Alla ricerca di un metodo di valutazione “molto” accelerato

Alessia Matellon
Elena Conti
CATAS

Introduzione

La valutazione dell’efficacia in uso dei cicli di verniciatura per legno per esterni si ottiene attraverso l’esecuzione di prove d’invecchiamento. Esistono diversi metodi d’invecchiamento artificiale che possono fornire dati utili come sistema di confronto, ma che purtroppo sono notoriamente discutibili rispetto alle condizioni in opera per una serie di fattori che non sono riproducibili artificialmente. Un esempio? Ce ne sono molti: l’effetto dei microrganismi, l’inquinamento, il vento…quindi l’invecchiamento naturale non deve mancare se si vuole valutare
in maniera affidabile l’efficacia del prodotto all’esterno. Poi, volendo essere particolarmente scrupolosi, anch’esso potrebbe essere discutibile: qual è la zona di esposizione migliore? Beh, fidatevi del fatto che il CATAS vanta un sito di esposizione degno di nota! Sbalzi di temperatura, di umidità: una ricerca effettuata qualche anno fa ha dimostrato che rispetto ad altri siti in Europa, il nostro sarebbe il più “rigoroso”. Unico difetto del test è la durata! Un test d’invecchiamento naturale ha la durata minima di un anno, secondo le vigenti normative.
Ma il mercato richiede tempi più brevi e quindi è necessario orientarsi verso test accelerati. Per avere risposte in tempi più brevi, le normative europee ci propongono un test d’invecchiamento artificiale che consente di ottenere un risultato in 3 mesi. E’ dalla richiesta dei produttori di serramenti che parte la ricerca di un invecchiamento accelerato che fornisca risultati in tempi ancora più brevi e che sia al tempo stesso attendibile.

I prodotti

Grazie alla collaborazione della ditta Sayerlack di Pianoro (BO), sono stati reperiti prodotti di diversa e nota efficacia. Sono stati quindi confrontati tra loro quattro cicli denominati 1, 2, 3 e 4, classificati come segue:
1. formulazione di vecchia generazione con resina molto flessibile;
2. formulazione di nuova generazione, considerata di elevata qualità;
3. prodotto economico;
4. prodotto standard.

Le prove

A confronto con l’invecchiamento naturale (secondo EN 927-3), sono state eseguite le seguenti prove:
• invecchiamento artificiale con lampade UV (EN 927-6);
• invecchiamento artificiale con lampade allo xeno (ASTM G 155-05);
• invecchiamento con ruota di degradazione artificiale (Metodo Gardner).

Dettagli sui cicli d’invecchiamento artificiale

La EN 927-6 prevede l’utilizzo di lampade UVA 340 nm il cui ciclo è suddiviso in due step. Il primo step consiste in 24 ore di condensa a 45 °C, il secondo step da 144 ore che si suddivide in: 2,5 ore di luce alla temperatura del pannello nero di 60 °C e irraggiamento di 0,89 W/
m2 e 0,5 ore di spruzzi d’acqua. Il ciclo completo è ripetuto 12 volte. La durata della prova è di 2016 ore. La norma americana ASTM G 155- 05 prevede l’uso di una lampada allo xeno. L’irraggiamento è di 0,35W/m2 ; la temperatura del pannello nero è di 60 °C. La prova è costituita da cicli della durata di 24 ore suddivisi in 102 minuti di luce e 18 minuti di luce e spruzzi d’acqua. La durata della prova è di 1000 ore totali. La prova secondo il metodo della Ruota Gardner è costituita da un ciclo suddiviso in 24 minuti di lampade UV da 300 W, poi i provini sono mantenuti a temperatura ambiente per 27 minuti, 12 minuti d’immersione in acqua e poi nuovamente a temperatura ambiente per 27 minuti. Il ciclo è ripetuto per 336 volte. La durata è dunque di 3 settimane. Inoltre, al fine di intensificare gli effetti e quindi accelerare ulteriormente i tempi di risposta, sono stati adottati i seguenti accorgimenti:
• prova secondo la EN 927-6: uno dei provini è stato ricavato dall’incollaggio di due elementi con disposizione della venatura perpendicolare l’una rispetto all’altra (vedi foto n. 1) e su un altro provino è stato eseguito un intaglio perpendicolare alla direzione della venatura;
• prova secondo la ASTM G 155-05: su uno dei provini è stato eseguito un intaglio a X;
• prova secondo il metodo Gardner: su uno dei provini è stato eseguito un intaglio a X;
• sulla superficie di un provino, per ciascuna tipologia, destinato alla prova d’invecchiamento naturale, è stata eseguita una fresata (detta Water Trap) di 20 mm di diametro e profonda 5 mm come descritto dall’allegato E della EN 927-3.
Riguardo alle durate dei test, si è ritenuto di non superare un tempo massimo di risposta di 3 mesi, tenendo come riferimento il massimo numero di ore previsto dalla norma europea. Ad ogni modo sono state eseguite delle valutazioni intermedie sia sui provini sottoposti secondo la EN 927-6 sia su quelli provati con la ASTM G 155-05, con l’intento di valutare gli effetti degli invecchiamenti sui provini “speciali” cioè rispettivamente sui provini incollati e sui provini intagliati.

Risultati

Valutazione dei test d’invecchiamento artificiale

  • Le valutazioni includono:
  • la variazione di colore e di lucentezza rispetto alla condizione iniziale;
  • tutti i difetti classificabili secondo la ISO 4628 (presenza di rotture, sfogliamenti, formazione dall’incollaggio di due elementi con disposizione della venatura perpendicolare l’una rispetto all’altra (vedi foto  n. 1) e su un altro provino è stato eseguito un intaglio perpendicolare alla direzione della venatura;
  • prova secondo la ASTM G 155-05: su uno dei provini è stato eseguito un intaglio a X;
  • prova secondo il metodo Gardner: su uno dei provini è stato eseguito un intaglio a X;
  • sulla superficie di un provino, per ciascuna tipologia, destinato alla prova d’invecchiamento naturale, è stata eseguita una fresata (detta di vescicature e sfarinamento)
  • secondo una scala da 0 (nessun difetto) a 5 (difetto molto diffuso);
  • la verifica dell’adesione in conformità alla ISO 2409 (metodo della quadrettatura) secondo una scala da 0 (ottima adesione) a 5 (pessima adesione);
  • la verifica dell’adesione e di altri eventuali difetti in corrispondenza dell’intaglio.
Ciclo A Ciclo B Ciclo C Ciclo D
Colore (DE) 3,97 1,61 4,36 3,49
Variaz. Gloss 3,5 3,6 3,8 1,8
Rotture 0 0 0 0
Sfogliamento 0 0 0 0
Blistering 0 0 0 0
Sfarinamento 0 0 0 0
Adesione 0 0 0 0
Adesione nell’;intaglio ok ok ok ok
Provino incollato ok ok Rotture e sfogliamenti (*) Lievi rotture (*)

Tabella n. 1 – Valutazione dei provini dopo invecchiamento artificiale secondo la EN 927-6 (*=difetti rilevati in prossimità del giunto)

 

 

Tabella n. 2 – Valutazione dei provini esposti a invecchiamento con lampade allo xeno (ASTM G 155-05)

Ciclo A Ciclo B Ciclo C Ciclo D
N. ore 500 1000 500 1000 500 1000 500 1000
Variaz.Colore (DE*) 7,59 11,00 7,07 6,78 4,92 2,67 3,87 2,26
Variaz.Lucent. (gloss) 8,1 -4,1 15,4 -10,2 18,0 -12,1 10,9 -1,0
Rotture 0 0 0 0 0 0 0 0
Sfogliamento 0 0 0 0 0 0 0 0
Vescicature 0 0 0 0 0 0 0 0
Sfarinamento 0 0 0 0 0 0 0 0
Adesione 0 0 0 0 0 0 0 0
Sfogliamento zona intaglio no no no
Adesione su intaglio ok ok ok ok ok negativa ok ok

Tabella n. 3 – Valutazione dei provini sottoposti al test della Ruota Gardner (*= in prossimità dell’intaglio)

Ciclo A Ciclo B Ciclo C Ciclo D
N. ore 504 1008 504 1008 504 1008 504 1008
Variaz.Colore (DE*) 4,48 4,59 2,89 1,58 3,88 4,8 6,25 3,83
Variaz.Lucent. (gloss) 6,2 -14,5 -12,1 -22,0 5,5 -22,7 -4,0 -18,6
Rotture 0 0 0 0 0 0 0 0
Sfogliamento 0 0 0 0 0 0 0 0
Vescicature 0 0 3 3 0 0 3 (*) 3 (*)
Sfarinamento 0 0 0 0 0 0 0 0
Adesione 0 0 0 0 0 0 0 0
Adesione su intaglio ok ok ok ok ok ok ok ok

 

Dopo circa 1000 ore di esposizione a invecchiamento con lampade UV secondo la EN 927-6, non si sono riscontrati difetti utili a diversificare i cicli pertanto in tabella n. 1 si riportano i risultati ottenuti solo dopo le 2016 ore previste. La prova con le lampade allo xeno (ASTM G 155-05) fornisce qualche dato utile nella differenziazione dei cicli già dopo 500 ore, ma si è convenuto di proseguire il test fino alle 1000 ore preventivate (tabella n. 2). Dopo le previste 504 ore della prova con lampade UV secondo il metodo della Ruota Gardner, allo stesso modo non si sono rilevati dati interessanti; in questo caso la prova è stata prolungata di ulteriori 504 ore. I risultati sono riportati nella tabella n. 3.

Valutazione del test di invecchiamento naturale

Come nel caso degli invecchiamenti artificiali, sono state valutate le superfici dei provini per ogni difetto previsto; successivamente i cicli sono stati classificati in accordo a quanto definito dalla EN 927-2 “Pitture e vernici – Prodotti e cicli di verniciatura per legno per impieghi esterni – Specifica delle prestazioni”. La classificazione prevede la suddivisione dei cicli come utili per materiali di tipo stabile, semi-stabile, non stabile, dove stabile è il miglior risultato ottenibile. Valutando attentamente la tabella n. 4, si può notare come la verifica dell’adesione del film di vernice con il metodo della quadrettatura riesca a differenziare i cicli in conformità all’aspettativa (secondo il criterio di formulazione di partenza). Questo è possibile, però, solo dopo 24 mesi di esposizione all’esterno. Il dato è confermato dalla classificazione secondo la EN 927-2. Un buon risultato di differenziazione è ottenibile solo con i provini sui quali è stata praticata la “water trap” dopo un anno di esposizione. In questo caso, però, il ciclo migliore risulta l’A. Questo viene spiegato dal fatto che il ciclo “A” deriva da una resina di partenza molto flessibile che quindi segue in modo migliore i movimenti del legno dovuti alle variazioni di umidità e temperatura; conseguentemente è meno soggetta a rotture del film di vernice. Un’elevata flessibilità del film di vernice di finitura non è comunque un indice assoluto della bontà del prodotto poiché limita in realtà altre caratteristiche fondamentali per un ciclo di verniciatura. Infatti un’elevata flessibilità potrebbe significare un bassa attitudine all’impilaggio (tendenza al blocking). Una parentesi va aperta per spiegare le valutazioni delle rotture. Le rotture riscontrate sono prevalentemente attribuibili alla grandine; si tratta quindi di rotture di natura “meccanica”, non dovute al movimento del film di vernice. Va comunque notato che la classifica dei cicli è confermata anche in questo caso ma dopo ben 24 mesi di esposizione.

Conclusioni

Le sperimentazioni eseguite con questo studio, sembrano indicare che il metodo della ruota Gardner risulta il meno attendibile. Infatti non ha consentito la diversificazione dei cicli secondo le aspettative. Nemmeno il ricorso all’intaglio del film ha permesso d’identificare almeno i due estremi, il migliore e il peggiore; al contrario, stando alla presenza di vescicature (blistering) porterebbe a una valutazione tendenzialmente errata che, peraltro, non è in alcun modo supportata dagli altri metodi. Un risultato soddisfacente è stato invece ottenuto con il test effettuato impiegando le lampade allo xeno con il provino danneggiato in partenza (intaglio), già dopo 500 ore. Anche il test con le lampade UV eseguito sui provini incollati ha fornito un dato significantivo, ma solo dopo le 2016 ore. Di seguito proponiamo dei grafici che riportano i valori delle variazioni del colore e della lucentezza calcolate dopo i vari test. Sono messi a confronto l’invecchiamento naturale di 12 mesi con 500 ore di lampade allo xeno e 2016 ore di esposizione a lampade UV. Inoltre sono riportati anche i dati dopo 24 mesi di invecchiamento naturale e con invecchiamenti artificiali di 1000 ore allo xeno e 2016 ore di UV. Sembrerebbe che nessuno dei due invecchiamenti artificiali adottati rispecchi gli effetti che si ottengono all’esterno. Si potrebbe dire che il metodo con lampade UV segua indicativamente meglio l’andamento dell’esposizione naturale. In conclusione si conferma che le sole prove d’invecchiamento artificiale non possono sostituire lprova d’invecchiamento naturale. Possono essere adottate come indicazione di partenza, ma i risultati ottenuti non possono essere validati senza che altre prove di caratterizzazione dei prodotti siano eseguite a supporto di esse in modo che altre proprietà fondamentali per la produzione di prodotti a uso esterno siano garantite.