Wpływ garbników na trwałość połączeń klejowych w dębie

Zawartość garbników (tanin) w dębie – choć korzystna dla odporności drewna – może negatywnie wpływać na trwałość spoin klejowych. Taniny reagują z niektórymi klejami i z czasem pogarszają ich wytrzymałość. Kwasowy odczyn dębu potrafi powoli degradować tradycyjne kleje PVAc, a nawet osłabiać utwardzone żywice. W efekcie połączenie, które początkowo jest mocne, po latach może utracić swoją spójność właśnie przez oddziaływanie garbników. Poniżej omawiamy mechanizmy tego zjawiska i sposoby neutralizacji wpływu tanin, aby klejone połączenia w dębie zachowały trwałość na długie lata.

Mechanizm destrukcji – garbniki a spoiwa klejowe

Garbniki zawarte w drewnie dębowym działają jak delikatny kwas organiczny. Kleje, zwłaszcza te na bazie poliwinylu (PVAc) lub białkowe, są wrażliwe na kwaśne środowisko. Proces degradacji może przebiegać powoli: cząsteczki garbników z czasem penetrują warstwę kleju i rozrywają część wiązań chemicznych lub hamują ich pełne utworzenie podczas wiązania. W przypadku klejów PVAc mówimy o hydrolizie – kwaśne taniny przyspieszają rozpad wiązań estrowych w kleju, przez co zespoinowane łącze stopniowo traci spoistość. Innymi słowy, klej w obecności garbników „starzeje się” szybciej niż normalnie. Taka degradacja nie jest widoczna od razu gołym okiem – spoina może wyglądać na całą, ale jej wewnętrzna struktura traci wytrzymałość. Przykładowo, pomiary laboratoryjne wykazały, że wytrzymałość połączeń klejonych PVAc w dębie może spaść o kilkadziesiąt procent po kilku latach w środowisku wilgotnym – co przypisuje się właśnie działaniu tanin.

Garbniki mogą także wpływać na kleje poliuretanowe czy epoksydowe, choć te są znacznie bardziej odporne. W ich przypadku ewentualny negatywny efekt objawia się raczej na etapie utwardzania (wydłużony czas pełnego utwardzenia jeśli klej reaguje z kwasami) niż w postaci późniejszego rozpadu wiązań. Niemniej jednak, zjawisko przyspieszonego zmęczenia spoin pod wpływem tanin zostało udokumentowane głównie dla klejów PVAc i mocznikowych. W praktyce oznacza to, że mebel dębowy sklejony nieodpowiednim klejem może po latach skrzypieć lub rozkleić się w miejscach łączeń – niczym stawy dotknięte artretyzmem: struktura trzyma się, ale jest osłabiona od środka.

Objawy osłabienia spoin przez taniny

Jak rozpoznać, że spoina klejowa w dębowym elemencie ucierpiała wskutek działania garbników? Często nie ma widocznych znaków na początku. Jednak z czasem mogą pojawić się subtelne sygnały. Na przykład mebel zaczyna lekko trzeszczeć przy obciążeniu – to znak, że złącze pracuje, bo klej nie trzyma już tak mocno jak zaraz po sklejeniu. Innym objawem mogą być delikatne szczeliny wzdłuż spoin (widoczne jako ciemniejsze, cienkie linie), które powstają, gdy klej stracił przyczepność i drewno minimalnie się rozsunęło. Czasem klej w spoinie zmienia też barwę (żółknie, brązowieje) – to sygnał, że zaszła reakcja chemiczna z garbnikami. W skrajnych przypadkach, gdy wpływ garbników był silny lub klej wyjątkowo wrażliwy, elementy mogą się wręcz rozkleić przy stosunkowo niewielkiej sile – np. noga stołu odpadnie po kilku latach użytkowania mimo braku urazów mechanicznych.

Warto zauważyć, że wpływ garbników jest na tyle podstępny, iż czasem obwiniamy o rozklejenie czynniki zewnętrzne (wilgoć, przeciążenie), podczas gdy głównym winowajcą była powolna degradacja spoiny od środka. Jeśli więc w starym dębowym meblu spoiny puszczają mimo dobrego wysuszenia drewna i braku innych oczywistych przyczyn, można podejrzewać, że klej padł ofiarą tanin. W nowych realizacjach, aby uniknąć takich objawów po latach, należy zawczasu dobrać odpowiedni klej i technologię klejenia. To trochę jak profilaktyka zdrowotna – lepiej zapobiegać osłabieniu niż potem naprawiać skutki „choroby” spoin.

Dobór kleju odpornego na garbniki

Najprostszą metodą uniknięcia problemów jest zastosowanie kleju, który dobrze znosi obecność tanin. Na szczęście wiele nowoczesnych klejów jest projektowanych z myślą o trudnych gatunkach drewna. Jak już wspomniano, kleje poliuretanowe (PU) cechują się wysoką odpornością na kwasy – reagują z wilgocią, tworząc wiązania chemiczne mało podatne na hydrolizę. Spoina PU pozostaje trwała nawet w dębie, co potwierdza praktyka (np. parkiety dębowe często klei się klejami PU, bo wytrzymują dekady). Podobnie kleje epoksydowe zachowują swoją wytrzymałość – utwardzona żywica epoksydowa jest chemicznie stabilna i garbniki jej nie „nadgryzają”. Kleje melaminowe czy rezorcynowe (stosowane np. w laminowanych konstrukcjach drewnianych) również tworzą spoiny odporne na czynniki chemiczne.

Jeśli jednak musimy użyć kleju PVAc (np. ze względów ekonomicznych lub łatwości aplikacji), warto sięgnąć po produkty o podwyższonej odporności. Niektórzy producenci oferują kleje PVAc typu D4 z dodatkowymi utwardzaczami – po zmieszaniu z utwardzaczem taki klej wiąże bardziej trwale i staje się mniej podatny na hydrolizę. Alternatywnie można zastosować hybrydowe kleje poliuretanowo-PVAc. Wybór kleju odporniejszego na garbniki jest trochę jak wybór szczepionki – lepiej zawczasu „uodpornić” połączenie, niż ryzykować jego osłabienie. Oczywiście, należy też brać pod uwagę warunki pracy połączenia: jeśli wiemy, że mebel będzie w wilgotnym otoczeniu, tym bardziej powinniśmy sięgnąć po klej o najwyższej trwałości w takich warunkach.

Neutralizacja garbników przed klejeniem

Oprócz doboru właściwego kleju, można podjąć działania zmniejszające sam wpływ tanin. Jedną z metod jest wymycie lub neutralizacja garbników na powierzchni drewna przed klejeniem. Można przetrzeć klejone krawędzie szmatką zwilżoną w rozpuszczalniku (np. acetonie, alkoholu) – usunie to częściowo warstwę tanin i zanieczyszczeń. Innym sposobem jest użycie specjalnych środków odczyniających – np. roztworu zasadowego (bardzo rozcieńczony amoniak lub wodorowęglan sodu) – który zneutralizuje kwasowość powierzchni. Należy to robić ostrożnie i potem dokładnie osuszyć drewno, by nie wprowadzić nadmiaru wilgoci. Można też zastosować klejenie wstępne: posmarować powierzchnie cienką warstwą kleju epoksydowego jako barierę, a po jego utwardzeniu skleić właściwym klejem – epoksyd izoluje taniny.

W warunkach przemysłowych stosuje się czasem dodatkowe wygrzewanie lub kondycjonowanie drewna, by zmniejszyć aktywność chemiczną tanin. Termiczna modyfikacja (niepełna, np. wygrzanie elementów w 60–80°C przez kilka godzin) może częściowo dezaktywować garbniki lub wypłukać je na powierzchnię, skąd są usuwane przed klejeniem. Jednak domowym sposobem najlepiej sprawdza się po prostu staranne przygotowanie powierzchni i szybkie klejenie po obróbce – świeżo odsłonięte drewno ma warstwę tanin jeszcze nie utlenioną, łatwiejszą do sklejenia. Summa summarum, im mniej czynnika zakłócającego (tanin) zostawimy na drodze kleju, tym lepiej. To analogicznie jak oczyszczanie rany przed założeniem szwów – im czystsze pole, tym silniejsze i trwalsze będzie późniejsze zespolenie.