Laboratorio di Chimica del legno e Prodotti a base di legno (WOCHEWOP)

Il Laboratorio di Chimica del legno e Prodotti a base di legno copre vari aspetti della scienza e della tecnologia applicate al settore del legno. Le attività svolte vanno dalla determinazione della composizione chimica del legno (ammontare di lignina, cellulosa ed emicellulose, determinazione e analisi degli estrattivi ecc.), alla produzione e caratterizzazione di pannelli a base di legno (es. legno compensato, truciolare ecc.), alla caratterizzazione di adesivi termoindurenti e termoplastici sia per applicazioni strutturali che non, allo studio di prodotti per legno sostenibili e di origine naturale, allo studio dell’interfase tra legno e adesivi o prodotti di finitura.
Le applicazioni riguardano svariati settori, dal sistema produttivo vocato alle industrie del legno e dell’arredamento a base di legno, alla conservazione del Patrimonio Culturale sia su materiale proveniente da scavi archeologici che sulle strutture lignee (diagnostica, conservazione, rinforzo).

Valutazione delle proprietà delle giunzioni fra legno e adesivi di vario genere (es. di tipo epossidico, poliuretanico, vinilico, bio-based ecc.) e fra legno e prodotti vernicianti (es. di tipo acrilico, poliuretanico ecc.). In particolare, le giunzioni sono caratterizzate dal punto di vista fisico-meccanico, chimico e microscopico. Esempi di caratterizzazione fisico-meccanica sono la valutazione della resistenza a taglio secondo svariate procedure, prove di delaminazione, test di invecchiamento accelerato in clima/ambiente variabile, l’analisi dinamico-meccanica ecc. La caratterizzazione chimica viene svolta attraverso analisi spettroscopiche all’infrarosso, analisi gravimetriche, analisi cromatografiche ecc. Le osservazioni in microscopia sono volte a valutazioni morfologiche dell’interfase, profondità di penetrazione, spessore della linea di colla e dello strato di finitura ecc.

Produzione in scala di laboratorio di pannelli a base di legno (es. legno compensato, truciolare ecc.) per applicazioni sperimentali, come ad esempio lo sviluppo di nuovi prodotti collanti senza l’uso di formaldeide, l’impiego di additivi per migliorare le caratteristiche del materiale, l’uso di specie e/o biomasse legnose non comuni, lo sviluppo di adesivi a base naturale da fonti sostenibili, la produzione di pannelli per impieghi innovativi. I prodotti vengono poi caratterizzati in laboratorio attraverso prove fisiche, meccaniche, chimiche e per la valutazione del comportamento termomeccanico. Esempi di prove sono la valutazione della qualità dell’incollaggio per il multistrato, la valutazione dell’internal bond o resistenza allo strappo per il truciolare, valutazione del rigonfiamento e le varie altre caratterizzazione già descritte in precedenza.

Misura della composizione chimica del legno (lignina, cellulosa, emicellulose) e degli estrattivi con l’utilizzo di diverse tecniche d’indagine (es. cromatografia), e valutazione degli effetti di tali sostanze sulle proprietà tecnologiche del legno (es. proprietà biologiche, ritiro/rigonfiamento, incollaggio, proprietà meccaniche ecc.), anche in seguito ad invecchiamento naturale o alle interazioni del materiale con l’ambiente.
Queste attività vengono parzialmente condotte in collaborazione con:

• Laboratorio di Analisi e Ricerche Chimico-Ambientali (ARCA)
  

Valutazione dell’efficacia degli interventi di conservazione del legno degradato per applicazioni sia di tipo strutturale che non strutturale. Gli interventi di tipo strutturale includono quelli per la sostituzione di testate ammalorate di elementi lignei con protesi di legno e il rinforzo di elementi lignei degradati con l’uso di lamine e tessuti in fibre ad elevata resistenza (es. fibra di carbonio) oppure in fibre naturali (es. iuta, cotone ecc.). Gli interventi di tipo non strutturale comprendono anche quelli per la stabilizzazione e il consolidamento di materiale proveniente da scavi archeologico con prodotti di varia natura, fra cui zuccheri idrogenati e non (lattitolo, trealosio ecc.), polisaccaridi (amidi ecc), silani, PEG, colofonia e altri.
Queste attività vengono condotte in collaborazione con:

• Laboratorio di caratterizzazione anatomica del legno
• Laboratorio di prove fisico-meccaniche
  

Vengono determinate le quantità residue dei costituenti chimici del legno, quali i polisaccaridi strutturali (cellulosa ed emicellulose), la lignina, le ceneri e gli estrattivi. Tali analisi sono effettuate a fini diagnostici su campioni di legno degradato, principalmente proveniente da scavi archeologici e dunque in condizioni di degrado mediamente o altamente avanzato per effetto di attacchi batterici.
Queste attività vengono condotte in collaborazione con:

• Laboratorio di caratterizzazione anatomica del legno
  

Sono effettuate sia analisi spettroscopiche all’infrarosso che analisi chimiche gravimetriche per la determinazione: della lignina (metodo Klason, secondo la norma TAPPI T222), dopo estrazione della polvere con solventi organici e acqua; delle ceneri (norma TAPPI T211); dell’alfa-cellulosa (secondo una procedura interna CNR-IBE); dell’olocellulosa.

Sono effettuate prove di resistenza a taglio secondo le principali normative europee ed internazionali per la determinazione della qualità degli incollaggi su compensati e pannelli multistrato, legno truciolare, legno lamellare, pannelli di legno massiccio (es. EN 314/315, EN 14080, EN 13354, EN 301/302, EN 204/205 ecc.)

Contact person: Benedetto Pizzo

>Sono valutate la resistenza allo strappo (resistenza alla trazione perpendicolare al piano e resistenza al distacco degli strati esterni su pannelli di particelle e di fibre, EN 319 e EN 311), la resistenza a flessione perpendicolare al piano su pannelli multistrato o di particelle (EN 310), il rigonfiamento e la massa volumica di pannelli di multistrato e particelle (EN 317, EN 323).

Sono effettuate prove di delaminazione su adesivi strutturali e non secondo metodologie standard (EN 302, ASTM D2559, EN 14080 ecc.) e secondo procedure non standard messe a punto presso i laboratori del CNR-IBE.
Sono eseguiti anche test di esposizione ripetuta a cicli igrotermici ambientali (invecchiamento accelerato) su pannelli di vario genere (compensati e multistrato, pannelli di legno massiccio ecc., su materiale verniciato e non) per applicazioni che vanno dall’uso in ambienti interni (es. pavimenti, mobili, infissi ecc.) all’uso in esterni, compresi gli ambienti marini. I test vengono eseguiti mediante procedure interne del CNR-IBE.

Contact person: Benedetto Pizzo

• Pressa a caldo (T max 200°C) con capacità di 100 tonn, dimensione ripiani 600×800 mm²
• Spettrometro FT-MIR + FT-NIR con dispositivo ATR (Attenuated Total Reflectance)
• Macchina per prove dinamico-meccaniche (Dynamic Mechanical Analysis, DMA)
• Spettrofotometro UV-Visibile con controllo della velocità di scansione in temperatura fino a 100°C
• Impianto pilota di liofilizzatore, sup. 2600 cm²
• Forno a muffola capace di raggiungere temperature di 1100°C
• Viscosimetro rotazionale a shear rate variabile
• Mulino per la macinazione di biomassa legnosa e vegetale
• Vibro-setacciatore per la separazione granulometrica delle polveri
• Attrezzature per l’effettuazione di misure di tipo analitico (vetreria, bilance di precisione, titolatori automatici, agitatori riscaldanti, centrifuga, pH-metri, stufe, ecc.)
• Pressa orizzontale per l’incollaggio del legno