Determinazione della temperatura di gelatinizzazione mediante tecniche DMA e DSC
La temperatura di gelatinizzazione è la temperatura alla quale si verifica la rottura della struttura primaria del collagene del cuoio in presenza di acqua. Tale temperatura varia in funzione del tipo di conciante e rappresenta il parametro di riferimento per qualificare la qualità della concia prima delle successive fasi di ingrasso, riconcia e tintura. Dal punto di vista termodinamico, la temperatura di gelatinizzazione corrisponde ad una transizione di secondo ordine solido-solido da una struttura semicristallina ad una amorfa che si manifesta con una variazione dimensionale del cuoio, ovvero con la contrazione dello stesso.
Dal punto di vista metodologico, tale fenomeno viene quantificato con il metodo EN ISO 3380 “Determinazione della temperatura di contrazione fino a 100°C”. Il metodo consiste nell’immersione in acqua di un provino fissato tra due morsetti, uno dei quali è mobile; la temperatura per norma deve essere incrementata fino all’ebollizione ad una velocità di 2°C/min con una tolleranza di 0,2°C/min. Quando si verifica la gelatinizzazione de materiale, la riduzione delle dimensioni del provino determina uno spostamento dell’indicatore che, quindi, viene correlato alla temperatura di transizione.
Il metodo di prova, però, ha delle criticità. La prima è relativa al mantenimento della velocità di riscaldamento con un errore molto basso. Molti dei dispositivi in commercio, infatti, non riescono a garantire il rispetto della prescrizione costruttiva a temperature superiori ai 60-70°C circa, ovvero all’aumentare della temperatura la velocità di riscaldamento tende ad aumentare. Anche se da un punto di vista sostanziale il rallentamento della prova non provoca uno scostamento significativo dei risultati, dal punto di vista formale ciò determina una non conformità del dispositivo con i conseguenti problemi nel caso di prove accreditate. Inoltre, qualora si analizzassero cuoi con elevata stabilità idrotermica (es. cuoi conciati al cromo) i tempi di prova risulterebbero eccessivamente allungati, con conseguenti impatti sulla produttività del laboratorio. Si tenga presente che il metodo ISO 3380 prevede l’esecuzione di 4 prove ciascuna delle quali può durare fino a 40 minuti. Altro problema è legato al sistema di agitazione che, se non gestito correttamente, può determinare spostamenti dell’uncino mobile con conseguenti problematiche sulla valutazione in dispositivi non automatici.
Grazie all’utilizzo di dispositivi di analisi strumentale complessi, la Stazione Sperimentale ha messo a punto due metodiche differenti che prevede l’utilizzo del DMA e del DSC. Nel primo caso, si sfruttano gli effetti meccanici della transizione, vale a dire la forza che si determina nella contrazione del materiale. Il metodo di prova prevede l’immersione in una microvasca di provini rettangolari in condizioni di isostrain e soggetti alla rampa di temperatura prevista nel test. Al raggiungimento della temperatura di gelatinizzazione il dispositivo rileverà una forza che, quindi, rappresenta la stabilità idrotermica del materiale. Con lo stesso dispositivo applicando un precarico molto basso, la temperatura di contrazione sarà quella corrispondente alla deformazione negativa risultante dallo spostamento del morsetto del dispositivo.
Con il DSC, invece, la temperatura di gelatinizzazione viene misurato il flusso di calore in funzione della temperatura in una rampa da temperatura ambiente alla temperatura target. La temperatura corrispondente ad un assorbimento di calore necessario alla transizione del secondo ordine definisce la temperatura di contrazione del materiale. La prova viene eseguita in crogioli chiusi in cui pochi milligrammi di cuoio sono immersi in acqua.
I metodi sopra descritti rappresentano un importante supporto al controllo di processo e di qualità del cuoio. Le strumentazioni utilizzate oltre che a garantire una elevata ripetibilità della misura consentono il superamento delle criticità del metodo di prova ISO 3380 nonché benefici nell’automazione delle attività di laboratorio.
A cura di
Ing. Rosario Mascolo
Coordinatore Tecnico-Scientifico Dipartimento Sviluppo Prodotto
Pubblicato il: 2 Set 2022 alle 08:54