PRESENTAZIONE

Principi di Scienza dei Polimeri (98597) vale 5 cfu e si svolge nel primo semestre del 2° anno della LM in Chimica Industriale. Il corso è altresì mutuato dal corso di studi in Scienza ed Ingegneria dei Materiali. Le lezioni si tengono, di norma, in lingua italiana.

Questo corso fornisce le conoscenze fondamentali sulle proprietà dei materiali polimerici in soluzione e allo stato solido. 

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Obiettivo di questo corso è quello di fornire i fondamentali per lo studio delle macromolecole nello stato liquido e solido, sia amorfo che cristallino. Sono discusse le proprietà chimico fisiche dei materiali polimerici e le relazioni struttura-proprietà delle macromolecole mediante la caratterizzazione delle dimensioni molecolari, della microstruttura delle catene, delle proprietà del materiale sia in soluzione che allo stato solido.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Obiettivo di questo corso è quello di fornire i fondamentali per lo studio delle macromolecole nello stato liquido e solido, sia amorfo che cristallino. Sono discusse le proprietà chimico fisiche dei materiali polimerici e le relazioni struttura-proprietà delle macromolecole mediante la caratterizzazione delle dimensioni molecolari, della microstruttura delle catene, delle proprietà del materiale sia in soluzione che allo stato solido.

Al termine del corso gli studenti dovranno essere in grado di conoscere:

- il concetto di macromolecola e discutere la distribuzione delle masse molecolari ed il significato delle divers masse molecolari medie;

- i principi della termofinamica delle soluzioni di macromolecole ed in particolare il modello di Flory-Huggins e di Flory-Krigbaum, la temperatura Theta e gli equilibri di fase;

- le caratteristiche delle principali tecniche di caratterizzazione delle masse molecolari;

- descrivere le dimensioni e struttura delle catene polimeriche e correlarle con le proprietà delle soluzioni;

- le proprietà delle macromolecole nello stato semicristallino, la fusione (Tm), la morfologia, la cinetica di cristallizzazione e i legami con i parametri termodinamici;

- le proprietà delle macromolecole nello stato amorfo, il comportamento viscoelastico, la temperatura di transizione vetrosa e come questi parametri sono influenzati dalla massa molecolare. 

PREREQUISITI

Nessuno per gli studenti delle lauree Magistrali in Chimica Industriale e di Scienza ed Ingegneria dei Materiali.

Studenti provenienti da altri tipi di laureee magistrali devono dimostrare di possedere un minimo di conoscenze di proprietà chimiche delle macromolecole

MODALITA' DIDATTICHE

Lezione tradizionale erogata mediante presentazioni powerpoint (disponibili su AulaWeb) e con l’ausilio di filmati, consultazione di siti web specialistici e di semplici esercitazioni numeriche in classe.

PROGRAMMA/CONTENUTO

1)    INTRODUZIONE e PANORAMICA DEL CORSO

1. Concetto di Macromolecola
2. Definizioni di base (monomero, polimero, copolimero,….)
3. Masse molecolari
4. Forma e dimensione
5. Configurazioni
6. La temperatura di transizione vetrosa e la temperatura di fusione

2) POLIMERI IN SOLUZIONE

1. Termodinamica dei polimeri in soluzione
2. Miscele ideali di piccole molecole
3. Soluzioni non ideali
4. Teoria di Flory-Huggins
5. Variazione di entalpia col miscelamento
6. Energia libera di miscelamento
7. Pressione osmotica
8. Limiti della teoria di Flory-Huggins
9. Equilibri di fase
10. Frazionamento
11. Teoria di Flory-Krigbaum
12. Temperatura teta
13. Temperature critiche in soluzione
14. Solubilità
15. Miscele polimeriche

3) CARATTERIZZAZIONE DEI POLIMERI – MASSE MOLARI

1. Mn: ebullioscopia e crioscopia, pressione osmotica, osmometria a tensione di vapore
2. Mw (Mz): Light scattering, incremento indice di rifrazione, small angle X-rayscattering, viscosità, GPC, MALDI

4) CARATTERIZZAZIONE DEI POLIMERI – DIMENSIONE DELLE CATENE e STRUTTURE

1. Dimensione media della catena
2. Catena snodata libera e interazioni a corto raggio
3. Rigidità della catena
4. Derivazione delle dimensioni da dati sperimentali
5. NMR
6. IR
7. Analisi termica
8. Scattering dei raggi X

5) LO STATO CRISTALLINO

1. Introduzione
2. Meccanismo di cristallizzazione
3. Temperatura e velocità di crescita
4. Fusione
5. Parametri termodinamici
6. Disposizione cristallina dei polimeri
7. Morfologia e cinetica
8. Morfologia
9. Cinetica di cristallizzazione
10. Macromolecole particolari (copolimeri a blocchi, cristalli liquidi,...)

6) LO STATO AMORFO

1. Moto molecolare
2. Le cinque regioni di comportamento viscoelastico
3. La regione viscosa
4. Cinetica delle unità nelle catene polimeriche
5. Effetti della lunghezza di catena
6. Il modello di “reptazione”
7. La dipendenza dalla temperatura della viscosità
8. Lo stato gommoso
9. La regione di transizione vetrosa
10. Fattori che influenzano Tg
11. Trattamenti teorici (volume libero e modelli vari)
12. Dipendenza di Tg dalla massa molecolare
13. Lo stato vetroso
14. Processi di rilassamento nello stato vetroso

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Testi di riferimento

I.M.G. Cowie, “Polymers: Chemistry & Physics of Modern Materials”, Blakie and Son Ltd, Glasgow (1991).

S. Koltzenburg, M. Maskos, O. Nuyken, “Polymer Chemistry”, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg (2017).

M. Guaita, F. Ciardelli, F. La Mantia, E. Pedemonte, “Fondamenti di Scienza dei Polimeri”, Edizioni Nuova Cultura, Roma 2006

P. Flory “Principles of Polymer Chemistry”, Cornell University Press, Itacha 1953

U.W. Gedde, “POLYMER PHYSICS”, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 2001

W.D. Callister Jr. and I.D.G. Rethwisch, “Materials Science and Engineering”, J. Wiley and Sons, Hoboken (NJ) (2015)

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

DAVIDE COMORETTO (Presidente)

MAILA CASTELLANO

MARINA ALLOISIO (Supplente)

DARIO CAVALLO (Supplente)

PAOLA LOVA (Supplente)

ORIETTA MONTICELLI (Supplente)

SILVIA VICINI (Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

VISTA L'EMERGENZA COVID E LE MISURE RELATIVE ALLO SVOLGIMENTO DELLA DIDATTICA IN FASE 3 EMANATE DALL'ATENEO, CONSIDERATO CHE NON E' POSSIBILE DEFINIRE ORA CON PRECISIONE GLI ORARI DELLE LEZIONI, SI INVITANO GLI STUDENTI A VISITARE FREQUENTEMENTE  I SITI https://corsi.unige.it/9020/p/studenti-orario
https://chimica.unige.it/node/390 PER AVERE AGGIORNAMENTI SULL'ARGOMENTO

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Esame orale della durata di almeno 30 minuti. La Commissione è costituita da almeno due componenti di cui uno è il responsabile dell'insegnamento.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Lo studente discute dati, sperimentali, tabelle o equazioni forniti sul momento dal docente. Tali dati sono scelti ESCLUSIVAMENTE tra quelli presentati a lezione ed ivi discussi. Lo studente deve dimostrare di aver compreso i fondamenti chimici e chimico fisici relativi e deve discuterli utilizzando l’opportuna proprietà di linguaggio tecnica (fino a 20/30 punti). Inoltre, deve saper rispondere alle domande che vengono poste durante la discussione pertinenti all'esame (fino a 10/30 punti).

Con queste modalità, la Commissione è in grado di verificare il conseguimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Nel caso in cui questi non fossero raggiunti, lo studente è invitato ad approfondire lo studio richiedendo anche eventuali spiegazioni aggiuntive al docente responsabile.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

Commissione di esame

Presidente

Davide Comoretto

Commissari e Supplenti

Alloisio Marina, Cavallo Dario, Castellano Maila, Vicini Silvia, Monticelli Orietta

Per qualsiasi ulteriore informazione, gli studenti sono invitati a contattare direttamente il docente via email (davide.comoretto@unige.it), telefono (010-3538736 - 8744) o nel suo ufficio/laboratorio (studio n. 803, laboratorio, stanza 124)