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Focus Scientifico: Determinazione della temperatura di gelatinizzazione mediante l’uso del DMA
Focus Scientifico: Determinazione della temperatura di gelatinizzazione mediante l’uso del DMA

La temperatura di gelatinizzazione è la temperatura alla quale si verificano delle modifiche della struttura del collagene indotte dall’elevata temperatura raggiunte dall’acqua in cui è immerso il campione. Tale temperatura varia a seconda del sistema conciante usato.

La norma di riferimento per l’esecuzione del test è la UNI EN ISO 3380:2015 “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 viene aumentata fino all’ebollizione di 2°C/min con una tolleranza di 0,2°C/min. Quando il provino si contrae causa lo uno spostamento dell’indicatore che, quindi, viene correlato alla temperatura di gelatinizzazione.

Come per altri test anche in questo caso sono presenti delle criticità, come:

difficoltà nel mantenimento della velocità di riscaldamento come prescritto nella norma;
tempi di prova elevati per cuoi con elevata stabilità idrotermica (es. cuoi conciati al cromo) 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;

sistema di agitazione: se non gestito correttamente, può determinare spostamenti dell’uncinomobile con conseguenti problematiche sulla valutazione in dispositivi non automatici.

Per ovviare a questi, o altri inconvenienti ed in ottica di digitalizzazione delle attività di laboratorio, sono stati sviluppati dei metodi che prevedono l’impiego dell’analisi dinamico meccanica (DMA).Il provino è immerso in acqua e fissato a due morsetti di cui uno mobile, in modo analogo al sistema descritto nella norma UNI EN ISO 3380.

I metodi sviluppati prevedono l‘esecuzione della prova in condizioni di isostress (controllo di forza, a deformazione costante), ed isostrain (controllo di deformazione, a forza applicata costante), con la stessa rampa di temperatura prevista dal metodo: in entrambi i casi si va a determinare la temperatura di contrazione del campione. La differenza tra i due metodi consiste nel setting della prova e quindi nella risposta dello strumento.

In figura 1 è rappresentata il test eseguito in condizioni di controllo di forza: si applica una deformazione costante per tutta la durata della prova, al raggiungimento della temperatura di gelatinizzazione il dispositivo rileva un aumento della forza, dovuto allo sviluppo di tensioni interne al campione.

Figura 1: il test eseguito in condizioni di controllo di forza

In figura 2, invece, è rappresentato il test eseguito in condizioni di controllo di spostamento. In questo caso al campione viene applicato un precarico molto basso, ed al raggiungimento della temperatura di gelatinizzazione, lo strumento rileva la deformazione negativa del provino.

Figura 2: il test eseguito in condizioni di controllo di spostamento

Per quanto riguarda l’esatta determinazione del dato della temperatura di contrazione si può usare il valore onset della transizione, definita come il punto in cui la curva inizia a deviare dalla linea di base. Poiché tale punto è difficile da determinare con precisione, si preferisce usare una temperatura di onset estrapolata (più riproducibile), data dall’intersezione della linea di base estrapolata e della tangente al punto di massima pendenza, come mostrato in figura 3.

Figura 3: valore della temperatura di contrazione

I metodi descritti possono rappresentare un passo avanti per quanto riguarda la digitalizzazionedelle attività di laboratorio e consentono di superare le criticità della norma UNI EN ISO 3380. In questo caso, il test viene gestito interamente dal software dello strumento aumentando il livello di precisione rispetto alla strumentazione classica.

Bibliografia

UNI EN ISO 3380:2015 – Cuoio – Prove fisiche e meccaniche – Determinazione della temperatura di contrazione fino a 100 °C
Mascolo R., De Piano F., Calvanese G., Bilotti E., Innovative method for the determination of hydrothermal stability of leathers using DMA techniques: statistical assessment of method performance – 37th WORLD CONGRESS of the International Union of Leather Technologists and Chemists Society (IULTCS), Chengdu, China, from October 17 to 20, 2023

 

A cura del Dr. Francesco De Piano

10-10-2024

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