4 Materiali e metodi
Nel presente capitolo viene fornita una descrizione dei materiali utilizzati e delle metodologie seguite, per effettuare sia le prove vere e proprie di sperimentazione, che le analisi. Nel caso in cui la descrizione del materiale utilizzato è indispensabile per capire le prove condotte, tale descrizione viene riportata nel capitolo relativo a queste prove.
4.1 Materiali utilizzati nella sperimentazione sulle pelli
4.1.1 Pellame
Nel lavoro di sperimentazione effettuato la materia prima utilizzata è rappresentata da pelli salate fresche di vitelli ungheresi del peso di circa 8÷12 kg.
4.1.2 Reattivi e prodotti
Nel presente paragrafo viene fornita una lista dei principali prodotti chimici utilizzati, limitatamente agli agenti concianti, poiché la sperimentazione sulle pelli ha riguardato le fasi di concia e di riconcia.
Cromo:
stato fisico: polvere di colore verde base: sale di cromo
composizione: 26% ossido di cromo (Cr2O3)
basicità: 33% per basicità si intende il numero “medio”di gruppi OH direttamente legati al Cr(III)
campo d’azione: ambiente acido.
Tannino vegetale Quebracho ATO: stato fisico: polvere rosata
concentrazione d’acqua: 8% pH (soluzione 1:10): 4.9
quantità utilizzata: 6÷7% riferita al peso delle pelli salate fresche
proprietà generiche: tannino riempiente, utilizzato nella concia al vegetale, nella concia al cuoio da suola e nella riconcia al cromo.
Tannino vegetale Castagno raddolcito: stato fisico: polvere di colore bruno
base: tannini 72÷74%, non tannini 19÷21% pH (soluzione 1:10): 3.4÷3.6
quantità: per pellami conciati al cromo 4÷8% su peso rasato, dopo la disacida
proprietà generiche: può essere utilizzato nella produzione di cuoio suola o nelle riconce di pelli al cromo ogni volta che si vuole ottenere un articolo fortemente vegetalizzato con fiore fine.
Tannino vegetale Tara:
stato fisico: polvere di colore chiaro base: tannini 49÷55%
pH (soluzione al 2%): 3.5÷3.7%
quantità utilizzata: in fase di concia 20÷24% su peso trippa in fase di riconcia 5÷10% su peso rasato
proprietà generiche: trova impiego come conciante su pelli in trippa o come riconciante di pelli conciate al vegetale o di pelli conciate al cromo, a cui conferisce particolari doti di morbidezza e di pienezza.
4.1.3 Reattore adoperato: il bottalino
Le prove sperimentali sulle pelli sono state effettuate in “bottali sperimentali” (Figura 4-1), di dimensioni ridotte rispetto a quelli utilizzati in conceria. Una differenza fondamentali tra i bottali utilizzati nelle prove e quelli delle concerie, oltre alle diverse dimensioni, consiste nella minor azione meccanica che le pelli subiscono nei bottalini e che comporta un minore strofinio e minori urti tra pelle e pelle. Un altro aspetto che differenzia
questi bottali da quelli impiegati in campo industriale, è il materiale con cui sono costruiti: mentre quelli presenti nelle concerie sono di legno, i bottalini sono in acciaio inox.
Figura 4-1: bottale utilizzato nelle prove (foto a sinistra) e particolare della bocca del bottale (foto a destra)
4.2 Strumentazione delle prove fisiche sul cuoio
Per il cuoio da tomaia non rifinito le prove fisiche più indicative sono: resistenza allo strappo (I. U. P. 8 - ISO 33771
); resistenza allo scoppio (I. U. P. 9 - ISO 3379).
4.2.1 Resistenza allo strappo
La misura del carico di strappo è in grado di dare concretamente una valutazione della resistenza strutturale del cuoio. Per questa prova si usano provini standard di 50 x 25 mm con una fenditura a metà dell'asse longitudinale, tagliati con una trancia e apposite fustelle.
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Per tradurre in cifre le caratteristiche della pelle ci sono vari metodi ufficiali internazionali, in particolare citiamo i metodi per l'analisi chimica (I.U.C.) e i metodi internazionali per l'analisi fisica (I.U.P.). Con la sempre maggiore diffusione della " certificazione" è stata necessaria un'armonizzazione delle norme e un accorpamento alle ISO (International Standard Organization) di cui e membro l’UNI (Ente Nazionale italiano di Unificazione).
Per le misurazioni viene utilizzato un dinamometro che, per questa prova, ha due ganci di acciaio montati nei morsetti (Figura 4-2 e Figura 4-3); tali ganci vengono posizionati nella fenditura del provino e poi, dalla posizione iniziale di contatto, vengono fatti allontanare con una forza costante, fino a provocare la rottura del provino. Il dinamometro è collegato ad un computer che monitorizza lo sforzo massimo necessario per la rottura del provino e l'allungamento corrispondente.
Figura 4-3: particolari della prova di resistenza allo strappo
4.2.2 Resistenza allo scoppio
La resistenza allo scoppio è un test specifico per pellami destinati a tomaia e si misura tramite un lastometro (Figura 4-4).
Un campione di pelle di forma circolare (diametro di 44.5 mm) viene bloccato sul lastometro che vi pressa contro una sfera, dal basso verso l'alto, che imprime una forza al centro del provino facendolo inarcare a forma di cono e causando, prima la screpolatura e poi la rottura della pelle (Figura 4-5).
La prova deve essere effettuata a velocità costante perché se si verifica una pausa durante la distensione del provino, in esso si determina un rilassamento della tensione e la lettura del carico risulta sbagliata.
La screpolatura si può descrivere come il momento in cui si forma la prima crepa sul fiore, causando la perdita irreversibile dell'elasticità.
Figura 4-4: lastometro utilizzato per la prova di resistenza allo scoppio
Figura 4-5: particolari della prova di resistenza allo scoppio
4.3 Spettrofotometro UV- Visibile
La spettrofotometria UV-Visibile è un tipo di analisi strumentale che si esegue su soluzioni acquose del colorante da esaminare e permette di stabilire la lunghezza d’onda (λ in nm)
della luce assorbita dal campione. Il colorante assorbirà l’energia radiante necessaria per il salto energetico degli elettroni di risonanza; tale quantitativo di energia è proporzionale alla lunghezza d’onda del raggio luminoso assorbito, che quindi risulta essere caratteristica di quel composto o meglio dei gruppi chimici che lo compongono.
Nel nostro caso l’analisi è stata effettuata su soluzioni acqua-colorante preparate con diversi tipi di acqua (cap. 8) ed è stata effettuata con uno spettrofotometro “UV 2100 Shimadzu”
4.4 Tintometro
Il tintometro viene utilizzato per analizzare il colore di soluzioni acquose.
Nelle nostre prove (cap. 7) è stato utilizzato un tintometro “Lovibond Model F” (Figura 4-6).
Figura 4-6: tintometro utilizzato per l'analisi del colore
Il tintometro si basa sulla scala cromatica Lovibond, costituita da una serie accuratamente calibrata di filtri permanentemente colorati nei colori rosso, giallo e blu, nelle varie sfumature dal pallido allo scuro. Abbinando i vari filtri diversamente colorati è possibile trovare, praticamente per tutti i campioni, la corrispondenza cromatica per poi esprimere il colore del campione analizzato in termini di unità Lovibond.
Il sistema ottico è dotato di due campi visivi adiacenti, osservabili attraverso il tubo di visione. Grazie ad un semplice sistema di alloggiamenti estraibili si introducono nel portacampione gli standards cromatici, permettendo così all'utilizzatore di comparare il colore della luce trasmessa o riflessa dal campione da analizzare con quella trasmessa filtrata dagli standards.
4.5 Determinazione delle sostanze estraibili con cloruro di
metilene
Figura 4-7: Soxhlet con pallone e refrigerante
Apparecchiatura utilizzata per la prova:
- apparecchio di estrazione Soxhlet con pallone e refrigerante (Figura 4-7);
- palline di vetro per il pallone;
- ditale in carta da filtro, nel quale mettere 5 g di pelle sminuzzata;
- bacchetta di vetro da mettere sul ditale; - termomanto;
- 150 ml di cloruro di metilene.
Procedura seguita:
- il pallone con all'interno le palline di vetro è stato tarato dopo essere stato per 2 h in stufa e poi in essiccatore a freddare;
- il pallone, montato sull'apparecchiatura di estrazione Soxhlet, è stato riscaldato per un tempo corrispondente a 30 cicli del solvente (circa 4 h);
- prima del 31° svuotamento il pallone è stato tolto dal termomanto e il solvente presente nell'estrattore è stato recuperato;
- il pallone è stato portato a secchezza facendo distillare il solvente rimasto e poi è stato messo in stufa per 2 ore, lasciato freddare e pesato.
Le sostanze estraibili vengono determinate per differenza tra il peso finale ed il peso iniziale del pallone. [4]
4.6 Determinazione secco e ceneri
L’analisi di secco e ceneri è stata effettuata su alcuni bagni di riconcia (cap. 8).
Il “secco” è una misura della quantità di quei composti che hanno una temperatura di evaporazione o di decomposizione inferiore a ~ 100°C. È stato determinato mettendo un volume noto del campione da analizzare in una capsula di porcellana tarata, e lasciandolo in stufa per 2 ore alla temperatura costante di 102°C, dopo averlo portato a secchezza a bagnomaria. Il secco viene determinato per differenza fra il peso iniziale della capsula e il suo peso dopo le 2 ore in stufa e dopo raffreddamento in essiccatore.
Nel caso si voglia determinare il secco di una sostanza solida, la procedura seguita è la stessa, ovviamente il campione, di peso noto, non viene portato a secchezza prima di essere messo nella stufa.
Le “ceneri” danno invece un’indicazione della quantità di quei composti che non evaporano né si decompongono a temperature, nel nostro caso, di 800°C.
Il contenuto di ceneri è stato misurato mettendo le capsule di porcellana nelle quali è stato determinato il secco in una muffola a 800°C per 20 minuti, dopo averle passate su una fiamma in modo da far bruciare tutte le sostanze organiche presenti. Anche in questo caso le ceneri vengono determinate per differenza fra il peso della capsula prima di entrare in muffola e dopo il raffreddamento in essiccatore.
4.7 Metodi di analisi delle acque
L’analisi delle acque, ad eccezione della carica batterica totale, è stata effettuata presso i laboratori del Consorzio Aquarno. In questo paragrafo vengono fornite le metodiche seguite per la determinazione dei vari parametri presi in considerazione nelle nostre prove.
4.7.1 pH
Principio del metodo
Il pH di una soluzione è determinato collegando ad un elettrodo di riferimento, un elettrodo di misura (il cui potenziale dipende dalla concentrazione idrogenionica della soluzione, ovvero dal pH), ed effettuando la misura potenziometrica della forza elettromotrice dell’elemento galvanico così costituito.
4.7.2 Solidi sospesi Principio del metodo
I materiali in sospensione sono le sostanze che vengono trattenute da un filtro a membrana di determinata porosità. Essi vengono perciò raccolti per filtrazione su un apposito filtro e determinati per via gravimetrica, dopo essiccamento del filtro ad una determinata temperatura, fino a peso costante.
Procedimento
Si filtra, con l’ausilio di una pompa a vuoto, un volume noto del campione da analizzare su un filtro a membrana di acetato di cellulosa (0.45 µm, precedentemente essiccato e tarato) e si lascia in stufa a secco per 2 ore alla temperatura di 105°C. Poi si raffredda in essiccatore per circa 30 min. ed infine si pesa il filtro essiccato.
I solidi sospesi, espressi in mg/l, si calcolano attraverso la seguente formula:
V P P
SS = 2− 1 dove:
P1 è il peso iniziale del filtro in mg P2 è il peso finale del filtro in mg
V è il volume di campione analizzato espresso in litri.
4.7.3 COD
4.7.4 Azoto ammoniacale Test in cuvetta LANGE LCK 304.
4.7.5 Azoto nitrico
Test in cuvetta MERCK 1.14542.
4.7.6 Azoto nitroso
Test in cuvetta MERCK 1.14547.
4.7.7 Fosfati
Test in cuvetta MERCK 1.14543.
4.7.8 Solfati e cloruri Dionex
4.7.9 Durezza Principio del metodo
Il metodo consiste nell’eseguire sull’acqua in esame una titolazione con una soluzione a normalità nota di EDTA (acido etilendiammino tetracetico).
L’EDTA ha la proprietà di formare sali complessi solubili con gli ioni calcio e magnesio. Per stabilire il punto finale delle reazioni si usa un indicatore tampone, Nero Eriocromo T, che a pH compreso tra 7 e 11 forma con il magnesio dei complessi colorati in rosso, mentre in forma libera assume colorazione blu.
L’EDTA, complessando completamente prima gli ioni di calcio e poi gli ioni di magnesio, distrugge il complesso dell’indicatore, facendolo virare al blu.
Reattivi EDTA 0.02 N;
idicatore tampone: in commercio si trovano pasticche di Nero Eriocromo T già tamponate e inibite per le interferenze di ioni metallici;
NH4OH 1:1: si diluiscono 250 ml di concentrato in 500 ml di acqua bidistillata.
Procedimento
A 100ml di acqua da esaminare, o ad un volume diluito a 100ml secondo la durezza, si aggiungono una pasticca di indicatore e 2ml di NH4OH per ottenere un pH intorno a 10. Si titola con EDTA fino al viraggio da rosso a blu.
Calcolo
La durezza espressa in gradi francesi (°Fr), si ottiene impiegando la formula: durezza = 2 * ml EDTA
4.7.10 Carica batterica Metodo delle membrane filtranti
Un campione dell’acqua in esame viene filtrato, per mezzo di una pompa a vuoto, su una membrana che è posta su piastre Petri contenenti terreno nutritivo solidificato, specifico per la crescita di un determinato tipo di microrganismi. La piastra Petri viene messa in termostato alla temperatura adeguata e per un periodo di tempo tale da permettere la moltiplicazione dei batteri e la formazione di colonie. Le colonie formate (Unità Formanti Colonia = UFC) sono contate e il numero di microrganismi è riferito alla quantità di acqua esaminata.
