• Legno trasparente

Il presente lavoro di tesi si inserisce nell’ambito di un progetto cofinanziato dalla Regione Toscana in collaborazione con il Gruppo Camarlinghi S.p.A. e si focalizza sullo sviluppo di compositi a base di legno trasparente (LT), sfruttando sia legno naturale che scarti di lavorazione per promuovere la transizione a modelli di economia circolare. I materiali utilizzati comprendono l’abete, una conifera, scelto per il suo interesse industriale e la sua densità media (410-430 kg/m³) meno comune nella produzione di LT rispetto alla balsa, una latifoglia, caratterizzata da una densità molto più bassa (150 kg/m³ in media).
In primo luogo, sono stati sviluppati e ottimizzati metodi di delignificazione e sbiancamento. Un metodo tradizionale a base di solfito di sodio e perossido di idrogeno (H₂O₂) ha permesso di rimuovere la lignina dal legno naturale, riducendone la massa fino al 50-60%. Tuttavia, questo trattamento ha mostrato limiti significativi, come l'indebolimento strutturale degli scaffold legnosi. Per superare tali svantaggi, è stato introdotto un metodo innovativo basato sul percarbonato di sodio (Na₂CO₃·1,5 H₂O₂), che ha ridotto la perdita di massa al 28-38%, permettendo di preservare una parte della lignina decolorandola, mantenendo la robustezza del legno e consentendo il trattamento di scaffold di dimensioni maggiori (fino a 10 cm x 10 cm). Gli stessi trattamenti sono stati applicati sia su campioni di legno intero sia sugli scarti di lavorazione del legno di abete bianco sotto forma di trucioli e segatura al fine di poter reintrodurre un materiale, altrimenti destinato a diventare rifiuto, nel ciclo produttivo di un prodotto innovativo ad alto valore aggiunto quale il legno trasparente. La modifica chimica del materiale legnoso è stata valutata mediante spettroscopia ATR-FTIR e la quantificazione della lignina nei campioni mediante una procedura adattata dal metodo TAPPI 222 om-02.
Le fibre e gli scaffold sono stati successivamente impregnati con matrici polimeriche (resina epossidica e poli(metil metacrilato) PMMA) per creare compositi di legno trasparente. Immagini di microscopia elettronica a scansione (SEM) hanno permesso di analizzare la struttura e l'omogeneità dei compositi, rivelando una ottima infiltrazione delle matrici polimeriche negli scaffold legnosi indipendentemente dal taglio del legno e dalla microstruttura del tessuto legnoso, diversa per conifere e latifoglie. Anche i compositi derivati da fibre disgregate hanno mostrato una buona interazione interfacciale fra fibre cellulosiche e matrice polimerica sintetica.
Dal punto di vista delle proprietà ottiche, i compositi a base di resina epossidica mostravano una trasmittanza luminosa variabile tra il 47% e l’80% a 600 nm, a seconda del tipo di legno e del trattamento. I compositi a base di abete bianco e rosso tagliati in direzione radiale hanno mostrato una trasmittanza elevata, paragonabile ai compositi di balsa, pur avendo un contenuto di materiale cellulosico nettamente maggiore (22% e 29% in peso rispettivamente contro l’8% della balsa). I compositi presentano valori di haze superiori al 95% per l’abete e circa il 75% per la balsa, evidenziando una buona diffusione della luce, ideale per applicazioni che richiedono traslucidità. I compositi derivati da fibre permettevano di modulare facilmente le proprietà ottiche, in funzione del carico di materiale cellulosico disperso nella matrice polimerica. Le fibre cellulosiche estratte dagli scarti di abete sbiancati con percarbonato hanno mantenuto una struttura più integra rispetto a quelle trattate con solfito, ma hanno mostrato una trasmittanza inferiore quando utilizzate in compositi, probabilmente a causa della loro maggiore difficoltà di dispersione nella resina. Le prove meccaniche hanno confermato la robustezza dei compositi, con valori di resistenza a flessione superiori per i compositi rispetto al legno di partenza. Inoltre, i compositi mostravano proprietà meccaniche anisotrope in funzione dell’orientazione degli scaffold con cui sono stati preparati, mentre i materiali ottenuti da fibre erano isotropi. Le proprietà chimico-fisiche dei materiali compositi e dei loro materiali di partenza sono state investigate mediante analisi termogravimetrica (TGA) e calorimetria differenziale a scansione (DSC), con cui sono state valutate la stabilità termica e le transizioni termiche principali. In considerazione delle potenziali applicazioni dei compositi di legno trasparente come possibili sostituti del vetro in edilizia, o come copertura di dispositivi optoelettronici che possono prevederne l’esposizione ad agenti atmosferici, è stata valutata la bagnabilità mediante misure di angolo di contatto statico con acqua (𝜃w) e la cinetica di assorbimento dell’acqua.
In conclusione, questo lavoro dimostra come sia possibile ottenere materiali innovativi ad alte prestazioni a partire da risorse almeno parzialmente bioderivate e scarti industriali. Benché la ricerca in questo ambito sia da considerarsi ancora agli albori, i compositi sviluppati, grazie alla loro combinazione di proprietà ottiche, meccaniche e sostenibilità, potrebbero avere un potenziale applicativo come sostituti del vetro inorganico in edilizia, interior design e dispositivi optoelettronici.