Anno di corso: 1

Crediti: 6
Crediti: 8
Crediti: 8
Crediti: 8
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale

Anno di corso: 2

Anno di corso: 3

Crediti: 8
Tipo: A scelta dello studente
Crediti: 12
Tipo: A scelta dello studente
Crediti: 12
Tipo: A scelta dello studente
Crediti: 3
Tipo: Lingua/Prova Finale
Crediti: 4
Tipo: Altro

CHIMICA MACROMOLECOLARE CON LABORATORIO

Scheda dell'insegnamento

Anno accademico di regolamento: 
2017/2018
Anno di corso: 
2
Anno accademico di erogazione: 
2018/2019
Tipo di attività: 
Obbligatorio
Lingua: 
Italiano
Crediti: 
14
Ciclo: 
Annualita' Singola
Ore di attivita' didattica: 
141
Prerequisiti: 

Gli studenti dovranno aver maturato i concetti fondamentali di chimica generale ed organica.

Conoscenze di base di chimica dei polimeri quali il concetto di catena polimerica, peso molecolare medio, semplici metodi di polimerizzazione.

Moduli

Metodi di valutazione

Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

Valutazione di una relazione riguardante le esperienze svolte dallo studente in laboratorio.
Prova orale su tutte le esperienze e la corrispondente teoria.

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

Il corso fornirà le conoscenze di base sulla struttura e sulla sintesi di molecole polimeriche ad alta massa molecolare e le proprietà dei polimeri in massa. La parte di laboratorio permetterà di acquisire le tecniche principali per la preparazione dei polimeri, la caratterizzazione delle masse molecolari e le proprietà termomeccaniche.

Lo scopo del corso è di far familiarizzare gli studenti con concetti rilevanti nella chimica dei polimeri come la caratterizzazione dei pesi molecolari; la termodinamica delle soluzioni polimeriche; lo stato cristallino e amorfo; l'elasticità della gomma; le proprietà meccaniche e viscoleastiche in relazione alla struttura microscopica. Verranno inoltre presentati argomenti monografici quali la polimerizzazione in emulsione, i copolimeri a blocchi, i polimeri naturali a base carboidrati e proteine, la trasformazione delle materie plastiche.

Contenuti

Il corso descrive le proprietà delle catene polimeriche, la stereochimica, i principi di distribuzione delle masse molecolari e la sintesi dei polimeri per polimerizzazione a catena, a stadi e di coordinazione. Durante il corso saranno presentate le principali proprietà di alcune famiglie di polimeri. A questa parte seguirà la descrizione delle proprietà dei polimeri cristallini ed amorfi per quanto riguarda la loro viscosità, le proprietà termiche e le principali transizioni, quali transizione vetrosa, fusione e cristallizzazione, la separazione delle masse molecolari con metodi cromatografici. L'attività di laboratorio comprende esercitazioni di sintesi per polimerizzazione a stadi e catena, determinazione delle proprietà (dinamico-meccanica, viscosità ecc.) e della distribuzione delle masse molecolari dei polimeri ottenuti.

Conformazione delle catene in soluzione: polimeri flessibili e rigidi. Concetto di random coil e raggio di girazione. Termodinamica delle soluzioni polimeriche. Teoria di Flory-Huggings ed il parametro  Copolimeri a blocchi in massa ed in soluzione. Diffusione della luce da parte di soluzioni polimeriche e suo utilizzo per la determinazione del peso molecolare: Zimm plot. Dynamic Light Scattering. Polimerizzazione in emulsione. Polimeri reticolati ed elasticità della gomma: punti di cross-link e reticolo, termodinamica del processo di stiro Comportamento meccanico dei polimeri, viscoelasticità e reologia dei polimeri: misure di creep, tempi di rilassamento. Transizione vetrosa. Lo stato cristallino dei polimeri: lamelle, sferuliti, fibre. Polimeri semicristallini: polietilene, polipropilene iso- e sindiotattico. Polimeri liquido cristallini. Polimeri a base carboidrato e fibre proteiche.

Programma esteso

STRUTTURA DELLE MACROMOLECOLE
Costituzione, stereochimica e topologia delle macromolecole. Analisi statistica e distribuzione delle unità monomeriche e delle masse molecolari.
PREPARAZIONE DELLE PRINCIPALI CLASSI DI POLIMERI
Polimerizzazioni a stadi
Grado di polimerizzazione in funzione della stechiometria e del grado di avanzamento della reazione. Distribuzione delle masse molecolari secondo la teoria di Flory. Polimeri lineari, ramificati e reticolati.
Polimerizzazioni a catena
Polimerizzazione radicalica: Inizio propagazione, trasferimento e termine.
Grado di polimerizzazione e relazione di Mayo Lewis. Equazione di copolimerizzazione.
Polimerizzazione anionica: Polimerizzazione ‘vivente’ e polimeri a distribuzione ristretta delle masse molecolari.
Polimerizzazione per coordinazione: Meccanismo della polimerizzazione
Ziegler-Natta eterogenea e catalizzatori di generazioni successive.
Polimerizzazione omogenea promossa da metalloceni.
Il corso riguarda la preparazione, la caratterizzazione delle masse molecolari, lo studio delle transizioni termiche e termomeccaniche di materiali polimerici rappresentativi. Saranno affrontati i principali aspetti sperimentali inerenti la purificazione dei monomeri e l’esecuzione delle polimerizzazioni in ambiente inerte.
Saranno preparati materiali polimerici con i seguenti processi:
Polimerizzazione a stadi: preparazione del Nylon con metodo interfacciale ed, in particolare, di Nylon-6,6 e del Nylon-6,10
Esempi di polimerizzazione a catena con processo radicalico per l’ottenimento di polimeri, quali polistirene o polimetilmetacrilato con massa molecolare controllata.
I materiali così ottenuti verranno caratterizzati con tecniche viscosimetriche per la determinazione della massa molecolare mediante la relazione di Mark Houwink. La distribuzione delle masse molecolari sarà evidenziata mediante cromatografia ad esclusione sterica.
Saranno poi determinate sui materiali ottenuti le proprietà termiche e le principali transizioni, come la transizione vetrosa e la fusione, in funzione delle masse molecolari e della storia termica.
Inoltre, i materiali saranno caratterizzati secondo le loro proprietà dinamico-meccaniche per stabilire il modulo, i fenomeni dissipativi e il regime plastico.

Conformazioni dei Polimeri, end-to –end distance, 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.
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,
Lo stato amorfo dei polimeri: teoria del volume
Polimeri semicristallini, conformazione ad elica, termodinamica della cristallizzazione, lamelle, sferuliti,
Materiali polimerici a base di carboidrati, cellulosa, emicellulosa, acetato di cellulosa, amido, agar
Materiali polim

Bibliografia consigliata

Fondamenti di Scienza dei Polimeri, AIM, Pacini Editore, Pisa.
Textbook of Polymer Science (III edition) F.W.Billmeyer, Wiley
E.M. Mc Caffery, Laboratory Preparation for Macromolecular Chemistry, Mc Graw-Hill

Testi:
“Scienza e tecnologia dei materiali polimerici” S. Bruckner, G. Allegra, M. Pegoraro, F.P. La Mantia, Edises
"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

Lezione frontale e laboratorio.

Lezioni frontali in classe.

Contatti/Altre informazioni

Martedi ore 14:00-16:00 nell’ ufficio del docente