Misura dell'angolo di bagnabilità del legno di pioppo e castagno termotrattato

The aim of the thesis was to evaluate how the heat treatment influences the wettability of raw and heat-treated (190°C) solid poplar and chestnut wood. This parameter is of particular importance as it affects painting and bonding used in the different processes of transformation. In order to be able to measure the wettability of wooden surfaces it was designed and built a contact angle measure system. A first part of the work was therefore focused on a wide literature search on the technological characteristics of the hardware needed to measure the wettability and on the open source software available for data acquisition and image processing. A second part consisted in the design and implementation of a digital measurement system capable of taking pictures and movies that can be used for static contact angle measurement or for trending over the time. For the image processing and the calculation of the contact angle it was decided to use the software ImageJ together with the specific plug-in Brugnara. The repeatability and the errors of measurement of the instrumentation implemented were compared with those of a commercial measurement system. Moreover, a series of measurements over raw and heat-treated poplar and chestnut solid wood elements was carried out. Finally, measurements of the gloss of raw and treated surfaces were conducted in order to verify if the changes induced by the heat treatment on the cellulosic components have an effect on the characteristics of the surface gloss. The first important result of this work consisted in the creation of a reliable and accurate contact angle measuring system. The values obtained by the instrument implemented are very closed with those obtained by the CNR IVALSA of Trento on the same samples with a system of commercial size. A second part of the thesis has seen the study of changes in the wettability of the surfaces of wood subjected to heat treatment. In particular, the work has involved deciduous woods, such as poplar and chestnut, as part of a wider research aimed at identifying possible new uses for local wood interest and new technological developments for the sawmills in Piedmont. The results obtained show, for both the species in question, a statistically significant decrease of the angle of wettability on the heat-treated wood. This is could make difficult the operations of gluing or varnishing to be carried on the heat-treated material. Moreover, the values of wettability for both the heat-treated wood species are comparable.

L'obiettivo della tesi è stato quello di valutare come il trattamento termico influenza la bagnabilità del legno massiccio di pioppo e castagno grezzo e termotrattato a 190°C. Al fine di poter misurare la bagnabilità delle superfici di legno è stato progettato e realizzato un sistema di misura dell'angolo di contatto. Una prima parte del lavoro ha quindi riguardato un'ampia ricerca bibliografica sulle caratteristiche tecnologiche dell'hardware necessario alla misura della bagnabilità e dei software open source disponibili per l'elaborazione delle immagini. Una seconda parte del lavoro ha visto la progettazione e realizzazione di un sistema di misura digitale in grado di scattare immagini e realizzare filmati utilizzabili per la misura dell'angolo di contatto statico. Per l'elaborazione delle immagini ed il calcolo dell'angolo di contatto si è scelto di utilizzare il software ImageJ corredato dello specifico plug-in Brugnara. Al fine di verificare l'accuratezza del sistema di misura sono state condotte analisi sulla ripetibilità della strumentazione e sugli errori di misura rispetto agli hardware commerciali disponibili. È stata quindi condotta una campagna di misure su elementi di pioppo e castagno grezzo e termotrattato. Infine sono state effettuate misurazioni della brillantezza (gloss) delle superfici grezze e trattate, allo scopo di verificare se le modificazioni indotte dal termotrattamento sulle componenti cellulosiche hanno effetto sulle caratteristiche di brillantezza delle superfici. Il primo importante risultato di questo lavoro è consistito nella realizzazione di un sistema di misura dell'angolo di contatto affidabile e preciso. I valori ottenuti dallo strumento sono risultati altamente concordanti con quelli ottenuti dal CNR IVALSA di Trento sugli stessi campioni impiegando un sistema di misura commerciale. Una seconda parte della tesi ha visto lo studio delle variazioni della bagnabilità delle superfici del legno di pioppo e castagno sottoposto a termotrattamento. I risultati ottenuti mettono in evidenza, per entrambe le specie in esame, una diminuzione statisticamente significativa dell'angolo di bagnabilità sul legno termotrattato. È lecito ipotizzare che il termotrattamento tenda a rendere omogenee specie legnose differenti, andando a determinare una sostanziale riduzione e/o modificazione degli estrattivi e delle emicellulose. Probabilmente alle modificazioni chimiche si aggiunge un effetto fisico legato all'occlusione degli elementi vasali dovuta al parziale collasso delle pareti cellulari. È probabile che, oltre a rendere omogenea e priva di irregolarità la superficie del legno, l'operazione di carteggiatura possa asportare in parte gli strati superficiali resi più idrofobi dal trattamento termico o comunque determinare un aumento dell'energia e della bagnabilità del legno grazie ad un effetto ossidativo. Le misure di brillantezza effettuate avvalorano ulteriormente quanto riscontrato nel caso della bagnabilità: i risultati evidenziano un diminuzione dei valori di gloss ed una sostanziale omogeneità tra le due specie legnose termotrattate. In conclusione, le indagini svolte sui campioni di pioppo e castagno termotrattato hanno confermato quanto emerso da lavori precedenti che avevano individuato importanti modificazioni chimiche e morfologiche determinate dal trattamento ed una forte diminuzione nella bagnabilità delle superfici legnose termotrattate.