Compatibilità tra Colla Animale e Tannini: studio di incollaggio su legno solido e pannelli

This thesis explores the development of sustainable, “Bio-based” wood adhesives by modifying traditional animal glue (collagen-based) with natural additives and low-toxicity cross-linkers. The study specifically investigates the compatibility between bone glue, chestnut tannin, and glyoxal, aiming to enhance the mechanical properties and water resistance of the bio-adhesive. The experimental phase involved shear strength tests on solid beech wood samples (according to EN 204 standards), analyzing the impact of bonding time (15, 30, 60 minutes), tannin concentration (1% to 20%), and glyoxal addition. Results identified processing time as a critical factor for protein matrix stabilization. A significant synergistic effect was observed between tannin (5%) and glyoxal at medium cooking times (30 minutes), resulting in a 60% increase in shear strength compared to the tannin-only formulation. Furthermore, leaching tests demonstrated that the ternary system (glue, tannin, glyoxal) offers superior insolubility and moisture resistance compared to pure animal glue. FTIR spectroscopic analysis confirmed chemical cross-linking, evidenced by the formation of stable covalent bonds (ether/acetal bridges) and the complete consumption of the cross-linker. Finally, the study attempted to apply this hybrid mixture to particleboard production. However, rheological incompatibility was found due to the immediate coagulation of the collagen-tannin system, suggesting that while the adhesive is highly promising for solid wood bonding, it is currently unsuitable for particle-based composites.

Il presente lavoro di tesi si inserisce nel contesto della ricerca di adesivi sostenibili "Bio-based" per l'industria del legno, con l'obiettivo di rivalutare materiali storici come la colla animale (a base di collagene) migliorandone le prestazioni attraverso l'uso di additivi naturali e reticolanti a bassa tossicità. Nello specifico, è stata indagata la compatibilità tra colla d'ossa, tannino di castagno e gliossale, analizzandone le proprietà meccaniche, chimiche e di resistenza all'acqua. La parte sperimentale si è concentrata su test di resistenza al taglio (secondo norma EN 204) su provini di legno massiccio di faggio, valutando l'influenza di diverse variabili: tempo di incollaggio (15, 30, 60 minuti), concentrazione di tannino (da 1% a 20%) e aggiunta di gliossale. I risultati hanno evidenziato che il tempo di processo è un fattore determinante per la stabilizzazione della matrice proteica. È emersa una significativa sinergia tra tannino (al 5%) e gliossale con tempi di cottura medi (30 minuti), che ha portato a un incremento della resistenza meccanica del 60% rispetto al singolo componente. Inoltre, i test di lisciviazione hanno dimostrato che il sistema ternario (colla, tannino, gliossale) garantisce una maggiore insolubilità e resistenza all'umidità rispetto alla colla pura. Le analisi spettroscopiche FTIR hanno confermato l'avvenuta reticolazione chimica, evidenziata dalla formazione di nuovi legami covalenti (ponti eterei/acetalici) e dal consumo quantitativo del reticolante. Lo studio ha infine esplorato l'applicazione della miscela per la produzione di pannelli truciolari, evidenziando tuttavia limiti di lavorabilità dovuti alla rapida coagulazione del sistema collagene-tannino, che ne preclude l'uso per compositi a base di particelle pur confermandone le ottime potenzialità per l'incollaggio del legno solido.