Exploitation of chestnut wood from thinning of coppice stands. Study of innovative products for outdoor applications

Abstract

Lo studio si prefissava l’obiettivo di implementare le conoscenze a riguardo del legno di castagno (Castanea sativa Mill.) proveniente dal bosco ceduo. Lo studio è stato diviso in quattro step. La prima parte ha visto un lungo studio dello stato dell’arte della distribuzione della specie in Italia, e gli utilizzi principali del legno. In generale le potenzialità del castagno sono molto buone perché la sua copertura in Italia si aggira intorno al 7,5% della superficie forestata italiana. In alcuni distretti territoriali, specialmente nel centro-sud Italia. Il castagno è l’unica fonte di reddito delle segherie. L’uso del castagno risiede prevalentemente nelle travi in legno massello per uso strutturale e nella paleria. Nel settore del legno strutturale, l’innovazione e la ricerca hanno ottenuto nel tempo ottimi risultati, dal momento che la specie è stata integrata in alcuni standard europei. Il più importante limite nella filiera foresta-legno è dovuto al tipo di governo della specie, ovvero il bosco ceduo, per questa ragione le dimensioni degli assortimenti è spesso ridotta limitando così molte opportunità di aver prodotti a maggior valore aggiunto. Si rinviene un incremento nell’innovazione partendo dagli importanti punti di forza a livello fisico-meccanico della specie, quali la naturale durabilità e l’opportunità di estrarre dalla biomassa importanti componenti chimici come i tannini. L’area in cui si è concentrato lo studio ricade nel Monte Amiata, nel Comune di Piancastagnaio (SI), in cui nelle 5 differenti aree di saggio del bosco ceduo, che differivano in alcuni parametri dendrometrici (Ceppaie/ha polloni/ceppaia etc.). Nella seconda parte del lavoro è stato preso in considerazione gli effetti dei cambiamenti climatici ed il ruolo della selvicoltura, nell’ottica che l’attuale selvicoltura possa garantire la resilienza necessaria alla specie in virtù degli attuali scenari causati dai cambiamenti climatici. Lo studio è stato implementato grazie alla dendrocronologia ed al contenuto degli isotopi stabili. I risultati ottenuti mostrano che gli individui sono sensibili alle Temperature minime, specialmente nei mesi di Marzo ed Aprile, con un positivo effetto sulla WUEi, mentre le aree con i più alti rapporti di competizione tra i polloni e tra le ceppaie sono risultati i più sensibili ai parametri climatici provato da un incremento della WUEi. La terza parte dello studio ha considerato l’effetto dei caratteri stazionali in cui i polloni sono cresciuti congiuntamente alla gestione forestale sui parametri fisici, chimici e meccanici del legno (densità del legno, ritiri volumetrici, Resistenza a compressione ed alla trazione). È stato mostrato come nelle stazioni, i caratteri fisico-meccanici del legno sembrano essere più correlabili al comportamento individuale di ciascun pollone piuttosto che a caratteri stazionali, anche se moderate correlazioni,positive tra numero di ceppaie ad ettaro e densità del legno, inoltre correlazioni negative tra altezza dei polloni e diametro riferite alla densità del legno sono state riscontrate. Nella quarta sezione dello studio gli assortimenti legnosi provenienti dal bosco ceduo di castagno sono stati incollati usando una miscela di due adesivi, Acetato di polivinilico (PVAc) e melammina-ureaformaldeide (MUF) con l’aggiunta di Nanocristalli di cellulosa (CNC) e tannini. L’obiettivo è la promozione di composti innovativi realizzati da piccoli assortimenti e con un impronta più naturale. I risultati hanno mostrato come l’aggiunta di CNC alle PVAc, incrementa la forza di tensione a rottura e la forza dopo cicli di idratazione in acqua e successiva essiccazione. Dai promettenti risultati in condizioni asciutte sembra possibile testare in futuro la sostituzione di urea nella formulazione degli adesivi sia MUF che PVA con l’aggiunta di CNC o CNC e tannino. Purtroppo questi additivi a base per i test in ambiente umido non rivelano gli stessi incoraggianti risultati.

The study wish to exploit as much as possible chestnut (Castanea sativa Mill.) wood coming from coppice stands. The study has been divided in four parts. The first part is a long state of art on the distribution of the species in Italy and the actual main uses. In general chestnut potentialities are quite good because it covers in Italy about 7.5% of national forest surface. In some districts, especially in central-southern regions, chestnut is the only driver of sawmill economy. The use is mainly in solid beams for load bearing structures and poles. In the field of load bearing structures, research and innovation have obtained quite good results, because the species is integrated in some European standards. The most important limit in the forest chain is due to the forest management which is coppice and for this reason the size of the assortments is often small reducing many opportunities to have high value products. There is the need to boost innovation looking to the most important strengths of the species which are natural durability and the chance to extract from the biomass valuable chemical components like tannins. The study area was located in Monte Amiata in 5 coppice stands, different in some characters and dendrometric parameters (stool/ha, shoots/stump etc.). In the second part of the work it was taken into account the threat of climatic changes and the role of silviculture, looking if the actual silviculture will be able to guarantee the necessary resilience of the species to the actual climatic changes. The study was carried out by means of dendrochronology and isotopic content. The obtained results of stable isotopes shows that stands were sensitive to minimum temperature, especially in March and April, with a positive effect on WUEi and the stand with the highest competition between shoots and between stumps was the most sensitive to climate parameters, testified by an increase in WUEi. The third part of the investigation has considered the effect of stand characters affected by forest management on the main wood physical, mechanical and chemical parameters (density, shrinkages, compression and MOR). It has been showed as in chestnut stands, physical and mechanical wood properties seem more related to individual behavior than to stand features, even if moderately positive correlation between the number of stools per hectare and wood density, along with a negative correlation of shoot height and diameter with density were founded. In the fourth part the assortments coming from coppice were glued using a mixture of two adhesives, polyvinyl acetate (PVAc) and melamine-urea-formaldehyde (MUF) with cellulose nanocrystals (CNC) and tannins. The aim is to promote innovative composites made by small assortments and with a more natural aspect. The results have shown as the addition of CNC to PVAc, increase the shear tensile strength and the strength after the aging cycle of wetting and wood drying. By the promising results in dry ambience it seems also possible to test in the future the substitution of urea in the formulation of MUF adhesives and in synthetic polyvinylacetate with CNC or CNC and Tannin. Unfortunately these bio-based additives for wet test do not reveal the same encouraging results.