La battaglia contro il “sanguinamento” è stata vinta grazie alle ricerche compiute dalle aziende del settore, che si sono concentrate sulla messa a punto di fondi specifici per i cicli di verniciatura all’acqua
A CURA DELLA REDAZIONE
PREMESSA
La funzione primaria di tutti prodotti vernicianti per legno è quella di proteggerne la superficie, contribuendo a conservarne l’aspetto e a consentirne la pulizia. Sebbene il legno possa essere utilizzato in ambienti esterni ed interni senza essere verniciato, le superfici esposte agli agenti atmosferici solitamente cambiano colore e si deteriorano a causa della fotodegradazione ed alla comparsa delle screpolature superficiali create dalla lenta erosione a cui viene sottoposto. Le superfici di legno prive di finiture, esposte in ambienti chiusi possono anch’esse mutare di colore: inoltre, queste sono più difficili da pulire rispetto alle superfici in legno su cui è applicata la finitura. In quasi tutte le applicazioni su legno, la prima fase dell’operazione consiste nell’applicare un fondo, che espleta due funzioni basilari, la prima delle quali, principale ed essenziale, è dare e mantenere l’adesione sul substrato e la seconda è di rendere la superficie uniforme. I fondi (quelli a base d’olio o a base alchidica continuano ad essere i più usati) contribuiscono inoltre ad accrescere il potere coprente della vernice, ma le leggi per la tutela dell’ambiente rappresentano il principale fattore trainante della transizione dai prodotti a base solvente a quelli a base acquosa. Lo svantaggio principale dei prodotti all’acqua è rappresentato dal fatto che i composti cromofori idrosolubili presenti nel legno, come i tannini ad esempio, “sanguinano” e attraversano il fondo, macchiando o sbiadendo la tinta della finitura. Questa è la ragione principale per la quale i fondo a base solvente sono sempre stati considerati i prodotti migliori per la prevenzione del sanguinamento dei tannini sui vari tipi di legno estrattivo. Le ricerche compiute dalle aziende del settore si sono concentrate sulla messa a punto di un fondo che svolga contemporaneamente un’azione tanninobloccante e che sia velocemente carteggiabile. Nel progettare il polimero, per ottenere le proprietà ottimali, sono state combinate diverse particolari caratteristiche tecniche, mantenendo la conformità alle norme sulla legislazione ambientale. Formulazioni anti-sanguinamento possono essere realizzate a basso contenuto di VOC e totalmente prive di zinco. E’ stato osservato che questo legante è estremamente versatile, dotato di azione bloccante delle sostanze estrattive, sia che si tratti della resina del pino, oppure di tannini, come nel caso del legno Merbau, Curupixa, Cedro rosso, Iroko, Meranti o altri tipi di legno difficili, duri o teneri. In tutti i test eseguiti, il potere adesivo su tutti i tipi di legno si è mantenuto costante.
COMPOSIZIONE CHIMICA DEL LEGNO
Il legno è una complessa struttura polimerica costituita da lignina e carboidrati (cellulosa ed emicellulosa), i quali formano la struttura ligno-cellulosica visibile del legno. Inoltre, pur non contribuendo alla struttura del legno, sono presenti quantità minori di altre sostanze chimiche e di minerali. Nel legno che cresce nelle zone temperate, la parte dei composti ad alto contenuto polimerico che determinano la parete cellulare costituisce il 95-99% del legno stesso. Per il legno tropicale, questo valore può diminuire fino ad una media del 90%. Il legno contiene inoltre dal 3 al 10% di componenti extracellulari a basso peso molecolare, molti dei quali possono essere estratti dal legno con l’ausilio di solventi neutri, denominati comunemente estrattivi. La quantità di estrattivi presenti nel legno varia dal 5 al 20% in peso ed include una vasta gamma di prodotti chimici organici. Questi includono i terpeni e le resine acide delle cellule epiteliali e nei canali delle resine, così come i materiali fenolici del durame. I materiali resinosi sono presenti nei vasi di alcuni durami del legno duro. In alcune specie il legno duro contiene estrattivi idrosolubili (non nell’alburno), che possono trovarsi anche in quelli teneri. Il cedro rosso ed il legno di sequoia sono due specie comuni di legno tenero contenenti grandi quantità di estrattivi. Essi conferiscono a tali specie il loro colore unico e accattivante, la buona stabilità e la naturale resistenza alla degradazione, ma possono anche far scolorire la vernice. I nodi di molte specie di legno tenero, il pino in particolare, contengono una grande quantità di resine e di altri composti fortemente colorati. Questi composti possono causare a volte distacchi della vernice o provocarne l’imbrunimento. Le resine che formano il legno duro americano possono essere trattate con le alte temperature utilizzate nei forni impiegati per il legname da costruzione, secondo un ciclo programmato. Alcuni degli altri composti non vengono influenzati dal forno. I problemi derivanti dalla comparsa delle macchie di tannino possono insorgere occasionalmente con legni quali l’abete Douglas ed il pino cembro del sud. Quando gli estrattivi decolorano la vernice, la causa è solitamente l’umidità. Esse si dissolvono e macchiano il legno grazie all’acqua, che si sposta sulla superficie della vernice ed evapora, lasciando dietro sé le sostanze di estrazione che appaiono come macchie bruno-rossastre. La decolorazione diffusa per gli estrattivi del legno è causata dall’acqua piovana e dalla rugiada, che penetrano nello strato di vernice a basso spessore o poroso. Può essere causata anche dalla pioggia e dalla rugiada che penetrano nei giunti laterali, oppure dall’acqua delle grondaie o dai canali di scolo difettosi.
NATURA CHIMICA DEI TANNINI
I tannini sono derivati dell’acido gallico, presenti solitamente nella corteccia, ma anche nel legno di alcune specie legnose. Le soluzioni di acido gallico (acido 3, 4, 5 triidrossibenzoico), in particolare dei sali di metalli alcalini, assorbono l’ossigeno e diventano bruni una volta esposti all’aria, come il pirogallolo. Con i sali di ferro (III), si forma un complesso blu scuro. La quantità di tannini dipende dalla specie: quercia, sequoia e cedro sono ricchi di tannini, che reagiscono con il ferro per formare sul legno macchie nero-blu.
LEGANTI PER FONDI ANTISANGUINAMENTO
Nei prodotti vernicianti a base acquosa, risulta spesso difficile ottenere una combinazione soddisfacente delle proprietà desiderate, quali la flessibilità, la durezza superficiale e la carteggiabilità, ma anche la resistenza allo strofinamento, allo sbiancamento provocato dall’acqua, l’adesione e la resistenza al blocking. E’ ancora più difficile ottenere un buon bilanciamento fra la flessibilità e la proprietà filmogena adeguata ed ancora la durezza/carteggiabilità nei casi in qui la quantità di composti organici volatili della composizione sia limitata ai 100 g/l. Alcuni fondi antimacchia a base acquosa sono formulati come barriera che blocca gli estrattivi idrosolubili. Altri sistemi agiscono chimicamente, legando le sostanze di estrazione nello strato di fondo, prevenendo così l’ulteriore migrazione degli estrattivi sulla finitura. Grazie a questi sistemi, le mani di fondo perdono colore, ma questo fenomeno non interessa la finitura. Nel tentativo di bloccare chimicamente il tannino, sono stati fatti diversi esperimenti, ampiamente descritti in letteratura. La tecnica principale consiste nell’utilizzare una dispersione polimerica anionica convenzionale, combinata con i pigmenti reattivi come l’ossido di zinco. Il meccanismo primario dei pigmenti è quello della chelazione (o precipitazione) dei cationi solubili dal pigmento con i fenoli. I pigmenti reattivi in genere sono molto efficaci nel bloccare i tannini. Tuttavia, in pratica, essi presentano i maggiori inconvenienti, in quanto la presenza degli ioni del metallo polivalenti può causare problemi di stabilità come l’incremento della viscosità e la gelificazione o la coagulazione del polimero. Ovviamente, questa soluzione è limitata ai prodotti pigmentati. Si cerca quindi di ottenere le proprietà “tannin blocking” senza impiegare i pigmenti reattivi, in altri termini, modificando la composizione del legante. Le dispersioni polimeriche cationiche sono state proposte come soluzione per evitare che le macchie idrosolubili, presenti sul supporto grezzo o verniciato, migrino attraverso un prodotto verniciante appena applicato. Comunque, la formulazione di una dispersione cationica richiede l’uso di un disperdente cationico come, ad esempio, i silani amminofunzionali. Inoltre la scelta del tipo di pigmento e di altri additivi è limitata dalla natura cationica del legante. Le emulsioni alchidiche uretano-modificate possono essere impiegate nei fondi per legno, come efficaci “tannins block”. Un vantaggio significativo delle emulsioni alchidiche è il loro naturale basso peso molecolare, che consente la buona penetrazione nei pori del legno. Conseguentemente alla modificazione uretanica, le emulsioni alchidiche presentano nella catena un certo numero di gruppi ureici. Si ritiene che per la loro natura basica, i gruppi ureici possono anche interagire con i tannini, prevenendo il sanguinamento. Un inconveniente significativo riscontrato nelle emulsioni alchidiche, comunque, è la lentezza del processo di essiccazione, che rende i fondi a base di queste emulsioni meno adatti alle applicazioni industriali.
LE PROPRIETA’ DEI SUPPORTI IN LEGNO D’USO INDUSTRIALE
Pino
Si utilizzano molte specie di pino presenti nel paese d’origine e importate. Esse differiscono per la quantità di resina presente, per le proprietà di espansione e contrazione, che influiscono entrambe sull’adesione del prodotto verniciante. Per legare i “fingerjoints” realizzati con il legno di pino, la scelta si orienta verso fondi flessibili.
Sequoia, cedro rosso e quercia
Queste specie contengono livelli eccezionalmente alti di acidi tannici idrosolubili, che migrano sulla superficie in seguito all’applicazione dei fondi a base acquosa. Quando esposti all’ossigeno, essi danno origine a tinte complesse, producendo macchie di tannino (giallo, marrone, grigio, verdastro ecc.).
Abete
Presenta elevati contenuti di resina e di tannino.
Abete rosso e abete americano
In queste specie, il contenuto di resina e di tannino è scarso e quindi sono relativamente facili da verniciare.
Mogano e Lauan
Questi legni a fibra aperta e le specie con superficie rugosa richiedono fondi con caratteristiche di media distensione e riempimento. Alcune specie asiatiche possiedono un alto contenuto di tannino.
MDF
I pannelli MDF variano in granulometria, in contenuto di resina e nei rapporti di compressione degli strati interni e superficiali, i quali influiscono tutti sull’effetto fresatura e sul rigonfiamento della fibra. I fondi a base acquosa devono essiccare velocemente, per ridurre al minimo il contatto con le fibre MDF. Dal momento che a volte per la produzione dell’MDF vengono utilizzati legni ricchi di tannino, è necessario l’impiego di fondi “stain blocking”.
