Il legno è una complessa struttura polimerica costituita da lignina e carboidrati (cellulosa ed emicellulosa), i quali formano la struttura ligno-cellulosica visibile del legno. Inoltre, pur non contribuendo alla struttura del legno, sono presenti quantità minori di altre sostanze chimiche e di minerali. In quasi tutte le applicazioni su legno, la prima fase dell’operazione consiste nell’applicare un fondo, che espleta due funzioni basilari, la prima delle quali, principale ed essenziale, è dare e mantenere l’adesione sul substrato e la seconda è di rendere la superficie uniforme.
Con tutta l'attenzione prestata alla colorazione, sulla superficie del legno compaiono talvolta macchie irregolari di colore giallo-rossastro. Più il legno è chiaro o bianco, più l'aspetto è evidente. Se l'oggetto finito è di quercia, castagno o mogano e il colorante utilizzato è diluibile con acqua, molto probabilmente si tratta di tannini del legno. Essi sono responsabili della colorazione del legno, del cambiamento di colore della vernice o della pittura e talvolta anche del rallentamento dell'essiccazione dei prodotti alchidici o a base di olio e del rallentamento della reazione di indurimento delle vernici catalitiche.
Cos'è il Tannino e la Sua Natura Chimica
Il tannino è una sostanza naturale presente in tutto il mondo vegetale: nel legno, nella corteccia, nei rizomi, nelle radici e nei frutti. A differenza della maggior parte degli animali, le piante non possono muoversi: hanno quindi sviluppato il tannino come protezione naturale dall’assalto di patogeni, quali funghi, batteri e virus. I tannini sono polifenoli naturali presenti in molti legni.
I tannini sono derivati dell’acido gallico, presenti solitamente nella corteccia, ma anche nel legno di alcune specie legnose. Le soluzioni di acido gallico (acido 3, 4, 5 triidrossibenzoico), in particolare dei sali di metalli alcalini, assorbono l’ossigeno e diventano bruni una volta esposti all’aria, come il pirogallolo. I tannini sono considerati come acidi che danno, ad esempio, gusto astringente del vino o ammorbidiscono la pelle degli animali nel processo di concia. Da qui deriva anche il nome, in quanto la corteccia di quercia veniva spesso utilizzata in passato per la concia delle pelli.
In alcune piante la concentrazione di tannini è maggiore. Di conseguenza, sono le più utilizzate per l’estrazione di tannino a livello industriale. Il Quebracho cresce nel nord dell’Argentina e nel sud del Paraguay mentre la Tara in Perù. La quantità di estrattivi presenti nel legno varia dal 5 al 20% in peso ed include una vasta gamma di prodotti chimici organici. Questi includono i terpeni e le resine acide delle cellule epiteliali e nei canali delle resine, così come i materiali fenolici del durame.
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Tannini nel Legno e Specie Particolarmente Ricche
Tutti gli alberi contengono tannino, sia nella radice (la quantità maggiore) che nel tronco, nei rami e nelle foglie. Il colore del tannino varia dal giallo-rossastro al marrone. Più chiaro è il colore del legno, meno tannino contiene.
Il rovere (Quercus petraea, Q. robur e affini) è tra i legni più usati per tavoli, pavimenti e serramenti: durevole, poro vivo, venatura scenografica. Nel rovere dominano ellagitannini e acido gallico, ed è tra i più ricchi di tannini. L’elevato contenuto di tannini è presente anche in quercia, castagno, acacia, noce, mogano e nella maggior parte delle specie aliene con un colore più marcato. La sequoia e il cedro sono ricchi di tannini; in particolare, il cedro rosso ed il legno di sequoia sono due specie comuni di legno tenero contenenti grandi quantità di estrattivi. Essi conferiscono a tali specie il loro colore unico e accattivante, la buona stabilità e la naturale resistenza alla degradazione, ma possono anche far scolorire la vernice.
I nodi di molte specie di legno tenero, il pino in particolare, contengono una grande quantità di resine e di altri composti fortemente colorati. Questi composti possono causare a volte distacchi della vernice o provocarne l’imbrunimento. I problemi derivanti dalla comparsa delle macchie di tannino possono insorgere occasionalmente con legni quali l’abete Douglas ed il pino cembro del sud.
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Contenuto di Tannino e Caratteristiche in Diverse Specie Legnose
Di seguito una tabella riassuntiva delle proprietà e dei potenziali problemi legati ai tannini in alcune delle specie legnose più comuni nell'uso industriale:
| Specie Legnosa | Contenuto di Tannino / Caratteristiche | Potenziali Problemi |
|---|---|---|
| Rovere (Quercia) | Tra i più ricchi (ellagitannini, acido gallico), durevole, venatura scenografica. | Macchie nero-blu con ferro e umidità, "bleeding" con trasparenti all'acqua. |
| Castagno, Acacia, Noce, Mogano | Elevato contenuto. | Macchie giallo-rossastre, "bleeding". |
| Sequoia, Cedro Rosso | Eccezionalmente alti livelli di acidi tannici idrosolubili. | Macchie di tannino (giallo, marrone, grigio, verdastro), scolorimento della vernice. |
| Pino | Quantità variabile di resina e tannino, nodi ricchi di resine. | Distacchi della vernice, imbrunimento, macchie con umidità. |
| Abete Douglas, Pino Cembro del Sud | Problemi occasionali con macchie di tannino. | Macchie bruno-rossastre con umidità. |
| Abete Rosso, Abete Americano | Scarso contenuto di resina e tannino. | Relativamente facili da verniciare. |
| Lauan, altre specie asiatiche | Alte concentrazioni in alcune specie. | Richiedono fondi con caratteristiche di media distensione e riempimento. |
| MDF | Potrebbe utilizzare legni ricchi di tannino nella produzione. | Necessario l'impiego di fondi "stain blocking". |
I Problemi Causati dai Tannini nella Colorazione del Legno
I tannini del legno possono essere fastidiosi, sia perché sono acidi, sia perché sono solubili in acqua, e alcuni di essi anche in solventi organici.
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Reazione con il Ferro: i Tannati di Ferro
L'acidità dei tannini disturba durante l'assemblaggio dei pezzi, quando il legno entra in contatto con il ferro o i derivati del ferro. A contatto con ferro e umidità compaiono macchie nero-blu e si accelera la corrosione degli elementi metallici. Quando incontrano ioni Fe²⁺/Fe³⁺ (da acciaio al carbonio, chiodi, polveri di smerigliatura o acqua “ferrosa”) formano complessi scuri - i cosiddetti tannati di ferro - gli stessi alla base dei tradizionali inchiostri ferro-gallici. Il risultato sono aloni nero-blu su legno e attorno al metallo. Con i sali di ferro (III), si forma un complesso blu scuro. La reazione è favorita dall’aumento dell’umidità nel legno. La resistenza del legno non viene intaccata, ma la colorazione che si verifica può rovinare l’aspetto finale dell’oggetto.
"Bleeding" e Decolorazione con le Finiture
Il fatto che siano solubili in acqua è un’altra caratteristica che può portare a effetti spiacevoli. Applicando bagni o vernici all’acqua, si lascia che i tannini si dissolvano e migrino verso la superficie del legno. Quando gli estrattivi decolorano la vernice, la causa è solitamente l’umidità. Essi si dissolvono e macchiano il legno grazie all’acqua, che si sposta sulla superficie della vernice ed evapora, lasciando dietro sé le sostanze di estrazione che appaiono come macchie bruno-rossastre.
La decolorazione diffusa per gli estrattivi del legno è causata dall’acqua piovana e dalla rugiada, che penetrano nello strato di vernice a basso spessore o poroso. Può essere causata anche dalla pioggia e dalla rugiada che penetrano nei giunti laterali, oppure dall’acqua delle grondaie o dai canali di scolo difettosi. Lo svantaggio principale dei prodotti all’acqua è rappresentato dal fatto che i composti cromofori idrosolubili presenti nel legno, come i tannini ad esempio, “sanguinano” e attraversano il fondo, macchiando o sbiadendo la tinta della finitura. Questa è la ragione principale per la quale i fondi a base solvente sono sempre stati considerati i prodotti migliori per la prevenzione del sanguinamento dei tannini sui vari tipi di legno estrattivo.
Il bleeding (migrazione di tannini) affligge in particolare i trasparenti all’acqua e i coprenti chiari. I tannini sono un vero problema quando si utilizzano lacche bianche o chiare. In questo caso il cambiamento di colore sarà visibile e impossibile da non notare. Quando si utilizzano colori scuri o vernici con un’elevata tonalità gialla, è più difficile notare la differenza di colore.
Prevenzione e Soluzioni per la Gestione dei Tannini
Con scelta corretta dei metalli, barriere, primer e manutenzione mirata, le macchie da tannato di ferro diventano gestibili e, soprattutto, prevenibili. La presenza di tannini non è segnalata da un aspetto particolare, quindi è difficile sapere se il legno si macchierà o meno, anche se è di una specie riconosciuta come ricca di tannini. Affinché la finitura non sia influenzata dal tannino presente nel legno, dobbiamo fare in modo che il tannino rimanga all’interno, senza possibilità di venire in superficie. A questo scopo possiamo utilizzare degli isolanti.
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Misure Preventive sul Rovere
- Sigilla le testate (end-grain) - sono autostrade per l’acqua.
- Niente lana d’acciaio sul rovere - lascia micro-particelle ferrose nel poro.
- Ferramenta già finita - verniciata o inox.
Queste attenzioni aiutano molto, ma è decisivo isolare le testate, usare guarnizioni e proteggere da ristagni.
Il Ruolo dei Fondi e Isolanti
Gli isolanti penetrano in profondità nel legno e reagiscono (indurendo), bloccando i tannini all’interno. Essi sono disponibili sia per il legno esterno che per quello interno. Possono essere a base d’acqua o a base di solventi, monocomponenti o bicomponenti. Si applicano come prima mano e dopo l’essiccazione si può utilizzare qualsiasi finitura.
I fondi (quelli a base d’olio o a base alchidica continuano ad essere i più usati) contribuiscono inoltre ad accrescere il potere coprente della vernice, ma le leggi per la tutela dell’ambiente rappresentano il principale fattore trainante della transizione dai prodotti a base solvente a quelli a base acquosa. Le ricerche compiute dalle aziende del settore si sono concentrate sulla messa a punto di un fondo che svolga contemporaneamente un’azione tanninobloccante e che sia velocemente carteggiabile. Formulazioni anti-sanguinamento possono essere realizzate a basso contenuto di VOC e totalmente prive di zinco. È stato osservato che questo legante è estremamente versatile, dotato di azione bloccante delle sostanze estrattive, sia che si tratti della resina del pino, oppure di tannini, come nel caso del legno Merbau, Curupixa, Cedro rosso, Iroko, Meranti o altri tipi di legno difficili, duri o teneri. In tutti i test eseguiti, il potere adesivo su tutti i tipi di legno si è mantenuto costante.
Meccanismi di Blocco dei Tannini
Alcuni fondi antimacchia a base acquosa sono formulati come barriera che blocca gli estrattivi idrosolubili. Altri sistemi agiscono chimicamente, legando le sostanze di estrazione nello strato di fondo, prevenendo così l’ulteriore migrazione degli estrattivi sulla finitura. Grazie a questi sistemi, le mani di fondo perdono colore, ma questo fenomeno non interessa la finitura.
La tecnica principale consiste nell’utilizzare una dispersione polimerica anionica convenzionale, combinata con i pigmenti reattivi come l’ossido di zinco. Il meccanismo primario dei pigmenti è quello della chelazione (o precipitazione) dei cationi solubili dal pigmento con i fenoli. I pigmenti reattivi in genere sono molto efficaci nel bloccare i tannini. Tuttavia, in pratica, essi presentano i maggiori inconvenienti, in quanto la presenza degli ioni del metallo polivalenti può causare problemi di stabilità come l’incremento della viscosità e la gelificazione o la coagulazione del polimero. Ovviamente, questa soluzione è limitata ai prodotti pigmentati. Si cerca quindi di ottenere le proprietà “tannin blocking” senza impiegare i pigmenti reattivi, in altri termini, modificando la composizione del legante.
Le dispersioni polimeriche cationiche sono state proposte come soluzione per evitare che le macchie idrosolubili, presenti sul supporto grezzo o verniciato, migrino attraverso un prodotto verniciante appena applicato. Le emulsioni alchidiche uretano-modificate possono essere impiegate nei fondi per legno, come efficaci “tannins block”. Un vantaggio significativo delle emulsioni alchidiche è il loro naturale basso peso molecolare, che consente la buona penetrazione nei pori del legno. Conseguentemente alla modificazione uretanica, le emulsioni alchidiche presentano nella catena un certo numero di gruppi ureici. Si ritiene che per la loro natura basica, i gruppi ureici possono anche interagire con i tannini, prevenendo il sanguinamento. Un inconveniente significativo riscontrato nelle emulsioni alchidiche, comunque, è la lentezza del processo di essiccazione, che rende i fondi a base di queste emulsioni meno adatti alle applicazioni industriali.
La Gommalacca come Barriera Efficace
Uno dei migliori materiali isolanti è la gommalacca. Poiché la composizione dei tannini varia da legno a legno, i normali isolanti potrebbero non essere abbastanza resistenti per alcuni di essi. La gommalacca, tuttavia, può essere un’ottima barriera tra il legno tannico e la finitura. È talmente buona che può essere utilizzata anche per isolamento dei nodi, bloccando i tannini e la resina.
Tecniche Storiche: Fuming ad Ammoniaca
Il fuming ad ammoniaca sul rovere è una tecnica storica per scurire la vena, poiché l'ammoniaca reagisce con i tannini. Questa tecnica riduce il bleed sotto smalti e trasparenti, specie all’acqua.
La battaglia contro il “sanguinamento” è stata vinta grazie alle ricerche compiute dalle aziende del settore, che si sono concentrate sulla messa a punto di fondi specifici per i cicli di verniciatura all’acqua. Anche se possono verificarsi dei problemi, lavorare con il legno conciato non deve spaventarci. La migrazione del tannino verso l’esterno non influisce sulle proprietà fisiche e meccaniche del legno, ma solo sull’aspetto. La colorazione non si verifica sempre, anche se il legno ha un elevato contenuto di tannino. Se così fosse, si lavorerebbe pochissimo sul legno di quercia, il che è ben lontano dalla realtà.
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