I nuo­vi ma­te­ria­li au­men­ta­ti ge­ne­ra­ti dal le­g­no

La nascita di una nuova generazione di materiali aumentati elaborati a partire dal legno è l’oggetto dello studio che il Laboratorio di ingegneria dei materiali polimerici del Dipar­timento tecnologie innovative della SUPSI sta portando avanti con partner quali Federlegno Ticino e i suoi associati, e numerosi esperti di sviluppo di prodotti sostenibili, quali HintLabs.

Publikationsdatum
04-12-2019
Anna Rita De Corso
Ricercatrice presso il Laboratorio di ingegneria dei materiali polimerici del Dipartimento tecnologie innovative della SUPSI
Andrea Castrovinci
Ricercatore presso il Laboratorio di ingegneria dei materiali polimerici del Dipartimento tecnologie innovative della SUPSI

La tecnologia scelta per questo progetto multidisciplinare è concettual­men­te semplice, flessibile, efficace, economica e sostenibile: si tratta del Layer-by-Layer nanoassembly (LbL) e sfrutta la deposizione di strati monomolecolari di polimeri ionici per costruire, in pochi ­nanometri, un multistrato funzionale in grado, ad esempio, di rendere idrofobico il legno, ritardarlo alla fiamma, veicolare sulle superficie elementi conduttivi, ­senza alterare in alcun modo percepibile le caratteristiche del legno, che appare all’utente finale come grezzo e privo di artefatti. Con questo approccio è possibile, per esempio, nobilitare legni che al momento non trovano impieghi ad alto valore aggiunto, oppure sviluppare ulteriormente opportunità applicative per ­legni nobili già ampiamente utilizzati per l’edilizia e il design di interni.

A dimostrazione dell’effetto che il LbL può avere su superfici normalmente idrofile come i legni, riportiamo di seguito l’esempio ottenuto dai test effettuati sulla robinia. L’immagine 1 riporta tre provini su tagli di robinia, un legno diffuso in Ticino che al momento non trova applicazioni di valore. Il provino a sinistra non è stato trattato, mentre gli altri due hanno uno strato nanometrico realizzato con la tecnica LbL che, in questo caso, ha reso la superficie idrorepellente. A un’ispezione visiva accurata non risulta evidente alcuna modifica superficiale: il legno appare naturale, senza artefatti. Tuttavia si può osservare come il campione non trattato stia assorbendo l’acqua depositata, mentre le due porzioni trattate tengono le gocce d’acqua sospese, senza assorbire nulla.

La tecnica LbL permette di trattare tutta la matrice del legno, arrivando a modificare le pareti interne della struttura cellulare del legno (vedi immagine 2), mantenendo quindi le prestazioni aumentate anche sulle superfici tagliate e/o lavorate.

Il legno trattato, quando investito dall’acqua (vedi immagine 3), la riceve senza assorbirla nella matrice cellulosica, senza quindi rigonfiare, garantendo un’eccellente stabilità dimensionale.

Queste caratteristiche rendono il legno trattato un nuovo elemento per l’interior design e le applicazioni negli ambienti esterni. Le specifiche proprietà chimico-fisiche che il LbL può veicolare trasformano il legno stesso in un materiale aumentato, preservandone la percezione di elemento naturale e sviluppandone le funzionalità ben oltre i suoi limiti ordinari.

Specifiche tecniche

La modifica della superficie viene ­realizzata trattando il legno con soluzioni acquose molto diluite di opportuni agenti chimici che legandosi alla struttura del legno riducono la sua affinità con l’acqua. Il trattamento viene realizzato in un reattore (o autoclave) che permette di operare in leggera pressione per agevolare la diffusione della soluzione nella struttura del legno.

Polimeri ionici positivi e negativi in soluzione acquosa si depositano alternativamente sulla superficie del legno, costruendo un network di spessore nanometrico che porta e mantiene in posizione le sostanze chimiche.

La sostenibilità del processo è ga­rantita dalla composizione della soluzione, a base di acqua, in cui le molecole/ioni sono in concentrazione attorno a 1 grammo/litro (a titolo di confronto l’acqua di mare ha una concentrazione salina di circa 35 grammi/litro).

Le sostanze chimiche che vengono veicolate sulla superficie determinano le proprietà del legno aumentato; oltre alla già citata idrorepellenza, è possibile ad esempio veicolare sistemi ritardanti alla fiamma per aumentarne la resistenza in caso di incendi; oppure introdurre biocidi per fermare la crescita di microorganismi.

Un esempio concreto di applicazione del LbL su cui attualmente il nostro Laboratorio sta lavorando è il trattamento di fogli di impiallacciatura di legno, che potranno in seguito essere utilizzati come rivestimenti ad alto valore aggiunto, ad esempio nel retrofit di superfici compromesse, veicolando insieme alle caratteristiche del legno naturale le proprietà aumentate come la idro/oleofobia, la resistenza alla fiamma, la resistenza all’attacco di muffe e microorganismi, la durezza superficiale e altro ancora.

L’elemento chiave per un’applicazione sistematica del LbL nella catena del valore del legno passa attraverso uno scale-up industriale dei trattamenti oggetto di studio. Il nostro Laboratorio segue già progetti di questo tipo nell’implementazione del LbL su impianti industriali nel settore dei tessuti-non tessuti sintetici; un’esperienza che verrà messa a disposizione dei trasformatori del legno.

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