Izolacijski sistemi

Borove spojine za zaščito lesa.  I del: Zgodovina in toksične lastnosti

Boron compounds for wood preservation. I part: History and toxic properties

1. Boštjan Lesar* in Miha Humar

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za lesarstvo, Jamnikarjeva 101, SI – 1000, Ljubljana, Slovenija

 *tel.: +386 1 423 11 61                    fax.: +386 1 423 50 35               mail: This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it

1. Povzetek

V članku so predstavljene osnovne značilnosti bora (B) in njegovih spojin, uporaba v industriji, s poudarkom na zaščiti lesa. Na kratko so predstavljene raziskave delovanja bora na rastline, toksičnega delovanja na živali in ljudi. V zaključku je opisana zgodovina uporabe in razvoja borovih pripravkov za zaščito lesa. Glavna prednost borovih spojin za zaščito lesa je širok spekter delovanja na glive in insekte, ter nizka toksičnost na ljudi in ostale neciljne organizme.

 AbstractBasic characteristics of boron (B) and its compounds, industrial applications with emphasis on use in the field of wood preservation are described in this contribution. Influence of boron on plants, its toxicity towards humans and animals is briefly elucidated as well. History of the use of boron for wood preservation is described as well. The main benefit of the boron compounds for the wood preservation applications is good activity against fungi and insects on the one side, and low mammalian toxicity on the other side.  

Ključne besede: bor, borove spojine, zaščita lesa, toksičnost

Keywords: boron, borates, wood protection, toxicity

1. Uvod

Bor je zelo razširjen kemijski element. V naravi se ne nahaja v čisti elementarni obliki, ampak v spojinah s kisikom in drugimi elementi. Najpogostejši obliki sta borova kislina in boraksv. Poznanih je več kot 80 različnih mineralnih tipov boraksa, med njimi je najpogostejši tinkal (Na₂B₄O₇·10H₂O, natrijev tetraborat dekahidrat), za katerega se največkrat uporablja kar splošno ime boraks (ang. borax). Komercialno boraks pridobivajo v rudnikih oziroma kamnolomih v ZDA, Turčiji, Tibetu in Čilu. Boraks uporabljajo za sintezo drugih borovih spojin. Svetovna proizvodnja znaša približno 2 milijona ton letno (Boron (B) – Chemical properties, Health and Environmental effects, 2006).  Do devetnajstega stoletja se je bor redko uporabljal, danes pa ga srečujemo na vsakem koraku, le da za to največkrat sploh ne vemo. Bor je prisoten v rastlinah, prehrani ljudi, z njim se srečujemo tudi doma, kjer se uporablja kot dodatek najrazličnejšim izdelkom, ki jih uporabljamo v gospodinjstvu. Moderne industrije si danes enostavno ne moremo predstavljati brez borovih spojin.  V vsakdanjem življenju se borove spojine uporabljajo v kozmetičnih in farmacevtskih izdelkih kot so: mila, pralni praški, hladilne kreme, krema po britju, kapljice za oči in še mnogih drugih. Posoda, ki jo uporabljamo v mikrovalovni pečici prav tako vsebuje borove spojine, ki izboljšajo toplotno odpornost plastike. Bor se uporablja še pri proizvodnji steklenih vlaken, ki se med drugim uporabljajo za izdelavo športne opreme. Ta element je razširjen tudi v industriji. Uporablja se v transportnem sektorju kot dodatek gorivom, motornemu olju, hladilni tekočini … Velik porabnik je tudi sodobna »high tech« proizvodnja mikroelektronike, računalnikov ... Bor se že dolgo časa uporablja tudi v gradbeništvu in lesarstvu za zaščito lesa in lesnih tvoriv. 

Borove spojine so ene izmed najstarejših aktivnih učinkovin, ki se še vedno uporabljajo za zaščito lesa. Njihova uporaba je dovoljena tudi po uvedbi direktive o biocidih (Biocidal Products Directive) (BPD 98/8EC; Humar, 2004). V Nemčiji več kot 90 % zaščitnih sredstev za les na vodni osnovi vsebuje borove spojine (Peylo in Willeitner,  2001). Glavna lastnost borovih spojin je poleg dobre difuzivnosti, ki omogoča dobro zaščito slabo permeabilnih lesnih vrst, še širok spekter delovanja proti insektom in glivam. Nenazadnje pa je ena od pomembnejših lastnosti boratov tudi nizka toksičnost za ljudi. Slaba stran dobre difuzivnosti je, da se borove spojine iz lesa izpirajo, zato je uporaba borovih spojin za zaščito lesa omejena na uporabo v suhih pogojih oziroma dovoljuje občasna zvišanja vlažnosti. V tem članku so predstavljene prednosti in slabosti ter zgodovina uporabe borovih spojin, ki se uporabljajo za zaščito lesa.  

 Zgodovina uporabe borovih spojin za zaščito lesa

Borove spojine spadajo med najvarnejše biocide za zaščito lesa. Ob običajni uporabi v industriji ni poročil o nobeni nesreči ali drugem škodljivem vplivu na okolje (Lloyd, 1998). Dobre lastnosti borovih spojin so že dolgo znane, zato se že dolgo časa uporabljajo v pripravkih za zaščito lesa. Prva industrijska uporaba borovih soli se je začela leta 1913 z Wollmanovim sredstvom Wollmanit CB (krom + bor), ki se je uporabljalo za zaščito lesenih drogov in pragov. Dodatek kroma je izboljšal antikorozivno delovanje in fiksacijo sredstva v les. Poleg tega so kromati do določene mere zavirali tudi gorenje. Dve desetletji kasneje se je bor uveljavil kot zamenjava dikromatov v sredstvih za zaviranje gorenja lesa. 

Prva industrijska uporaba se je začela leta 1949 z uporabo dobro difuzne mešanice borove kisline in boraksa, podobne dinatrijevemu oktaboratu tetrahidratu (DOT). Nekaj let kasneje se je pojavilo sredstvo Timbor®, ki je imelo podobne lastnosti kot dinatrijev oktaborat tetrahidrat in je bilo primerno za nanašanje z brizganjem. Postopek zaščite se je imenoval timborizacija. Danes je ta sistem splošno sprejet za globinsko impregnacijo lesa (Lloyd, 1998).

 V Evropi so se prve raziskave o borovih spojinah pričele ob povečani nevarnosti pred napadom insektov iz skupine kozličkov (Hylotrupes spp.) in trdoglavcev (Anobium spp.). Ugotovljeno je bilo, da je učinkovitost bora podobna učinkovitosti fluoridov (Freitag in Morell, 2005). 

Zelo dobra difuzivnost borovih zaščitnih sredstev je neposredno povezana z eno največjih slabosti teh pripravkov, to je izpiranje borovih učinkovin iz lesa. Zato so ob koncu štiridesetih let prejšnjega stoletja razvili zaščitno sredstvo na osnovi bakra, kroma in bora (CCB) (Lloyd, 1998). V tem sistemu sta bor in baker aktivni učinkovini, krom pa služi kot vezivo. Sredstvo se je uporabljalo predvsem za koteljski postopek impregnacije lesa za zunanjo uporabo, kjer je možnost pogostega močenja. CCB se je predvsem v Evropi uveljavil kot nadomestek za CCA (baker, krom, arzen) zaradi velike toksičnosti arzena. Danes se sredstvo v EU počasi umika iz uporabe zaradi škodljivosti kromovih spojin.

1. Toksičnost

Bor je v majhnih količinah v naravi povsod prisoten. Nahaja se v zemlji, vodi, rastlinah in živalih. Povprečna koncentracija bora v zemlji znaša med 3 in 10 mg/kg zemlje (Adams, 1964). Morska voda ga vsebuje v povprečju 4,5 mg/kg (Jenkins, 1980), pitna voda pa od 0,05 do 0,3 mg/L. Koncentracije so lahko tudi višje, odvisno predvsem od lokacije (Yazbeck in sod., 2005). Na primer koncentracija bora v pitni vodi, na obrobju rudnikov bora v Turčiji, znaša 21 - 29  mg/L (Sayli in sod., 1998). Po podatkih Javnega podjetja Vodovod-Kanalizacija o kakovosti vode v Ljubljani za mesec februar 2007 znaša količina bora v pitni vodi manj kot 0,04 mg/L. Evropska direktiva o pitni vodi iz leta 1998 (98/93/EC) določa mejno vrednost bora pri 1 mg/L.

Bor se uporablja tudi kot dodatek - konzervans k prehrambenim izdelkom. Ocene o dnevnem navzemu se močno razlikujejo. Odvisne so od lokalnih prehrambenih navad in uporabe konzervansov v prehrani. Povprečni dnevni vnos bora v telo s prehrano v ZDA po navedbah Murraya (1995) znaša vsaj 1,5 mg/dan/prebivalca. Rainer (1993) ocenjuje da je povprečni dnevni vnos še višji, to je 1 - 3 mg/dan, lahko pa doseže celo 10 mg/dan. Medtem ko Roper (1992) navaja še višje količine borovih spojin, ki jih dnevno vnesemo v telo (10 in 25 mg/dan). Uporabnik dnevno konzumira bor predvsem s hrano, z uživanjem sadja in zelenjave. Najbolj znana  jed, ki jo konzerviramo z borovo kislino pa je kaviar. Šele uporaba borove kisline je omogočila transport kaviarja v oddaljene kraje. Na srečo pa povprečni prebivalec Slovenije letno poje le manjše količine kaviarja.

 Bor lahko pride v človeško telo tudi preko kože in dihalnih poti. Vdihovanje zraka, v katerem je 4,1 mg/m³, povzroča draženje nosu, žrela ali oči. Bor draži oči, a le tedaj, ko smo boru izpostavljeni daljše časovno obdobje (Roper, 1992). Maksimalna delovna koncentracija borovega oksida in boraksa v zraku znaša 10 mg/m³. Študije uporabe boratov v praksi po drugi strani dokazujejo, da se inhalatorni vnos boratov ne odraža v nobenem zaznavnem kroničnem učinku, prav tako dermalni kontakt ni povzročal draženja, občutljivosti ali vnetja kože (Culver in Shen, 1994).

Akutna oralna toksičnost (LD₅₀) borove kisline znaša pri podganah 3000 - 4000 mg/kg telesne teže, boraksa pa 4500 - 6000 mg/kg telesne teže (Weir in Fisher, 1972). Razlike nastanejo zaradi različne vsebnosti bora, 1 mg bora (B) je enakovreden 5,7 mg borove kisline ali 8,8 mg boraksa (natrijev teraborat dekahidrat). V preglednici 1 so prikazane vrednosti akutne oralne toksičnosti (LD₅₀ mg/kg) pri podganah za spojine, ki se uporabljajo za zaščito lesa in še nekaterih drugih splošno uporabnih materialov. Iz teh podatkov je razvidno, da je akutna toksičnost borovih spojin primerljiva s toksičnostjo kuhinjske soli, po drugi strani pa je bistveno nižja od ostalih biocidov, ki se uporabljajo v zaščiti lesa.

Študije toksičnosti bora na sesalcih (miši, podgane in psi) kažejo, da ta vpliva na moške spolne organe (reproduktivna toksičnost). To se je pokazalo še posebej pri testih, kjer so živali krajše ali daljše časovno obdobje zaužile večje količine borove kisline (Roper, 1992). Podobne raziskave borove kisline na brejih miših, podganah in zajcih so pokazale manjši razvojni učinek na mladiče (Fail, 1998). Weir in Fisher (1972) poročata, da 8,8 mg bora/kg/dan, ki so ga dodajali hrani psom dve leti, ni učinkovalo na njihovo reproduktivnost. Škodljiv učinek bora na reproduktivnost sta ugotovila pri podganah, ki so bile kronično izpostavljene bistveno višjim koncentracijam (58,5 mg bora/kg/dan). Podatki raziskav reproduktivne toksičnosti bora na ljudeh so preveč pomanjkljivi, da bi lahko potrdili oziroma zavrgli reproduktivno toksičnost bora pri ljudeh. Ravno tako ni na voljo podatkov, ki bi potrjevali teratogenost borovih spojin. Po drugi strani študije na živalih (oralna izpostavljenost boru) potrjujejo škodljivost bora na zarodek (Moore, 1997). Na anketi zasnovana študija, izvedena na 542 zaposlenih moških v proizvodnji boraksa (rudniki in predelava bora), ki so več kot pet let dnevno izpostavljeni visokim koncentracijam bora (vsaj 23,2 mg boraksa/m³, 0,48 mg borove kisline/kg telesne teže/dan), ugotavljajo, da ni moč zaznati statistično značilnih učinkov na njihovo reproduktivnost. Moški so bili plodni približno, toliko kolikor je povprečje za ZDA (Whorton, 1994). Do podobnih zaključkov so prišli tudi Sayli in sodelavci (1998), ki ugotavljajo, da visoka koncentracija bora v pitni vodi (21 - 29  mg/L) ne vpliva na plodnost in reprodukcijo. Tako visoka koncentracija bora v pitni vodi je bila določena v bližini naravnih nahajališč bora, tako da je bila večina udeležencev raziskave izpostavljena boru tudi poklicno.

Tudi podatki o rakotvornosti borovih spojin so obetajoči. Študije na podganah, ki so jih dve leti hranili z borati, so pokazale, da tako borova kislina, kot tudi boraks nista kancerogena (Weir in Fisher, 1972). Tudi eksperimenti z borovo kislino na miših so pokazali, da borova kislina ni mutagena ali genotoksična (ECETOC, 1995; Roper, 1992).

Bor se v človeškem telesu ne skladišči. Raziskave mobilnosti bora v telesu so pokazale, da se 50 % zaužitega bora izloči z urinom v 21-ih urah. Ostala količina se izloči v 95 urah po zaužitju bora (Rainer, 1993). 

Kot veliko drugih elementov oziroma spojin so borati bistveni pri nizkih koncentracijah in toksični pri visokih koncentracijah. Borove spojine uvrščamo v skupino varnih kemikalij, saj je malo verjetno, da bi bili ljudje izpostavljeni tako visoki koncentraciji, ki je škodljiva za zdravje. Bor postane strupen šele pri koncentracijah, ki so za več razredov višje od koncentracij, ki jim je izpostavljen povprečen uporabnik.