Uno studio di Christiane Swaboda, dell’Istituto per le Tecnologie del Legno di Dresda, analizza l’influenza che un’essiccazione forzata può produrre per mitigare il processo di rigonfiamento del legno
PREMESSA
Lo studio qui recensito parte dalla seguente constatazione: nonostante siano disponibili sul mercato prodotti vernicianti a base acquosa con proprietà tecniche analoghe, se non superiori, ai corrispondenti prodotti a base solvente, gli smalti a base acquosa faticano ad affermarsi nel settore del mobile; il principale svantaggio viene individuato nell’interferenza tra l’acqua presente nel prodotto verniciante e le proprietà igroscopiche del substrato legnoso. I conseguenti effetti di rigonfiamento delle fibre di legno che si possono verificare, si configurano quindi come ”l’ostacolo fondamentale per una veloce immissione sul mercato degli smalti a base acquosa”. Poichè, ”nell’ambito di un progetto di ricerca istituito dal Ministero dell’Economia e del Lavoro tedesco, è stato messo in luce che la fase acquosa di uno smalto richiede periodi di tempo differenti (da pochi secondi a parecchi minuti) per penetrare nella superficie di substrati legnosi di diversa natura e che tali tempi sono anche influenzati dal tipo di pretrattamento a cui il manufatto viene sottoposto”, l’interesse della ricerca è stato puntato sulla possibile influenza che una procedura di essiccazione forzata può produrre per mitigare il processo di rigonfiamento del legno.
LA SPERIMENTAZIONE
Lo studio della Swaboda si è quindi incentrato sull’utilizzo della tecnologia a microonde MOS (brevettata) nella fase di essiccazione, in quanto l’irraggiamento energetico delle microonde è in grado di trasportare velocemente il calore all’interno dei materiali contenenti sostanze bipolari come l’acqua permettendo, di conseguenza, l’evaporazione più veloce dell’acqua stessa e la riduzione degli effetti di rigonfiamento del substrato. I test svolti in questo studio hanno avuto lo scopo di ”definire in quale misura il pretrattamento mediante microonde della superficie verniciata può ridurre i tempi complessivi di essiccazione o migliorare le proprietà superficiali dei manufatti. Tuttavia, poichè la radiazione penetra anche all’interno del legno, si è reso necessario compiere ricerche anche sul ruolo del substrato da verniciare e su come l’umidità presente in esso possa influire sul risultato generale”. I prodotti vernicianti testati, tutti di comune uso industriale, sono stati i seguenti:
smalto 1 = dispersione acrilata monocomponente, trasparente, ad essiccazione fisica;
smalto 2 = smalto PUR acrilato monocomponente, trasparente, a reticolazione UV;
smalto 3 = smalto UV bicomponente all’acqua, con alta stabilità al ”blocking”, per cucine, combinazione di acrilato-PUR + 5% di indurente, pigmentato.
Questi prodotti vernicianti sono stati applicati sui seguenti substrati:
vetro
pino (legno di conifera, umidità assorbita velocemente);
piallaccio di quercia su truciolato (porosità ad anello, rigonfiamento dei pori, problemi di brillantezza);
MDF con impregnante per cucine.
L’applicazione è stata eseguita a spruzzo (a 3,5 bar con ugello da 1,7 mm) e tutti i campioni sono stati lasciati essiccare per circa 1 minuto a temperatura ambiente (22°C) e successivamente inseriti nel sistema MOS per 2 minuti e 6 secondi; il completamento dell’essiccazione è stato effettuato in forno ad aria calda (a 45°C per 4 minuti e 20 secondi) e, per i soli campioni rivestiti con smalto 2 e smalto 3, si è eseguita la reticolazione in tunnel UV al gallio (potenza 2,5 J/ cm2 ) alla velocità di traslazione di 7 m/min. Al fine di testare le differenti risposte dei campioni al variare delle condizioni operative del sistema MOS, le prove sono state effettua te con i seguenti parametri:
variante 1 = assenza di microonde;
variante 2 = applicazione di sistema MOS a 3 magnetron;
variante 3 = applicazione di sistema MOS a 6 magnetron.
Al termine dei differenti processi di applicazione ed essiccazione, sono state analizzate le proprietà delle superfici dei diversi campioni, mediante una serie di prove di laboratorio di cui si riportano i risultati qui di seguito.
Test 1 –
Determinazione dell’acqua residua nel film di smalto, mediante titolazione colorimetrica con attrezzatura Karl Fischer Le analisi mostrano che l’applicazione delle microonde sul substrato in vetro produce una significativa riduzione dell’acqua residua nel film solo per lo smalto 1, mentre nel caso degli altri due smalti (UVreticolabili) tale variazione non è significativa. Analogo risultato (variazione insignificante) lo si è ottenuto con il substrato in MDF: con o senza pretrattamento a microonde, la quantità d’acqua residua è pressochè identica. Diversa, invece, la situazione nel caso dei substrati in pino e quercia. in tutti i casi testati, l’applicazione di 6 magnetron produce un incremento della quantità d’acqua residua nel film, rispetto all’assenza di pretrattamento e alla applicazione di 3 magnetron; ciò sta a dimostrare che l’utilizzo di una potenza più elevata del sistema a microonde provoca una maggiore migrazione verso la superficie dell’umidità presente nel substrato in legno, che va ad aggiungersi a quella già presente nel film. A sostegno di questa interpretazione, nella Tabella 1 vengono riportati i risultati delle analisi effettuate sui substrati in questione, tese a quantificare la percentuale d’acqua sulla superficie del substrato, prima e dopo l’applicazione del sistema MOS a 6 magnetron. Come si può osservare, l’incremento di umidità non è stato rilevato nel caso dell’MDF perchè in questo caso, il tipo di rivestimento e l’elevata distribuzione delle resine producono un ”effetto barriera” nei confronti del trasporto di acqua dall’interno alla superficie del substrato.
Test 2 –
Determinazione della rugosità delle superfici verniciate mediante profilometro Per tutti e tre i tipi di smalto applicati sui substrati in pino e quercia si è manifestata una maggiore rugosità superficiale dei campioni verniciati, dopo essiccazione con sistema MOS a 6 magnetron rispetto a quello a 3 magnetron. In valore assoluto, la rugosità è risultata maggiore nel caso della quercia rispetto al substrato in pino. Nel caso della quercia, tuttavia, l’applicazione degli smalti 1 e 2 tende a livellare l’originaria rugosità strutturale del substrato (prima dell’applicazione del rivestimento) dovuta all’azione di riempimento effettuata dagli smalti stessi. Come previsto, invece, non si è avuta alcuna variazione significativa della rugosità dell’MDF per tutte le varianti applicative del sistema MOS.
Test 3 –
Influenza del pretrattamento MOS sulla reticolazione degli smalti, mediante misure di attenuazione del pendolo (EN ISO 1522) con durometro di Koenig e misure di transizione vetrosa mediante calorimetro a scansione differenziale (DSC) Poichè la radiazione delle microonde attiva le vibrazioni dei dipoli, riscaldando il materiale si può supporre che l’incremento dell’agitazione molecolare possa avere un’influenza positiva sui processi di filmazione e di reticolazione del prodotto verniciante. Ciò può essere dimostrato praticamente mediante misure di attenuazione del pendolo e di transizione vetrosa, che forniscono valori tanto più elevati quanto maggiore è il grado di reticolazione raggiunto, o quanto più duro è lo strato di smalto. Le prove hanno mostrato che per tutti e tre i tipi di smalto utilizzati, il pretrattamento con microonde ha fornito (su un periodo di tre settimane) valori maggiori (per i due parametri analizzati) nel caso di uso del sistema MOS a 6 magnetron rispetto a a quello a 3 magnetron (che a sua volta è risultato maggiore rispetto all’assenza di radiazione). Tra i tipi di smalto utilizzati, la maggiore durezza è stata raggiunta dallo smalto 2, seguito dallo smalto 1 e infine dallo smalto
Test 4 –
Comportamento agli agenti chimici, secondo EN 12720 Il test è stato condotto solo con acetone, applicato per 2 minuti sui campioni. Lo smalto 1 ha mostrato, in valore assoluto (rispetto agli altri due smalti), i valori più bassi per questo parametro; in termini relativi, il valore maggiore è stato rilevato sul campione sottoposto a 6 magnetron. Gli smalti 2 e 3 hanno mostrato, in valore assoluto, valori più elevati di resistenza all’acetone, rispetto allo smalto 1; per contro, i campioni sottoposti a 6 magnetron hanno mostrato una minore resistenza rispetto a quelli sottoposti a 3 magnetron. Ciò sembra poter essere spiegato dal fatto che (come evidenziato nel Test 1), l’eccesso di acqua residua presente nei campioni di pino e quercia sottoposti a 6 magnetron, non viene rimossa completamente dallo smalto, a causa di una reazione di reticolazione troppo veloce e la sua permanenza nel film riduce le prestazioni di resistenza all’acetone.
Test 5 –
Determinazione del potere adesivo secondo EN ISO 2409 (test della quadrettatura) Questo test è stato eseguito solo sui substrati in pino e quercia, per tutti e tre gli smalti. Le uniche differenze significative si sono avute con lo smalto 1: l’applicazione di 3 magnetron ha prodotto una quadrettatura levigata priva di ”effetto picchiettatura” su entrambi i substrati, mentre l’applicazione di 6 magnetron ha prodotto segni di vescicamento. Negli smalti 2 e 3, invece, è stata osservata una leggera picchiettatura sia con 6 che con 3 magnetron, ma in tutti i casi la prestazione è rientrata tra i parametri stabiliti per la valutazione del potere adesivo delle superfici dei mobili (da GT0 a GT2).
Test 6 –
Determinazione della resistenza all’usura, mediante abrasione con apparecchiatura Mini Martindale (moto Lissajous) e valutazione delle variazioni di brillantezza e classificazione dell’immagine scalfita Questo test è stato eseguito solo sullo smalto 3 applicato su substrato in MDF, in quanto progettato espressamente per il settore dell’arredamento per cucine: il test serviva a valutare in quale misura il pretrattamento a microonde potesse esercitare un proprio specifico effetto sulla resistenza all’usura. I risultati delle prove hanno invece mostrato una brillantezza superficiale molto modesta ed un leggero aumento dell’usura: in questo caso, quindi, il pretrattamento con microonde non ha portato alcun miglioramento prestazionale alle già di partenza elevate prestazioni del prodotto verniciante, ma le ha al contrario leggermente ridotte.
CONCLUSIONI
Le conclusioni a cui è giunta C. Swaboda dopo l’effettuazione di tutti i test, sono state le seguenti: i risultati disponibili rendono evidente che il pretrattamento a microonde influenza la qualità della superficie. In particolare, è possibile ottenere una riduzione dei tempi di essiccazione per quei prodotti vernicianti ad essiccazione fisica applicati su substrati inerti come il vetro. Con i sistemi a reticolazione UV rapida, le proprietà dello smalto sono migliorate, il che sta ad indicare come il pretrattamento a microonde migliori il processo di reticolazione. Tuttavia, nei substrati in legno, l’applicazione di una non idonea potenza della radiazione provoca un’eccessiva migrazione dell’umidità presente nel substrato verso la superficie e il film di vernice, influendo negativamente sulle prestazioni tecniche del rivestimento: si manifesta cioè un vescicamento visibile, una riduzione del potere adesivo ed una maggiore rugosità superficiale. Dalla sperimentazione effettuata si può quindi affermare che ”l’applicazione delle microonde per l’essiccazione veloce degli smalti a base acquosa applicati su substrati in legno deve essere esattamente regolata alle caratteristiche del substrato e dello smalto, a fronte di analisi approfondite delle condizioni degli stessi. In caso contrario si potrebbero verificare perdite della qualità dei prodotti”.
