STUDIO SU ADESIVI NATURALI A BASE DI AMIDO DI MAIS E TANNINO PER L’INCOLLAGGIO DEL LEGNO

In recent years, adhesives for wood of biological origin have generated increasing interest in both the industrial and research sectors as an ecological and renewable alternative to synthetic adhesives derived from petroleum, commonly used in the wood industry. This study focused on experimenting with starch and tannin-based resins for wood bonding. Starting from a glue formulation found in the literature [55], the optimal concentrations of distilled water, tannin, starch, hexamine, and sodium hydroxide were investigated to achieve the best physico-chemical-mechanical properties. The adhesives were applied to solid beech wood strips (according to standard EN 205:2016). The optimal conditions for pressure and temperature during the bonding phase were determined as follows: T=140 °C and t=13 min. Shear tests were conducted on adhesive joints for both dry wood bonding (standard EN 205:2016) and wet wood bonding (standard EN 204:2016). To understand the behavior of the resins, thermo-mechanical analysis (TMA) (mechanical analysis) and infrared spectroscopic analysis (INFR) (chemical analysis) tests were also performed. For dry wood tests, it was observed that increasing the concentrations of quebracho tannin up to 30% of the starch quantity, while maintaining the hexamine concentration proportional to the tannin, consistently improved the mechanical properties of the adhesive, reaching tensile strength values of 11.38 N/mm². Similarly, using chestnut tannin, the maximum tensile strength value of 10.34 N/mm² was achieved with a tannin concentration of 10% (hexamine was always proportional to the tannin quantity). For dry wood tests without using hexamine, the optimal concentration of quebracho tannin was found to be 20% (10.89 N/mm²). In the case of chestnut tannin, the optimal concentrations was found at 10% (9.87 N/mm²). Quebracho tannin yielded better results when increasing both tannin and hexamine concentrations, as this type of tannin is condensed and highly reactive with hexamine. In contrast, chestnut tannin is a hydrolyzable tannin with little affinity for the cross-linking agent hexamine. In wet wood tests, increasing the percentage of both types of tannin on starch (20% and 30%) led to a significant decrease in mechanical characteristics compared to the 10% concentration. This behavior is attributed to the fact that tannin molecules create inhomogeneities within the network formed by starch chains, allowing water to penetrate more into the adhesive line. The use of hexamine as a hardener in this type of test did not improve the mechanical properties of the adhesives. The study achieved some excellent adhesive formulations, classified as D1 for bonding resins for dry wood (≥10 N/mm²) and D2 for bonding glues for wet wood (≥8 N/mm²) according to standard EN 205:2016.

Negli ultimi anni gli adesivi per legno di origine biologica hanno suscitato un crescente interesse nell'ambito industriale e della ricerca come alternativa ecologica e rinnovabile rispetto alle colle sintetiche a base di petrolio impiegati nell'industria del legno. In questo studio sono sperimentate resine a base di amido e tannino per l’incollaggio del legno. Partendo dalla formulazione di una colla trovata in letteratura [55] si è andati a ricercare quali fossero le concentrazioni ottimali di acqua distillata, tannino, amido, esammina ed idrossido di sodio che dessero al prodotto le migliori caratteristiche chimico-fisiche. Gli adesivi sono stati applicati su listelli di legno massello di faggio (norma EN 205:2016). Le condizioni ottimali di pressione e temperatura durante la fase di incollaggio sono le seguenti: T=140 °C e t=13 min. Sono stati eseguiti i test a trazione (shear test) sui giunti di adesivo sia per l’incollaggio di legno secco (norma EN 205.2016) sia per l’incollaggio di legno umido (norma EN 204:2016). Per capire il comportamento delle resine sono stati inoltre eseguiti il test termomeccanico (TMA) (analisi meccanica) e l’analisi spettroscopica ad infrarossi (FTIR) (analisi chimica). Svolgendo i test su legno secco si riscontra che andando ad aumentare le concentrazioni di tannino di quebracho fino al 30% sulla quantità di amido e mantenendo la concentrazione di esammina proporzionale al tannino le proprietà meccaniche dell’adesivo aumentano costantemente fino a raggiungere valori di resistenza a trazione di 11,38 N/mm². Allo stesso modo utilizzando il tannino di castagno si riscontra il valore di resistenza a trazione massimo pari a 10,34 N/mm² quando si ha una concentrazione del tannino pari al 10% (l’esammina è sempre proporzionale alla quantità di tannino). Svolgendo i test su legno secco senza utilizzare l’esammina si riscontra che la concentrazione di tannino di quebracho ottimale si attesta al 20% (10,89 N/mm²) mentre, nel caso di utilizzo di tannino di castagno, il valore di concentrazione ottimale si riscontra al valore del 10% (9,87 N/mm²). Utilizzando il tannino di quebracho otteniamo risultati migliori aumentando la concentrazione di tannino e di esammina poiché questo tipo di tannino è definito condensato ed è altamente reattivo con l’esammina. Al contrario, il tannino di castagno è un tannino idrolizzabile con poca affinità all’agente reticolante esammina. Nell’esecuzione dei test su legno umido (norma EN204:2016) si riscontra invece che aumentando la percentuale di entrambi i tipi di tannino sull’amido (20 e 30%) le caratteristiche meccaniche diminuiscono sensibilmente (rispetto alla concentrazione del 10%). Questo comportamento è attribuibile al fatto che le molecole di tannino creano delle disomogeneità all’interno del reticolo formato dalle catene di amido e che quindi l’acqua riesca a penetrare maggiormente nella linea adesiva. L’utilizzo dell’esammina come indurente in questo tipo di test comporta scarsi miglioramenti nelle caratteristiche meccaniche degli adesivi. Lo studio ha ottenuto alcune ottime formulazioni di adesivo alle quali sono state attribuite la classe qualitativa D1 per resine di incollaggio per legno secco (≥10 N/mm²) e la classe D2 per colle di incollaggio per legno umido (≥8 N/mm²) (norma EN205:2016).