Efficacy of wollastonite-enriched acrylic coatings against fungal decay in non-treated and thermally-modified wood

Il legno è un materiale vivente che ha costruito rifugi umani per millenni, eppure rimane vulnerabile agli elementi. Se lasciato senza protezione, marcisce a causa dei funghi, brucia nel fuoco e si imbarca al variare dei livelli di umidità. Sebbene gli scienziati abbiano da tempo sviluppato trattamenti chimici per arrestare questo decadimento, molte di queste soluzioni sono tossiche o difficili da applicare. Un'alternativa popolare è la modifica termica, un processo in cui il legno viene cotto ad alte temperature per alterarne la chimica interna, rendendolo meno appetibile agli organismi che causano il marciume. Tuttavia, anche il legno trattato termicamente non è immune a tutti i tipi di decadimento, e i macchinari industriali necessari per questo processo sono costosi. Ciò lascia un vuoto per un modo più semplice e meno costoso per proteggere il legno, in particolare per chi vuole evitare sostanze chimiche aggressive. I ricercatori hanno rivolto la loro attenzione a un comune minerale chiamato wollastonite, una roccia a forma di ago spesso utilizzata in plastica e ceramica, per vedere se potesse rinforzare le vernici protettive e impedire al legno di marcire.

Un team di scienziati provenienti da università dell'Iran, dell'Europa e dell'Australia si è posto l'obiettivo di testare se mescolare questo minerale in una comune vernice acrilica potesse proteggere il legno dal decadimento fungino. Hanno lavorato con tre tipi distinti di legno: il faggio, un legno duro denso; il pioppo, un legno duro più leggero; e l'abete, un legno tenero. Per simulare le condizioni del mondo reale, hanno preparato due set per ogni tipo di legno. Un set è stato lasciato nel suo stato naturale, mentre l'altro è stato sottoposto a modifica termica riscaldandolo a 185 gradi Celsius per quattro ore. Questo trattamento termico altera la struttura chimica del legno, rimuovendo alcuni degli zuccheri di cui si nutrono i funghi. Dopo il trattamento termico, i campioni di legno sono stati condizionati per stabilizzarli.

I ricercatori hanno poi applicato diverse vernici a questi campioni. Alcuni pezzi sono stati lasciati nudi per servire come controllo, mostrando quanto il legno marcirebbe senza alcuna protezione. Altri hanno ricevuto una comune vernice acrica a base acquosa, un rivestimento comune che si trova in molti negozi di ferramenta. Il gruppo finale ha ricevuto una versione speciale di quella stessa vernice, ma con la wollastonite mescolata all'interno. Il minerale è stato aggiunto in un rapporto specifico, creando una sospensione che è stata accuratamente miscelata nella vernice prima dell'applicazione. Ogni pezzo di legno ha ricevuto due mani di vernice, applicate a un giorno di distanza, con uno strato asciutto di circa 210 micrometri di spessore. Una volta rivestiti, tutti i campioni sono stati posti in un ambiente controllato ed esposti a due tipi aggressivi di funghi decompositori del legno per quattro mesi. Un fungo, noto per causare la carie bruna, attacca le fibre strutturali del legno, mentre l'altro, un fungo della carie bianca, degrada il colore e la resistenza del legno.

Dopo il periodo di esposizione di quattro mesi, i risultati sono stati sorprendenti. I campioni di legno non trattato hanno subito danni pesanti, perdendo quantità significative della loro massa mentre i funghi divoravano il materiale. In alcuni casi, il legno non protetto ha perso quasi il 40 percento del suo peso. La comune vernice acrilica ha offerto un certo aiuto, riducendo la perdita di massa, ma non era uno scudo perfetto. In certe condizioni, particolarmente con il legno di faggio, la pellicola della vernice si è crepata e scrostata, permettendo ai filamenti microscopici dei funghi di penetrare nel legno sottostante. Tuttavia, i campioni rivestiti con la vernice arricchita di wollastonite hanno performato eccezionalmente bene. La perdita di massa in questi campioni è stata drasticamente inferiore, scendendo spesso a meno del 3 percento, indipendentemente dal fatto che il legno fosse stato trattato termicamente o meno.

I ricercatori hanno esaminato i campioni sotto potenti microscopi per capire perché la vernice arricchita con il minerale funzionasse così bene. Hanno scoperto che la forma ad ago delle particelle di wollastonite agiva come un rinforzo fisico all'interno della pellicola della vernice, rendendola più resistente e meno soggetta a crepe. Più importante ancora, il minerale sembrava formare forti legami chimici con la vernice stessa, creando uno strato coeso che era difficile da violare per i funghi. La pellicola della vernice è rimasta quasi intatta anche dopo mesi di attacco fungino, mentre la vernice semplice era degradata significamente. Il minerale sembrava anche agire come una barriera, rallentando il movimento di ossigeno e acqua verso la superficie del legno, che sono essenziali per la crescita dei funghi. In alcuni casi, i ricercatori hanno osservato che il minerale stesso potrebbe aver interferito con la capacità dei funghi di crescere sulla superficie, limitando la diffusione della muffa.

Lo studio ha anche misurato quanta resistenza il legno ha mantenuto dopo l'attacco fungino. Il legno che è stato mangiato dai funghi è diventato debole e friabile, perdendo gran parte della sua capacità di sostenere il peso. I campioni protetti dalla vernice alla wollastonite, tuttavia, hanno mantenuto la loro integrità strutturale. Persino il legno che non era stato trattato termicamente ma che era stato rivestito con la vernice minerale ha retto quasi quanto il legno non esposto. Ciò suggerisce che la vernice abbia fatto di più del semplice stare sulla superficie; essa ha attivamente impedito al processo di decadimento di compromettere la struttura interna del legno. La combinazione di modifica termica e vernice minerale ha fornito la migliore protezione, ma la vernice da sola è stata una difesa potente per il legno non trattato.

Le scoperte indicano che aggiungere un comune e poco costoso minerale a una comune vernice può creare uno scudo altamente efficace contro il marciume del legno. Questo approccio offre una soluzione pratica per proteggere il legno senza fare affidamento su sostanze chimiche tossiche o costose strutture industriali di trattamento termico. I ricercatori hanno concluso che questo metodo è facile da applicare e affidabile sia per i legni duri che per quelli teneri. Sebbene lo studio sia stato condotto in un ambiente di laboratorio, i risultati suggeriscono una strada promettente per la preservazione del legno nelle applicazioni del mondo reale, offrendo un modo per estendere la vita delle strutture lignee mantenendo il processo di protezione semplice e rispettoso dell'ambiente.