I futuri orientamenti della scienza per risolvere i problemi che determinano scompensi soprattutto sui prodotti incollati, come i listellari. La tecnologia di essiccazione finlandese per la stabilizzazione modifica il comportamento delle tavole.
In uno dei suoi ultimi interventi, a Pesaro, ricordo il prof. Giordano, scomparso in tempi recenti, con quale determinazione e convinzione richiamasse líattenzione della platea che attentamente lo ascoltava, al fatto che tutti i problemi che affliggono gli operatori del settore, mobilieri, falegnami, produttori di ogni manufatto derivato dal legno, fossero sempre riconducibili in qualche modo all'umidità.
Quando l'albero è tagliato, muore biologicamente ma continua a vivere fisicamente lavorando incessantemente nel tempo, ad ogni variazione di clima ambientale, assumendo o cedendo acqua dall'ambiente.
La cessione o assunzione di umidità, avviene mediante la formazione di legami idrogeni, tra gli ossidrili che costituiscono il legno e l'umidità contenuta nell'ambiente. Il fenomeno che ne consegue è quello del ritiro o rigonfiamento del legno.
La composizione chimica del legno prevede tre costituenti base, la cellulosa, la emicellulosa e la lignina normalmente presenti nel seguente rapporto:
Cellulosa 40-50 %
Emicellulosa 20-35%
Lignina 15-35 %
Prendendo in considerazione uno dei tre polimeri citati, la cellulosa, il meccanismo di cessione e assunzione di umidità può essere spiegato come segue.
Nella figura uno sono schematizzate l'unità molecolare che costituisce la cellulosa, il cellobiosio e la molecola dell'acqua. La molecola dell'acqua è polare e quando si avvicina ad un gruppo ossidrilico si ottiene una conseguente attrazione per bilanciamento delle cariche.
Se non ci soo?no molecole di acqua a disposizione, il bilanciamento avviene comunque tra due ossidrili contigui. Nel primo caso il fenomeno porta ad un rigonfiamento del legno, mentre nel secondo caso il legno si restringe.
Questi fenomeni sono illustrati schematicamente. Analogo è il comportamento degli altri due polimeri che costituiscono il legno, la lignina e l'emicellulosa.
Considerando che il legno è un materiale eterogeneo ed anisotropo, l'entità di questi movimenti dipenderà dalla direzione del taglio.
Un materiale si definisce anisotropo quando il suo comportamento differisce nelle tre dimensioni.
Nel verso longitudinale i movimenti del legno sono trascurabili, maggiori se il taglio è radiale e notevoli se il taglio è tangenziale. Ad esempio per il faggio, ad ogni variazione percentuale di umidità, la variazione dimensionale del legno sarà all'incirca 0 % per la direzione longitudinale, 0,2 % per la direzione radiale e 0,4 % per la direzione tangenziale.
Da quanto sopra si può capire quanta importanza possa avere la stabilità del legno che compone un semilavorato e quanta attenzione si debba avere nel considerare, sul prodotto finito, le inevitabili variazioni dimensionali che si produrranno con il variare dellíumidità ambientale.
Il problema si complica quando si deve anche tenere conto se il legno è incollato, per le tensioni conseguenti che si scaricano sulla linea collante.
A tutti sono noti ad esempio i fenomeni di scollaggio che talvolta avvengono sulle teste di pannelli listellari. L'origine dell'inconveniente è normalmente dovuta al fatto che il manufatto è passato da una condizione di maggiore umidità di equilibrio ad una umidità pi˜ bassa, una volta portato in un ambiente a clima molto seccoo?.
La cessione di acqua all'ambiente, avviene con una velocità cinque volte superiore sulle teste che sulla superficie. Ne consegue pertanto che la cessione di acqua nell'ambiente avviene con elevata rapidità in queste posizioni, con conseguente restringimento del legno, originando delle forze di tensione perpendicolari alla linea collante.
Se il collante utilizzato non possiede una resistenza sufficiente ad opporsi a queste forze si ottiene la delaminazione del pezzo. In caso diverso ed estremo, l'incollaggio tiene e il legno tende a fessurarsi.
Se si vuole ridurre quanto pi˜ possibile questi fenomeni, è necessario intervenire sulla struttura del legno bloccando in qualche modo il meccanismo che origina la formazione dei ponti idrogeno. Sperimentazioni di ogni tipo sono ricordate in letteratura, ma sempre solo da un punto di vista teorico, senza una effettiva implicanza pratica, almeno a conoscenza dello scrivente. Solo recentemente la tecnologia finlandese, mirata alla stabilizzazione del legno, ha portato a qualche successo realizzando, mediante un processo relativamente semplice e pratico, un prodotto pi˜ stabile che ad oggi può essere acquistato sul mercato a prezzi non molto lontani da quanto pagato per un legname non trattato.
Nel corso di una riunione organizzata dal CATAS nell'aprile scorso, i tecnici finlandesi della Finnforest hanno illustrato nel dettaglio i principi base sui quali si fonda questa tecnologia. Il processo è denominato ThermoWood e può essere diviso in tre fasi:
Fase uno
La temperatura nell'essiccatoio è portata rapidamente sui 100°C con líaiuto di calore e vapore. Quindi gradatamente la temperatura è innalzata a 130°C e il legno si porta praticamente a umidità zero.
Fase 2
Terminata qo?uesta fase, la temperatura dellíessiccatoio viene innalzata a 185-230°C rimanendo a queste temperature per 2-3 ore in funzione dell'uso finale previsto per il materiale trattato.
Fase 3
Nella fase tre, la temperatura viene fatta diminuire spruzzando acqua nebulizzata. Una volta raggiunta una temperatura di 80-90°C, si riumidifica e si condiziona il materiale fino a portarlo ad una umidità lavorabile superiore al 4 %.
La fig. 4 illustra schematicamente líandamento della temperatura nelle tre fasi. Quando la temperatura s'innalza o si abbassa, un sistema speciale di aggiustamento impedisce la formazione di fessurazioni all'interno e in superficie.
E' la temperatura interna del legno che regola l'andamento della temperatura dellíessiccatoio e la differenza fra la temperatura del legno e quella dell'essiccatoio sarà funzione delle dimensioni della tavola da trattare.
Questo processo può essere applicato sia al legno verde, sia al legno precedentemente essiccato e vale sia per le latifoglie, sia per le resinose. Per ogni specie legnosa considerata si deve comunque trovare la giusta ottimizzazione dei parametri che regolano la conduzione del processo. La struttura del legno, con il trattamento sopra descritto viene profondamente modificata e lo dimostra la serie di fotografie (Tampere University of Technology) dove si rileva come la struttura di una resinosa trattata, sia molto similare a quella di una struttura di una resinosa vecchia di oltre 350 anni. Il confronto con una struttura giovane non trattata, rende evidente la differenza. Il meccanismo di trasformazione chimica del legno sottoposto a trattamento termico è molto complesso. La cellulosa, l'emicellulosa, la lignina, gli estrattivi, trattati a temperatura elevata si modificano in qualche modo, confereno?do al legno, per la presenza delle nuove sostanze prodotte, una modifica alle sue usuali caratteristiche.
Uno degli ultimi lavori di Kotilainen dell'Università di Jyvaskyla ha portato alla creazione di una tabella riassuntiva delle varie trasformazioni introdotte con questo trattamento, illustrate nel grafico della fig. 5.
Classificazione
Secondo il tipo di trattamento effettuato il ThermoWood può essere classificato in classi con livelli di prova veri e propri che i finlandesi stanno mettendo a punto. Un esempio di classificazione viene illustrato nella tabella 1, differenziato per resinose e latifoglie.
Le due classi previste sono per interni e per esterni. Nel caso per interni il trattamento viene effettuato a 190°C mentre per esterni la temperatura di processo sale fino a 212°C. Interessante notare come le resinose diano in genere risultati migliori rispetto le latifoglie trattate anche per la possibilità di operare il trattamento a temperature leggermente pi˜ alte. Uno svantaggio si evidenzia in ogni caso, l'inscurimento del colore naturale del legno, tanto pi˜ accentuato quanto pi˜ alta è la temperatura raggiunta nel trattamento.
Caratteristiche
Alcune caratteristiche del legno trattato vengono di seguito descritte.
a) Densità
In genere la densità del legno trattato tende a diminuire per la perdita di peso che è conseguente al trattamento effettuato. Il diagramma della fig. 6 illustra questo andamento dove si nota come maggiore sia la temperatura del processo, inferiore risulta la sua densità.
b) Caratteristiche meccaniche
Essendo come noto le caratteristiche meccaniche del legno dipendenti dalla densità, è logico aspettarsi una diminuzione di resistenza sulla base della diminuzione della deno?sità. Essendo comunque molto lieve la riduzione della densità, anche la resistenza diminuirà di conseguenza lievemente. La resistenza alla flessione è stata esaminata su materiali trattati aventi molti nodi o pochi nodi. Su quelli senza nodi la resistenza del materiale rispetto al materiale non trattato, diminuisce meno che su quelli che presentano nodi. Durante il trattamento la fuoriuscita delle resine, può in effetti far allentare i nodi da cui una diminuzione pi˜ marcata della resistenza a flessione.
Un aumento della resistenza alla compressione nel senso parallelo allíorientamento delle fibre è stato invece notato sul materiale trattato come lo dimostra il grafico della fig.7 Se si arriva alla rottura, si nota come il legno trattato si spezza frantumandosi a differenza del legno non trattato. Questo è un indice che dimostra la minore elasticità del legno trattato rispetto quello non trattato.
C) umidità di equilibrio
Il trattamento termico del legno riduce il contenuto di umidità all'equilibrio. Questo fenomeno è particolarmente accentuato ad elevate umidità relative dell'aria.
Con una umidità ambiente dell'80-90 %, l'umidità di equilibrio che si raggiunge sul legno trattato risulta del 40-50 % meno rispetto al legno non trattato, come ben illustrato nel grafico della fig.8 Dal grafico si nota come il campione di controllo che con il 65 % di umidità relativa dell'aria, raggiunge una umidità di equilibrio nell'intorno del 14 %, il corrispondente materiale trattato arriva nelle stesse condizioni di esposizione, ad una umidità non superiore al 6 %.
Come conseguenza di una minore umidità di equilibrio, il rigonfiamento tangenziale e radiale viene di molto diminuito come illustrato o?dalle figure 9 e 10. Dai diagrammi si nota come il rigonfiamento sia quasi dimezzato rispetto al materiale non trattato.
d) Permeabilità
Anche questa è una caratteristica favorevole al legno trattato perché prove di immersione in acqua hanno fatto rilevare un assorbimento inferiore come illustrato dalla fig.11.
e) Proprietà termiche
La conduttività termica del legno si riduce sul legno trattato almeno del 20%. Questo rappresenta un vantaggio per la produzione di elementi quali porte finestre, saune per le quali l'isolamento termico è una delle caratteristiche pi˜ richieste.
f) Comportamento al fuoco
Dalle prove fatte dai finlandesi in conformità alle norme ISO 5660, è risultato che il tempo di ignizione del legno trattato si riduce del 30 % e la formazione di fumo aumenta almeno del doppio. In sostanza il trattamento termico riduce le caratteristiche di resistenza al fuoco.
f) Durabilità biologica
L'attacco da funghi è stato ampiamente studiato rilevando in ogni caso sostanziali vantaggi. Il tempo di decadimento del legno, rilevato come perdita di peso, aumenta considerevolmente per il legno trattato, come evidenziato dal grafico della fig 12.
Maggiore è la temperatura del trattamento, pi˜ durabile risulta il legno. Anche contro l'attacco di insetti il Thermowood ha dato ottimi risultati come confermato dalle prove fatte in Francia dal CTBA in presenza del Lyctus e l'Anobium Punctatum e in una certa misura anche delle termiti, seppure per questi insetti ulteriori sperimentazioni siano necessarie
f) Colore
Il processo ThermoWood presenta, come sopra accennato, uno svantaggio che è l'inscurimento del colore naturale in funzione della temperatura e del tempo deo?l trattamento. Nella tabella 2, viene riportata la variazione di tonalità del colore per un trattamento di 3 ore a temperature crescenti da 100°C a 240°C.
Soprattutto per interni, un trattamento di un legno chiaro come il pino, non dovrebbe superare la temperatura di 180°C.
g) Emissioni
L'emissione di sostanze organiche volatili è molto ridotta per il ThermoWood. Dalle conifere, l'emissione principale riguarda i terpeni che passano dal 70 % per il legno non trattato a meno del 10 % per il Thermowood.
La lavorazione del Thermowood
La lavorazione del Thermowood viene fatta come la lavorazione di un legno non trattato tenendo però presenti una serie di accorgimenti. Essendo il legno trattato, particolarmente secco, è possibile una produzione di polverino molto fine che deve essere eliminato con aspirazioni adeguate.
Inoltre il Thermowood è pi˜ fragile del legno normale e pertanto è raccomandabile che le operazioni di sezionatura e taglio siano effettuate con utensili sempre ben affilati. L'incollaggio del Thermowood pare non presenti particolari problemi.
Da tenere presente solo che la struttura del legno è piuttosto chiusa e quindi pi˜ difficile è la penetrazione del collante nel legno. Per questo, in particolare utilizzando adesivi vinilici, potrebbero essere richiesti tempi di pressaggio pi˜ lunghi. Nel caso di impiego di adesivi vinilici, è raccomandato sempre un prodotto acido che aderisce meglio sulla superficie del ThermoWood.
Idonei sono ad esempio adesivi di tipo D3 che presentano un pH di 2-3 o un bicomponente in classe D4 la cui acidità deriva dall'induritore aggiunto.
Conclusioni
Le informazioni della Finnforest risultano certamente interessanti ma dovrebbero essere ulterio?ormente approfondite. Nel settore della produzione di pavimenti prefiniti ad esempio, la stabilità del listone è condizionata dalle tensioni che lo strato nobile esercita sul supporto. Il problema si pone in particolare quando il legno, da una condizione di umidità elevata si porta, in un ambiente dove l'umidità non supera il 30 %, ad assumere una bassa umidità di equilibrio.
La perdita di umidità produce nel legno una variazione dimensionale con il formarsi conseguente di fenomeni indesiderati quali la coppatura e l'arcuatura. Ma non solo i pavimenti prefiniti pongono talvolta il problema, ma anche la produzione di pannelli listellari. Prodotti in ambiente dove l'umidità è del 70-80 %, vengono posti in opera dove l'umidità è del 20-30 %. Inevitabile il problema della aperture delle teste. L'utilizzo pertanto di un materiale a bassa umidità di equilibrio come il ThermoWood, potrebbe essere l'inizio per una buona soluzione al problema.
La ricerca su specie legnose e prodotti finiti diversi, dovrebbe essere un punto di interesse per le nostre strutture universitarie che con l'apporto dellíindustria potrebbero portare sensibili benefici alla nostra economia in un settore, come quello delle applicazioni industriali del legno che, a parere dello scrivente, ben poco se non niente, trae da queste strutture un reale beneficio. (Dalla Redazione di Xylon & Xylon Int'l)