Descrizione della commessa "Realizzazione, caratterizzazione e processi di riciclo a basso impatto ambientale di sistemi polimerici micro e nanostrutturati (PM.P02.012)"

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• Descrizione della commessa "Realizzazione, caratterizzazione e processi di riciclo a basso impatto ambientale di sistemi polimerici micro e nanostrutturati (PM.P02.012)" (literal)

Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi

• Il vantaggio di sviluppare e disporre di tali materiali sarebbe molteplice per il mondo industriale. Infatti, visto il largo uso e la grandissima diffusione dei polimeri, costante è il tentativo di aumentarne le prestazioni al fine di ampliarne i settori applicativi, specialmente in quelli tecnologicamente avanzati. In secondo luogo, aumentando e modulando a piacere le performances di polimeri di uso comune si possono drasticamente ridurre le tipologie di polimeri necessari per le varie applicazioni; in questo modo, diffondendosi una serie di materiali con base polimerica comune, più facile sarà il riciclo di tali prodotti ed il loro recupero al ciclo produttivo. Infine, la progettazione di questi nuovi materiali, con elevate prestazioni e riciclabili, congiunta con la miniaturizzazione di sistemi rappresenta una possibile soluzione per il risparmio di materie prime (riduzione globale delle necessità energetiche e delle quantità di CO2 immesse nell'aria). (literal)

Strumentazione

• Analisi Termica: Calorimetri differenziali a scansione Mettler e Perkin-Elmer; Apparecchiature per analisi termogravimetrica Mettler; Spettroscopia Molecolare: Spettrometro FTIR, Perkin-Elmer mod. System 2000 con microscopio IR mod. Autoimage, spettrometro FTIR, Perkin-Elmer mod. Spectrum GX, spettrometro FT-Raman Nicolet Nexus 670. Microscopia: Microscopio elettronico a scansione FEI Quanta 200 (FEG-ESEM), Microscopio elettronico a trasmissione FEI Tecnai T12Spirit TWIN, Microscopio elettronico a forza atomica, Microscopi ottici camera. Proprietà meccaniche: Dinamometri Instron (mod. 4505, mod. 5564 e mod. 1122), pendoli strumentati di frattura tipo Charpy, analizzatori dinamico-meccanici(DMTA) mod. Pyris Diamond Perkin-Elmer. Diffrattometria dei Raggi X: Generatore di Raggi x \" Philips\", camera diffattometrica a basso angolo Kratky, camera microfotografica ad alto angolo Rigaku-Denky per analisi stratigrafiche, generatore di raggi x Philips NMR: Spettrometro per la risonanza magnetica allo stato solido Bruker Processi: Miscelatori meccanici Brabender e Rheocord, estrusori monovite e bivite con ricircolo interno, pressa di stampaggio ad iniezion (literal)

Tematiche di ricerca

• La presente commessa si articola nelle seguenti tematiche: 1.Realizzazione di sistemi multicomponenti a matrice polimerica per applicazioni nel settore del packaging alimentare e non 2.Realizzazione di compositi e nanocompositi a matrice polimerica mediante processi a basso impatto ambientale 3.Sviluppo di nuovi materiali plastici avanzati da applicare su pannelli fotovoltaici per migliorarne sensibilmente l'efficienza. 4.Sviluppo industriale di procedure semplificate per la caratterizzazione chimica non distruttiva e per il recupero di manufatti di elevato pregio artistico 5.Sviluppo di metodologie di riciclo di materiali recuperati da imbarcazioni a fine vita, con particolare riguardo al PVC e alla vetroresina 6.Sviluppo di metodologie di approccio al mercato per aziende che hanno tecnologie a basso impatto ambientale 7.Sviluppo di metodologie per l'internazzionalizzazione di piccole medie imprese operanti nel settore delle tecnologie ambientali 8 :Realizzazione di rete di laboratori europei per le nanostrutture 9. Ecosustainable food packaging based on polymer nanomaterials (Cost Action FA 0904. 10. Nanocompositi antibatterici per imballaggio alimentare (literal)

Competenze

• Sintesi, modifica chimica e funzionalizzazione di polimeri; Processi di miscelazione reattiva; Tenacizzazione di polimeri termoplastici; Cristallizzazione, fusione, morfologia e struttura delle fasi in polimeri, copolimeri, miscele, sistemi multifasici (compositi e nanocompositi); Proprietà meccaniche; Spettroscopia molecolare; Analisi termica e termogravimetrica; Invecchiamento e proprietà di trasporto; Caratterizzazione chimica, fisica e strutturale di sistemi fibrosi naturali e sintetici. Realizzazione e studio di nanocompositi a matrice termoplastica; Tecnologie per il riciclo meccanico delle materie plastiche; Biodegradazione, degradazione termica, termo-ossidativa e foto-ossidativa di polimeri; Tecnologie impiegate: Analisi masse molecolari; Analisi Termica (DSC, TGA) e chimico-fisica; Spettroscopia Molecolare (FTIR); Microscopia elettronica (SEM, TEM, AFM); Microscopia ottica e analisi d'immagine; Proprietà Meccaniche a bassa ed alta velocità di deformazione; Analisi dinamico-meccanica (DMTA); Risonanza Magnetica Nucleare alla stato solido (CP-MAS); Diffrattometria dei Raggi X (WAXS, SAXS) Processi di trasformazione. (literal)

Potenziale impiego per processi produttivi

• I materiali oggetto di studio delle suddette linee di ricerca possono trovare applicazione nei seguenti settori produttivi: -imballaggio alimentare e secondario; -riciclo; -biomedicale; -dispositivi ottici e vetri; -edilizia (pannelli, vernici...); -componentistica nei trasporti -conservazione beni culturali. (literal)

Tecnologie

• Le ricerche oggetto di questa commessa si avvarranno delle competenze presenti in un'altra commessa dell'ICTP e precisamente quella titolata: \"Sviluppo di metodologie computazionali per la progettazione e caratterizzazione in silico di materiali polimerici\". In particolare con i ricercatori di essa saranno sviluppate le seguenti attività : 1) studio delle interazioni filler/matrice mediante approcci teorici computazionali e tecniche di spettroscopia di risonanza magnetica nucleare allo stato solido volte all'individuazione della migliore strategia di compatibilizzazione. 2) raffinamento di modelli computazionali per il calcolo dei parametri spettroscopici (descrizione più realistica dei gruppi prossimi, utilizzazione di modelli di continuo polarizzabile per introdurre l'influenza del \"bulk\", inclusione di termini dispersivi nei funzionali di densità). Paragone puntuale tra i dati spettroscopici sperimentali e le predizioni modellistiche. (literal)

Obiettivi

• Gli obiettivi principali che si intendono raggiungere possono essere così riassunti: 1. studiare le problematiche interfacciali che influenzano la dispersione molecolare delle cariche (filler convenzionali e nanoparticelle); 2. promuovere l'adesione interfacciale particelle/polimero e la loro dispersione omogenea: fattori chiave per il miglioramento delle proprietà in un sistema multifasico; 3. studiare le relazioni tra la forma e la dimensione delle nanoparticelle, la concentrazione della fase dispersa, e le proprietà finali del nanomateriale preparato; 4. migliorare le proprietà finali (termostabilità, meccaniche, ottiche e barriera) dei compositi e nanocompositi investigati mediante ottimizzazione delle condizioni di processo e della concentrazione e forma della fase dispersa; 5. migliorare la compatibilità ambientale (ottenendo ad esempio materiali più leggeri e sicuri) e la possibilità di riciclo grazie al basso contenuto di filler presente. (literal)

Stato dell'arte

• La progettazione di sistemi multifasici, compositi o nanocompositi, consente di realizzare materiali con proprietà mirate all'utilizzo.E' importante che tali sistemi siano ottenuti utilizzando processi a basso impatto ambientale anche di riciclo. In particolare i nanocompositi destano un forte interesse scientifico ed industriale in quanto mostrano eccezionali proprietà sia rispetto a quelle di materiali ottenuti con convenzionali metodi di sintesi (messa a punto di nuovi polimeri) sia a quelli prodotti con le tecnologie delle leghe e dei rinforzati (microcompositi). Queste inaspettate \"performances\" sono correlate all'enorme area di superficie specifica che caratterizza le nanoparticelle, responsabile di una estesissima regione interfacciale, tanto da poter parlare di una vera e propria \"interfase\", caratterizzata da proprietà sinergiche rispetto a quelle dei materiali di partenza. Quando le dimensioni della fase dispersa sono su scala nanometrica, il materiale all'interfase può rappresentare fino al 40-50% del volume dell'intero materiale. Si possono dunque ottenere moltissimi nuovi materiali, variando la dimensione delle nanoparticelle e le caratteristiche dell'interfase. (literal)

Tecniche di indagine

• Lo studio dell'adesione interfacciale polimero/carica verrà condotto mediante le seguenti tecniche di indagine: Spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FT-IR); Risonanza Magnetica Nucleare allo stato solido (CP-MAS); Microscopia elettronica a scansione (SEM) e trasmissione (TEM); Analisi dinamico-meccanica in scansione di temperatura (DMTA). L'analisi delle proprietà finali dei sistemi multifasici progettati e realizzati verrà effettuata mediante le seguenti metodologie di indagine: Analisi termica: DSC, TGA; Analisi morfologica: SEM, AFM, microscopia ottica; Analisi delle proprietà di trasporto: permeabilimetro Analisi delle proprietà meccaniche: Instron e Pendolo tipo Charpy. (literal)

Descrizione di

• Realizzazione, caratterizzazione e processi di riciclo a basso impatto ambientale di sistemi polimerici micro e nanostrutturati (PM.P02.012) (Commessa)

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