Course Syllabus
Obiettivi
Lo scopo del corso è di far familiarizzare gli studenti con concetti rilevanti nella chimica dei polimeri come la caratterizzazione di polimeri e le distribuzioni di peso molecolare; la termodinamica di soluzioni polimeriche; lo stato cristallino e amorfo; l'elasticità della gomma; relazione struttura-proprietà. Verranno inoltre presentati argomenti speciali dei materiali polimerici come i copolimeri a blocchi e polimeri naturali.
Contenuti sintetici
Termodinamica delle soluzioni polimeriche. Teoria di Flory-Huggings . Conformazione delle catene in soluzione: polimeri flessibili e rigidi. Concetto di random coil e raggio di girazione. Miscele polimeriche e diagrammi di fase. Caratterizzazione delle miscele polimeriche. Sintesi e proprietà dei copolimeri a blocchi. Lo stato amorfo dei polimeri. Transizione vetrosa. Lo stato cristallino dei polimeri: lamelle, sferuliti, fibre. Polimeri semicristallini: polietilene, polipropilene iso- e sindiotattico. Polimeri liquido cristallini. Polimeri reticolati ed elasticità della gomma. Comportamento meccanico dei polimeri. Viscoelasticità e reologia dei polimeri: misure di creep, tempi di rilassamento. Polisaccaridi e materiali a base proteica.
Programma esteso
Conformazioni dei Polimeri, end-to –end distance, lunghezza di persistenza, catene semiflessibili e catene rigide, raggio di girazione, dendrimeri, polimeri ramificati
Termodinamica delle soluzioni polimeriche, entropia ed entalpia di miscelamento, Teoria di Flory-Huggings, parametro X
Pressione osmotica, osmometria, Teoria di Flory Hugging della pressione osmotica, parametro B, concetto di solvente q
Diagramma di fase di soluzioni polimeri, binodale, spinodale e punto critico
Copolimeri a blocchi in soluzione ed allo stato solido
Dinamica delle soluzioni polimeriche, frizione e
viscosità, fluidi Newtoniani e
Non-Newtoniani, legge di Stokes, viscosità di soluzioni polimeriche diluite,
equazione di Mark- Houwink, difffusione e relazione di Stokes-Einstein, polimerizzazione in emulsione
Gel Permeation Chromatography
Polimerizzazione in Emulsione
Correlazione tra struttura della catena polimerica e temperatura di transizione vetrosa (Tg)
Elasticità della gomma, vulcanizzazione della gomma naturale, proprietà meccaniche, termodinamica dell’elasticità.
Proprietà Meccaniche: misure di creep, di rilassamento, plateau gommoso, elemento di Maxwell, elemento di Voigt
Analisi Dinamico Meccanica, temperature sweep, frequency sweep.
Lo stato amorfo dei polimeri: modelli teorici della
transizione vetrosa, teoria del volume libero,
equazione di Flory-Fox,.
Polimeri semicristallini, conformazione ad elica, termodinamica della cristallizzazione, lamelle, sferuliti,
Materiali polimerici a base di carboidrati, cellulosa, emicellulosa, acetato di cellulosa, amido, agar
Materiali polimerci a base di proteine, lana, seta, keratina, collagene
Prerequisiti
Conoscenze di base di chimica dei polimeri quali il concetto di catena polimerica, peso molecolare medio, semplici metodi di polimerizzazione
Modalità didattica
Lezioni frontali in classe
Materiale didattico
Testi:
"Polymer Chemistry” (Second Edition) P.C.
Hiemenz, T.P. Lodge, CRC Press.
“Introduction to Physical Polymer Science” (Fourth Edition), L.H. Sperling, Wiley”
Presentazioni powerpoint con i contenuti delle varie lezioni
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame consiste in una prova orale in cui sono discussi gli argomenti presentati nelle lezioni. Oltre all’apprendimento delle nozioni fondamentali esposte nel corso, vengono valutate anche le capacità e attitudini dello studente ad adattare i fondamenti teorici della chimica dei polimeri a particolari condizioni operative e pratiche (per esempio la differenze di proprietà meccaniche tra una gomma e un termoplastico, oppure l'origine molecolare dell'elasticità della gomma); viene infine valutata la capacità espositiva e adeguatezza del linguaggio dello studente.
Vengono inoltre effettuate due prove intermedie (con la risoluzione di esercizi e la risposta a domande) alla metà dello svolgimento del corso ed alla fine del corso; ogni prova comprende 10 tra domande ed esercizi; gli studenti che ottengono esito positivo in entrambe le prove (per ogni esercizio o domanda vengono attribuiti da 0 a 10 punti, si considera esito positivo il superamento dei 50 punti ) possono sostenere una prova orale ridotta, in cui vengono discussi le domande e gli esercizi delle due prove intermedie.
Orario di ricevimento
Martedi ore 14:00-16:00 nel ufficio del docente
Aims
The aims of the course is to familiarize students with relevant comcepts in polymer chemistry like characterization of polymers and molecular weight distributions; thermodynamics of polymer solutions; the crystalline and amorphous states; rubber elasticity; structure-property relationships. Special topics in polymer materials like block copolymers and natural polymers will be also introduced.
Contents
Detailed program
Conformations of Polymers, end-to-end distance, length of persistence, semi-flexible chains and rigid chains, radius of gyration, dendrimers, branched polymers
Thermodynamics of polymer solutions, entropy and mixing enthalpy, Flory-Huggings theory, parameter χ
Osmotic pressure of a polyme solution, osmometry, Flory Huggins theory for osmotic pressure, parameter B, comcept of θ solvent
Phase diagram of polymer solutions, binodal, spinodal and critical point (LCST and UCST)
Block copolymers and self-assembly in bulk and in solution
Dynamics of polymeric solutions, friction and viscosity, Newtonian and Non-Newtonian fluids, Stokes's law, viscosity of diluted polymeric solutions, Mark-Houwink's equation, diffusion and Stokes-Einstein relationship, emulsion polymerization
Gel Permeation Chromatography
Emulsion Polymerization
Correlation between polymer chain structure and glass transition temperature (Tg)
Elasticity of rubber, vulcanization of natural rubber, mechanical properties, thermodynamics of elasticity.
Mechanical properties: creep, relaxation, rubbery plateau, Maxwell element, Voigt element
Mechanical dynamic analysis, temperature sweep, frequency sweep.
The amorphous state of polymers: theoretical models of glass transition, free volume theory, Flory-Fox equation,
Semicrystalline polymers, helical conformation, thermodynamics of crystallization, lamellae, spherulites,
Polymeric materials based on carbohydrates, cellulose, hemicellulose, cellulose acetate, starch, agar
Polymeric materials based on proteins, wool, silk, keratin, collagen
Prerequisites
Teaching form
Lectures in classroom
Textbook and teaching resource
Textbooks
"Polymer Chemistry” (Second Edition) P.C. Hiemenz, T.P. Lodge, CRC Press.
“Introduction to Physical Polymer Science” (Fourth Edition), L.H. Sperling, Wiley”
Powerpoint presntation containing the lessonsSemester
Second semester
Assessment method
The exam consists of an oral exam in which the topics presented in the lessons are discussed. In addition to learning the fundamentals presented in the course, the student's skills and aptitudes are also assessed to adapt the theoretical foundations of polymer chemistry to particular operational and practical conditions (for example the differences in mechanical properties between a rubber and a thermoplastic, or the molecular origin of the elasticity of the rubber); the exhibition capacity and adequacy of the student's language is evaluated.
Two intermediate tests are also carried out (with the resolution of exercises and the answer to questions) at half of the course and at the end of the course; each test includes 10 questions and exercises; students who obtain a positive result in both the tests (for each exercise or question are assigned from 0 to 10 points, the achievement of 50 points is considered positive) can take a reduced oral exam, in which the questions and the exercises of the two intermediate tests are discussed.
Office hours
On tuedsay from 2:00 to 4:00 in instructor's office