LA DEGRADACIÓN Y ENVEJECIMIENTO DE LA MADERA CUANDO LE ATACA LA LUZ
Por Angel Lanchas Hervalejo
Tanto la madera como los ligantes y demás sustancias orgánicas que intervienen en la preparación de las pinturas y las lacas, pueden sufrir alteraciones importantes de sus propiedades y características al estar expuestas a la acción de la luz solar, el oxígeno del aire y otros factores climatológicos, como la temperatura , la humedad y la lluvia.
Como resultado de ello, pueden modificarse sustancialmente sus estructuras, producirse roturas de cadenas moleculares, reticulación entre éstas y también una despolimerización (por ejemplo en sustancias plásticas).No queda excluida tampoco la formación de enlaces dobles o la aparición de nuevos grupos químicos.
El resultado de estos cambios de estructura se traduce en un cambio de propiedades generales, y en particular, un cambio de color que limitan en gran medida el “período de vida” de las citadas sustancias
En el caso de la madera utilizada para usos interiores, el cambio de color producido durante el envejecimiento es el principal causante de degradación de la madera.
Radiación solar
Conceptos generales
El sol envía a la tierra una radiación energética de espectro continuo. Por convenio, se distinguen en este espectro distintos tipos de radiación, diferenciándose únicamente por su longitud de onda o por su frecuencia vibratoria y por la energía que poseen los fotones que transportan.
Los tipos de radiación considerados son los representados en la figura nº 1.
Figura nº 1: Radiación del espectro solar: Longitud de onda en nm
La atmósfera sólo es permeable a ciertos dominios de longitud de onda de la radiación proveniente del sol. Presenta dos “ventanas ópticas” : consecuencia de los sucesivos filtrados producidos en las capas atmosférica que son:
– Ventana I, es permeable a las radiaciones de 290-1400 nm.
Por encima de 1.400, la radiación es absorbida de forma prácticamente total por vapor de agua de la atmósfera.
La absorción producida en las capas de gases que rodean la tierra y sobre todo en la capa que contiene ozono (ionosfera), es la responsable de que la superficie terrestre no se registre intensidad alguna de longitud de onda inferior a 290 nm ya que :
*la capa de oxígeno (a 75 Km.) filtra las radiaciones con l <175 nm
*la capa de ozono (20-30) filtra toda radiación de 175-290 nm
– Ventana II, la atmósfera es permeable de nuevo a las radiaciones de aproximadamente 1 cm a 1 m (ventana radio-eléctrica). La radiación de l superior es absorbida por completo.
Figura nº 2 Intensidad de radiación solar. Absorción por la atmósfera terrestre.
El camino de la radiación a través de la atmósfera es tanto más largo y el desplazamiento hacia está más marcado cuanto más baja sea posición del sol en relación al horizonte.
A menor longitud de onda, mayor es la absorción producida, por esta razón la incidencia de la luz ultravioleta B (de menor longitud de onda que la luz UVA) es más susceptible de absorción por medios transparentes como el vidrio o el aire.
Radiación ultravioleta
La parte ultravioleta de la radiación solar es la principal causante de la degradación sufrida tanto por las superficies de madera como por los recubrimientos que sobre ella se aplican.
Esto es debido a la mayor cantidad de energía que posee esta radiación visible y otra radiaciones de mayor longitud de onda son demasiado bajas para provocar degradaciones importantes en los polímeros. (No hemos de olvidar que la mader
a es un polímero natural).
La luz visible posee una energía inferior a 70 Kcal/mol y por ello no puede provocar rotura de uniones químicas en la madera , aunque puede excitar ciertos grupos cromóforos de la madera que se desactivan transfiriendo su energía a reacciones secundarias.
La explicación de este hecho se basa en teorías de física sobre la naturaleza de la luz.
La teoría cuántica postula que de modo diferente a otras formas de energía, la luz llega en partículas discretas llamadas fotones.
Los fotones se comportan como proyectiles en miniatura que viajan a la velocidad de la luz. El tamaño de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda, a menor longitud de onda, mayor es el fotón. Las reacciones fotoquímicas son causadas por fotones individuales que colisionan con electrones individuales.
Si el fotón es “ suficientemente grande” (contiene más energía que el enlace orgánico) el electrón es expulsado de su órbita y se produce una reacción.
Si el fotón no es lo suficientemente grande, la energía de la colisión se disipa y no ocurre ninguna reacción. Para cada tipo de enlace químico, hay un tamaño umbral crítico de fotón (y por consiguiente una longitud de onda umbral) con la suficiente energía para sacar un electrón de su órbita. La luz con longitudes de onda bajo la longitud umbral pueden romper el enlace, pero luces con longitud de onda mayores no pueden romper los enlaces químicos de la madera.
La tabla nº 1 muestra la capacidad fotoquímica relativa de las distintas longitudes de onda UV.
Tabla nº 1
Tabla nº 2: Espectros de activación de varios polímeros. Longitud de onda de sensibilidad fotoquímica máxima.
Tabla nº 2
La parte de radiación ultravioleta B, a pesar de no representar ni el 1% de la energía solar es la dominante en la degradación de polímeros ya que la mayoría de sus longitudes de onda de activación máxima de éstos caen en esta región.
Reacciones de degradación fotoquímica en la madera
Conceptos generales
La madera es un composite polimérico heterogéneo y complejo compuesto principalmente por :
- lignina (25%),
- una estructura fibrosa de celulosa (50%),
- hemicelulosa (22%),
- compuestos orgánicos extraíbles (3%),
- agua
Todas las especies presentan diferencias en su composición y la relación entre sus componentes también difiere; incluso se encuentran diferencias entre las distintas partes del árbol:
- duramen / albura
- madera de verano / madera de invierno
- ramas / tronco
En general, la madera absorbe luz muy bien debido a la presencia de varios grupos cromóforos (grupos sensibles a la absorción de luz).
El cambio de color producido en la madera debido a la acción de la luz es básicamente una reacción de superficie. La penetración de la radiación en las capas de la madera es inferior a las 75 micras en el caso del rango de radiación ultravioleta y de unas 200 micras cuando se trata de luz visible.
El cambio de color producido puede afectar sin embargo al material de modo más profundo por la consecución de reacciones secundarias tanto si la madera se encuentra más profundo por la consecución de reacciones secundarias tanto si la madera se encuentra en su estado original o recubierta. Paralelamente al cambio de color, la fotodegradación o fotooxidación conlleva una pérdida de brillo y un aumento de rugosidad de la superficie.
Como ya se conoce la parte de luz ultravioleta es la mayor influencia en la degradación de la madera y sus recubrimientos, ya que cada cadena polimérica posee un tipo particular de enlaces químicos en su estructura que son sensibles en mayor o menor medida a la radiación en una longitud de onda específica y que en el caso de la fotodegradación se encuentran en el rango ultravioleta.
La absorción en la zona visible se encuentra relacionada directamente con el color de la muestra.
Aunque la mayor parte de los componentes son capaces de absorber luz, en el caso de la madera la absorción de la luz ultravioleta se realiza principalmente por la lignina, debido a su naturaleza fenólica que contiene en su estructura grupos cromóforos. (figura nº 3)
Figura nº 3: Estructura de lignina
Este compuesto polimétrico complejo tiene distinta composición y se encuentra en distintas proporciones en cada especie de madera, no es de extrañar que cada una de estas especies aunque básicamente sufra los mismos procesos degradativos tenga su particular modo de envejecer.
La lignina es un excelente absorbente ultravioleta, su espectro de absorción UV llega hasta los 400 nm. (figura nº 4)
Figura n º 4 : Espectro de absorción ultravioleta de la lignina
Este espectro de absorción de la lignina es muy similar al de la madera completa. Por ello se puede decir que la absorción UV de la madera se debe básicamente a la lignina.
