RICERCA ITALIANA     

Aspetti di base e funzionali di materiali polimerici ibridi inorganico-organici nanostrutturati

Centro di Cultura per l'Ingegneria delle materie plastiche

Abstract

I nanocompositi polimerici rappresentano uno stadio di sviluppo fondamentale per l'evoluzione dei materiali polimerici, ed un importante capitolo nel campo delle nanotecnologie. In virtù delle interazioni che si instaurano a livello nanoscopico, questi materiali possono essere considerati degli ibridi organici/inorganici, che presentano un incremento generalizzato delle prestazioni e la comparsa di nuove proprietà.
Esiste ormai una vasta letteratura sull'argomento, ma la maggior parte di essa descrive lavori del tipo "try and test", mentre sono scarsi i lavori di ricerca più sistematici ed indirizzati agli aspetti basilari. Il rapido sviluppo dei nanocompositi polimerici rischia, quindi, di subire un arresto se non si darà una risposta ai quesiti fondamentali. Attualmente le grosse incognite sono focalizzate sulle leggi che governano la dispersione della matrice inorganica nel polimero, così come sui fenomeni che si celano dietro alle proprietà di questi materiali. Questi interrogativi, ruotano attorno alla conoscenza ed alla misura delle interazioni chimiche e fisiche che si instaurano tra il polimero e la componente inorganica. Questa conoscenza può essere raggiunta soltanto attraverso un attento studio sistematico della chimica e della fisica del sistema polimero/carica inorganica.
Obiettivi: Questo progetto di ricerca si pone come obbiettivo lo studio sistematico dei nanocompositi polimerici allo scopo di mettere in relazione tra loro la morfologia e la>>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

GIOVANNI CAMINO, CENTRO DI CULTURA PER L'INGEGNERIA DELLE MATERIE PLASTICHE

Obiettivo del Finanziamento

I nanocompositi polimerici rappresentano uno stadio di sviluppo fondamentale per l'evoluzione dei materiali polimerici. In virtù delle interazioni che si instaurano a livello nanoscopico, questi materiali possono essere considerati degli ibridi organici/inorganici (ove per inorganico si intendono materiali silicei), che presentano allo stesso tempo, un incremento generalizzato delle prestazioni e la comparsa di nuove proprietà quali quelle di ritardo alla fiamma e di barriera alla diffusione. Per questi motivi, i nanocompositi polimerici, sono stati oggetto di numerose applicazioni brevettuali. A fronte di questa espansione vi è però una scarsa conoscenza degli aspetti fondamentali che stanno alla base della struttura di tali materiali che ne determina le proprietà.
Esiste ormai una vasta letteratura sull'argomento, ma la maggior parte di essa descrive lavori del tipo 'try and test', mentre sono scarsi i lavori di ricerca più sistematici ed indirizzati agli aspetti basilari. Il rapido sviluppo dei nanocompositi polimerici rischia, quindi, di subire un arresto se non si darà una risposta ai quesiti fondamentali. Attualmente le grosse incognite sono focalizzate sulle leggi che governano la dispersione della matrice inorganica nel polimero, così come sui fenomeni che si celano dietro alle proprietà di questi materiali.
Infatti, per una determinata coppia polimero/matrice inorganica, è difficile prevedere a priori se si riuscirà ad ottenere un nanocomposito e, in particolare è stata evidenziata una catalisi acida, che ha accelerato la deacetilazione, ed una catalisi della deidrogenazione ossidativa del poli(etilen-co-acetilene), che, ad alta temperatura, ha incentivato la carbonizzazione del polimero.
Un altro polimero che sarà utilizzato è il polistirene (PS). Questo polimero è stato scelto perché si presta alla realizzazione di nanocompositi sia per melt-compounding, sia per polimerizzazione in situ. Così facendo, si avranno sistemi con diversa morfologia ma uguale composizione chimica, che consentiranno di studiare gli effetti della morfologia e della tecnica di preparazione sulle proprietà. La polimerizzazione in situ del PS consentirà anche di realizzare nanocompositi che differiscono per avere il polimero che interagisce con il nanofiller o attraverso legami covalenti o attraverso legami deboli, consentendo di valutare l'effetto di tale aspetto sulle proprietà.
Verranno preparati nanocompositi basati su polimeri fluorurati-solfonati allo scopo di studiarne gli effetti sulla conduzione protonica.
Saranno, altresì, studiate nuove tecniche di polimerizzazione in situ di nanocompositi, quali fotopolimerizzazione di acrilati ed epossidi, anche fluorurati. Si prepareranno, quindi, nanocompositi a base di fillosilicati e altri fillers proposti dalle altre UdR e matrici polimeriche termoindurenti di tipo acrilico, metacrilico ed epossidico, ottenute per UV-curing o anche per reticolazione termica. L'UV-curing è una tecnica di polimerizzazione semplice, versatile e a basso impatto ambientale (richiede poca energia e non fa uso di solventi) tradizionalmente applicata alla fabbricazione di materiale in forma di film: da alcuni anni sono svolti numerosi studi per la preparazione di compositi [2,3]. Con tale tecnica è possibile procedere tramite polimerizzazione in situ alla realizzazione di nanocompositi in cui l'interazione polimero-filler potrà essere basata su legami covalenti o legami deboli a seconda del tipo di funzionalizzazione condotta sul filler; si può inoltre variare le caratteristiche chimico-fisiche e prestazionali della matrice polimerica cambiando le strutture degli oligomeri impiegati e le formulazioni
Per meglio studiare proprietà e morfologia dei nanocompositi, alle consuete tecniche di caratterizzazione verranno affiancate tecniche più innovative in questo campo, quali NMR dello stato solido, misure di conducibilità protonica, microscopia confocale, mettendo a punto nuovi protocolli di caratterizzazione.
Risultati attesi:il principale risultato atteso è la messa a punto di un modello descrittivo e predittivo, che metta in relazione le proprietà peculiari dei nanocompositi polimerici con la loro morfologia e composizione. Ciò porterà ad avere come risultati di contorno: progresso delle conoscenze sulle interazioni tra fasi organiche e fasi inorganiche in domini nanoscopici; realizzazione di nanofiller alternativi ai fillosilicati; realizzazione di protocolli di preparazione per nanocompositi sia per melt-compounding, sia per polimerizzazione in situ, anche con tecniche innovative; messa a punto di nuove metodiche di studio nel campo dei nanocompositi; modellazione del comportamento reologico, con importanti ricadute pratiche.
E' atteso inoltre che i nuovi nanocompositi realizzati possano avere oltre alle proprietà di ritardo di fiamma e di barriera alla diffusione di gas, proprietà di conduzione protonica e, per immobilizzazione di opportune sonde fluorescenti, proprietà ottiche.]>>>

Durata

36 mesi