Obiettivi formativi
Conoscenza e comprensione: I polimeri rappresentano uno dei settori avanzati della ricerca di base ed applicata nel campo dei materiali. La Scienza dei Polimeri è un settore altamente multidisciplinare che richiede conoscenze che spaziano dalla chimica organica all'ingegneria meccanica e non può essere trattata esaustivamente nell'ambito di un singolo corso. Scopo del presente corso è di introdurre i fondamenti della Scienza dei Polimeri, integrando i concetti teorici con esperienze di laboratorio.
Conoscenza e comprensione applicate: viene curata l'acquisizione dei concetti di base relativi alla chimica macromolecolare e l'impiego delle conoscenze maturate nei campi della chimica organica e chimica fisica al campo dei polimeri. Particolare attenzione viene posta all'integrazione dei vari concetti per una comprensione unitaria dei materiali polimerici a livello sintetico, strutturale e funzionale. Le esperienze di laboratorio sono strutturate in modo da fornire agli studenti un riscontro pratico della teoria esposta.
Lo studente dovrà essere inoltre in grado di:
a) correlare le conoscenze di base fra loro (autonomia di giudizio);
b) utilizzarle come base teorica per affrontare argomenti di natura chimica delle macromolecole non necessariamente trattati nel corso ma ad esso attinenti (autonomia di giudizio);
c) esporle in modo organico utilizzando un linguaggio scientifico appropriato (abilità comunicative).
Prerequisiti
Si richiede la conoscenza di base della chimica organica e della chimica fisica
Contenuti dell'insegnamento
- Introduzione ai polimeri.
- Sintesi dei polimeri.
- Caratterizzazione dei polimeri.
- Struttura microscopica dei materiali polimerici.
- Relazioni struttura-proprietà.
- Proprietà viscoelastiche.
- Proprietà meccaniche.
- Processing dei polimeri.
- Riciclo dei polimeri.
Programma esteso
Introduzione ai polimeri: definizioni e nomenclatura; peso molecolare medio; isomeria e stereoisomeria; classificazione delle principali classi di polimeri, condizioni termodinamiche di polimerizzazione.
- Sintesi dei polimeri:
Policondensazioni: trattamento statistico, teoria della gelazione, cinetica di policondensazione bifunzionale.
Poliaddizioni radicaliche, cationiche, anioniche, coordinate; cinetica di polimerizzazione radicalica.
Catalisi Ziegler-Natta
Processi di polimerizzazione
Polimerizzazioni radicaliche controllate: NMP, ATRP, RAFT
Copolimeri
- Caratterizzazione dei polimeri:
Proprietà dei polimeri in soluzione
Metodi di determinazione dei PM medi via osmometria, light scattering, viscosimetria e GPC
Metodi spettroscopici: NMR
- Struttura microscopica dei materiali polimerici:
Analisi conformazionale; interazioni deboli inter ed intramolecolari; conformazioni ordinate; morfologia.
Cristallizzazione, fusione e Tg
Elastomeri, fibre, proteine strutturali e sostanze plastiche
- Relazioni struttura-proprietà:
Diffusione e permeabilità; materiali polimerici per membrane.
Proprietà ottiche
- Proprietà viscoelastiche:
Viscoelasticità
Modelli meccanici di comportamento viscoelastico
Equivalenza tempo-temperatura
Analisi dinamico meccanica
- Proprietà meccaniche:
Curve sforzo deformazione
Modulo di Young
Misure di creep, di rilassamento e comportamento elastico
Meccanica della frattura
- Processing dei polimeri:
Reologia del polimero fuso
Principali tecnologie di trasformazione delle materie plastiche
Materiali compositi a matrice polimerica
- Riciclo dei polimeri:
Principali tecnologie di selezione e riciclo
Stabilizzazione e compatibilizzazione
Degradazione
Bibliografia
Scienza e Tecnologia dei Materiali, S. Brückner et. al., terza edizione, 2016, Edises.
Fondamenti di Scienza dei Polimeri, M.Guaita et al., 2009, Edizioni Nuova Cultura.
Dispense fornite dal docente. Le dispense sono scaricabili da Elly.
Metodi didattici
Il corso si svolge in 72 ore di lezioni frontali durante le quali gli studenti vengono guidati alla comprensione dei concetti di base della Scienza dei Polimeri. Le conoscenze teoriche vengono verificate ed integrate da 45 ore di laboratorio, dove gli studenti imparano a sintetizzare, caratterizzare e processare i polimeri. La frequenza dei laboratori è obbligatoria.
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell’apprendimento comprende due prove scritte parziali con domande aperte sui principali argomenti presentati nel corso. Questo tipo di verifica è volto a determinare: 1) la padronanza degli argomenti; 2) la capacità di rispondere puntualmente a domande specifiche; 3) la capacità di esposizione; 4) la proprietà del linguaggio scientifico. La prima prova parziale esprime un terzo del punteggio totale dello scritto in 30esimi, mentre la seconda prova vale 2/3 del totale.
Segue poi la prova orale dove gli studenti dovranno mostrare di padroneggiare l'argomento in maniera dialettica, correlando le nozioni per dare una risposta integrata. Punteggio: si sommano o sottraggono da 0 a 3 punti rispetto al voto dello scritto.
Le conoscenze acquisite e la capacità di comprensione degli argomenti trattati durante le esperienze di laboratorio verranno verificate mediante consegna di un breve elaborato al termine di ogni attività.
Altre informazioni
Il docente riceve gli studenti per chiarimenti e discussioni, previo appuntamento. Si prevedono almeno 2 appelli per sessione.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
