Descrizione del modulo "Sviluppo e applicazioni di metodologie preparative di materiali polimerici funzionali nanostrutturati in processi di reactive blending (PM.P03.015.005)"

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  • Descrizione del modulo "Sviluppo e applicazioni di metodologie preparative di materiali polimerici funzionali nanostrutturati in processi di reactive blending (PM.P03.015.005)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • I nuovi materiali funzionali a base poliolefina o bio-plastica e a struttura controllata, con ampia gamma di funzionalità e possibili proprietà quali l'adesione, la stabilità termica, le proprietà ottiche e la compatibilità con cariche inorganiche nanostrutturate, potranno sostituire manufatti in materiali plastici più complessi e costosi (come i sistemi multistrato utilizzati nel packaging). La selettività dei processi studiati potrebbe, inoltre, essere compatibile con l'utilizzo di polimeri di riciclo permettendone il ri-utilizzo, incrementandone il valore aggiunto e riducendone l'impatto ambientale a fine vita. Le proprietà barriera così come altre proprietà funzionali (antimicrobiche) potranno essere ottenute disperdendo cariche inorganiche ammesse al contatto con il cibo e quindi compatibili con la salute e l'ambiente (idrotalciti). L'immobilizzazione sulle catene polimeriche o sulle nanoparticelle di gruppi cromofori o con proprietà stabilizzanti permetterà di ridurre in maniera drastica il rischio di rilascio nell'ambiente di queste molecole durante le fasi di produzione, utilizzo, fine vita e riciclo dei manufatti preparati con questi materiali. (literal)
Tematiche di ricerca
  • I temi di ricerca sono: 1)studio del processo di grafting radicalico su poliolefine di derivati nitrossilici tipo TEMPO funzionalizzati con cromofori fluorescenti/fotoattivabili e caratterizzazione dei polimeri; 2)studio del grafting radicalico su poliolefine di reagenti/coagenti in grado di controllare il processo mediante reazioni stechiometriche o a bassa efficienza di trasferimento; 3)studio della modifica di bioplastiche mediante grafting radicalico di monomeri funzionali e di derivati nitrossilici tipo TEMPO recanti cromofori fluorescenti/fotoattivabili e grafting di molecole funzionali antiossidanti (molecole insature o derivati del TEMPO); 4) preparazione e caratterizzazione di nanocariche (argille, nanotubi di carbonio, POSS) modificate con surfattanti e/o molecole ad attività funzionale (antiossidante); 5)studio dei processi di dispersione in poliolefine o bioplastiche di substrati inorganici lamellari, nanotubi di carbonio, POSS per la preparazione di materiali nanostrutturati; 6)studio delle interazioni all'interfaccia tra gruppi funzionali e superficie delle nanocariche mediante tecniche volte alla valutazione delle proprietà delle macromolecole confinate (literal)
Competenze
  • Le competenze riguardano prevalentemente la sintesi, modifica chimica e caratterizzazione (strutturale, termica, meccanica, morfologica) di sistemi macromolecolari con particolare riferimento a polietilene, polipropilene, copolimeri EPM, copolimeri a blocchi (soft/hard) di nuova generazione, copolimeri termoplastici (SBS e SEBS), gomme insature (SBR, PB), PS, PVC, poliammidi e poliesteri (PLA e PBS) In particolare sono relative a: 1) processi di funzionalizzazione controllata di polimeri a base etilenica e propilenica per la preparazione di compatibilizzanti; 2) reazioni di funzionalizzazione di gomme insature per l'ottenimento di agenti di coupling per sistemi gomme/microcariche; 3) processi di ramificazione/reticolazione per l'ottenimento di materiali con controllate proprietà reologiche; 4) miscelazione reattiva di poliolefine con poliammidi; 5) processi di intercalazione/esfoliazione di poliolefine funzionali in substrati inorganici lamellari; 6) preparazione di materiali ibridi organico-inorganico con incrementate proprietà meccaniche, termiche e barriera; 7) processi di funzionalizzazione radicalica di poliesteri con controllo dell'architettura molecolare. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • L'utilizzo di reagenti selettivi nei processi di post-modifica e soprattutto nei processi di funzionalizzazione dei polimeri, la possibilità di modulare il tipo di funzionalità e il grado di grafting mantenendo un accurato controllo del peso molecolare e quindi delle proprietà reologiche del materiale rappresentano un risorsa importante per lo sviluppo di processi ad alta resa, senza modifiche sostanziali delle attuali tecnologie di processo e produzione, tutte utilizzanti estrusori o miscelatori meccanici. La possibilità, inoltre, di ottimizzare le proprietà di interfaccia in sistemi ibridi organico-inorganico, modulando opportunamente le caratteristiche dell'agente di coupling in funzione non soltanto del tipo di funzionalità necessarie alle interazioni interfacciali, ma anche delle proprietà strutturali della matrice, può garantire una migliorata dispersione della nanocarica con conseguente semplificazione dei processi produttivi (ad esempio mettendo a punto la preparazione di master-batch facilmente disperdibili in matrici di diversa natura). (literal)
Obiettivi
  • Sviluppare processi di post-modifica chimica di polimeri: funzionalizzazione, miscelazione reattiva mediante utilizzo di reagenti selettivi in grado di controllare le reazioni secondarie e inserimento di funzionalità specifiche per l'ottenimento di materiali innovativi per settori mirati di utilizzo, quali imballaggio, automotive, edilizia, agroalimentare. Sviluppare materiali a base poliolefinica e bio-plastica con incrementate proprietà di adesione, migliorata stabilità termica e foto/termo-ossidativa, incrementate proprietà barriera. Migliorare le proprietà dei materiali derivanti da polimeri di riciclo. Incrementare le proprietà chimiche e strutturali delle bio-plastiche con l'obiettivo di estenderne il campo di impiego. Compatibilizzare polimeri e cariche micro- e nano-strutturate attraverso la modulazione e il controllo delle proprietà di interfaccia. Acquisire nuove conoscenze relativamente alle reazioni/ai processi di post-modifica con particolare riferimento all'utilizzo di nuovi reagenti/co-agenti. Promuovere il trasferimento tecnologico ad aziende operanti nel settore della trasformazione delle materie plastiche. (literal)
Stato dell'arte
  • La crescente richiesta di materiali polimerici funzionali, a struttura e sovrastruttura controllata e preparati mediante processi selettivi ed innovativi, rende questa attività di ricerca attuale ed importante. Alcuni temi risultano particolarmente rilevanti: 1) si utilizzano poliolefine, polimeri leader in molti settori di applicazione (imballaggio, edilizia, industria automobilistica etc.); 2) si utilizzano bio-plastiche, polimeri da risorse rinnovabili e processabili come le poliolefine; 3) si utilizzano processi di modifica selettivi, in assenza di solventi, con l'obiettivo di investigare tecnologie efficienti e sostenibili; 4) si intende progettare e realizzare materiali con proprietà specifiche mediante processi basati su principi di eco-efficienza e sostenibilità e sulle nanotecnologie; 5) si mira ad un sensibile miglioramento/approfondimento delle \"tecnologie dei materiali\" introducendo nuove conoscenze sulla chimica delle reazioni di grafting e sul ruolo della chimica all'interfaccia nelle proprietà finali dei materiali nanocompositi; 6) si tiene conto dell'importanza fondamentale dello studio delle correlazioni tra chimica, processo, materiali e proprietà finali (literal)
Tecniche di indagine
  • Oltre alle metodologie convenzionali mirate alla valutazione della struttura e delle proprietà dei sistemi macromolecolari impiegati (spettroscopie IR, NMR e UV, analisi TGA, DSC, DMTA, GPC, MFI, XRD) sono state messe a punto tecniche di analisi per la determinazione del grado di modifica strutturale e delle interazioni interfacciali a seguito dei processi di post-modifica, miscelazione reattiva, intercalazione. In particolare, il grado di grafting viene determinato mediante analisi spettroscopica IR e UV di sistemi macromolecolari modificati e di composti modello (sintetizzati ad hoc) che permettono la costruzione di rette di taratura poiché simulano gli spettri dei polimeri modificati.Tecniche di estrazione selettiva associate ad analisi IR, morfologica, calorimetrica, dielettrica: la combinazione dei risultati permette la caratterizzazione di fasi diverse e diversamente interagenti nonchè la determinazione delle proprietà interfacciali a confronto con le caratteristiche di bulk. La spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR) è utilizzata per studiare la reazione di funzionalizzazione per via radicalica di materiali polimerici con nitrossidi funzionali. (literal)
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