Ricerca sulla resistenza agli agenti atmosferici delle superfici

Come mantenere invariate le performance nel tempo?

La progettazione di piste di atletica per alta competizione implica la realizzazione di materiali che garantiscano prestazioni uniformi in qualsiasi condizione di utilizzo, in qualsiasi punto della superficie e che siano in grado di mantenere invariate nel tempo le proprie performance.

Le piste prefabbricate MONDO sono composte da due strati diversi di gomma solida, uniti attraverso il processo di vulcanizzazione e vengono installate secondo un rigoroso protocollo.
Garantiscono quindi una inimitabile uniformità di comportamento grazie allo spessore omogeneo, alla composizione controllata e alla costanza di comportamento viscoelastico.

Le formulazioni delle piste MONDO vengono progettate per garantire il giusto grado di resistenza alla scivolosità sia in caso di asciutto che di pioggia, e, contemporaneamente, per mantenere lo stesso comportamento elastico in un ampio intervallo di temperatura, in modo da assicurare una risposta elastica costante, indipendentemente dalla stagione e dalla zona climatica in cui vengono installate.

Il mantenimento delle performance nel tempo è, però, un aspetto ancora più complesso. Esistono infatti pochissimi prodotti in gomma colorata esposti permanentemente all’ambiente esterno.

Le piste di atletica sono esposte alle radiazioni solari e all’ozono, a sbalzi termici, a umidità e pioggia e subiscono periodici interventi di pulizia, a volte con detergenti chimici.

Fin dagli anni ’70 i laboratori MONDO hanno quindi cercato nuove metodologie per valutare in tempi relativamente brevi i fenomeni che avvengono invece nell’arco di anni, per poter progettare prodotti che resistessero sempre di più alle diverse condizioni climatiche, la principale causa di invecchiamento dei materiali.

Nei primi anni ’90 MONDO ha iniziato ad applicare le prime formulazioni specificamente adattate per l’installazione all’esterno.

Da allora, nei laboratori MONDO sono state introdotte numerose strumentazioni utili per la misurazione e la verifica del comportamento dei materiali: oggi MONDO dispone internamente di stufe di grosse dimensioni per simulare gli invecchiamenti termici in diverse condizioni di temperatura e ricambio di aria, una camera climatica per simulare cicli termici e di umidità, uno Xenotest rotante e una camera Q-Sun piana per simulare l’esposizione alla radiazione solare e a cicli di pioggia, un ozonometro per l’esposizione dei materiali ad ambienti ossidativi.

Dal 2009, ai protocolli di invecchiamento artificiale sono stati affiancate ulteriori verifiche tecniche: alla variazione di proprietà meccaniche misurata fin dagli anni ’90, nel 2009, grazie all’introduzione in laboratorio di un calorimetro a scansione differenziale, MONDO ha potuto valutare anche i tempi di ossidazione delle proprie piste esposte al calore.

Dal 2016, in collaborazione con il Politecnico di Milano e con laboratori internazionali, MONDO ha portato avanti filoni di ricerca paralleli per comprendere i potenziali meccanismi di degradazione di una pista di atletica esposta agli agenti atmosferici, in modo da simulare fedelmente tale invecchiamento e quindi poter progettare materiali sempre più in grado di mantenere nel tempo le proprie caratteristiche chimico fisiche.

I fenomeni di invecchiamento dei materiali sottoposti a climi estremi sono stati studiati in Arizona (USA), presso Q-Lab, una tra le strutture più grandi di esposizione in condizioni in ambiente desertico al mondo.

MONDO ha consegnato campioni di alcune formulazioni specificamente disegnate per lo studio dei fenomeni di invecchiamento, che sono stati sottoposti per oltre 2 anni a prove di esposizione naturale all'aperto.

Gli stessi materiali sono stati sottoposti a test di esposizione all’esterno e a test di invecchiamento artificiale presso il laboratorio MONDO di Gallo d’Alba e presso il laboratorio del dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica del Politecnico di Milano.

La collaborazione con il Politecnico di Milano ha permesso invece di avviare il primo studio al mondo sulle procedure di invecchiamento delle piste di atletica, con l’obiettivo di validare un protocollo di invecchiamento artificiale accelerato in grado di simulare in tempi relativamente brevi l’effetto dell’invecchiamento naturale e le più adeguate metodiche di verifica del comportamento delle piste dopo invecchiamento.

Da inizio 2017, per migliorare ulteriormente i propri laboratori, MONDO ha introdotto un dinamometro di ultima generazione per applicare protocolli di verifica del comportamento meccanico della pista in presenza di compressione e ha installato una bilancia termogravimetrica analizzare la decomposizione termica delle sue superfici.

Per caratterizzare le modifiche strutturali che la superficie della pista subisce, inoltre, MONDO utilizza quotidianamente moderne tecniche di microscopia elettronica e analisi spettrofotometrica.

I primi risultati emersi, cui si aggiungono le indicazioni ricavate dall’analisi di campioni di piste già collaudate, hanno permesso di introdurre, da un lato, nuove innovative procedure di invecchiamento e verifica dei materiali e, dall’altro, di migliorare le procedure di progettazione e controllo qualità.
Inoltre, le nuove procedure introdotte, hanno permesso di compiere analisi e verifiche più approfondite sui filtri UV, sugli ingredienti antiossidanti e antiozonanti, sulle tipologie di polimero e di cariche minerali e applicare i risultati ottenuti per ottimizzare degli additivi che proteggono la pista dagli agenti atmosferici.

I risultati di questo lavoro di ricerca è tangibile: sebbene sia impossibile bloccare l’invecchiamento di un materiale esposto all’esterno, è possibile rallentare questo processo e aumentare la durata delle superfici sportive attraverso un corretto bilanciamento del sistema polimerico e degli additivi. Lo sviluppo della pista olimpica di Tokyo è il primo risultato di questi studi: le modifiche alle formulazioni studiate per l’alta competizione verranno infatti applicate a tutta la gamma di superfici per istallazioni outdoor.

Grazie alle tecniche sviluppate, è possibile inoltre ipotizzare ulteriori sviluppi per prodotti sempre più performanti e, in particolare, lo sviluppo di prodotti dedicati a specifiche aree del mondo, dove maggiore è l’esposizione agli UV, o dove maggiore è lo sbalzo termico.

Bibliografia

Ageing in athletics tracks: A multi-technique experimental investigation, Polymer Testing, May 2018

Stefano Tagliabue 1, Luca Andena 1,2, *, Andrea Pavan 1, Andrea Marenghi 3, Emanuele Testa 3 and Roberto Frassine 1

1 Politecnico di Milano, Department of Chemistry, Materials and Chemical Engineering “Giulio Natta”,
Piazza L. da Vinci, 32, Milan (Italy)
2 Politecnico di Milano, Engineering, Exercise, Environment, Equipment for Sport (E4Sport) Lab,
Piazza L. da Vinci, 32, Milan (Italy)
3 Mondo S.p.A., Piazzale Edmondo Stroppiana, 1, Alba (Italy)