Chimica Industriale

ANDREA MARTINELLI
ANDREA MARTINELLI

Il corso è dedicato all’approfondimento delle conoscenze sulla sintesi e sul comportamento di materiali polimerici allo stato solido. Il corso è rivolto a studenti che abbiano già acquisito informazioni di base sulla chimica e chimico-fisica delle macromolecole. In particolare, tramite lo studio specifico sul comportamento di polimerici elastomerici, viscoelastici, cristallini e conduttori elettronici, lo studente acquisisce competenze sulle correlazioni tra la struttura chimica dei materiali e le loro proprietà. Il corso è organizzato in modo tale da dare allo studente l’opportunità di conoscere le teorie che descrivono le caratteristiche peculiari di ogni tipologia di materiale, le deviazioni dalle previsioni fornite dai modelli ed i comportamenti reali. Inoltre, tramite esempi di risultati sperimentali su comportamenti reali dei materiali polimerici, ottenuti con varie tecniche di indagine, si stimola la capacità di scelta del tipo di analisi strumentale più opportuna per caratterizzare il materiale in relazione alla sua destinazione applicativa. Tali abilità sono anche sviluppate tramite la sollecitazione alla lettura critica, oltre che ai libri di testo, di pubblicazioni scientifiche o relazioni tecniche sulle proprietà di materiali polimerici. Con le conoscenze acquisite, lo studente possiederà competenze sui principi e sui criteri di utilizzazione dei materiali polimerici, potrà essere in grado di prevedere il comportamento dei materiali in base all’analisi della struttura delle macromolecole ed avere la possibilità di ipotizzare o progettare le caratteristiche dei materiali in relazione ai possibili impieghi. Gli studenti saranno in grado di inserirsi agevolmente sia nel mondo del lavoro dell’industria chimica dei materiali polimerici sia nell’attività scientifica del mondo accademico e dei centri di ricerca che si occupino di polimeri. Inoltre, le informazioni fornite potranno essere impiegate per affrontare con una maggiore consapevolezza gli argomenti trattati in altri corsi del CdS in Chimica Industriale riguardanti lo studio e le applicazioni dei polimeri.

Con le conoscenze acquisite, lo studente possiederà competenze sui principi e sui criteri di utilizzazione dei materiali polimerici, potrà essere in grado di prevedere il comportamento dei materiali in base all’analisi della struttura delle macromolecole ed avere la possibilità di ipotizzare o progettare le caratteristiche dei materiali in relazione ai possibili impieghi. Gli studenti saranno in grado di inserirsi agevolmente sia nel mondo del lavoro dell’industria chimica dei materiali polimerici sia nell’attività scientifica del mondo accademico e dei centri di ricerca che si occupino di polimeri. Inoltre, le informazioni fornite potranno essere impiegate per affrontare con una maggiore consapevolezza gli argomenti trattati in altri corsi del CdS in Chimica Industriale riguardanti lo studio e le applicazioni dei polimeri.

Conoscenze di base delle caratteristiche chimiche, chimico-fisiche e meccaniche delle macromolecole e dei materiali polimerici

0.5 CFU Elastomeri

Considerazioni generali; struttura chimica degli elastomeri; elastomeri termoplastici; teoria termodinamica classica dell’elastomero ideale, teoria termodinamica statistica dell’elastomero ideale.

2 CFU Proprietà viscoelastiche

Proprietà meccaniche di solidi elastici: il tensore di stress ed il tensore di strain; la legge di Hooke generalizzata; compliance e stiffness; il modulo di Young, il rapporto di Poisson, il modulo di torsione; il modulo di volume; Il comportamento viscoelastico; va viscosità; Esperimenti di Creep, sterss-relxation e dinamo-meccanici; modelli di comportamento meccanico-reologico: modello di Hooke, di Newton, di Maxwell,di Voigt-Kelvin, di Burger; Modelli generalizzati e Spettri di rilassamento; Principio di sovrapposizione di Boltzman; Variazione del Modulo di Rilassamento dello stress con il tempo; Temperatura di transizione vetrosa; Principio di equivalenza tempo-temperatura; Teorie sulla dipendenza dalla temperatura dei comportamenti viscoelastici: L’equazione WLF e la teoria del Volume Libero, La teoria di Adam e Gibbs.Il paradosso di Kauzmann

0.5 CFU Snervamento e frattura nei materiali polimerici

Tipi di frattura: frattura fragile e frattura duttile; La teoria di Griffith per la frattura di tipo fragile; Effetto sul punto di cedimento di una pressione esterna; Effetto di T e della velocità di deformazione sul cedimento; Criterio di Tresca di cedimento per snervamento; Cedimento per Crazing o Microcavitazione o Microfessurazione; costruzione di Considere

1 CFU Polimeri Conduttori

Meccanismi di conduzione: Il solitone nel PA; polaroni e bipolaroni; meccanismi di trasporto di carica in relazione al livello di drogaggio; La gap nel Poliacetilene; Spettri elettronici di polimeri conduttori; Esempi di polimeri conduttori


1,5 CFU Cristallizzazione di Polimeri.
Morfologia e struttura dei cristalli singoli e degli sferuliti.
Modello microcinetico: chain folding, nucleazione primaria, nucleazione secondaria, accrescimento, teoria di Hoffman.
Modello macrocinetico: evoluzione della cristallinità con il tempo, teoria di Avrami.

0,5 CFU Processi di polimerizzazione
Polimerizzazione in massa, in soluzione, in sospensione e in emulsione; trasferimento di catena nelle polimerizzazioni radicaliche.
Effetto del meccanismo di chain transfer sulla polimerizzazione
Effetto della temperatura sulla polimerizzazione radicalica

-S. Bruckner, G. Allegra, M. Pegoraro, F. P. La Mantia, Scienza e Tecnologia dei Materiali Polimerici, Ed. EdiSES, Napoli;
-Ciardelli F., Farina M., Giusti P., Cesca S., Macromolecole. Scienza e Tecnologia Vol. I e II, Centro Stampa “Nuova Cultura”,Roma
-Mechanical Properties of Solid Polymers: Third Edition-Author(s):I. M. WardJ. Sweeney-DOI:10.1002/9781119967125-John Wiley & Sons, Ltd
-Introduction to Polymers, Third Edition-Robert J. Young, Peter A. Lovell-CRC Press;

Tutti i testi si trovano presso la biblioteca del Dipartimento di Chimica

Appunti del docente accessibili previa autorizzazione.

Il corso è strutturato in lezioni frontali.

La frequenza non è obbligatoria

L'esame consiste in una prova scritta strutturata con domande teoriche, esercizi o analisi dei dati.
Il voto della prova scritta potrà essere, a scelta dello studente, eventualmente incrementato da 1 a 3 punti a seguito di una discussione critica dell'elaborato.

1. Quali informazioni si ricavano da esperimenti di misura di forza richiesta per mantenere un elastomero a lunghezza costante al variare della T (strain alto)?
2. Descrivere il comportamento viscoelastico di un polimero in esperimenti di CREEP (carico costante).
3. Da quali assunzioni iniziali si sviluppa la teoria di Avrami sulla cinetica di cristallizzazione dei polimeri?
4. Quale è la dipendenza dello spessore lamellare dalla temperatura?
5. Perché il poliacetilene non presenta conducibilità comparabile a quelle dei metalli anche quando è fortemente drogato (y>10 %, transizione semiconduttore-metallo), ossia quando si ha la scomparsa della gap?
6. Effetto della temperatura sullo sforzo di fallimento (snervamento o frattura) ( vs. T) di un polimero. Come varia la curva a differenti velocità di deformazione?
7. Elencare e descrivere quali sono le proprietà di un polimero amorfo che variano in corrispondenza della transizione vetrosa. Con quale tecnica sperimentale possono essere seguite?