Filati che Brillano al Buio: Ho Scoperto che il Segreto è Tutto nella Struttura!

Ciao a tutti! Sono sempre stato affascinato dai materiali che sembrano avere una vita propria, che interagiscono con la luce in modi inaspettati. Tra questi, i filati luminescenti hanno un posto speciale nel mio cuore (e nel mio laboratorio!). Immaginate tessuti che si illuminano dolcemente al buio, non è fantastico? Ma mi sono sempre chiesto: cosa determina *quanto* brillano? È solo una questione di “quanto pigmento ci metto dentro” o c’è di più? Beh, ho deciso di vederci chiaro e ho intrapreso uno studio per capire come la struttura stessa del filato, la sua geometria interna ed esterna, influenzi l’emissione di luce. E le scoperte sono state davvero illuminanti!

Ma prima, cos’è questa Luminescenza?

Parliamo un attimo di scienza, ma tranquilli, la faccio semplice. La fotoluminescenza è quel fenomeno per cui un materiale assorbe luce (spesso invisibile, come l’UV) e poi la riemette, solitamente a una lunghezza d’onda diversa (luce visibile). È come se il materiale “si caricasse” di luce per poi rilasciarla. Esistono principalmente due tipi:

• Fluorescenza: L’emissione è quasi istantanea, dura nanosecondi. Pensate agli evidenziatori.
• Fosforescenza: L’emissione è ritardata e può durare da secondi a ore! È questo il fenomeno che interessa a noi per i filati che brillano al buio.

Per ottenere questo effetto nei nostri filati (nel nostro caso, in poliestere), abbiamo usato pigmenti speciali, in particolare particelle di alluminato di stronzio (SrAl2O4) “attivate” con europio (Eu). Questi composti sono noti per la loro capacità di immagazzinare energia luminosa e rilasciarla lentamente sotto forma di luce visibile, spesso di colore verde. La cosa bella è che incorporando questi pigmenti direttamente nella massa della fibra durante la filatura, l’effetto luminescente diventa molto più duraturo e resistente ai lavaggi e all’usura rispetto a un trattamento superficiale.

I Protagonisti del Nostro Studio: I Filati Sotto la Lente

Per capire l’impatto della struttura, non potevamo limitarci a un solo tipo di filato. Abbiamo quindi creato e analizzato un set sperimentale di filati luminescenti in poliestere con diverse geometrie:

• Filati lisci (flat): Classici, con fibre parallele.
• Filati testurizzati (textured): Con fibre più voluminose e ondulate, ottenuti con falsa torsione o ad aria.
• Filati avvolti (wrapped): Un’anima centrale avvolta da altre fibre.
• Filati ritorti: Abbiamo anche preso un filato da 500 dtex e lo abbiamo ritorto a due capi con diversi livelli di torsione, perché la torsione compatta le fibre e volevamo vedere l’effetto.

L’idea era confrontare come queste diverse architetture influenzassero l’intensità della luce emessa. Abbiamo misurato un sacco di parametri: il numero di singole fibre (le chiamiamo fibrille), il diametro del filato e la sua variabilità, il numero di punti di “aggrovigliamento” (entanglements), e poi siamo andati ancora più a fondo, analizzando le singole fibrille: la loro finezza (quanto sono sottili), il loro diametro equivalente e persino la forma della loro sezione trasversale (circolare, poligonale, ecc.).

Misurare il Bagliore: Come Abbiamo Fatto?

Ok, avevamo i nostri filati. Ma come misurare oggettivamente quanto brillavano? Abbiamo allestito un sistema di misurazione ad hoc. In pratica, abbiamo avvolto campioni di ogni filato su delle placchette. Poi, in una stanza buia, li abbiamo “caricati” illuminandoli per due minuti con una sorgente di luce UV (una lampada a mercurio a 365 nm). Subito dopo aver spento la sorgente, uno spettrometro (un aggeggio che misura l’intensità della luce a diverse lunghezze d’onda) iniziava a registrare la luce fosforescente emessa dal campione. Abbiamo seguito il decadimento di questa luce per circa 100 secondi.
Per confrontare i campioni, ci siamo concentrati sulla lunghezza d’onda dove l’emissione era massima (intorno ai 518-521 nm, che corrisponde a una bella luce verde) e abbiamo analizzato come l’intensità a quella specifica lunghezza d’onda diminuiva nel tempo.

Risultati Sorprendenti: Le Dimensioni (del Filato) Non Contano (Così Tanto)!

La prima ipotesi che viene in mente è: “Filato più grosso = più pigmento = più luce”. Logico, no? E invece… non proprio! Analizzando i dati, ci siamo accorti che il titolo del filato (che indica la sua “massa” per unità di lunghezza, un po’ come la taglia) e il suo diametro complessivo non erano i fattori principali nel determinare l’intensità luminosa.
Ad esempio, il campione N.2, un filato relativamente sottile (240 dtex), mostrava l’emissione luminosa più alta di tutti! Com’era possibile? La risposta stava nella sua struttura: era un monofilamento avvolto. Un monofilamento è essenzialmente una singola, grossa fibra continua. Questo significa che non ci sono spazi vuoti (porosità) all’interno; la massa luminescente è tutta concentrata e compatta.
Per gli altri filati, che erano multifilamento (composti da tante piccole fibrille), abbiamo visto una tendenza generale: a parità di altre condizioni, un titolo maggiore portava a un’emissione leggermente maggiore, ma l’effetto era molto meno marcato rispetto alla differenza tra monofilamento e multifilamento. Questo ci ha fatto capire che la densità di impaccamento delle fibre nel filato giocava un ruolo cruciale. Più le fibre sono vicine e compatte, maggiore è l’emissione.

L’Effetto Torsione: Compattare per Brillare di Più

Per confermare l’importanza della densità di impaccamento, abbiamo analizzato i filati ritorti. Abbiamo preso due capi del filato da 500 dtex e li abbiamo ritorti insieme con tre diversi livelli di torsione (120, 210 e 300 torsioni per metro – tpm). La torsione ha l’effetto di avvicinare le fibre, riducendo gli spazi vuoti (la porosità) e aumentando la densità di impaccamento.
I risultati sono stati chiari: all’aumentare della torsione, aumentava anche l’intensità dell’emissione luminosa! Il filato con 300 tpm (il più compatto) brillava più di quello con 210 tpm, che a sua volta brillava più di quello con 120 tpm. Questo esperimento ha confermato la nostra ipotesi: una struttura interna più densa favorisce una maggiore emissione di luce. È come se la luce “collaborasse” meglio quando le particelle luminescenti sono più vicine tra loro.

Zoom sulle Fibrille: Sono Loro le Vere Star

A questo punto, era chiaro che dovevamo guardare ancora più da vicino, alle singole componenti del filato: le fibrille. Abbiamo misurato la loro finezza (quanto sono “grosse” individualmente), l’area della loro sezione trasversale e il loro diametro equivalente.
Qui la correlazione con l’emissione luminosa è diventata fortissima! Abbiamo scoperto che la massa della singola fibrilla (espressa dalla sua finezza, dal suo diametro o dalla sua area) è un fattore determinante per l’intensità luminosa. In pratica, fibrille più grosse e “massicce” (che quindi contengono più pigmento luminescente per unità di lunghezza) contribuiscono maggiormente all’emissione totale del filato.
Questo spiega definitivamente perché il monofilamento (che è come una gigantesca fibrilla unica) ha prestazioni superiori: massimizza la massa luminescente in un singolo elemento compatto. Anche la forma della sezione trasversale ha un ruolo, ma l’influenza della “massa” della fibrilla è risultata predominante. Filati composti da poche fibrille grosse tendono a brillare di più rispetto a filati dello stesso titolo ma composti da tante fibrille sottili.

Perché Tutto Questo è Importante? Le Applicazioni Pratiche

Capire come la struttura influenzi l’emissione luminosa non è solo un esercizio accademico. Ha implicazioni concrete nella progettazione di tessuti ad alta visibilità e abbigliamento di sicurezza. Se vogliamo creare capi che brillino efficacemente al buio (pensiamo a giubbotti per ciclisti, abbigliamento da lavoro per operatori notturni, accessori moda), ora sappiamo che dobbiamo considerare non solo il tipo di pigmento, ma anche come strutturiamo il filato.
Un monofilamento offre la massima luminosità, ma potrebbe rendere il tessuto un po’ rigido e meno confortevole. Un filato multifilamento con fibrille grosse e una buona densità di impaccamento (magari ottenuta con torsione o testurizzazione ad aria) potrebbe essere un ottimo compromesso tra luminosità, flessibilità e comfort.
Inoltre, il fatto che il pigmento sia integrato nella massa del poliestere rende questi filati resistenti e durevoli, un vantaggio non da poco per capi che devono resistere all’uso e ai lavaggi.

Il prossimo passo? Stiamo già lavorando all’analisi di tessuti realizzati con questi filati, per vedere come la struttura del tessuto stesso interagisca con quella del filato nell’influenzare l’emissione luminosa finale e la sua durabilità. Il mondo dei materiali luminescenti è pieno di potenzialità ancora da esplorare, ed è entusiasmante contribuire a svelarne i segreti, un filato alla volta!

Fonte: Springer