OBIETTIVI FORMATIVI

Sulla base dei fondamenti acquisiti nel curriculum tecnologico della triennale, l’obiettivo di questo insegnamento è quello di fornire le conoscenze avanzate necessarie per lo studio delle macromolecole nello stato liquido e solido, sia in fase amorfa che cristallina. 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 conoscenze avanzate sullo 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 approfonditamente ed analizzare i seguenti argomenti:

- i principi della termodinamica 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 avendo seguito insegnamenti di base sull'argomento.

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

0) CENNI STORICI 

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 (e cinetica della separazione 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
3. MALDI-TOF-MS

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 e neutroni

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).

P. Flory, “Principles of Polymer Chemistry”

AAVV, «Fondamenti di Scienza dei Polimeri» – Associazione Italiana di Scienza e Tecnologia delle Macromolecole

W.D. Callister Jr. and D.G. Rethwisch, «Materials Science and Engineering» [alcuni capitoli sui polimeri]

Ulf W. Gedde, «Polymer Physics», Kluwer Academic Publisher

S. Koltzenburg, M. Maskos, O. Nuyken, «Polymer Chemistry», Springer

I.M. Campbell, «Introduction to synthetic polymers» [molto semplice, troppo, ma ci sono alcuni dati utili], Oxford Press

G.R. Strobl, “The Physics of Polymers, Concepts for Understanding Their Structures and Behavior”, Springer