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Ricerca dei metodi utili per la valutazione delle prestazioni di prodotti impregnanti per legno adibiti a uso esterno.

Alessia Matellon
Elena Conti – CATAS

Introduzione

La ricerca parte dalla richiesta di produttori e utilizzatori di prodotti impregnanti protettivi del legno, di verificarne l’idoneità, la resistenza, il comportamento all’esterno con metodi di prova accelerati. Parliamo di prodotti da utilizzare all’esterno, non a contatto con il terreno, ma esposti alle intemperie ovvero quei prodotti che secondo la classificazione data dalla EN 335-1, chiameremmo in “Classe 3”. La mancanza di riferimenti normativi e di metodi di prova specifici ha confermato, quindi, la necessità di un approfondimento. Sono state coinvolte alcune aziende produttrici di prodotti vernicianti per esterno alle quali è stato richiesto l’invio di prodotti liquidi di conosciuta efficacia, almeno uno considerato “buono” ed almeno uno considerato “non efficace”. La risposta entusiastica delle aziende ha superato le nostre aspettative e approfittiamo per ringraziare nuovamente tutti per la collaborazione.

Le prove

L’elenco di seguito riporta le prove che sono state scelte. Si tratta di

metodi conosciuti, utili nel campo dei prodotti vernicianti per legno per esterno:

  • invecchiamento naturale (EN 927-3);
  • invecchiamento artificiale con lampade UV (EN 927-6);
  • invecchiamento artificiale con lampade allo xeno (ASTM G 155);
  • prova in campo di resistenza ai funghi (metodo double layer).
I prodotti

Alla richiesta hanno risposto 6 aziende (nelle tabelle dei risultati sono identificate con le lettere dalla A alla F) con l’invio da 2 fino a 5 prodotti di tipo diverso (individuati da numeri nelle tabelle). Non si conosce l’esatta natura dei prodotti, ma di certo alcuni sono a base acqua, altri a base di solvente. Alcune aziende hanno inviato prodotti diversificati soltanto nel colore, partendo dal presupposto che prodotti di colore chiaro siano tendenzialmente meno resistenti di prodotti di colore scuro. Un’altra particolarità è che alcuni dei prodotti provati sono filmanti, altri no. L’applicazione dei prodotti è stata eseguita dal CATAS a pennello su provini in massello di pino silvestre. La scelta del supporto è stata indirizzata dalle normative di settore le quali richiedono l’utilizzo di questa specie legnosa sia per valutare l’effetto dell’invecchiamento sia per verificarne l’efficacia nei confronti dei microrganismi. Si è cercato di utilizzare provini uniformi nella disposizione delle venature, nella densità, nella crescita degli anelli, evitando le zone di durame. Sono stati ricavati più provini per ciascun test e un provino da utilizzare come riscontro ossia da mantenere in condizioni climatiche controllate per il confronto con i provini provati.

DETTAGLI SUI METODI DI PROVA

L’invecchiamento naturale secondo la EN 927-3 prevede che i provini in massello di Pinus sylvestris sigillati alle estremità siano esposti all’esterno, sollevati dal terreno, con una faccia rivolta verso Sud inclinati di 45° rispetto al terreno per un periodo di 12 mesi.
L’invecchiamento artificiale con lampade UV prevede cicli suddivisi in:

Step 1 – 24 ore di condensa a 45 ± 2 °C Step 2 – 144 ore alternate come segue:

  • 2,5 ore di UVA 340 nm;
  • 0,5 ore di spruzzi d’acqua. Gli Step 1 + step 2 sono ripetuti 12 volte.

La durata della prova è dunque di 2016 ore (circa tre mesi).
L’invecchiamento artificiale con lampade allo xeno, secondo la norma americana ASTM G 155-05, prevede cicli di 24 ore suddivisi in 102 minuti di luce (lampade allo xeno) e 18 minuti di luce e spruzzi d’acqua. La durata della prova è di 1000 ore.
La prova in campo di resistenza ai funghi consiste nel disporre un certo numero di listelli di legno Impregnati del prodotto da provare in due strati. Ai due lati sono disposti lo stesso numero di listelli dello stesso legno, ma grezzi, disposti con lo stesso criterio e ben affiancati a contatto tra loro. I listelli grezzi servono a innescare il degrado fungino.
La prova ha una durata di cinque anni.
Si valuta l’eventuale attacco da parte dei funghi xilofagi.

 

Tabella 1. Classificazione secondo la EN 927-1

Categoria di impiego Possibili variazioni dimensionali del legno Esempi tipici di categorie di impiego finale
Non stabile Possibile un libero movimento Rivestimenti a tavole sovrapposte, palizzate, staccionate, capanni di giardino
Semistabile Possibile qualche movimento Rivestimenti a tavole a incastro, case e chalet di legno, mobili da giardino
Stabile Possibili solo movimenti minimi Componenti per edilizia, comprese porte e finestre

 

Nella tabella 2 sono sintetizzati i risultati ottenuti

 

Ditta

 

Camp

Grado sfarinamento (ISO 4628-6) Presenza rotture supporto dopo invecchiamenti Profondità azzurramento (mm) Azzurramento superficiale (EN 152) Fluttuazione umidità (%) (val max-val min)
xeno UV naturale xeno UV naturale
A 1 5 3 5 x x 3 2 1,9
A 2 3 3 3 x 6 0 1,5
B 1 4 5 4 x x 15 1 3
B 2 4 5 4 x x 20 3 4,1
C 1 4 5 4 x x 5 3 5,2
C 2 5 5 4 x x x 5 3 2
C 3 4 5 4 x 4 2 1,7
C 4 4 4 5 x 3 0 3,6
D 1 5 5 5 x x 6 3 2,2
D 2 4 4 3 x x 15 3 /
D 3 4 5 4 x 10 3 6
D 4 5 3 4 x x 7 1 6,3
D 5 4 4 5 x x 4 3 4,4
F 1 1 1 0 0 0 2,6
F 2 4 3 1 4 1 3
F 3 2 0 0 x x 0 0 16,1
F 4 5 5 4 x x 1 3 21
F 5 5 5 5 x x 2 0 19,7
G 1 3 0 0 x 0 1 6,5
G 2 0 0 1 x 3 0 3,2
G 3 0 0 0 x 0 0 2,7
G 4 0 0 2 0 0 2
Risultati – Criteri di valutazione

Sulla base della classificazione dei prodotti e dei cicli di verniciatura per legno per impieghi esterni, fornita dalla norma EN 927-1, gli impregnanti usati nella nostra ricerca si considerano adatti alle categorie d’impiego “Semistabile” e “Non stabile”, ovvero applicabili a quei manufatti per i quali sono
ammessi movimenti più o meno marcati del legno (tabella 1). In funzione di quanto richiesto dalle aziende produttrici, abbiamo focalizzato la nostra ricerca sulle caratteristiche seguenti:
• estetica (alla ricerca di quanto un manufatto rispetto ad un altro mantenga inalterato il suo aspetto nel tempo allo scopo di ridurre il numero e la frequenza delle eventuali manutenzioni);
• strutturale (i manufatti per i quali si utilizzano gli impregnanti a finire, ossia senza ricorrere all’applicazione di un fondo e/o di una finitura successivi, possono essere prodotti che in edilizia sono di sostegno strutturale come, per esempio, le travi ma anche le sedie da giardino (vedi tabella 1).
Al termine delle prove d’invecchiamento accelerato si sono evidenziati diversi effetti sui quali abbiamo basato le nostre riflessioni:
• Si è notato che il comportamento dei provini si diversificava rispetto alla presenza più o meno evidente di rotture del legno;
in tabella 2 la presenza di rotture è indicata con una crocetta “X”.
• La tendenza del colore è di schiarire quindi si è ritenuto di focalizzare l’attenzione al DL*, la differenza nell’asse chiaro/scuro (tanto più elevato è l’indice, tanto più chiaro rispetto alla condizione iniziale è il provino dopo l’invecchiamento.
Quando il valore è indicato in negativo, significa che il provino invecchiato è più scuro rispetto all’inizio mentre più è prossimo allo zero, più è invariato rispetto all’inizio).
• Alcuni prodotti evidenziavano la tendenza allo “sfarinamento”, sintomo di degrado ed effetto antiestetico.
Una ricerca effettuata in Africa ha dimostrato come la quantificazione dell’assorbimento di acqua da parte di diverse specie legnose sia utile a valutarne la durabilità naturale. Abbiamo monitorato la percentuale di umidità dei provini nel corso delle prove, con l’intento di confrontare la ritenzione d’acqua dei provini sottoposti a ogni invecchiamento e di valutare se, a parità di legno, questo parametro fosse correlabile con l’efficacia protettiva dei prodotti applicati. Dopo l’esposizione naturale i provini sono stati valutati per presenza di attacco da funghi dell’azzurramento. Per quanto riguarda la durata della
prova d’invecchiamento naturale, si è deciso di fare una deviazione alla norma EN 927-3: anziché 12 mesi, il tempo di esposizione all’esterno è stato ridotto a 6 mesi. A questa scelta si è giunti per diverse ragioni:
• una prima serie di provini esposti per 12 mesi non ha permesso una differenziazione significativa;
• una seconda serie di provini esposta in tempi diversi ha permesso una differenziazione già dopo 6 mesi di esposizione;
• la norma di verifica dell’efficacia degli impregnanti nei confronti dell’azzurramento (EN 152) prevede che l’esposizione naturale sia effettuata per una durata di 6  mesi nel periodo compreso tra marzo e ottobre mentre la seconda serie di provini è stata esposta in questo periodo;
• una riduzione dei tempi di risposta delle prove è una delle richieste dei produttori.
In definitiva abbiamo considerato come caratteristiche estetiche di un prodotto finito impregnato la sua capacità di mantenere inalterato il colore, la minor tendenza a sfarinare e a non consentire l’attacco dei funghi dell’azzurramento. Per le caratteristiche strutturali abbiamo confrontato i provini per la presenza di rotture del legno, per la tendenza ad assorbire più o meno umidità/acqua, per la resistenza all’attacco dei funghi della marcescenza (metodo double layer). La valutazione dello sfarinamento è in conformità alla norma ISO 4628-6 che definisce una scala da 0 a 5 dove: 0 significa che non si è
verificato il difetto e 5 corrisponde a un forte sfarinamento. La verifica è eseguita incollando del nastro adesivo trasparente sulla zona da verificare. Dopo la rimozione, il nastro viene esaminato e confrontato con la scala fotografica fornita dalla norma (vedi foto 1). Dopo l’invecchiamento naturale di 6 mesi, l’azzurramento è stato valutato visivamente in superficie, attenendosi alle direttive della EN 152, dove 0 significa che non è visibile la presenza di azzurramento e 3 significa che la superficie del provino è fortemente azzurrata (più di metà parzialmente azzurrata o più di 1/3 completamente azzurrata). In tabella 2 si possono notare delle incongruenze: in alcuni casi la superficie è stata valutata con 0, ovvero non è visibile l’attacco in superficie mentre se ne da una misura in profondità. Questo è spiegato dal fatto che alcuni impregnanti hanno una colorazione così scura da confondere la presenza dell’attacco di fungo in superficie;  solo sezionando il provino è possibile verificarne la presenza. Per fluttuazione di umidità s’intende la differenza tra il valore minimo e il valore massimo di contenuto di umidità misurata su ogni provino esposto all’esterno con periodicità di circa un mese. Non
sono stati presi in considerazione i dati rilevati periodicamente durante i cicli d’invecchiamento artificiale. Come dimostrano i grafici di una parte dei provini provati che di seguito sono riportati, non si possono confrontare i dati rilevati con certezza

Tabelle 3 e 4

Campione DE*
xeno UV naturale
A1 10,45 10,98 16,52
A2 4,8 9,9 11,81
B1 20,53 17,83 20,34
B2 14,02 19,26 22,43
C1 11,38 8,88 20,86
C2 8,73 12,4 20,99
C3 5,49 5,78 12,86
C4 8,68 13,46 17,53
D1 6,24 7,33 7,82
D2 7,31 8,71 8,93
D3 6,13 6,43 13,27
D4 10,05 11,46 16,23
D5 3,13 4,71 11,09
F1 3,71 2,73 6,42
F2 11,02 5,93 3,5
F3 6,56 4,88 2,89
F4 3,59 8,85 13,28
F5 7,91 8,47 5,76
G1 16,64 19,86 10,7
G2 3,63 2,52 2,91
G3 8,47 3,96 5,14
G4 3,12 2,49 1,59

 

Campione DL*
xeno UV naturale
A1 5,19 0,13 -9,34
A2 0,61 -2,36 -6,83
B1 -5,75 -4,71 -11,2
B2 -2,89 -4,88 -14,21
C1 -1,34 0,89 -13,97
C2 3,02 -0,38 -14,87
C3 0,64 2,07 -8,52
C4 1,85 1,52 -10,96
D1 -0,8 1,29 -6,49
D2 -1,29 0,14 -4,03
D3 -1.56 -1,61 -10,76
D4 5,73 -0,52 -10,83
D5 -0,16 2,35 -9,53
F1 -1,01 0,00 -1,43
F2 0,12 -0,50 -0,46
F3 -0,47 -0,22 -0,67
F4 3,1 0,08 -7,93
F5 5,58 1,61 -0,37
G1 -8,94 -10,10 -5,83
G2 -0,87 0,29 -0,83
G3 -1,95 -1,49 -1,9
G4 1,08 2,24 1,09
Confronto dei dati – Variazione di colore

L’andamento delle variazioni di colore dei provini dopo gli invecchiamenti artificiali sembra seguire quello dell’invecchiamento naturale se si considera il colore nel suo insieme (Tabella 3 e grafico). Valutando solo l’asse chiaro/scuro (Tabella 4 e grafico), non sembra ci sia una correlazione tra gli invecchiamenti artificiali e l’invecchiamento naturale eccetto nel caso di impregnanti filmanti (F1, per esempio) più stabili nel colore (DE* e DL* prossimi allo 0).

    

Confronto dei dati – Sfarinamento

Entrambi gli invecchiamenti accelerati sembrano riprodurre sufficientemente l’effetto dell’invecchiamento naturale. In pochi casi l’invecchiamento con lampade allo xeno risulta essere più severo pertanto si tenderebbe a scegliere l’invecchiamento con lampade UV nella valutazione di tale aspetto.

Confronto dei dati – Rotture del legno

Non sempre le rotture del legno verificatesi durante l’esposizione naturale dei provini si è confermata a seguito d’invecchiamento artificiale. Solo nel caso di impregnanti filmanti è possibile un confronto certo poiché le rotture del legno non sono rilevate in alcun caso.

Confronto dei dati – Presenza di attacco da funghi dell’azzurramento

Il dato può, per ovvie ragioni, essere rilevato solo attraverso l’esposizione all’esterno. Qui non vi sono confronti tra i vari invecchiamenti ma, come anticipato in precedenza, è necessario valutare in sezione i provini poiché, nel caso di impregnanti di colorazione scura, la sola valutazione visiva della superficie non consente di rivelare la presenza di attacco da funghi dell’azzurramento (vedi foto 2).

Confronto dei dati – Fluttuazione dell’umidità

Per valutare l’attendibilità dei rilievi della fluttuazione dell’umidità come dato utile per una valutazione dell’efficacia del trattamento impregnante nei confronti dei funghi xilofagi in tempi relativamente brevi, è necessario attendere ancora qualche tempo. La prova in campo, come anticipato, ha una durata di 5 anni. Da una verifica visiva dei campioni dopo due anni dall’inizio dell’esposizione, si sono già notati dei provini in cui l’attacco è evidente, ma non correlabile alla fluttuazione dell’umidità (non si tratta cioè dei provini in cui tale dato è superiore rispetto agli altri).

Conclusioni

La prova d’invecchiamento accelerato con il metodo delle lampade UV secondo la EN 927-6 può considerarsi un buono strumento per una prima valutazione del mantenimento estetico di un manufatto impregnato. Anche l’esposizione all’esterno adottando il metodo descritto dalla EN 927-3 della durata di 6 mesi consente una valutazione in questo senso. La riduzione dei tempi di verifica dell’efficacia degli impregnanti nei confronti dei funghi responsabili della marcescenza non è al momento possibile attraverso metodi alternativi ed è necessario attenersi ai metodi normativi attualmente in vigore. Di certo, dai risultati emersi, sono preferibili impregnanti filmanti piuttosto che non. Manufatti trattati con impregnanti non filmanti richiedono manutenzioni più frequenti rispetto a prodotti protetti da un leggero film. Confidiamo che il termine della prova di durabilità possa fornire dati utili all’approfondimento della relazione tra assorbimento d’acqua e attacco da funghi xilofagi. La ricerca ha consentito ad ogni modo una via di partenza per la formulazione dei criteri di valutazione e confidiamo nella possibilità che, in un futuro non troppo lontano, sarà possibile l’elaborazione di un regolamento tecnico per la certificazione dei prodotti impregnanti per legno per esterni. Ma questo è un altro capitolo.


A sinistra il provino di riscontro mantenuto in condizioni standard.
A destra in alto, parte del provino esposto a invecchiamento naturale di 6 mesi. La superficie appare scurita rispetto all’inizio.
A destra in basso, la sezione trasversale del provino esposto all’esterno consente la valutazione dell’attacco da funghi dell’azzurramento.
Non sembra che ci sia una relazione logica tra la presenza di rotture dopo l’invecchiamento naturale e la presenza di attacco da funghi dell’azzurramento e profondità di attacco.

 

Catas Spa è considerato oggi il più grande istituto italiano per ricerca e prove nel settore legno-arredo, punto di riferimento in Italia e nel mondo.
L’attività di Catas si svolge in due centri operativi situati in aree caratterizzate dalla numerosa e storica presenza di aziende del settore legno-arredo: il primo si trova a San Giovanni al Natisone (Udine), il secondo a Lissone (Brianza). Catas, inoltre, possiede una società partecipata estera, la Catas-Chile di Santiago del Cile, che svolge le stesse attività dei centri italiani.
Catas impiega oltre 40 dipendenti tra i quali chimici, ingegneri e matematici a testimonianza della competenza e della specializzazione che sono alla base del successo dell’azienda. Due dipartimenti, uno tecnologico e uno chimico, coprono il vasto campo di prove e ricerche commissionate sia sui materiali base sia sui prodotti finiti. Per ogni singolo materiale e prodotto, Catas è in grado di comprovare l’effettiva rispondenza ai requisiti voluti dal cliente, la conformità alle specifiche previste dalle norme, il controllo della qualità, la sicurezza, la resistenza e la durata. Le prove sono condotte in conformità alle norme europee (EN), internazionali (ISO) e nazionali (UNI, DIN, BS, NF, ASTM, ANSI, etc.). A queste si aggiungono quelle effettuate secondo capitolati specifici richiesti dal cliente. Catas è in prima linea anche per la sostenibilità edilizia e, grazie al laboratorio agroalimentare, è un polo di eccellenza per la ricerca e l’analisi nel settore agro-alimentare, industriale ed ambientale supportato da un gruppo di lavoro altamente specializzato.

 

 

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