Strini

Un nuovo laboratorio attrezzato per questi studi
realizzato in gran parte con finanziamenti esterni

Lo studio delle emissioni di composti volatili organici (VOC) dai materiali edili è un campo la cui importanza si è manifestata negli ultimi anni, con un incremento di interesse sempre maggiore da parte del pubblico, dei ricercatori e del mondo della produzione. Un'iniziativa dell'ICITE (Istituto Centrale per l'Industrializzazione e la Tecnologia Edilizia) in questo campo, avviata meno di tre anni fa, ha consentito la creazione di una nuova linea di ricerca all'interno dell'Istituto che ha portato alla realizzazione di un laboratorio di analisi specializzato e di strutture di supporto specifiche per l'allestimento di prove di emissione dei materiali in scala di laboratorio ed in scala reale.

La collaborazione con le imprese e le associazioni di settore rappresenta un punto fondamentale per garantire la trasmissibilità dei risultati al sistema produttivo e fornire un flusso di risorse per contribuire al finanziamento della ricerca stessa. L'intervento delle imprese e delle associazioni è complementare: mentre l'impresa chiede tipicamente al sistema di ricerca la risposta a problemi diretti e contingenti della produzione e lo sviluppo di tecnologie e prodotti relativi alla propria fascia di mercato ed alle proprie strategie di marketing, l'associazione è istituzionalmente più interessata alla situazione generale di settore, può svolgere un ruolo di esplorazione delle esigenze e delle tendenze del ramo e, quindi, agire da cinghia di trasmissione tra le imprese ed il settore della ricerca. Un esempio del primo caso è il contratto di ricerca stipulato con Mapei S.p.A. (Milano), ora entrato nel suo secondo anno di attività, che ha consentito un'intensa collaborazione, non solo nello studio di diversi prodotti, ma anche nella messa a punto delle tecniche e strumenti di analisi, nella definizione delle metodologie di laboratorio e nella progettazione dei sistemi di prova utilizzati nei rispettivi laboratori. Durante il primo anno di collaborazione è stata dimostrata l'importanza fondamentale della sinergia impresa-CNR per appoggiare in ambito europeo le istanze tecniche delle imprese italiane. In questo lavoro è emersa, inoltre, l'importanza di definire una strategia per lo sviluppo di prodotti a basse emissioni, che è una risposta strategica a richieste che saranno sempre più stringenti a livello di mercato prima ancora che normativo.

Un contratto di ricerca stipulato tra l'ICITE ed il Centro di Informazione sul PVC (Milano) ha permesso di affrontare in un'ottica di settore uno studio preliminare su diversi prodotti, evidenziando alcune caratteristiche del problema specifico delle emissioni da materiali in PVC. Da questi studi è emersa la necessità di uno screening delle caratteristiche dei diversi sistemi di pavimentazione realizzati con polimeri sintetici o linoleum, per identificare caratteristiche comuni e peculiarità delle diverse tipologie. È inoltre emersa l'interessante evidenza della presenza di problemi di emissione non specificatamente legati al materiale in quanto tale, ma a dettagli nella formulazione o nel processo produttivo.

La determinazione delle emissioni specifiche di un materiale viene effettuata in apposite camere di prova, dove il campione in studio è sottoposto a condizioni controllate di temperatura, umidità e ricambio di aria. Presso i laboratori ICITE sono state messe a punto delle camere ambientali (fig. 1) realizzate in vetro per minimizzare le interferenze dovute all'assorbimento dei VOC sulle pareti della camera stessa. Per consentire il controllo dell'umidità dell'aria di alimentazione è stato sviluppato uno speciale sistema di umidificazione. Dall'analisi quantitativa di campioni prelevati nelle camere a vari intervalli di tempo si possono generare delle curve di concentrazione per ogni composto analizzato, dalle quali è possibile calcolare la quantità totale di ogni composto emessa dal materiale durante l'esperimento ed il flusso di emissione in ogni istante.

Presso l'area sperimentale ICITE di Lecco sono state realizzate due celle sperimentali (una terza è attualmente in fase di costruzione) per la prova in opera dei materiali (fig. 2).

Una parte del lavoro svolto nell'ambito del contratto Mapei ha interessato la messa a punto di un metodo di analisi dei dati specifico per test di emissioni da adesivi a base acquosa. Il metodo proposto prevede un trattamento dei dati basato sull'integrazione con un modello empirico di regressione derivato dalla valutazione di un elevato numero di diversi prodotti di questa categoria. È stato dimostrato che utilizzando questo modello nel trattamento dei dati è possibile ottenere, con un numero limitato di rilevazioni sperimentali, valori di emissività di qualità paragonabile a quella ottenuta con un numero molto maggiore di misure analizzate con metodi tradizionali.

Questo nuovo metodo di analisi dei dati è stato approvato dal gruppo di lavoro afferente al comitato tecnico CEN/TC (European Committee for Standardization/Technical Committee) 193 (WG-Working Group1) nell'ambito della definizione di una norma europea per la misura delle emissioni a corto termine di adesivi a base acquosa.

La presentazione dei risultati della ricerca ICITE-Mapei ha permesso di superare le difficoltà emerse in questa sede nell'approvazione del documento di norma, a causa dell'inconciliabilità delle precedenti posizioni delle rappresentanze dei vari paesi membri.

Questo lavoro ha fornito un interessante esempio di come sia fondamentale la sinergia tra aziende e centri di ricerca per poter fornire risultati teorici e sperimentali utilizzabili con profitto nel confronto internazionale. Molto spesso, infatti, le posizioni delle aziende italiane non riescono ad ottenere la voce che meritano proprio per la mancanza alle spalle di una massa critica di lavoro di ricerca che ne consenta il supporto e, quindi, l'approvazione.

I risultati ottenuti durante il primo anno del contratto Mapei hanno dimostrato l'importanza di definire una strategia generale per lo sviluppo di prodotti a basse emissioni, che possa servire come guida per la definizione degli obiettivi e delle tecniche di ricerca. Un'esigenza industriale primaria è, infatti, la possibilità di soddisfare le richieste di mercato mantenendo un contenimento dei costi di produzione. La strategia individuata per la messa a punto di prodotti a basse emissioni parte dall'identificazione e dalla misura delle emissioni in laboratorio e, quindi, in scala reale. L'integrazione di questi dati, con l'eventuale ausilio dei dati disponibili in letteratura, consente di dare una valutazione dell'impatto ambientale del prodotto. Diversi cicli di valutazione e riformulazione possono dare origine a prodotti o sistemi di prodotto ottimizzati con elevate caratteristiche (fig. 3). Questo approccio risulta applicabile non solo a prodotti interamente innovativi, ma anche al miglioramento di prodotti già in commercio, che permetterebbe l'aggiornamento della produzione alle richieste attuali del mercato con costi e tempi tipicamente minori della messa a punto di un prodotto completamente ex novo.

Nell'ambito del contratto con il Centro di Informazione sul PVC sono emerse numerose indicazioni che suggeriscono la presenza in molti prodotti del settore di emissioni che non sono dovute a caratteristiche intrinseche e inalienabili del materiale stesso, bensì a componenti secondari imputabili alla formulazione ed al processo produttivo. Ad esempio, sono state identificate emissioni attribuibili a solventi utilizzati in alcuni additivi e composti la cui presenza è probabilmente causata da impurezze nei materiali di partenza o a lubrificanti utilizzati nel processo di lavorazione. È chiaro che in questi casi l'applicazione di una strategia di identificazione della fonte e la riformulazione del prodotto o del processo possono risultare estremamente remunerative, permettendo di trovare una soluzione funzionalmente equivalente che consenta però di fornire un prodotto con caratteristiche di emissività nettamente migliori.

L'iniziativa di ricerca sulle emissioni di VOC intrapresa dall'ICITE ha dimostrato come la collaborazione tra imprese, associazioni e CNR abbia permesso di aprire un nuovo filone di ricerca che vede attualmente coinvolti a tempo pieno un ricercatore e due borsisti. Questa collaborazione ha consentito di integrare le risorse del CNR con un flusso di finanziamenti, che hanno reso possibile la realizzazione, in meno di tre anni, di un laboratorio attrezzato con strumentazione aggiornata affiancata da sistemi progettati e realizzati internamente. In un tempo relativamente breve, è stato quindi possibile ottenere risultati interessanti con ricadute a livello industriale ed internazionale.

Realizzate insieme la ricerca di base e applicata

Il lavoro presentato da Alberto Strini si inquadra in un'azione avviata presso l'ICITE in questi ultimi anni e che ha preso le mosse dalla considerazione fatta al tempo, e tuttora attuale, che a fronte della stabilità o addirittura della diminuzione dei fondi di ricerca pubblici, si rendeva necessario per un Istituto come l'ICITE, operante nel campo della ricerca tecnologica, indirizzare i propri sforzi verso la ricerca svolta in cooperazione con il mondo produttivo. Questo, ovviamente, doveva avvenire senza rinunciare a svolgere attività di notevole valore scientifico.

In concreto ci si è domandato se ed in qual modo fosse possibile mettere in moto un processo in cui l'Istituto, una volta avviate linee interne di ricerca con connotati di originalità e di innovazione, fosse in grado di svilupparle. Tali studi avrebbero potuto stimolare l'interesse di finanziatori esterni (mondo dell'impresa, amministrazioni) ad avviare contratti di ricerca applicata per finanziare una successiva generazione di ricerche interne in campi innovativi.

I presupposti per credere nella possibilità di instaurare questo processo si fondavano sul rapporto già attivo da molti anni fra ICITE ed industrie del settore, sia nel campo della certificazione e prova di prodotti innovativi sia nell'ambito delle attività pre-normative e normative, legate all'implementazione della Direttiva 89/106.

Nell'ambito di questo rapporto si sono resi evidenti alcuni fattori di influenza che dovevano essere considerati per raggiungere l'obiettivo, i più importanti dei quali sono riassumibili come segue:

l'opportunità che da parte dell'Istituto venga eseguita un'attenta scelta delle linee di ricerca interna da sviluppare, cercando di individuare quelle che si configurano come necessità future del settore a fronte del suo sviluppo; in altre parole occorre saper "leggere la mano" del settore con un certo anticipo;
il settore della costruzione è estremamente conservativo e affronta il cambiamento e l'innovazione con difficoltà direttamente proporzionali alle caratteristiche di numerosità, frammentazione e diffusione degli operatori. Il settore poi è ostacolato, fatti salvi alcuni campi, quali l'ingegneria strutturale o l'energetica, da una diffusa mancanza di tradizione tecnico-scientifica, con particolare riferimento all'utilizzo di metodi analitici e sperimentali, che è normalmente praticato in altri settori produttivi;
l'offerta di ricerca deve essere proposta, quindi, con particolare cura, nell'evidenziare con chiarezza l'utilità dei risultati per il committente, nel chiarire la congruità fra risultati, mezzi utilizzati e quanto richiesto in termini economici ed, infine, nel proporre tempi di esecuzione che tengano conto delle esigenze del committente quanto della significatività dei risultati ottenibili.

Il lavoro di Strini sull'emissione di sostanze potenzialmente pericolose è stato prodotto sulla base di una ricerca, il cui sviluppo ha pienamente seguito i criteri citati: l'ICITE ha investito, su questa tematica, fondi provenienti da contratti di ricerca riguardanti attività più mature; questo investimento sta già generando contratti di ricerca sull'argomento, oltre ad una linea di valutazione tra laboratorio, test cells ed edificio a piena scala, di indubbia originalità, con un coerente contenuto scientifico e che permette di avere anche ricadute pre-normative di notevole importanza sul piano europeo.

Vi sono diversi altri temi di ricerca che sono nati con lo stesso spirito e stanno progressivamente raggiungendo risultati positivi.

La cosa più importante per noi è l'avere avuto la prova che l'obiettivo che ci eravamo posti, ossia avviare un processo di sviluppo di attività di ricerca in grado di produrre parallelamente risultati scientifici e finanziari, nonostante l'attuale congiuntura del settore, è possibile. Gli importanti risultati ottenuti ci incoraggiano a perfezionare il nostro obiettivo e il nostro modo di operare.

Valter Esposti

Direttore ICITE

Quando il rapporto pubblico-privato funziona

L'uso di prodotti chimici organici in edilizia ha ricevuto un forte sviluppo negli ultimi quarant'anni. Il problema principale nell'uso di questi prodotti, innanzitutto polimeri e copolimeri di varia natura, ma anche solventi ed alcuni biocidi, consiste nella possibile emissione di sostanze volatili, che può contribuire anche significativamente all'inquinamento dell'aria negli ambienti abitativi, il cosiddetto inquinamento indoor.

Esperimenti eseguiti in laboratori di ricerca e sul campo hanno dimostrato che anche piccole quantità di prodotti chimici a media e alta volatilità possono dare luogo a emissioni di notevole entità, che, in funzione delle condizioni di impiego e di ventilazione degli ambienti, possono persistere a livello misurabile nell'aria delle abitazioni anche per mesi.

Anche l'industria ha cominciato ad operare per realizzare nuovi prodotti più sicuri, eliminando le materie prime più pericolose e riducendo al minimo quelle volatili.

In questa ottica si è mossa anche Mapei per i suoi adesivi per la posa di pavimentazioni. Sotto la spinta delle richieste del mercato e di sempre più severe normative internazionali e codici di autoregolamentazione di associazioni di produttori di adesivi e di rivestimenti per pavimenti. Mapei ha orientato la sua ricerca in due direzioni: verso lo studio e la realizzazione di adesivi senza solvente e a bassissimo potenziale di emissione anche a tempi lunghi, verso lo studio di sistemi analitici di controllo in laboratorio delle emissioni nel tempo di sostanze organiche volatili. A tale scopo da tempo Mapei ha intrapreso collaborazioni a tutti i livelli, sia con i produttori di materie prime che con centri di ricerca pubblici.

La realizzazione di formulati per applicazioni indoor ha richiesto un'accurata selezione di ingredienti a bassissima emissione di sostanze organiche volatili, sia a tempi brevi sia lunghi.

Sono stati sviluppati metodi analitici di controllo delle emissioni dai formulati nel tempo. A tale scopo è stata costruita una "camera ambientale" da laboratorio molto simile a quella sviluppata autonomamente da ICITE e descritta dal Dr. Strini nella sua presentazione.

In questo campo la sinergia Mapei-ICITE è stata di grande importanza, in quanto ha permesso, attraverso il confronto delle specifiche esperienze, di migliorare gli strumenti analitici a disposizione e di ottenere risultati sempre più riproducibili ed affidabili, in grado di orientare meglio lo sviluppo della ricerca sui prodotti a bassissime emissioni di sostanze organiche.

Il supporto teorico fornito dal Dr. Strini ha permesso, inoltre, di affinare il modello empirico di regressione di trattamento dei dati proposto da Mapei e già oggetto di valutazione presso il comitato CEN/TC193, nell'ambito della definizione di una norma europea per la misura delle emissioni dagli adesivi dopo la loro posa. La presentazione dei risultati della ricerca Mapei-ICITE ha avuto un ruolo fondamentale per il progresso dell'iter di questa norma.

Giorgio Squinzi

Amministratore Unico Mapei