eşdeğer enerjili
ışığın dalga boyu
(nm)
O-H 460 250
339 350
Tablo 9 Bazı kimyasal gruplar ve bağlanma enerjileri
Tablo 6 da ağaç malzemede molekülleri birbirine tutan asit bağların bağlanma
enerjileri ve karşılık gelen plank denklemine kopma sınır dalga boyları
hesaplanmıştır. Dalga boyları azaldıkça Enerji seviyeleri artmıştır.
Şekil 11 Basit bağlar ve dalga boylarına göre bağlanma enerjileri
Grafik 7 de görüldüğü gibi Basit bağlar ve bunlara ilişkin bağ enerji seviyeleri
belirtilmiştir. Bu grafik ahşap bilimi açısından ışın ve ahşabın ışığı absorblama
özelliğinin teorik ve pratik açısından öneminin en büyük kanıtıdır. Ağaç malzeme
yapısında Birincil ve ikincil renk içeren ;
Fonksiyonel gruplar,
Fonksiyonel sistemler,
Kromoforlar,
Kromofor gruplar veya sistemlere sahiptirler.
Bu grup ve sistemler kimyasal bozulmada ve renk değişiminde aktif rol oynarlar.
Şekil 12 Ultraviyola yayılımı (a) Odun (b) Lignin (c) selüloz
Ligninin yapısındaki gruplardan dolayı ışıgı selüloz ve hemiselülozdan daha fazla
absorbe ettiğini belirtmiştik grafikte 280 um de lignin ışık absorblaması tepe yapar
ve sonra azalışa geçer. Selüloz ışıgı çok az absorbe ettiğinden dalga boyuna bağlı
olarak yaptığı eğri kararlı düşüş gösterir.Norrstrom’a göre ışıgın absoblanması ;
Lignin %80-95
Karbonhidratlar %5-20
Ekstraktifler %2 değerindedir.
Saf selüloz Işığı absorblamaz. Selülozun yapısında bulunan asetal ve ketal karbonil
grupları ışıgın absorblanmasına neden olur.Yapılarındaki benzerlik nedeniyle
hemiselülozda selüloz kadar ışığı absorblar.
Lignin ise selülozun tersine molekül yapısındaki kromoforik gruplar aracılığıyla ışıgı
absorbr eder.
Hon ve Glasser bu kromoforik grupları sınıflandırmıştır.
Kromoforik fonskiyonel gruplar : Fenolik hidroksil, çifte
bağlar, karbonil grupları vb.
Kromoforik sistemler : Kinonlar, kinon metitler, bifenil vb.
Leuco- Kromoforik sistemler : Metilenkinon,
fenanthrenekinonlar, fenil
naftalendion, bimetilen-kinon
vb.
Ara maddeler : Serbest radikaller
Kompleks oluşturanlar : Metal iyonlarla yapısal formül
oluşturanlar
Ağaç yapısındaki lignin nedeniyle fotodegredasyona uğrar (Hon, 1975). Yinede
ağacın yapısındaki bütün bileşenler az veya çok farklı miktarda absorblama
yeteneğine sahiptirler ve bunun neticesinde zamanla yapısında kimyasal, fiziksel ve
mekanik değişiklikler gerçekleşir.
Kromofor grupların yüzeyde geniş dağılımı nedeniyle ışık derinlere penetre olmaz.
Bununla beraber foto degredasyon kaçınılmazdır.
8.1.2 Uv Işın Ve Serbest Radikal Oluşumu
Ağaç malzemede fotooksidasyon ve fotodeğradasyoınu açıklayabilmak için serbest
radikal oluşumunu incelememiz gereklidir.
8.1.2.1 Yüzeyde Işınlanma Ve Serbest Radikal Oluşumu
Ağaç malzeme esas itibariyle serbest radikal içermez(Hon et al,1990).İzole lignin
belirli miktar stabil serbest radikal içerebilir. Bu varlık ESR spektroskopi’de tespit
edilebilir (Lunwing,1971;Steelin,1972).
Eğer malzeme elektromanyetik bir ışımaya maruz bırakılırsa bunun neticesinde
serbest radikal oluşumu gerçekleşir. UV aktivasyonu altında selüloz, hemiselüloz ve
ligninde serbest radikal oluşumu tespit edilmiştir.
Şekil 13 Ortam sıcaklığında ışınlama süresi ve depolama süresinin bir
fonksiyonu olarak ahşap ESR sinyal yoğunluğu.
8.1.2.2 Selüloz ve Hemiselülozda Serbest Radikal Oluşumu
Selülozun ışık hassasiyeti 100 yıldır biliniyordu.Witz’e göre fotodegradasyon
selülozun doğasında var. Selülozda serbest radikal oluşumu bozulma sürecinin
ipucudur. ESR spektrofotometre ile tüm degredasyon mekanizmasını
gözlemleyebiliriz.
UV etkisine maruz bırakılan selülozun degredasyonu ile kütle kaybı, α-
selüloz içeriği ve polimerizasyon derecesinde azalmalar görülür. Yapılan bir
çalışmada, 185 ve 253.7 nm arasında dalga boylarında UV etkisine maruz
bırakılan selülozun da degredasyona ugradığı belirlenmiştir. Bu değerden daha
düşük dalga boyutlarında, hidrolitik zincir soyulmasıyla aldehit gruplarının ortaya
çıktığı, daha yüksek dalga boyutlarında ise; oksijen katılmasıyla degredasyona
neden olan peroksit grupların oluştuğu belirlenmiştir(Temiz,2004). UV etkisine
maruz kalmış selülozun çözünebilir degredasyon ürünleri incelendiğinde;
glukoz, sellobioz, sellotrioz, ksiloz, ksilo-oligomer, arabinoz ve 3-β-D-glukosiz-
D-arabinoz gibi bileşiklerden oluştuğu belirlenmiştir(fengel,1984). Selülozun uçucu
degredasyon ürünleri ise; asetaldehit, propinaldehit, metil formia, aseton, metanol,
etanol, metan ve etandır. Selülozun fotolitik degredasyonunda karbon-oksijen,
karbon-karbon bağlarının ayrılması için 340-390 kj/mol bir enerji gerekmektedir.
Bu enerji miktarı, 340 ve daha düşük UV ışığının dalga boylarında (350
kj/mol) sağlanabilmektedir . Bu dalga boylarında selüloz ve diğer
polisakkaritlerde meydana gelen fotolitik degredasyonun ve absorpsiyonun
belirlenmesi kolay değildir. Çünkü, selüloz 200-400 nm dalga boyu aralığında
belirgin absorpsiyon göstermemektedir. Absorpsiyonun meydana geldiği
kromoforlar, hidroksil, karbonil, karbonil grupları veya glukoz birimlerinde ki
C1’de ki asetal grupları olarak kabul edilmektedir .
Şekil 14Selülozun 340 nm den daha büyük dalga boyunda Bozulma reaksiyonu
Selülozda kopma C1-C4 nolu karbonlarda olur (Witz,1983)
Şekil 15 λ >280nm selülozda serbest radikal oluşumu
Selülozda zincir kopması, dehidrojenasyon C1-C5 nolu karbonlarda gerçekleşir.
Şekil 16 selülozun λ>254nm de serbest radikal oluşumu
Selülozda zincir kopması, dehidrojenasyon C5-C6 nolu karbonlarda
gerçekleşir. Genellikle Alkoksi radikaller meydana gelir.UV etkisiyle ve oksijeninde
varlığı ve katalizör etkisiyle hidrojen peroksit oluşumu hızlanır (Hon,1983). Metal
iyonları,demir iyonu, bağlayıcılar ve ışık hassaslaştırıcıları ile selülozun UV
hassasiyeti artar (Hon,1933).
8.1.2.3 Ligninde Serbest Radikal Oluşumu
Ligninin fotodegredasyonu, radyasyon enerjisinin absorplanması ile başlar.
Üç önemli faktör bulunmaktadır; lignindeki reaktif gruplar, aromatik ve fenolik
yapıların miktarı ve ışıkla reaksiyona girerek renklenme ve bozunmayı
başlatabilecek aktivasyon enerjisi, depolimerizasyon ve dehidrojenasyon gibi
moleküllerde yarılma reaksiyonları başlatabilecek enerji transfer etkileri. Lignin
yapısının hala aydınlatılamamış olması ve yapısının kompleksliğinden dolayı,
serbest radikallerin ligninin hangi yapıları içinde oluştuğu ve ligninin
fotodegredasyon olayının mekanizmasının aydınlatılması oldukça zordur.
Bu nedenle, ligninin fotokimyasal degredasyonu üzerine yapılan pek çok
araştırmada lignin model bileşikleri geliştirilerek aydınlatılmaya çalışılmıştır
(Liu,1997,Müller,2003).
8.1.2.4 Hidrojen Çıkarma Mekanizması
Bu mekanizmaya göre; serbest fenolik hidroksil grupları, ligninin
degredasyonunda reaktif gruplar olarak düşünülmektedir. Bu gruplar, başlangıçta
fenoksi radikaline daha sonra da dimetillenmiş ve oksitlenmiş renkli kinon
degredasyon ürünlerine dönüşmektedir. Bu öneri, asetillendirme, benzenlendirme
(benzoylation) veya metillendirme ile fenolik hidroksil grupların bloklanarak lignin
içeren materyalin sararmasının engellenmesiyle ispatlanmaktadır (Liu,1997).
Odun yüzeyinin sararmasında en etkili yapıların, karbonil, bifenil, fenolik
gruplar ve konjuge çifte bağlar olduğu belirlenmiştir (Zhang,2000). Karbonil
kromoforlar en duyarlı gruptur. Hem serbest fenolik hidroksil hem de karbonil
grupları hidrojen çıkarma mekanizması ile degredasyon işleminin aktif
merkezleridir. Bu gruplar, fenolik gruplardaki α-karbonil gruplarını aktive ederek
oksijenle reaksiyona girebilen ve kinonları oluşturarak kompleks renk
değişikliklerine neden olabilen fenoksi radikallerinin oluşumuna yol açmaktadırlar
(Liu,1997).Kringstad ve Lin (1970) ligninin fotodegredasyonunu daha iyi
kavramak için 300 nm’den daha büyük dalga boyuna sahip UV ışığı kullanarak
lignin üzerine yaptıkları araştırmada, α-karbonil gruplarının hidrojen çıkarma
mekanizması ile fenoksi radikallerinin oluştuğunu belirlemişlerdir
(Liu,1997).Ligninde UV etkisi ile oluşan fotodegredasyonun açıklanması için farklı
bazı mekanizmalar önerilmiştir.
8.1.2.5 Norrish Tip I Reaksiyonu
Fenasil guasil bileşikleri ışık etkisine maruz bırakıldığında, α-karbonil
gruplarını yakın olan karbon-karbon bağlarının ışık etkisi ile ayrışması norrish tip
I reaksiyonuyla gerçekleşmektedir. Ancak bu reaksiyon, fenasil guasil eter model
bileşenleri gibi karbonil gruplarına yakın olan eter bağları yapılarında etkili olarak
meydana gelmemektedir (Liu,1997).
8.1.2.6 α-karbonil β-O-4 Tip Reaksiyonu
Bu reaksiyonlarda fotodegredasyon karbon-karbon bağları yerine eter
bağlarında meydana gelmektedir. α-karbonil grupları ışığı etkili bir şekilde
absorbe etmekte ve enerjiyi β-aril eter bağlarına transfer ederek, fenolik ve karbon
radikallerinin oluşumuna ve eter bağlarında ayrışmaya neden olmaktadır. Yapılan
araştırmalara göre; homolitik β-C-O bağlarının fenasil ve guaiakosy
radikalleri tarafından parçalaması renkli oligomerik materyalin oluşumuna
neden olan etkili bir işlem olarak görülmektedir (Liu,1997).
8.1.2.7 Karbonil Olmayan α-C-O Bağ Ayrışması Reaksiyonu
α- (2’,4’,6’-trimetil-fenoksi)-3-4 dimetoksi toluen’in fotokimyasının
üzerine yapılan araştırmalarda; α-O-4’ün türevlerinin fotokimyasal
degredasyonunda, karbonil olmayan α-O-4 bağlarındaki ayrışmanın etkili olduğu
belirlenmiştir (Castellan,1987). Bu ürünler, serbest radikaller ve/veya metilen
kinon gibi reaktif türlere neden olan homolitik α-O-4 bağ ayrışmasıyla elde
edilebilir. Sonuçta bu kinon reaksiyonları oksitlenebilen fenolik türevler ve
renklenmiş bileşenleri oluşturmaktadır (Liu,1997).
8.1.2.8 α-karbonil Olmayan β-O-4 Tip Reaksiyonu
Schmidt ve Heitner (1993) yüksek oranda ketil içeren guaiacylgliserol- β-
arileter bileşenlerinin olası fotoreaksiyonunu önermişlerdir. Guaiacylgliserol- β-
arileter gruplarından peroksi radikallerinin benzilik hidrojen çıkarma reaksiyonu
ile serbest ketil radikalleri oluşturulur. Ketil radikallerinin β-arileter bağının
ayrışması ile keton ve fenoksi radikalleri meydana gelmektedir (Liu,1997).
8.1.2.9 Singlet Oksijen Katılması Reaksiyonu
Oksijen, fotodegredasyon mekanizması boyunca doymamış veya elektron
içeriği bakımından zengin organik bileşiklerle doğrudan herhangi bir etkileşime
girememektedir. Sistemde mutlaka radyasyon enerjisi ile etkileşime girebilecek ışık
hassasiyetinin olduğu grupların bulunması gerekmektedir. Ligninin oksitatif
fotodegredasyonun da, α-karbonil grupları ve/veya konjuge çifte bağ sistemleri,
singlet oksijen katılımı oluşturarak ışık hassasiyet birimlerini (photosensitizer)
oluşturmaktadırlar. Bu tip güçlü ve yüksek difüze özelliği olan gruplar, katı matriks
sistemlerinde meydana gelen fotodegredasyon olayını gerçekleştirmeye aday
gruplardır (Liu,1997).
Ligninde meydana gelen fotodegredasyon olayı özetlenecek olursa:
- Lignin, 350 nm dalga boyundan daha düşük değerlerde kolaylıkla
bozunmaya uğrayarak, önemli oranda renkli kromoforik grupları
oluşturmaktadır. 350 nm’den daha büyük dalga boylarında ise
ligninde herhangi bir degredasyon olmamakta fakat 400 nm’den
büyük dalga boylarında beyazlaşma (fotoağarma) görülebilmektedir.
- Ligninin metoksil içeriğinde azalma meydana gelmektedir.
- Fenolik radikaller, serbest fenolik hidroksil gruplardan hidrojen
çıkarması ile meydana gelmektedir
- α-karbonil gruplarına yakın olan karbon-karbon bağları,
Norrish Tip Ireaksiyonu ile ışıksal ayrılmaya maruz kalmaktadır
- α-karbonil gruplarına yakın olan eter bağlarında Norrish Tip I
reaksiyonu etkili bir biçimde oluşmamakta, ışıksal ayrılma eter
bağlarında meydana gelmektedir.
- Eğer sistemde ışık hassasiyetinin olduğu benzol alkol içeren
bileşik grupları yoksa fotodegredasyona uğramamaktadırlar
- α-karbonil grupları, ligninin fotodegredasyonunda ışığa duyarlı
sistemler olarak görev yapmaktadırlar ( Temiz ,2004)
8.1.3 Hidrojen Peroksitle Foto Bozulma
Ağaç malzemede gerçekleşen otooksidasyon yavaş ilerleyen bir prosestir. Ancak
oksidasyon oranı UV,sıcaklık ve metal iyonları etkisiyle hızlanabilir(Scott,1965).UV
ve oksijen ile yüzey modifikasyonunu başaltan Karboniller ve renk değişimine
neden olan Karboksil gruplarıdır. Hidrojen peroksit oksidasyonda önemli rol oynar.
λ>300nm de 90günde Hidrojen peroksit reaksiyonları görülebilir. λ>223nm de çoğu
hidrojen peroksitler Karbonil grubuna dönüşürler.
Şekil 17 Sarıçama ait peroksi radikal oluşumu
Şeki 13’de Sarıçama ait peroksi radikal oluşumu gösterilmiştir. Hidrojen peroksit ısı
ve ışık etkisiyle yeni kromoforik ,karbonik ve karboksillere dönüşür (Rabek,1981).
8.1.3.1 Hidrojen Peroksit Formu ve Bozulma Mekanizmaları
8.1.3.1.1 Kinetik Oksidasyon
Organik bileşenlerle atmosferik oksijen arasında oksidasyon reaksiyonlarının varlığı
biliniyordu. Ancak metal iyonlarının ve ışığın katalizör etkisi yeni bilgidir. Oluşan
bozulma reaksiyonu:
8.1.3.1.2 Oluşum Mekanizması
UVIşını sonucu dehidrojenasyon, dehidroksilasyon, dehidrometilakson,
demetoksilasyon ve zincir bozulmaları gibi serbest radikaller selüloz, hemiselüloz ve
ligninde oluşur. Oksijenin varlığı hidrojen peroksit oluşumunda reaksiyona destek
verir (Hon,1990)
8.1.4 Hava Kirliliğinin Ağaç malzemede fotoiritasyon etkisi
Endüstriyel kirlilik dış ortamda kullanılan ağaç malzeme üzerinde fotoiritasyon
açısından önemli rol oynar. SO2 ve NO kirlilik açısından önemli iki gazdır.Bu iki
gazın yüzeyde artışı hasara neden olmaktadır (Hon,1989).Bu gazlar naturel ortamda
serbest radikaldirler. UV’nin çeşitli formlarda serbest radikal oluşturur. Oda
sıcaklığında fenoksi radikallere ve karboksi radikallere dönüşür.
Sadece karbon radikallerinin bir kısmı SO2 ile reaksiyona girerek sülfit radikalini
oluşturur. Sülfonil ve sülfit radikalleri oluşur. Sülfonil ve sülfit radikali oda
sıcaklığında stabil değillerdir ve hızlıca sülfirik asit ve sülfonik estere dönüşür.
8.1.5 Su ve nem’in serbest radikal oluşumuna etkileri
Ağaç malzeme Dış ortamda kullanıldığında nem, yağmur, ciğ etkisine
açıktır. Su fotodegradasyonda kritik öneme sahiptir.Çünkü su polar özelliktedir. Su
yüzeye penetre olur ve hücre duvarını şişirir serbest radikallerle reaksiyona girer
ışığın derinlere geçişini hızlandırır (Hon,Fiest,1981).
UV ışığı, 75 µm’den, görünebilir ışık ise (400-750 nm) 200 µm’den daha
derinlere penetre olamaz. 400-700 nm’lik dalga boyuna sahip görünebilir ışık
kimyasal bağlarda herhangi bir kopmaya neden olmazlar. Çünkü enerjileri 70
kcal/mol’den daha azdır (Liu,1997).
Kromoforik grup ve ışık etkisinin yanısıra, su ve oksijen de odunun dış
ortam degredasyonunda önemli faktörler arasında kabul edilmektedir. Su
molekülleri, odun yapısı içinde penetre olup hücre çeperini genişleterek hidrojen
bağlarında bir azalmaya neden olmaktadır. Su molekülleri yüksek polaritelerinden
dolayı, serbest radikalleri kendilerine çekebilmekte ve onlarla etkileşmeye
girebilmektedir. Odun rutubetinin %5-7 oranında bulunması, serbest radikal
oluşumunu önemli oranda engellemektedir. Fakat, odun rutubetinin bu
değerden daha düşük veya yüksek olması durumunda rutubet serbest radikal
oluşumunu ilerletmektedir (Liu,Fiest1984).
Su molekülleri, odun yapısı içindeki bölgeleri genişleterek ışığın bu yerlere
penetrasyonunu sağlamakta ve serbest radikal oluşum oranını arttırmaktadır. Su
molekülleri ile serbest radikaller arasında aşağıda formüle edildiği gibi serbest
radikal/su kompleksi oluşmaktadır (Liu,1997).
R-O+H:O:H-------- (R-OH:O:H) R-O :Fenoksi radikali (Temiz 2004)
Şekil 18 Nem yüzdeleri ve Yoğunluk
Şekil 19 Bazı Ağaç türlerine ait rutubet-serbest radikal oluşumu (Hon,2001)
%0-%3.2 de aktivite başlar, %6,3-%15,9 de tepe yapar,%31,4 de düşüş yapar.
8.1.6 Asit Yağmurlarının Degredasyon etkisi
Asit yağmurlarının göller,su ekosistemi,vejetasyon,ormanlar,binalar ve insan elitle
tapılan her şey üzerinde etkisi geçen 30 yıldır
araştırılmaktadır(Paparozzi,1986 ).Ahşap malzemenin dış ortamda geniş
kullanımından dolayı weathering,asit yağmurların etkisine açıktır. Asit yağmurları
kimyasal ve fiziksel değişime erozyona neden olur.
Şekil 20 Asit Yağmurları Etkisi UV olmaksızın
Şekil 21 Asit Yağmurları Etkisi UV olmaksızın
Şekil 22 UV ortamında Asit Yağmurları Etkisi
Şekil 23 UV ortamında Asit Yağmurları Etkisi
.
Şekil 24 UV Ortamında Asit Yağmurları Etkisi
8.2 Fiziksel Değişim
Odun yüzeyinde ışık ve su etkisiyle koyulaşma oluşmakta ve bunların etkisiyle
makroskopik ve mikroskopik açıklıklar ve çatlaklar oluşmaktadır. Yüzeye yakın
kısımlarda hücre çeperi bağlarının dayanımı azalır ve bunun sonucunda
degredasyon gerçekleşir. Dış hava koşullarının etkisi devam ettiği takdirde
bozunmaya uğramış kısımlar yağmur suları tarafından yıkanır ve yüzey erozyonu
devam eder. İğne yapraklı ağaçlar, yapraklı ağaçlara göre daha hızlı
degredasyona uğramaktadır.
8.2.1 Renk Değişimi
Anderson ve diğ. (1991a) yaptıkları çalışmada harici etkiler altında odunda
rengin çok hızlı bir şekilde değiştiğini, genellikle odundaki renk
değişikliklerinin odun ekstraktifleri ve ligninin kimyasal bozunmasından dolayı
sarı ve kahverengi tonlarında olduğunu bildirmişlerdir.
Doğal dış ortamda ve yapay UV yaşlandırması etkisinde bırakılan odunda,
parlaklık ve renk değişimleri kısa zaman aralığında kolayca gözlemlenebilir.
Duglas ve maun türü yabancı ağaç odunları, ilk aylarda kaybettikleri
parlaklıklarını, 6. aydan sonra yeniden kazanır, bundan sonraki 6 aylık periyotta
da parlaklıklarında tekrar azalma görülür (Gorman ve Feist, 1989)
8.3 Mikroskopik Değişim
Banks ve Dearling (1983) yaptıkları çalışmada; dış ortam etkisiyle ağaç
malzemede oluşan fiziksel değişimlerin ilk işaretlerinin, ilkbahar odunu
traheitlerinin radyal çeperlerinin kenarlı geçitlerindeki büyüyen delikçiklerle
oluştuğunu; daha sonra da mikro çatlakların meydana geldiğini, bu çatlakların
hücre çeperlerinin büzülmesi sonucu büyüdüğünü, suyun plastikleştirici ve yıkayıcı
etkisi ile mikro çatlakların gelişmesini kolaylaştırdığını bildirmişlerdir.
Feist ve Hon (1984) elektron mikroskobunu kullanarak yaptıkları
incelemelerde; tüm lifler içinde en dayanıklı kısmın mikrofibrillerde olduğunu
saptamıştır. Hücre çeperinin farklı tabakalarındaki ayrışmaların, mikrofibril ve
tabakalar arasındaki adezyonun kaybıyla gerçekleştiğini, lifsel yapılardaki
zayıflıktan dolayı ağaç malzemedeki boşluk ve açıklıkların genişlemekte
olduğunu, fakat ağaç malzemedeki bu bozunmanın 2-3 mm’lik yüzey kısımlarında
oluşmakta olduğunu belirlemişlerdir.
Sell ve Walchli (1975); Banks ve Dearling (1983); Wyssling (1978b) tarafından
yapılan araştırmalarda, elektron mikroskobu kullanılarak doğal dış ortam
şartlarında değişik ağaçların mikro strüktür yapısı araştırılmıştır. Çalışmada
dış ortam koşullarında yalnızca 4 ay sürede tahribat oldukça etkili olmuştur. Tam
yüzey bozunması ve bazı dokuların kaybı yalnızca 6 ay sürecinde tamamlanmıştır.
Dış ortam tesirinde en göze çarpan etki, kenarlı geçitlerdeki bozunma olup bu
değişiklikler aşağıdaki gibi tespit edilmiştir (Peker, 1997):
1. Geçit çeperlerinde bozunma,
2. Geçitlerdeki aşamalı tahribat,
3. Geçit duvarlarında mikro çatlakların oluşması,
4. Geçitlerdeki bozunmalar ve yarı kenarlı geçitlerin ayrılmasıdır.
Feist ve Hon (1984) tarafından; 500 saatlik hızlandırılmış yaşlandırma ortam
testine bırakılan örnekler üzerinde yapılan elektron mikroskobu çalışmasında;
enine kesitteki örneklerin, hücre çeperlerinin orta lamelden ayrıldığı, hatta
sekonder çeperin bütünüyle hücre çekmesine (kollapsa) uğradığı, yüzeylerin
pürüzlü hale geldiği belirlenmiştir. Bekletme süresi 1000 saate çıkarıldığında ise;
traheit çeperlerindeki kenarlı geçitlerin
tamamen tahrip olduğu gözlenmiştir. 500 saatlik denemeye bırakılan örneklerin
rengi, soluk sarı olurken, 1000 saatlik bekletmeye maruz bırakılan örneklerin rengi
ise açık kahverengi ile koyu kahverengi olarak gözlemlenmiştir. Radyal kesitlerde
ise; odunun anatomik yapısında meydana gelen ilk değişiklik geçitlerde olmuştur.
500 saatlik UV etkisine maruz bırakılan örneklerde, yarı kenarlı geçitlerin hasar
gördüğü belirlenmiştir. Kısmen de radyal çeperler üzerinde çatlak ve
boşlukların oluştuğu araştırılırken; bekletme süresinin 1000 saate çıkarıldığı
durumlarda ise; kenarlı geçitlerdeki bozunmanın çok daha büyük boyutlu olduğu
hatta tamamen parçalanmanın meydana geldiği bildirilmiştir. Ekstrem koşullarda,
bozunmanın traheit çeperlerinin radyal kısımlarına yayıldığı ve bekletme süresinin
uzaması ile hücre çeperlerinin tamamen bozunmaya uğrayabileceği belirlenmiştir.
Bazı ağaç türlerinde kenarlı geçitlerin ultraviyole bozunumu ile kaybolduğu
bildirilmiştir (Temiz, 2005).
8.4 Biyolojik Değişiklikler
Ahşabın zamanla çeşitli organizmalar tarafından ayrıştırılması,organik bir malzeme
olmasının sonucudur.Bu bozunma koşullara göre önlenmesi gereken bir özellik
olarak karşımıza çıkmaktadır. Ahşap malzemeyi tehdit eden biyolojik zararlılar;
bakteriler, mantarlar ve böceklerdir. Bu üç etken ahşabın yapısında biyotik zararlara
neden olur. Dış hava koşullarında oluşan çatlamalar , yapı değişikliği ve rutubet
bozucu etkinin oluşmasına zemin hazırlar.
9 AĞAÇ MALZEMENİN DIŞ ORTAMDA KULLANIMINDA YÜZEY İŞLEMLERİNİ ETKİLEYEN FAKTÖRLER
Liu (1997); Zhang ve Kamdem (2000); Pastore ve diğ. (2004)’e göre doğal halde
harici ortama bırakılan ağaç malzeme yüzeyinde meydana gelen ilk değişiklik
sararmadır. Bekletme süresine bağlı olarak, sararan ağaç malzeme yüzeyi daha
sonra ağarmakta ve sonuçta esmer renge dönüşmektedir. Ağaç malzemedeki
renk değişikliği; 300 ile 400 nm dalga boyundaki UV ışığını absorbe edebilen
lignindeki kromoforik grupların modifikasyonu sonucu oluşmaktadır. 396 nm’den
daha düşük dalga boyları ağaç malzemenin sararmasında, daha uzun dalga boyları
ise ağaç malzemenin ağarmasında etkili olmaktadır. Lignin tarafından UV
ışığının absorplanması, serbest radikal oluşumuna sebep olmaktadır. Bu
radikaller, ligninin ve selülozun oksijen varlığında depolimerizasyonuna neden
olarak hidroksil karbonil, karboksil ve fenoksi radikali gibi oksitlenmiş
radikallerin oluşumuna sebep olmaktadır. Fenoksil radikali ise, hem monomerik
hem de oligomerik yapılardaki orto veya para kinonların oluşumuna yol
açmaktadır Ağaç malzemede oluşan renk değişiminin ise, yüzeylerde bulunan
kinonlardan kaynaklandığı belirtilmektedir (Temiz, 2005).
Odunun bozunmasında etkili olan diğer çevresel faktörler ise böcekler, mantarlar
ve fiziksel etkenlerdir. Dış ortamda parça parça dökülmeler, ağırlık kayıpları,
çarpılmalar, yüzey sertliğinde değişmeler, renk değişimi, lekelenmeler, çürükler
gözlemlenir. Bunlar dış ortamda etkili olan nem, ışık ve sıcaklıktan
kaynaklanmaktadır. Açık hava şartlarında bırakılan odunun kimyasal yapısında
da değişmeler olur. Üst yüzey işlemi olarak latex ve alkid yağlarla boyanmış
ürünlerde zamanla adezyon kuvveti azalır. İki haftadan daha çok dış ortama
bırakılmış odunda su ve ışık etkisiyle bozunma görülür (Feist, 1982).
Dış yüzey işlemlerinin seçiminde özellikle sağanak, yağışlar, güneş ışınları göz
önünde tutulmalıdır. Çünkü binanın yönü, yüksekliği ve diğer koruma önlemleri
(çatı vb.) çok farklı olabilmektedir. Ağaç malzeme’ de rutubetin kaynağını dış
kullanımda yağmur ve çiğ oluşturmaktadır. Ancak bina içerisinde de çeşitli
yollardan, örneğin hava rutubetinin artması ve soğuk odaların pencerelerindeki
yoğunlaşma da bir başka kaynak olmaktadır. Çift cam takılması bu şekildeki
yoğunlaşmayı bir dereceye kadar azaltmaktadır. Ağaç malzemenin üretimi
sırasında, lif doygunluğu rutubetine yakın miktarlarda nem içermesi hem
ağacın çürümesine yol açar, hem de üzerine uygulanacak yüzey işlemi sisteminin
kısa sürede dökülmesine neden olur. Suyun yüzey işlemi uygulanmış ağaç
malzemeye giriş yolları değişiktir. Örneğin; çatlaklardan girebildiği gibi pencere ve
kapıların alt kısımları rutubet girişi bakımından önem taşımaktadır. Cam ve
boya macunu, ağaç malzeme ve boya macunu arasındaki birleşme yerleri ile
kapılarla dış duvar kaplamaları arasında malzemenin enine kesitleri rutubetin giriş
yerleri olarak düşünülmelidir (Kurtoğlu, 2000)
9.1 Güneş Işığının Etkisi
Bina dışı iklim faktörlerinin en önemlilerinden olan ışık, hem yüzey
işlemlerinde bağlayıcı madde olarak kullanılan sentetik reçine üzerine, hem de
ağaç malzeme üzerine doğrudan etki yapmaktadır. Özellikle kısa dalga
boylarındaki ışınlar ağaç malzemenin makro moleküllerini ve sentetik reçine
bağlayıcı maddelerini yavaş yavaş parçalamakta ve parçalanan moleküller
mekanik ve rutubet etkisiyle daha dayanıksız hale gelmektedir. Ağaç
malzemenin ve yüzey işlemlerinin dayanıklılığı için kısa dalga boyundaki ışınların
ağaç malzemeyle temasının engellenmesi gerekir. Bu ise ışığı geçirmeyen
pigment veya katkı maddelerini içeren bağlayıcı maddeler ile ağaç malzemenin
yüzeyinin işlem görmesi ile sağlanır (Kurtoğlu, 2000).
Odun yüzeyine ışığın nüfuz etme derinliği üzerine yapılmış araştırmaları şu şekilde
özetlemek mümkündür:
Browne (1978) ışık geçiş kalınlığını spektromikroskop ile ölçmüş ve nüfuz
derinliğini
2540 µm olarak bulmuş; odun yüzeyindeki gri tabakayı 125 µm kalınlık
olarak belirlemiş ve gri tabaka altındaki kahverengi tabaka kalınlığının 508-2540
µm altında değiştiğini gözlemiştir. Bu renk değişikliklerinin, fotokimyasal
reaksiyonlar sonucu oluşan serbest radikallere bağlı olduğunu bildirmiştir (Peker,
1997)
Hon ve diğ.(1985) bir çok iğne yapraklı ağaç türlerinde yaptıkları araştırmada,
odun yüzeyine ışığın nüfuz derinliği ölçümünü çeşitli fotometrik yöntemler ve ESR
(eşleşmemiş döngüleri olan elektronların manyetik enerji seviyeleri arasındaki
geçişlere yol açan elektromanyetik radyasyonla ölçüm) teknikleri ile
saptamanın mümkün olduğunu bildirmişlerdir. UV ışığı transmisyon tekniğini
kullanarak ışık absorbsiyonunun farklı odunlarda, yüzey işlemi kalınlığının bir
fonksiyonu olduğunu; ESR (Electron Spin Resonance) tekniğinde odunun çeşitli
tabakalarında serbest radikallerin oluştuğunu, 75 µm’den daha derinde UV
nüfuzunun gerçekleşmeyeceğini, odun yüzeyi için görünür ışık nüfuzunun 200
µm’ye kadar inebileceği derinliğin odunun rengine ve işlem koşullarına bağlı
olduğunu belirlemişlerdir (Peker, 1997)
Hon ve Feist (1986) tarafından, infrared (kızılötesi) ışınlarının, odun
yüzeyinde derinlere (1-1,5 mm) nüfuz edebildiği; farklı türler arasındaki
değişimin oldukça küçük olduğu bildirilmiştir. Görülebilir ışığın (400-700 µm)
odun bileşimi ile kimyasal bağ için yeterli olmadığı, odun yüzeyindeki anatomik
bileşiklerin başlangıçta UV ışığını absorbe ettiğini; bunu takiben fazla enerjinin
molekülden moleküle dağıtıldığını bildirmişlerdir
9.2 Rutubet (Nem)
Dış ve iç kullanımda ağaç malzemeyi etkileyen diğer önemli faktörler de, mantar
ve mikroorganizmalar gibi biyolojik faktörlerdir. Ağaç malzeme rutubetinin %
20’yi aşmasıyla hava hareketi ile mantar sporlarının kolayca dağılabilmesi ağaç
malzemenin çürümesini, yağlı boya ve ağaç materyal üzerinde küf mantarlarının
oluşumunu kolaylaştırmaktadır. Pencere ve dış kapılarda çürümeye neden
olan kaynak, ıslak çürüklük yapan (lenzites türü) mantarlardır. Birçok ağaç
türünün özodun kısmı doğal dayanıklılıktadır. Ancak bütün ağaç türlerinin diri
odunu zararlılar tarafından kolayca çürütülebilmektedir (Kurtoğlu, 2000).
Sell ve Feist (1986) dış ortama bıraktıkları odun yüzeyinde, değişime açıkça neden
olan ana sebebin, rutubet (nem) olduğunu, yağmur ve çiğ gibi etkileyici
faktörlerin odun yüzeyine kapiler hareketle adsorbe edildiğini, odundaki bağıl
nemin adsorbsiyonla gittikçe arttığını, odunda rutubetin yükselmesinden dolayı
yüzey ve iç kısmında artan bir şekilde eğilme ve çatlamaların meydana geldiğini,
bunun sonucu olarak üst yüzey işlemi sisteminin ve odunun bozunmasına neden
olduğunu bildirmişlerdir.
9.3 Hava Kirliliğinden Kaynaklanan Asit Yağmurları Etkisi
Kuhne ve Leukens (1970) yaptıkları çalışmada, yaz aylarında odundaki yaşlanma
etkisi üzerinde güneşin radyasyon etkisinin oldukça şiddetli olduğunu; kış
aylarında ise havadaki sülfürdioksit oranının fazlalığının, odunun yüzey bozunma
hızını arttırdığını bildirmişlerdir.
Williams (1987) değişik odunlar üzerinde yapmış olduğu çalışmada
xenon-ark lambasını kullanarak asidin yüzey bozunumu üzerindeki etkisini
araştırmıştır. Test örneklerini periyodik aralıklarla hava etkisi cihazında farklı
pH derecelerinde sülfürik asit ve nitrik asit çözeltisi ile muamele etmiştir. Kontrol
grubu ile yapılan karşılaştırmalarda pH=3 asit ile muamele görenlerde % 10,
pH=3.5’de % 4 bozunma meydana gelirken; pH=4 ile muamele edilenlerde
bozunma görülmediğini bildirmiştir (Peker, 1997).
9.4 Diğer Faktörler
Miles ve Elliot (1981)’a göre sıcaklık artışı; ısı, su ve UV ışığı gibi etkili dış
ortam faktörü olmasa da; fotokimyasal ve oksidatif reaksiyonları artırır. Adsorbe
edilen suyun donmasıda çatlama olayına etkide bulunabilir. Rüzgâr, kum ve çamur
gibi faktörlerin neden olduğu aşınma ve mekanik olaylar, yüzey bozunmasını
önemli ölçüde etkilemektedir.
Bufkin ve Wildman (1980) tarafından yapılan araştırmada, odunda adsorbe edilen
suyun donma ve gevşemesinin çatlamalara sebep olduğu ve böylece üst
yüzey işlemi ve odunun zarar gördüğü bildirilmiştir.
Tüm bunların sonucunda yüzey işlemi katmanının özelliklerinde fiziksel,
kimyasal, biyolojik, mikroskobik değişiklikler ve bozunmalar olmaktadır.
10 AÇIK HAVAKOŞULLARINDA AĞAÇ MALZEMENİN KORUNMASI
10.1 Ağaç Malzemeye Açık Hava Koşullarının Etkisi
Doğal Odunun dış ortam da kullanımı gerek ev sahipleri gerekse ticari
inşaatlarda popülerdir. Bu doğal görünüşün değerli olduğu kadar bu rengin
sürdürülmesi de zordur ve profesyonel boyama bilgisi ve yetenek devamlılığı
sağlamada her zaman önemlidir. Profesyonel boyamacılar doğal yıkama işlemin
anlamalı ve hem yüzeyi koruyan hem de sahip olduğu doğal rengi koruyacak
koruma teknolojileri üzerinde durmalıdır (Feist,1992).
Herhangi bir koruyucu işlem görmemiş doğal haldeki ağaç malzemenin kullanım
yerinde mantarlar ve böcekler tarafından tahrip edilerek çürütülmesi sonucu
her yıl büyük maddi kayıplar öz konusu olmaktadır. Çünkü, organik bir madde
olan ağaç malzemenin çürütülmesi ve böceklerle tahrip edilmesi doğal bir
olaydır. Ancak, alınacak çeşitli önlemlerle, özellikle kimyasal önlemlerle ağaç
malzemenin uzun yıllar bu zararlılardan korunması mümkün olmaktadır.
Günümüzde, kimyasal önlemlerle yani, zararlı organizmalar için zehirli etki yapan
kimyasal maddeler kullanılarak, ağaç malzemenin hizmet ömrü uzatılmaktadır.
Dış ortama maruz bırakıldığı zaman odunda kimyasal, mekaniksel ve ışık enerjisi
ile yüzeyinde çeşitli değişimler meydana gelir ki bu olaya yıkanma
denir. Yıkanma uzun zaman periyotlarında hava ve aşırı nem varlığında
çürüme, organizmaların rol oynamasıyla meydana gelen çürüme ile
karıştırılmamalıdır. Çürümenin ilerlemesine uygun şartlar altında hızlı bir
bozulma olur. Bu durum dış ortamda meydana gelen yıkanmadan daha tahrip
dicidir. Korunmamış odun yüzeyleri yıkanmaya maruz bırakılır. Bunun
sonucunda, fotodegradasyon, yüzey gözenekliliği ve aşınma artar. Korunmamış
odunun görünüşü birkaç ay içinde değişir. Daha sonra odun yıllarca değişmeden
kalır. Yıkanmadan dolayı kimyasal değişiklikler ile birlikte fiziksel değişiklikler
gerçekleşir.
Bu değişiklikler sadece yıkanmaya maruz kalmış odunun yüzeyini etkiler.
Odun yüzeyinin birkaç mm altında değişmeyen ve etkilenmeyen bir tabaka
bulunur. Yıkanmaya maruz kalmış odun boya koruyucuları ya da parlatıcılarla
korunabilir. Boyalar dış ortama maruz kalmış odun yüzeyini ıslanmaya karşı en
iyi şekilde korur ve UV ışığının degrade edici etkilerini opak olduklarından
engellerler. Ayrıca, boya maddesi içeren koruyucular dayanıklılık sağlar ve dış
ortama maruz kalmış odunun yüzeyinin kolayca korunmasına yardımcı olur.
Parlatıcılar genellikle istenilen performansı yerine getiremediğinden daha sonra
tekrar koruma işlemine ihtiyaç duyar. Dış ortamda kullanılan odunun performansı
ve kullanım süresi, yapım çalışmalarıyla, korumalarla, uygulama tipleriyle ve
koruma dereceleriyle artırılabilir. Düzgün yüzeyli odunun dış ortamda
yıkanmasıyla odun yüzeyinin damarlaşması, gözenekleşmesi, kabalaşması ve geniş
çatlakların oluşması kaçınılmazdır. Damarlık odunu gevşete bilir ve bunun
sonucunda çarpıklık meydana getirerek odunun yıkımı hızlanır. Kabalaşan yüzeyde
renk değişir, kir ve küf toplanarak odunun yüzey renginin koyulaşmasına sebep
olur.
Odun yüzeyi gevşer, kıymıklı lif parçaları dağınıklaşmış bir yapı gösterir. Tüm bu
etkiler yıkanma kelimesinin içinde barındırdığı sıcaklık, mekanik güçler, su ve ışık
bileşimiyle başlar. Nem faktöründe hızla odun yüzeyinde su birikmeye başlar.
Nemin yanında ışık odun yüzeyinde fotokimyasal degradasyona sebebiyet verir.
Diğer faktörlerde ışık ve nemin yaptığı etkiye benzer etkiler yaparak odunun
yüzeyinde çeşitli değişimlere sebebiyet verir.
10.2 Weathering’e Karşı Koruma
Açık hava koşullarına maruz kalan ağaç malzemede sürekli ıslanma ve kuruma,
gerilme ve çatlamalara neden olmakta, mor ötesi ışınlar odunu yüzeyde
bozundurarak parçalanmasına ve yağmurla yıkanarak uzaklaşmasına yol
açmaktadır. Çatlak ve yarıklarda gelişen mantarlar keresteye kirli bir görünüm
vermektedir. Hidrofobik maddeler ve verniklerin seçimi, kriterleri etkileyen
diğer hususlardır. Örneğin; vernikler, ahşabın rutubet almasını önlediği gibi, mor
ötesi ışınların yıkıcı etkisinden korumaktadır. Fakat, bunun tersine açık hava
koşullarında vernikler çatlayıp kırılmakta ve bunun sonunda etkisini
yitirmektedir. Hidrofobik boyalar ise odunda 1 mm derinliğe kadar nüfuz ederek
mumsu ve hidrofobik bir yüzey oluşturarak daha üstün özellikler
gösterebilmektedir. Tüm bu faktörler açık hava koşullarında bulunan ağaç
malzemenin dayanıklılığı yönünden önemli kriterlerdir.
Odunun türüne göre yağ ile yüzey işlemi çatlak gelişiminde sadece marjinal bir
etkiye sahiptir. Yoğunluk ve çatlak gelişimi arasında hiçbir ilişki bulunmamaktadır.
Teğet ve radyal yüzeyler yıkanma sonucunda yüzeylerde aynı renk değişimine
sahiptir. Mikro seviyelerde teğet yüzeyler, radyal yüzeylerden daha fazla ve daha
derin çatlaklar oluşturur ( Sandberg, 1999).
Odunun doğal korunma özelliklerinin yanında, açık hava etkisine karşı korumada
farklı boya ve diğer yüzey işlem malzemeleri kullanılmaktadır. Açık hava
koşullarında bu koruyucularla muamele edilen odun özelliklerinde ;
- Rutubet miktarı
- Yoğunluk
- Tesktür
- Reçine ve yağ miktarı
- Yıllık halkaların genişliği
- Budaklar, reaksiyon odun ve hastalıklı odun ölçümleri yapılmaktadır.
Açık hava koşullarında kullanılan yüzeysel koruyucularda ise;
- Yüzey kaplayıcının niteliğinin kalitesi
- Uygulama teknikleri
- Ön işlemler
- Yenileme süreleri arasındaki süre
- Yüzeylerin açık hava koşullarında koruma dereceleri son derece
önemlidir.
Yüzey koruyucu olarak açık hava koşullarına bırakılan ağaç malzemede genelde
yağda çözünen, alkid, sabit renkli örtücü ve lateks boyalar ile vernikler
kullanılmaktadır.
Kullanılan koruyucular;
a) Kullanım yönünden güvenli olmalı, kullananlar ve uygulayıcılar için tehlike
oluşturmamalıdır.
b) Zararlılara karşı son derece etkin olmalı ve etkinliği uzun süre (yıllarca) devam
etmelidir
c) Ağaç malzeme yüzeyinde kalıcı olmalı, kısa sürede yıkanarak veya buharlaşma
ile uzaklaşmamalıdır.
d) Metal aksamda ve bidonlarda, kullanım yerinde korozyona neden olmamalıdır.
e) Fazla miktarlarda kullanılması nedeniyle ucuz olarak temin edilebilmelidir.
İyi boya tutma karakteristiği gösteren materyaller (Thuja, kızılağaç) lif destekli
levha yapılarında su püskürtmeli koruyucu işlemlerinde olumsuz etkiye sahiptir.
Çözelti halinde su püskürtmeli koruyucularla fırça muamelesiyle panellerde çürüme
meydana gelir. Taşınan su püskürtmeli maddeler az etkilidir. Diğer bir şekilde
paneller solvent koruyucularla taşınan muameleden odun koruyucularla korunan
panellerin boya performansları daha iyidir. 2–3 tabakalı boya sistemleri (1
uygulama ve 2 tabaka) 2 yüzeyli sistemlerin (1 uygulama ve 1 tabaka)
yaptığından daha iyi performans gösterir. Ayrıca, alkit uygulamalı lâteks tabakası
ve tüm lâteks boya sistemleri su püskürtmeli muameleleri olmaksızın ya da onlarla
tüm alkit boyama sistemlerinden daha iyi performans gösterir. Su püskürtmeli
koruyucular ya da solvent içerikli olanlarla ön muamele edilen boyanmış odun
ürünlerinin yıkanma performansının daha iyi olmasını sağlamıştır (Feist, 1990).
Koruyucuların iki esas tipi vardır.
1. Odun yüzeyinde bir film, bir tabaka ya da kaplama oluşturanlar:
Parlatıcılar, vernikler ve ayrıca odun yüzeyine bağlanan boyaları içerir.
2. Tabaka ya da odun yüzeyine nüfuz olanlar: Koruyucular, su püskürtmeli
boya içeren yarı şeffaf koruyucular ve kimyasal muamelelerdir.
10.2.1 Yüzeyde film oluşturan Koruyucular
10.2.1.1 Boyalar
10.2.1.1.1 Boyaların Genel Özellikleri
Boya günlük hayatta içice olduğumuz, bir yandan hepimizin çok iyi tanıdığı,
diğer yandan da işlevini çoğumuzun az bildiği , son derece önemli koruyucu
bir malzemedir.
Genel olarak boya “bir yüzey üzerine uygulandığında dekoratif ve koruyucu
bir tabaka (film) oluşturan malzeme” olarak tanımlanmaktadır. Tanımdan da
anlaşılacağı gibi, boya kullanmanın amaçları, yüzeylerin dekore edilmesi ve
korunmasıdır.
Boyalar çok değişik türler ve özelliklere sahiptirler. Özelliklerine ve amaca
göre çok farklı uygulama alanları vardır. Renk verici olmanın yanı sıra,
örtücü ve buna bağlı olarak da koruyucu özelliklere sahiptirler.
Koruyuculuk boyanın dıştan gelen nem, su, atmosfer kirliliği, agresif
kimyasallar ve diğer tahribat unsurlarına dayanımı anlamını taşımaktadır.
Ancak bu özellikteki boyalar, tatbik edilmiş oldukları yüzey ve malzemeyi de
bu türdeki etkilerden koruyabilirler. Boyaların koruyuculuğu büyük ölçüde
kendi karışım kompozisyonuna, özelliklerine olduğu kadar da, özellikle
kalınlığına da bağlıdır. Ayrıca zararlı etkenlerin şiddeti, tekrarlanma sıklığı
gibi hususlar da doğal olarak büyük önem taşımaktadır. Özel amaçlarla,
belirli ortam koşullarında kullanılacak boyaların, karışım kompozisyonunda
öngörülen dayanımını iyileştirici değişikliklerde yapılmaktadır.
Dekoratif olma niteliği çağlar boyu bir boyadan beklenen temel niteliktir.
Ancak doğal olarak dekoratif kavramı talebe göre değişecektir. Arzulanan
renklerin ve tonların varlığı, uygun karışımların elde edilebilmesi isteğe
göre parlak, yarı mat, mat dokulu ve yüzeye sahip olma bu konuda akla gelen
hususlardır. Boyaların kullanım süresi içinde kullanıcı sağlığını olumsuz
yönde etkileyici olmamasıda gerekli bir diğer önemli husustur. Zararlı gazlar
çıkartmaması, pul pul dökülmememsi, tozmaması, küf ve mantar
oluşmamasına izin vermemesi, kirletici maddelerin etkisi veya temizleyici
maddelerle çözülmemesi gerekmektedir.
10.2.1.1.2 Boya nedir ?Prensip olarak beton ile boya veya kaplama (coating) sistemleri arasında bir
paralellik kurulabilir.
Esas itibariyle beton ve boya aşağıdaki komponentlerden oluşur:
Beton: Boya:
Çimento Bağlayıcı (reçine olarak da adlandırılır)
Çakıl -kum Pigment - Dolgu
Su Solvent (su bazlı sistemlerde su)
Beton Katkıları Aditifler
Betondaki çimentonun işlevini, boya veya kaplama malzemesinde bağlayıcı
görür. Betonda çimento, boyada reçine bağlayıcılık fonksiyonunu üstlenir.
Aradaki fark, reçine uygulandığı yüzeyde bir film oluşturur ve aynı zamanda
sistemin içerdiği pigmenti, dolguyu birbirine bağlarken, çimento film oluşturmaz,
yalnızca kum ve çakılı bağlar.
Bağlayıcı ayrıca boyanın tatbik edildiği satha yapışmasını sağlar, boya filminin
sertliğini/yumuşaklığını, parlaklığını tayin eder.
Pigmentler, renk verici maddelerdir, tekstil boyar maddeleri gibi boya içinde
çözünmüş halde olmayıp, bağlayıcı veya bağlayıcı çözeltisinin içinde kolloidal
halde dağılmış olarak bulunur. Bir başka deyimle boya, pigment ve dolguların bir
bağlayıcı içinde asılı halde bulunduğu, bir dispersiyon sistemidir.
Pigment, boyaya renk verdiği gibi, onun örtücülük kazanmasını da sağlar.Talk,
kalsit, barit gibi mineraller öğütülür ve boyada dolgu olarak kullanılır. Dolgular
da pigmentler gibi çözünmez ve bağlayıcı çözeltisi içinde kolloidal halde bağlayıcı
tarafından sarılmış olarak bulunur. Bunların örtücülükleri pigmentlere oranla çok
daha az ve fiyatları da çok daha düşüktür. Bundan dolayı dolgular, bir boya
sisteminde gereksiz pigment kullanımını önler ve boyanın reolojik özellikleri,
örtücülük gibi karakterlerine etki ederken, diğer taraftan fiyat düşürücü bir rol
oynar.
Solventler (çözücü), oda sıcaklığında katı halde bulunan bağlayıcıları çözerek, bir
bağlayıcı çözeltisi oluşturur. Bu bağlayıcı çözeltisi içinde pigment ve dolgular
ezilerek, kolloidal bir sistem haline geçirilir ve böylece boya imal edilir.
Solventten istenen, mümkün derecede yüksek konsantrasyonda bağlayıcıyı
çözerken, diğer yandan da oluşan bu bağlayıcı çözeltisinin düşük viskoziteli
olmasını sağlamaktır. Alkol, aseton, ksilen gibi çözücüler solventi oluşturur. Su
bazlı sistemlerde ise, su solventin işlevini görür. Ancak burada su, solvent
gibi bağlayıcıyı çözmez, bağlayıcı su içinde emülsiyon halinde dağılmış
olarak bulunur.
10.2.1.1.3 Weathering Açısından Boyaların KullanımıBoyalar uzun zamandan beri ahşap koruma işleminde kullanılmaktadır. Boyama
işlemi ile yüzey tamamen örtülerek dış hava koşullarına, renk değişimlerine ve
erozyona karşı büyük derecede koruma sağlamaktadır. Poröz yapıda olmayan boya
filmleri malzemede nem hareketine engel olur ve böylece çatlak oluşumu, eğrilme
renk değişikliğine engel olur. Boyalarda kullanılan uygun pigmentler aracılığıyla
photodegredasyon engellenebilir (Casses ,Feist. 1980).Bütün bu olumlu özelliklerine
rağmen boyalar tam bir koruma sağlayamaz. Bakteriler için uygun koşul oluşur
oluşmaz bozunma başlar.(Fiest 1990)
Doş hava koşullarında kullanılan ağaç malzemede kullanılacak boyanın dayanıklılığı
öncelikle kullanıldığı yüzeyin özelliklerine,neme ve boya türüne bağlıdır.
Boyalar; Su bazlı veya latex, Organik çözücülü veya yağlı boyalar olmaktadır.
(Fiest1990)
10.2.1.2 Vernikler
Vernikler sürüldükleri yüzeyde kuruduktan ve sertleştikten sonra genellikle
saydam bir katman oluşturan, çözücü ve katı olmak üzere iki elemandan oluşan
eriyiklerdir (Kurtoğlu,2000).
Verniklemenin amacı, ağaç malzeme yüzeyinde sert bir katman oluşturarak
yüzeyi dış etkilerden korumak ve güzelleştirmektir. Vernikler çeşitli özelliklerine
göre aşağıdaki farklı şekillerde sınıflandırılırlar (Kurtoğlu, 2000):
1. Hammaddelerine göre; alkit reçinesi verniği, nitroselüloz vernik gibi,
2. Yüzey işlemi uygulama sırasına göre; astar vernik, son kat vernik gibi,
3. Uygulama sistemine göre; püskürtme verniği, batırma verniği gibi,
4. Yüzey etkisine göre; parlak vernik, mat vernik vd. gibi,
5. Sürüldüğü yüzeye göre; mobilya verniği, yat verniği gibi,
6. Kuruma ve sertleşme tiplerine göre; fiziksel olarak kuruyanlar, kimyasal olarak
sertleşenler,
7. Diğer özelliklerine göre; geçirgen vernik, bir veya iki elemanlı vernikler gibi
sınıflara ayrılabilmektedir.
Sertleşme tiplerine göre vernikler üç gruba ayrılmaktadırlar (Kurtoğlu, 2000):
A- Fiziksel Olarak Kuruyan Vernikler
1. Gomlak (Şellak) Vernik,
2. İspirtolu Vernik,
3. Sentetik Vernik,
4. Selülozik (Nitroselülozik) vernik,
B- Kimyasal Olarak Sertleşen (Kuruyan) Vernikler
1. Asitle Sertleşen (Yapay Reçine) Vernik,
2. Polyester Vernik,
3. Poliüretan vernikler,
C- Fiziksel ve Kimyasal Olarak Sertleşen Vernikler
1. Su Verniği,
2. Yağlı Vernik.
Fiziksel kurumada, çözücü madde buharlaşmakta ve kalan bağlayıcı madde
yüzeye nüfuz etmektedir. Nitroselülozik, gomlak, ispirtolu, sentetik vernikler bu
gruba girmektedirler. Kimyasal sertleşme ise iki ayrı elemanın kimyasal
reaksiyonu ile oluşmaktadır. Polyester, poliüretan ve yapay reçine vernikleri
bu gruba girerler. Kombine (oksidasyon ve kimyasal) kuruma ise, bağlayıcı
madde ile havanın oksijeninin kimyasal reaksiyonu sonucu oluşmaktadır. Bu gruba
su bazlı vernikler ile yağlı boya ve yağ içeren maddeler girmektedir (Kurtoğlu,
2000).
10.2.1.3 Su Bazlı Sistemler
Katman oluşturan yüzey işlemi endüstrisinde önemli bir yer tutan su bazlı
sistemler; Tablo 2.’deki gibi sınıflandırılmaktadır (Johnson, 1997; Yakın, 2001).
Tablo 10 Su bazlı yüzey işlemi sistemlerine verilen adlar ve tanımlar (Yakın, 2001).
Su bazlı vernikler; alkid, poliester, akrilik ve poliüretan yanında daha bir çok
reçineden üretilen vernik türüdür. Parlak verniklerde renk pigmenti bulunmazken,
mat verniklerde matlaştırıcı elemanlar bulunmaktadır. Endüstride önemli yer
tutmaya başlayan bu sistem dispersiyon ve emülsiyon polimerizasyonu
esasına göre hazırlanır (Johnson,1997).
Lateks tipi su bazlı yüzey işlemleri özellikle iç mekânlardaki ağaç malzemenin,
kaplanmasında başarı ile kullanılmaktadır. Bu kullanım alanında lateks tipi su
bazlı yüzey işlemleri, şeffaflıkları ve sağladıkları koruma ile solvent bazlı yüzey
işlemi sistemleri kadar başarılı olabilmektedir. Ancak harici uygulamalarda,
özellikle çeliğin ince katmanlar halinde kaplanmasında, lateks sistemler henüz
istenilen düzeyde başarılı olamamıştır. Lateks sistemin hazırlanmasında
kullanılan, yüzey gerilimini azaltıcı katkı maddelerinin bu başarısızlıkta önemli rol
oynadıkları tahmin edilmektedir. Lateks’in hazırlanmasında ne kadar az sayıda
ve miktarda katkı maddesi kullanılırsa lateks’den elde edilen kaplama o kadar
başarılı olmaktadır (Yıldız, 1999).
Dispersiyon olarak tanımlanan su bazlı yüzey işlemleri, bu alandaki en yeni
gelişmelerden birisidir. Geliştirilen bu tür yüzey işlemlerinin, uygulamadaki
başarı düzeyi ile ilgili kesin bilgiler henüz tam olarak edinilememiştir. Ancak
bugüne kadar elde edilen bilgilerden dispersiyonların çok olumlu sonuçlar
vermekte olduğu söylenebilmektedir. Alkidler, poliesterler, akrilikler,
poliüretanlar ve daha pek çok başka reçineden çok düşük düzeylerde uçucu
organik bileşikler (VOC-Volatile Organic Component) içeren dispersiyonlar
hazırlanabilmektedir. Bu konuda öğrenilmesi gereken pek çok şey olmakla
birlikte, dispersiyonların en çok umut vadeden su bazlı yüzey işlemi sistemleri
olduğu söylenebilir (Yıldız, 1999).
Emülsiyon yüzey işlemleri en eski su bazlı sistemlerdir. Bu tür yüzey işlemi
sistemleri özellikle Avrupa’da giderek artan miktarlarda kullanılmakta ve kabul
görmektedir. Çok düşük uçucu organik bileşikler (VOC) içerdiklerinden ve çok
üstün özellikleri nedeniyle tercih edilmektedirler. Mümkün olduğunca düşük
oranlarda katkı maddesi içeren ve bağlayıcı reçine tanecikleri giderek daha fazla
küçültülebilen emülsiyonlar bu konudaki temel geliştirme olanakları olarak
gözükmektedir (Yıldız, 1999).
Su bazlı vernikler, ağaç malzemenin rengini değiştirmeyen, çoğunlukla
renksiz, kokusuz üretilen ve sararmayan kimyasal reaksiyon kurumalı
verniklerdir. Reaksiyonla sertleştikleri için dönüşümsüz katman verirler (Yıldız,
1999).
Su bazlı vernikler, gerek uygulama gerekse son ürün özellikleri açısından tamir-
onarım olanakları olan en iyi sistemlerdendir. Ancak bu tür yüzey işlemi
sistemlerinin VOC (Volatile Organic Component) düzeyi 0.321-0.489 gr/m3
olup, bu miktar gelişmiş Batı ülkelerinde bugün geçerli olan yönetmelik ve
tüzüklere göre yüksek bir değerdir. VOC miktarının çok daha düşük düzeylere
çekilmesi gerekmektedir (Johnson, 1997).
Hidroksil (-OH) ve karboksil (-COOH) grubu bulunduran reçinelerden üretilen su
bazlı verniklerin reaksiyonları genel olarak iki molekülün kaynaşması veya
iki parçaya ayrılmış elemanların iyonları arasında bağ kurulması şeklindedir.
Çözelti ve Emülsiyon polimerizasyonu temel reaksiyon türüdür. Polimerizasyonda
monomer damlalarından difüzyonla geçen monomerler kuruma boyunca polimer
taneciklerini beslerken, emülsiyon reaksiyonunda monomer, aktiflenmiş misel ve
aktif misellerin bir radikalle polimerleştirilmesine dayanır (Sönmez ve Budakçı,
2004).
Su bazlı yüzey işlemi sistemlerinin üretim, tüketim ve kullanımı son yıllarda
hızla artış göstermiştir. Bunda su bazlı sistemlerin geliştirilmesi ve formüle
edilmesine olanak sağlayan bağlayıcı reçineler önemli rol oynamıştır. Poliüretan
bağlayıcıların ürüne kazandırdığı özellikler kullanım alanlarının çeşitliliği
bakımından önemlidir (Yıldız,1999).
Ahşap için doğal görünümünü ön plana çıkaran vernikler dış hava koşullarında uzun
süre korumaya karşı hassastırlar. Uygulama sonrası 1 yılda bozulabilir. Özellikle
açık renkli vernikler sık sık bakım onarım gerektirirler.Zira çatlak ve çizige
hassastırlar.Açık renklilerine UV ışın abroblayıcılar ilave edilebilir. Pigment içeriği
zengin opak vernikler Özellikle ışıga karşı etkili koruma sağlar.(Kropf 1994)
Sabit Renkli Örtücü Boyalar: Bu boyalar opak maddeler olup, çok çeşitli
renklerde hazırlanabilirler. Pigment konsantrasyonu daha yüksektir. Bu yüzey
muamele maddeleri odunun doğal renk ve dokusunu tümüyle örtmektedir. Yağ
veya alkid esaslı solid-color yüzey muamele maddeleri boyalar gibi yüzeyde ince
bir film oluşmaktadır (Willams ve Feist, 1999).
10.2.2 DERİNE NÜFUZ EDEN MADDELER
Yağlar
Su iticiler
Örtücü Boyalar
10.2.2.1 Yağlar:
Pek çok yağ (Keten yağı vb.) ve modifiye edilmiş yağlar geleneksel olarak yüzeye
nüfuz ederek ahşap korumada kullanılmıştır. Ancak bunlar film oluşturamazlar ve
oduna nüfuz edebilirler. Kullanım süreleri Uv ışınına ve suya dayanıksız oldukları
için kısadır.Dış meken için sınırlı kullanım alanına sahiptirler.(Fiest 1990)
Su İticiler: Açık hava koşullarında ahşaba zarar veren en büyük etkilerden
birde(Örneğin boyanın bozulması, deformasyonlar, çatlaklar) yüzeyde nemin
etkisiyle meydana gelen boyut değişimleridir (Cassens,Feist,1983).Su genellikle
çatlaklardan sızar ve bozucu etkisine oradan başlar. Uzun süre açık hava koşullarına
maruz olan ahşapta çatlak oluşumunun eliminize etmek oldukça zordur. Bu problem
Yüzeyin tamamen kaplanması ve su iticilerin kullanılmasıyla çözülebileceği tespit
edilmiş ve bu amaçla WRP (water rebelland Presevation) geliştirlmiştir.
WRP ler genellikle %10-20 reçine
Çözücü
Wax (su itici olarak)
Önleyici (Mantar ve Küf) den oluşur (Feist; Miraz ,1980).
WRP işlemi Batırma Fırça ile sürme Püskürtme şeklinde uygulanır.
Araştırmalara göre WRP’ler tek başlarına yeterli değil ama önemlidirler (Vernall,
1965).
Rutubet, ahşap malzemenin zararlılara karşı dayanıklılığını artıran veya azaltan
önemli bir faktördür. Hacimsel olarak büyüyüp küçülmesi, boyutsal kararsızlığı,
direnç özellikleri, dayanım veya kullanım süresi gibi önemli özellikler, ahşabın
içerdiği su veya rutubet miktarıyla yakından ilintili bulunmaktadır. Ahşap, tam
kuru haldeki rutubet ile lif doygunluğu rutubeti (%28-30) arasında bünyesine su
alarak genişlerken, bünyesinden su kaybetmek suretiyle de daralmaktadır.
Ahşabın, rutubet etkisiyle bu şekilde genişleyip daralmasına "ahşabın çalışması"
denilmektedir (Bozkurt.Erdin,1997). Bu nedenle, ahşap malzemede çatlama,
daralma, genişleme gibi istenmeyen durumlar meydana gelmektedir.
Genellikle, ağaç malzeme dış cephe kaplamaları, kapı-pencere doğramaları ve
park-bahçe mobilyalarının yapımı ile dekorasyon ilerinde tercihli olarak
kullanılmaktadır. Ancak, herhangi bir koruma önlemi alınmayan ağaç malzeme
kısa sürede dış hava etkilerine maruz kalmaktadır. Malzemede, bir yandan
devamlı ıslanma ve kuruma nedeniyle çatlamalar oluşarak buralarda renk ve
küf mantarları gelişmekte, diğer yandan ise güneş ışınları odun tabakasını
tahrip ederek yağmur ve rüzgarın etkisi ile uzaklaşabilen maddelerden
oluşmaktadır. Böylece, ağaç malzeme kirli/istemeyen bir görünüm
kazanmaktadır (Bozkurt,Göker vd,1993).
Ahşabı koruyan, faydalı özelliklerini etkilemeyen, doğal görünümünü bozmayan ve
yukarıda bahsedilen sakıncalı özelliklerini iyileştiren çeşitli yöntem ve kimyasal
maddeler geliştirilmiştir. Bunlardan biri, yüzeysel koruma sağlayan işlemlerdir.
Pratikte yaygın olarak kullanılan vernikler ve vernikleme (fırça ile sürme,
püskürtme) işlemi bu gruba girmektedir. Vernikler, ağaç malzemede fiziki
görünüşü muhafaza eden, yüzeylerin ıslanmasını engelleyen, güneş ışınlarından
koruyan ve çalışmayı önleyen bir tabaka oluşturmaktadır. Ancak, genellikle,
vernik tabakaları 1 yılda veya daha kısa sürede çatladığında, zamanla ağaç
malzeme su alarak genişlemekte, yüzeylerinde renk ve küf mantarları
gelişmekte ve çürümektedir. Bu nedenle, vernikleme işlemi, çatlayan vernik
tabakaları sık sık bakımı ve her bakım işleminde yüzeyler temizlendikten sonra
yeniden verniklemeyi gerektireceğinden çok pahalı bir işlem olmaktadır. Diğeri
ise, su iticilik sağlayan işlemlerdir. Daldırma, batırma vb. yöntemler ve suyu
sevmeyen (hidrofobik) maddeler bu gruba girmektedir. Bunlarda temel prensip;
gözenekli yapıdaki odunda hücre boşluklarını ve bir miktar da hücre
çeperlerini koruyucu bir tabaka teşkil eden parafin, alkid reçinesi,
hidrokarbon reçinesi, kolofan, bezir yağı, silikon yağları vb. hidrofobik
maddelerle doldurmak veya oraların kaplanmasını sağlamaktır. Bunların
etkinliği ise, yüzeyde 1 mm kadar derine nüfuz ederek odun/su temas açısını
90ᵒ'den küçük yapmak, dolayısıyla, artan sıvı su oranını kontrol etmek yada
önlemektir (Yıldız,1988, Rowel,1985).
Su iticilik sağlayan işlemlerde, ağaç malzeme, dış hava etkilerine, su veya rutubete
karşı vernikleme işleminden daha uzun süre korunmaktadır. Bunun yanında, su
itici maddeler, mantar ilaçları (fungisit) ile renk mantarlarının gelişmesini
önlemekte, renk maddeleri (pigment) ile güneş ışınlarına karşı direnci
artırmakta, kabarmayı önleyici maddeler ile kabarmayı engellemektedir. Ayrıca,
vernikler gibi kısa sürede çatlamamakta, fakat etkileri yavaş yavaş (tedricen)
azalmaktadır. Ağaç malzeme, tekrar bakım gerektirdiğinde, yüzeyleri kirden
temizlenip kurutulduktan sonra su itici maddelerle tekrar muamele edilmektedir
(Bozkurt,Göker vd,1993).
10.2.2.2 Örtücü boyalarÖrtücü Boyalar : Pigmentler su itici veya su itici koruyucu çözeltilerine veya
benzer nüfuz eden transparan ahşap yüzey muamele maddelerine ilave edildiğinde
karışım pigmentli, yarı transparan, nüfuz eden örtücü boyalar olarak adlandırılır.
UV ışını kısmen bloke olduğu için pigmentler bu yüzey muamele maddelerinin
dayanıklılığını önemli ölçüde artırırlar. Bu renklendiriciler hem düz hem de
pürüzlü yüzeyler için uygundur (Kropf vd., 1994).
Avrupa ve Amerika’da dış mekan uygulamalarında kullanılan bazı maddeler ve
uygulama alanları Tablo ’da verilmiştir.
UV etkisine karşı kullanılan diğer bir grup madde de suda çözünen tuzları
içeren emprenye maddeleridir. Serbest fenolik gruplarla metal iyonlar arasında
oluşacak odun-iyon kompleksiyle degredasyon önlenebilir (Temiz, 2005).
Özellikle, krom içeren maddelerin ligninin degradasyonunu yavaşlattığı
belirtilmektedir (Lange vd., 1992). Ayrıca, triol-G400,PEG-400, 1-octadekanol ve
türevleride odunun degradasyonununda etkili maddelerdir (Hon vd., 1985,
Feist,1992).
Tablo 11 Avrupa ve Amerika’da dış mekan uygulamalarında kullanılan bazı
maddeler ve uygulama alanları(Temiz,2005)
10.2.3 Yüzey Kaplama
Son zamanlarda kullanılan ve ahşabın doğallığını koruyan yöntem olarak ön plana
çıkmıştır (Black,Mraz,1974).Doğal organik uygulamanın yanı sıra inorganik
uygulama dış kullanımda daha iyi hizmet sunar. İnorganik gelişmelerle:
1.UV iel meydana gelen değişmelerde geçikme
2.Polime rkaplama ile UV ye karşıdayanıklılık
3.Boya ve vernik dayanıklılığında iyileşme
4.Boyut stabilizasyonu
5. Mantar direnci
6.Su bazlı karışımda latex de azalma
7.Diğer tehtitilere karşı koruma saglanmıştır.
Etkili İnorganikler
Amonyum kromat
Amonyum Copper Kromat
Amonyum Copper Cromet arsenat
Cobrilaldehid di amin
Copper ferfjf
En öemli dezavantajları kromun toksidik olmasıdır.
UV ye karşı CRO3 ve ferric klorid etkilidir. 62 chang s t hon d n 1982)
11 SONUÇ
Ağaç malzeme gerek iç mekanlarda gerekse dış mekanlarda yaygın bir
kullanıma sahiptir. Pergola, bahçe mobilyası, ahşap ev ve çit direği dış mekan
uygulamalarından bazılarıdır. Herhangi bir işlemle muamele edilmeyen ağaç
malzeme abiyotik faktörlerin etkisinde kalarak değişimlere uğramaktadır. Uzun
süreli periyotlar içerisinde gerçekleşen degradasyonlar ağaç malzemenin yüzeyinde
0.05-2.5 mm arasında gerçekleşir. Renk değişimi ile başlayan değişimler ileriki
aşamalarda fiziksel, kimyasal ve anatomik yapıda da görülür.
Açık hava koşullarının meydana getirdiği bu kompleks değişimleri
önleyebilmek amacıyla yaygın olarak yüzeyde film tabakası oluşturan boya ve
vernik uygulamaları yapılır. Boyalar özellikle güneş ışığına karşı daha etkili bir
koruma sağlarlar. Ancak, zamanla çatlar, kabarır ve soyulurlar. Bu durumda yüzey
temizlenerek tekrar boyanmalıdır aksi takdirde mantarlar için uygun ortamlar
oluşur. Vernik uygulamalarının ömürleri ise boyalara göre daha kısadır. Yağlar, su
iticiler ve örtücü boyalar kısacası derine nüfuz eden maddeler, boya ve verniklerde
görülen çatlama ve soyulmaları göstermez.
1. KAYNAKLAR