Prestazione delle vernici per applicazioni esterne: tutto quello che devi sapere
Quando si tratta di applicazioni esterne, la prestazione delle vernici dipende da diversi fattori. Il legno, composto principalmente da cellulosa e lignina, conferisce al materiale sia resistenza che rigidità. Ma quali sono le specie di legno più comuni utilizzate in queste applicazioni?
Tra i legni teneri troviamo il cedro rosso occidentale, la douglasia, l’abete rosso, il pinus tropicalis, il pinus rigida, il pinus strobus, il pino giallo del Quebec, il pino bianco occidentale e l’abete. Mentre tra i legni duri ci sono la quercia europea e inglese, il faggio, il frassino, l’olmo, l’acero, la betulla e il noce. Queste sono le specie più comuni utilizzate nelle costruzioni edili esterne.
Il cedro, in particolare, è noto per la sua bassa densità e la sua resistenza naturale. Grazie agli estrattivi presenti nel durame del cedro, questo legno offre una protezione naturale contro i funghi e gli insetti. Anche se i pannelli di cedro sono più costosi rispetto ad altre conifere come abete, pino e abete bianco (SPF), sono disponibili per ponti, recinzioni e rivestimenti.
Il legno esposto all’aperto subisce diversi cambiamenti fisici e chimici a causa degli agenti atmosferici. L’esposizione alla luce solare, all’umidità e al vento può causare degradazione della lignina, grigiore della superficie, perdita di fibre di cellulosa e crepe. Per proteggere il legno da questi fenomeni, l’applicazione di vernici protettive è fondamentale.
La scelta della vernice giusta dipende dall’applicazione e dalle condizioni di esposizione. Le vernici a colori pieni hanno una durata maggiore rispetto a quelle trasparenti, poiché i pigmenti assorbono i raggi UV. Tuttavia, un alto contenuto di pigmento può nascondere le venature naturali del legno.
Le formulazioni dei rivestimenti per legno sono complesse e variano a seconda delle esigenze. I principali componenti includono resine, solventi, pigmenti e additivi. Gli additivi svolgono un ruolo significativo nella definizione delle proprietà e delle prestazioni dei rivestimenti.
Il degrado atmosferico colpisce principalmente la superficie del legno, ma può causare crepe e fessurazioni se il legno rimane esposto per un lungo periodo. I fattori più influenti su legno rivestito sono i raggi UV e l’umidità. Gli UV degradano la lignina, mentre l’umidità può provocare gonfiore e contrazione del legno.
In generale, il degrado atmosferico è una combinazione di degradazione dovuta alla radiazione solare (raggi ultravioletti, luce visibile e infrarossi), ai cambiamenti di umidità (pioggia, rugiada, umidità e neve), agli effetti dell’ossidazione e della temperatura (calore e gelo).
Tra questi fattori, il degrado UV e gli effetti dell’umidità sono i fattori più influenti sulle prestazioni del legno rivestito. La maggior parte della luce (80-95%) viene assorbita dalla lignina nel legno. L’esposizione ulteriore delle superfici di legno alla pioggia dilava la lignina degradata dalla superficie e lascia esposte le fibre di cellulosa, creando un fenomeno noto come “ruvidità”.
La perdita di un composto idrofobo (lignina) dalla superficie del legno non solo allenta le fibre, ma riduce anche la resistenza all’acqua del legno. Oltre agli effetti dell’umidità sul gonfiore e sulla contrazione del legno discussi in precedenza, l’umidità favorisce anche la diffusione più profonda nel legno dei radicali formati durante l’esposizione ai raggi UV. Sebbene la luce UV possa penetrare solo fino a 75 μm nel legno, lo spessore dello strato marrone sotto il legno grigio è stato riportato fino a 2500 μm.
Oltre alla decolorazione e alla desquamazione, i legni esterni sviluppano ampie crepe, fessurazioni e crescita di muffe o funghi sulla superficie. La crescita delle muffe, che di solito appare come macchie nere sul legno o sulla superficie del rivestimento, è diversa dai funghi da decadimento in quanto consuma componenti non strutturali come zuccheri e amidi e non degrada i principali componenti del legno (cellulosa, emicellulose e lignina).
Le muffe possono essere rimosse con una soluzione diluita di ipoclorito di sodio. La maggior parte delle formulazioni per rivestimenti in legno contiene biocidi. La fessurazione del legno è molto più difficile da prevenire.
Quando il legno assorbe l’umidità, si gonfia e, quando si asciuga, si contrae; quando le tensioni superano l’elasticità e la resistenza del legno, si sviluppano piccole crepe che in seguito si espandono a formare crepe più profonde se il legno rimane esposto alle condizioni esterne.
I campioni esposti ai raggi UV presentavano una maggiore formazione di crepe superficiali rispetto a quelli protetti da un filtro. Lo studio ha dimostrato che l’esposizione diretta ai raggi UV aumenta la formazione di crepe superficiali a causa della degradazione della lignina. Le proprietà del legno non differiscono significativamente solo tra le diverse specie di legno, soprattutto tra latifoglie e conifere, ma variano anche all’interno della stessa tavola.
La maggior parte delle latifoglie ha una densità relativamente più alta delle conifere e presenta una grana più grossolana a causa dei vasi o pori relativamente grandi. In generale le vernici protettive si comportano meglio sul legno a bassa densità come il cedro rispetto a legni ad alta densità come l’abete di Douglas e il pino meridionale perché i legni a bassa densità hanno una minore tendenza a contrarsi e dilatarsi rispetto ai legni ad alta densità.
Il gonfiore avviene a seguito dell’assorbimento dell’acqua nelle pareti cellulari del legno, che continua fino a quando il legno raggiunge il suo punto di saturazione delle fibre intorno al 30% di contenuto di umidità (in base alla massa secca). La percentuale di umidità del legno è un’altra proprietà importante che influisce sulle prestazioni del rivestimento sul legno.
Il legno si gonfia quando assorbe umidità e si contrae quando si asciuga. Il restringimento e il gonfiore del legno causano costantemente tensioni nel film del rivestimento. La percentuale di umidità del legno verde può superare il 150% (in base al peso del legno secco), ma sopra il punto di saturazione delle fibre (FSP ≈ 30%), il legno non assorbe più acqua nelle sue pareti cellulari ed è nella sua condizione satura e dimensionalmente stabile.
L’applicazione di protettivi su legno bagnato può causare un’adesione iniziale problematica, il restringimento del legno sottostante e la migrazione dell’umidità dalla superficie mentre il legno si asciuga, portando ad uno sfogliamento precoce del film protettivo.
Se una vernice viene applicata sul legno in queste condizioni di umidità, deve avere una buona permeabilità al vapore acqueo per consentire all’acqua assorbita di fuoriuscire senza causare bolle nei rivestimenti. Se l’acqua rimane nel legno, crea condizioni favorevoli alla crescita di funghi del decadimento all’interno della fibra. Il legno assorbe o disidrata l’umidità in risposta alle condizioni di umidità relativa ambientale e alla fine raggiunge la sua percentuale di umidità di equilibrio (di solito intorno al 12-15% di umidità).
In alcune specie di legno, gli estrattivi naturali influiscono negativamente sull’aspetto e sulle prestazioni del rivestimento. Sono state formulate vernici specifici per risolvere o ridurre al minimo questi problemi. Per le applicazioni esterne, le vernici aderiscono meglio ai legni segati grezzi rispetto ai legni piallati o levigati. Questo è probabilmente dovuto al fatto che le superfici ruvide hanno più punti di ancoraggio per l’interbloccaggio meccanico, migliorando così l’adesione del rivestimento al legno.
È importante ricordare che la superficie del legno dopo la levigatura può essere facilmente pulita con un panno umido per rimuovere la polvere di segatura in eccesso dalla superficie e lasciare i pori aperti per una possibile penetrazione della vernice. Effetti dei trattamenti del legno A differenza del degrado atmosferico, i funghi da decadimento e gli insetti possono deteriorare completamente il legno e causare gravi danni strutturali.
Per prevenire o ritardare il degrado, la maggior parte dei prodotti in legno dovrebbe essere protetta da funghi del decadimento e insetti se destinata ad applicazioni esterne. Queste protezioni possono essere divise in due categorie: trattamenti chimici e termici. Nei trattamenti chimici, vengono impregnati nel legno sia prodotti chimici conservanti (classificati come pesticidi) sia diversi prodotti chimici utilizzati per modificare il legno al fine di renderlo meno suscettibile alla biodegradazione.
Le formulazioni conservanti di solito includono fungicidi e insetticidi, che vengono aggiunti al legno mediante applicazioni ad alta pressione e vuoto. Il grado di trattamento dipende dalla formulazione, dal carico di conservante e dalla trattabilità delle diverse specie di legno. In uno studio di invecchiamento naturale di tre anni, abbiamo osservato che il trattamento conservante ha migliorato complessivamente le prestazioni del rivestimento.
Tutti i rivestimenti testati hanno avuto una migliore performance generale su tutti i legni trattati con conservante rispetto ai campioni di pino meridionale non trattati.
Dopo 3 anni di esposizione naturale, i rivestimenti hanno mostrato una minor erosione e desquamazione superficiale sui legni trattati con conservante rispetto a quelli non trattati.
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