Materiali per il design

Il legno

Il legno è un materiale naturale vegetale costituito da una sorta di struttura "gerarchica" e ripetitiva. Le cellule vegetali sono caratterizzate da pareti in cellulosa rinforzate da una sostanza polimerica, la lignina. Può avere ulteriori composti organici con funzione legante o protettiva o che conferiscono la colorazione.

Negli Stati Uniti è il principale materiale da costruzione, ma più generalmente è utilizzato molto per alcune caratteristiche che lo contraddistinguono:

• Disponibile ovunque
• Facilmente lavorabile
• Buone proprietà meccaniche coniugate a una bassa densità
• Durevole
• Buone proprietà coibenti (isolante termico, acustico, elettrico)
• Buona resistenza chimica economica
• Aspetto estetico gradevole
• Rinnovabile, riutilizzabile e biodegradabile

Presenta tuttavia alcune limitazioni dovute alla sua origine naturale: il legno è igroscopico, cioè

la parte che produce il legno; il durame, la parte interna del tronco che conferisce resistenza e solidità. La cellulosa è un polisaccaride che costituisce la principale componente delle pareti cellulari delle piante. È un materiale molto resistente e rigido, che conferisce alle piante la loro struttura e supporto. La cellulosa è composta da catene di glucosio che si legano insieme formando una struttura a reticolo. La cellulosa è un materiale molto versatile e viene utilizzata in molti settori, come l'industria cartaria, tessile e alimentare. È anche un importante materiale da costruzione, utilizzato per la produzione di legno e carta. La cellulosa è un materiale biodegradabile e può essere decomposta da organismi come batteri e funghi. Questa caratteristica rende la cellulosa un materiale ecologico e sostenibile. In conclusione, la cellulosa è un materiale fondamentale per le piante e ha numerose applicazioni nell'industria e nell'ambiente. La sua struttura e proprietà dipendono dalla quantità di acqua presente e dalle condizioni climatiche.

A contatto con il fusto; il libro, una parte del fusto a contatto con la corteccia interna e attraverso la quale viene distribuita la linfa; infine c'è il legno vero e proprio. Esso è formato da diversi anelli che si formano in cicli annuali; la parte esterna, più giovane, è l'alburno, quella interna e più dura è il durame, infine c'è il midollo, che varia a seconda dell'essenza e da cui si innestano i rami.

Microstruttura: le sue proprietà dipendono dalla microstruttura, e in particolare dalle pareti cellulari, composte da più strati: è formata da micro fibrille di cellulosa circondata di una matrice polimerica di emicellulosa e lignina: è quindi una struttura amorfa in grado di essere sollecitata a flessione. Le microfibrille e le cellule sono orientate nella direzione longitudinale del tronco (anisotropia).

La classificazione botanica è per essenze, le quali sono determinate dalla

Struttura delle cellule nella porzione dell'alburno e del durame (non sulle proprietà meccaniche):

• Essenze dolci (gimnosperme- conifere): Abete bianco e rosso; Pino; Cedro
• Essenze dure (angiosperme- latifoglie): quercia, acero, ciliegio, castagno, noce, ulivo.

Lavorazione: è fondamentale la quantità d'acqua che influenza la densità e le proprietà meccaniche del legno. Dopo l'abbattimento (stagione di assenza attività vegetativa) il legno va incontro a decorticazione, taglio e infine si riduce il contenuto d'acqua al 10-15% tramite una stagionatura naturale oppure all'essiccazione, un processo artificiale in cui la temperatura è monitorata e la rimozione è velocizzata. L'umidità (%=peso a umido-peso a secco al taglio/peso a secco *100) al taglio, cioè in condizione di legno verde è variabile a seconda dell'essenza: nel legno dolce arriva a 150% in peso.

nell'alburno e 60% nel durame; nel legno duro invece arriva all'80%.

L'acqua si trova nelle pareti cellulari o all'interno dei canali della cellula (lumi). Essa è legata alla lignina delle pareti di cellulosa da un legame debole, quello a idrogeno, mentre all'interno della cellula è libera (non legata). La prima umidità che viene rilasciata è quella nel lume (nei canali) delle cellule. Viene rilasciata velocemente causando la diminuzione della densità ma senza alterare la forma.

L'umidità all'interno delle pareti invece viene rilasciata lentamente, e il legno si ritira, di conseguenza aumentano la densità e anche le proprietà meccaniche del legno, ma si possono avere anche delle deformazioni se la variazione di volume non viene controllata (stagionatura ugualmente controllata).

Durante la stagionatura, quando l'umidità nei condotti è uscita del tutto mentre le pareti sono ancora piene,

si arriva a un livello percentuale di umidità che è detto punto di saturazione delle fibre (circa 30%). Aldi sotto di questa percentuali le caratteristiche meccaniche cominciano a crescere, in dipendenzadall'umidità e dalla densità (inversamente proporzionali) del legno e dalla direzione della sollecitazione. Incondizioni standard l'umidità arriva al 12% circa.

Per essiccazione le fibre subiscono un ritiro massimo in funzione della direzione: longitudinale dello 0,1%,trasversale 1-10%, radiale 5%.

Le proprietà meccaniche aumentano con la densità e a seconda della sollecitazione, che viene definita daun angolo: per questo ci sono delle direzioni di lavorazione preferenziali, in cui le proprietà meccanichesono più basse e la lavorazione è quindi più facile.

Durabilità: i meccanismi di degrado possono essere causati da:agenti biologici (funghi e insetti): il legno è attaccabile da agenti

biologici come funghi, che possono portare alla decomposizione (marciume, carie) con un attacco chimico; altri possono essere gli insetti come le termiti, che da larve scavano gallerie in profondità e da adulti mangiano il legno. Il legno può essere più o meno resistente a questi eventi a seconda dell'ambiente in cui si trova e dal tipo di essenza (può contenere estratti naturali velenosi). Eventualmente si può sottoporre a trattamenti impregnanti artificiali per favorirne la resistenza. Agenti fisici: gli agenti atmosferici (luce, pioggia, vento) producono un danno solo superficiale (a meno che non ci sia anche un attacco biologico interno) che porta alla variazione del colore. L'incendio è un altro tipo di attacco fisico molto aggressivo: quando brucia però il legno è in grado di mantenere le sue proprietà grazie a un meccanismo di difesa. La combustione è infatti a tre stadi, cosa che rallenta il processo di distruzione.degrado e il cedimento strutturale: c'è una zona esterna carbonizzata, criccata ed erosa che protegge l'interno limitando l'aumento della temperatura; quella intermedia "pirolizzata" dove avviene la combustione mentre quella interna rimane inalterata con le sue proprietà meccaniche. Agenti fisici: ha una buona resistenza agli ambienti acidi, è minore quella agli ambienti alcalini. - Produzione: il legname può essere segato, cioè tagliato e sezionato in segheria per ridurlo a travi, listelli o tavole, che poi vengono stagionati a seconda dell'impiego. La tranciatura e la sfogliatura invece sono altri tipi di taglio che permettono di ottenere pannelli sottili: nel caso della sfogliatura un utensile da taglio agisce in modo tangenziale rispetto al tronco; nel caso della tranciatura invece si parte da metà tronco e l'attrezzo lavora parallelamente al tronco. A seconda della disposizione dei pannelli si possonoottenere legno compensato/ paniforti, pannelli sandwich, pannelli di particelle, lana di legno. Derivati del legno: il tronco di un albero non è mai utilizzato tale e quale, ma viene tagliato in sezioni longitudinali (assi, travi, travetti) e poi stagionato. Il legno massello (o massiccio) ha infatti dei difetti intrinseci, come il comportamento anisotropo, oltre che instabilità dimensionale per via delle variazioni di umidità, la presenza di difetti poco lavorabili e le dimensioni limitate. Per questo si utilizzano derivati, che sono privi di difetti, possono essere dimensionati a piacimento e può essere controllata maggiormente la quantità di umidità. Compensati (plywood): si utilizzano tre o più strati (dispari) di legno sfogliato disposti a fibre incrociate per superare il problema dell'anisotropia. Si possono scegliere i tipi di essenza, lo spessore dei pannelli e il loro orientamento per aumentarne la resistenza. Paniforti: hanno uno strato di compensato su entrambi i lati e un'anima di legno massiccio al centro. Sono utilizzati per ottenere pannelli resistenti e stabili. Pannelli sandwich: sono costituiti da due strati di compensato con un'anima isolante al centro, come schiuma di poliuretano o polistirene espanso. Sono utilizzati per isolare termicamente e acusticamente gli ambienti. Pannelli di particelle: sono realizzati con particelle di legno pressate insieme con resine. Sono utilizzati per ottenere pannelli economici e di dimensioni maggiori rispetto al legno massiccio. Lana di legno: è un materiale isolante realizzato con fibre di legno. Viene utilizzata per isolare termicamente e acusticamente gli edifici. Questi derivati del legno offrono una maggiore versatilità e possibilità di personalizzazione rispetto al legno massiccio, consentendo di ottenere materiali più resistenti, stabili e adatti alle diverse esigenze.gli strati esterni di legno sfogliato e l'interno a listelli (7-4 mm) o a lamelle. Fogliato: hanno gli strati esterni di legno sfogliato e l'interno di legno massello. Pannelli di particelle: si utilizzano gli scarti di materiali lignei, steli di canapa e paglia di lino. A partire da queste, che vengono essiccate, si ottengono dei pannelli grazie a resine e una successiva pressatura a caldo. Oltre alla qualità del legno si può scegliere la dimensione delle particelle, ottenendo effetti diversi. Il truciolato è ottenuto utilizzando piccoli pezzi di legno dolce che vengono essiccati, spruzzati con adesivo (resine particolari) e pressati a caldo con temperatura elevata. Si ottengono pannelli a particelle di lino o di bagassa (scarti della canna da zucchero), oppure a seconda dell'orientamento, pannelli a scaglie unidirezionali o a scaglie orientate (compensato truciolare). A parità di spessore la resistenza meccanica dei

Pannelli di particelle è inferiore a quella dei compensati. I truciolati sono meno sensibili alle variazioni di umidità relativa (per via delle resine che lo rendono impermeabile e dei pezzi già piccoli) e quindi possono essere utilizzati in ambienti umidi come bagni e cucine.

Pannelli di fibre: le fibre di legno sono ottenute da processi di sfibratura meccanica (la cellulosa è a catene con struttura cristallina) ottenuti a umido o a secco. Con la sfibratura si ha il controllo sulla lunghezza delle fibre e su come assemblarle, cioè sulla densità e la durezza del materiale finale. Si hanno delle strutture omogenee con un unico strato, con più strati uguali o di diverso spessore. I pannelli comuni sono commercializzati come masonite e faesite.

I pannelli di fibra di media densità (MDF) ad esempio sono usati in arredo, presentano spessori variabili (2-50 mm) e la disposizione casuale delle fibre fa si che sia un materiale isotropo.

lavorabile come legnomassello (spigoli vivi, superficie rivestibile), e pur essendo leggero sostiene molti carichi. Un pannello a bassa densità invece sarà utilizzato come i