Riassunto analitico
Il presente lavoro di tesi, nato dalla collaborazione tra l’Università di Modena e Reggio Emilia e l’azienda Ecor International, è stato finalizzato allo studio dell’effetto che differenti trattamenti superficiali hanno sulla bagnabilità dell’acciaio inossidabile AISI 304, destinato ad applicazioni in campo alimentare. In particolare, i trattamenti superficiali oggetto di indagine sono stati realizzati su acciaio con due differenti finiture superficiali (0.7 µm e 0.18 µm), al fine di considerare il range di applicazioni più ampio possibile e, nel contempo, di soddisfare gli standard sanitari imposti dalla normativa americana FDA per i materiali a diretto contatto con gli alimenti per impedirne la contaminazione e favorire la pulizia della superficie (finitura massima superficiale minore/uguale a 0.8 µm).
In una prima fase della sperimentazione, sono stati valutati gli effetti sulla bagnabilità del materiale di riferimento di una lucidatura elettrolitica o elettrolucidatura e della deposizione di un rivestimento sottile Diamond-Like Carbon (DLC) dopato con silicio. La prima, realizzata per entrambe le finiture superficiali, prevede una modifica fisica della superficie per asportazione selettiva di metallo mediante dissoluzione anodica, il cui scopo principale è l’arrotondamento degli spigoli delle rugosità rendendo più difficoltoso l’insediamento di colonie batteriche; la seconda, effettuata soltanto per la rugosità 0.18 µm, consiste in una modifica chimica della superficie mediante la realizzazione di un film sottile a base carbonio (DLC) drogato con silicio, caratterizzato dalla capacità di abbassare la tensione superficiale e, di conseguenza, di limitare l’adesione di contaminanti e batteri.
In seguito, è stato valutato l’effetto sulla bagnabilità di un trattamento di texturizzazione con laser a impulsi ultracorti (picosecondi e femtosecondi), effettuato sulle tre tipologie di materiali studiati in precedenza. Tale processo consiste nella realizzazione di una particolare microstruttura periodica denominata “LIPPS” (Laser Induced Periodic Surface Structure), che si sviluppa ortogonalmente alla direzione del laser, costituita da due scale periodiche di rugosità: una prima di tipo micrometrico e una seconda di tipo nanometrico che cresce sulla precedente. L’azione del laser, oltre a creare una struttura multi-scala periodica, è quella di introdurre modifiche chimiche superficiali, per cui si instaura una catena di reazioni che si sviluppano nel tempo. Infatti, l’unione tra i contribuiti morfologici e chimici, provoca il passaggio, nel tempo, da un comportamento idrofilico ad uno idrofobico/superidrofobico, con conseguente aumento della capacità autopulente della superficie (minore accumulo di residui di sostanze con cui entra a contatto, rischio di proliferazione batterica ridotto). I trattamenti laser sono stati effettuati rispettivamente presso la ditta C.B. Ferrari (Modena – impulsi di pochi pico secondi) e la ditta Optoprim (Parigi, Francia – impulsi nel range dei fetmosecondi).
L’attività sperimentale di caratterizzazione, svolta presso i laboratori del Dipartimento di Ingegneria “Enzo Ferrari”, si è concentrata sullo studio delle proprietà di bagnabilità, valutate mediante misure di angolo di contatto e di roll-off, e sulla correlazione di queste ultime con la struttura e microstruttura dei campioni realizzati (valutate con tecniche quali microscopia elettronica a scansione, spettroscopia Raman e profilometria ottica).
|
