CHIMICA DEI MATERIALI POLIMERICI

L'esame consiste in una prova orale in cui sono discussi gli argomenti presentati nelle lezioni. Oltre all’apprendimento delle nozioni fondamentali esposte nel corso, vengono valutate anche le capacità e attitudini dello studente ad adattare i fondamenti teorici della chimica dei polimeri a particolari condizioni operative e pratiche (per esempio la differenze di proprietà meccaniche tra una gomma e un termoplastico, oppure l'origine molecolare dell'elasticità della gomma); viene infine valutata la capacità espositiva e adeguatezza del linguaggio dello studente.

Vengono inoltre effettuate due prove intermedie (con la risoluzione di esercizi e la risposta a domande) alla metà dello svolgimento del corso ed alla fine del corso; ogni prova comprende 10 tra domande ed esercizi; gli studenti che ottengono esito positivo in entrambe le prove (per ogni esercizio o domanda vengono attribuiti da 0 a 10 punti, si considera esito positivo il superamento dei 50 punti ) possono sostenere una prova orale ridotta, in cui vengono discussi le domande e gli esercizi delle due prove intermedie.

Valutazione:

Voto Finale

Obiettivi formativi

Lo scopo del corso è di far familiarizzare gli studenti con concetti rilevanti nella chimica dei polimeri come la caratterizzazione di polimeri e le distribuzioni di peso molecolare; la termodinamica di soluzioni polimeriche; lo stato cristallino e amorfo; l'elasticità della gomma; relazione struttura-proprietà. Verranno inoltre presentati argomenti speciali dei materiali polimerici come i copolimeri a blocchi e polimeri naturali.

Contenuti

Termodinamica delle soluzioni polimeriche. Teoria di Flory-Huggings ed il parametro c1. Conformazione delle catene in soluzione: polimeri flessibili e rigidi. Concetto di random coil e raggio di girazione. Diffusione della luce da parte di soluzioni polimeriche e suo utilizzo per la determinazione del peso molecolare: Zimm plot. Miscele polimeriche e diagrammi di fase. Caratterizzazione delle miscele polimeriche. Diffusione e permeabilità. Lo stato amorfo dei polimeri: modello di Rouse, teoria della reptazione di de Gennes. Transizione vetrosa. Lo stato cristallino dei polimeri: lamelle, sferuliti, fibre. Polimeri semicristallini: polietilene, polipropilene iso- e sindiotattico. Polimeri liquido cristallini. Polimeri reticolati ed elasticità della gomma: punti di cross-link e reticolo, termodinamica del processo di stiro, lunghezza del segmento di Kuhn. Comportamento meccanico dei polimeri. Viscoelasticità e reologia dei polimeri: misure di creep, tempi di rilassamento, principio di sovrapposizione tempo temperatura (TTS). Superfici polimeriche ed interfacce: adesione all’interfaccia. Copolimeri a blocchi: transizione ordine disordine, auto-organizzazione di copolimeri a due e tre blocchi in massa ed in soluzione.

Programma esteso

Conformazioni dei Polimeri, end-to –end distance, lunghezza di persistenza, catene semiflessibili e catene rigide, raggio di girazione, dendrimeri, polimeri ramificati

Termodinamica delle soluzioni polimeriche, entropia ed entalpia di miscelamento, Teoria di Flory-Huggings, parametro X

Pressione osmotica, osmometria, Teoria di Flory Hugging della pressione osmotica, parametro B, concetto di solvente q

Diagramma di fase di soluzioni polimeri, binodale, spinodale e punto critico

Copolimeri a blocchi e self-assembly in massa ed in soluzione

Diffusione della luce, Indice di rifrazione, equazione di Lorentz-Lorenz, diffusione da soluzioni polimeriche diluite, rapporto di Rayleigh, fattore di forma e equazione di Zimm, Zimm plot,

Dinamica delle soluzioni polimeriche, frizione e viscosità, fluidi Newtoniani e Non-Newtoniani, legge di Stokes, viscosità di soluzioni polimeriche diluite, equazione di Mark- Houwink, difffusione e relazione di Stokes-Einstein, Dynamic Light Scattering, polimerizzazione in emulsione

Gel Permeation Chromatography

Correlazione tra struttura della catena polimerica e temperatura di transizione vetrosa (Tg)

Elasticità della gomma, vulcanizzazione della gomma naturale, proprietà meccaniche, termodinamica dell’elasticità. NMR nel dominio del tempo per lo studio della vulcanizzazione

Proprietà Meccaniche: misure di creep, di rilassamento, plateau gommoso, elemento di Maxwell, elemento di Voigt

Analisi Dinamico Meccanica, temperature sweep, frequency sweep, , Principio di superposizone di Boltzmann.

Reologia e liquidi viscoelastici, modelli della catena polimeriche: Bead and Spring Model , Rouse, Rouse Zimm, modello del tubo, modello della reptazione di De Gennes

Lo stato amorfo dei polimeri: modelli teorici della transizione vetrosa, teoria del volume libero, equazione di Flory-Fox, equazione di Doolittle, equazione di Vogel- Fulcher- Tamman-Hesse (VFTH), equazione di Williams-Landel-Ferry (WLF), toria cinetica della transizione vetrosa, time temperature superposition, master curve,

Polimeri semicristallini, conformazione ad elica, termodinamica della cristallizzazione, lamelle, sferuliti,

Materiali polimerici a base di carboidrati, cellulosa, emicellulosa, acetato di cellulosa, amido, agar

Materiali polimerci a base di proteine, lana, seta, keratina, collagene

Bibliografia consigliata

Testi:

"Polymer Chemistry” (Second Edition) P.C. Hiemenz, T.P. Lodge, CRC Press.

“Introduction to Physical Polymer Science” (Fourth Edition), L.H. Sperling, Wiley”

Presentazioni powerpoint con i contenuti delle varie lezioni

Modalità di erogazione

Convenzionale

Metodi didattici

Lezioni frontali in classe

Anno di corso: 1

Anno di corso: 2

Anno di corso: 3