Course Syllabus
Obiettivi
L'obiettivo del corso è fornire agli studenti un'introduzione ai moderni metodi di sintesi dei polimeri, specificamente focalizzati sui meccanismi avanzati di polimerizzazione e sui polimeri di interesse per la chimica della formulazione. Inoltre, verrà data particolare enfasi alla struttura e alle proprietà dei polimeri naturali/biobased.
Gli studenti conosceranno lo stato dell'arte dei metodi di polimerizzazione a catena, i collegamenti tra metodi di polimerizzazione controllata e vivente e le caratteristiche molecolari delle catene polimeriche risultanti (massa molare, dispersione della catena, architettura).
Inoltre, gli studenti acquisiranno una conoscenza significativa sull'impatto dei metodi innovativi di polimerizzazione sui processi industriali e sulla sostenibilità dei più promettenti polimeri naturali/biobased.
Contenuti sintetici
Sarà discussa la sintesi di materiali polimerici, enfatizzando le interrelazioni tra le vie chimiche, le condizioni di processo e la microarchitettura delle molecole
prodotte con particolare riferimento alle polimerizzazioni viventi e quasi viventi. Tra queste saranno studiate nel dettaglio la polimerizzazione Reversible Addition Fragmentation chain Transfer polymerization (RAFT) e la polimerizzazione a trasferimento di atomo (ARTP), gli approcci catalitici ad architetture ben definite e la funzionalizzazione di polimeri in massa e sulle superfici. Le condizioni di processo includono massa, soluzione, emulsione, sospensione, fase gassosa. La microarchitettura include la tatticità, la distribuzione del peso molecolare, le distribuzioni di sequenza nei copolimeri.
Saranno descritte le sintesi di bioplastiche e di polimeri a partire da monomeri biobased e per modifica di polimeri di origine naturale.
Programma esteso
Metodi moderni per la sintesi di polimeri
1 Introduzione: Polimerizzazioni a catena viva e controllata
2. Polimerizzazioni radicaliche a trasferimento atomico (ATRP)
3. Polimerizzazioni radicaliche mediate da nitrossido (NMP)
4. Polimerizzazioni reversibili per addizione-frammentazione a trasferimento di catena (RAFT)
5. Autoassemblaggio indotto da polimerizzazione (PISA)
6. Polimerizzazioni anioniche
7. Polimerizzazioni ad apertura di anello vivente (LROP).
8. Polimerizzazioni ad apertura d'anello organocatalitiche
9. Polimerizzazione a metatesi ad anello aperto (ROMP)
10. Sintesi di polimeri sfruttando le reazioni click
Modifica reattiva di polimeri e miscelazione
- Estrusione reattiva
- Reologia del polimero
- Miscelazione di polimeri e copolimeri
- Additivi nei polimeri: sintesi e interazioni di additivi con catene polimeriche (plastificanti, coloranti ect.)
Bioplastiche e polimeri a base biologica
- Struttura, proprietà, applicazioni dei polimeri naturali. Modifica di polimeri a base di carboidrati e polimeri a base di cellulosa, lignina, fibroina, cheratina e polimeri a base di proteine
- Approcci sintetici, proprietà e applicazioni di polimeri biobased e biodegradabili (acido polilattico, poliglicolico, poliidrossialcanoati
Prerequisiti
Conoscenze di base di chimica dei polimeri
Modalità didattica
Lezioni frontali in classe
Materiale didattico
Saranno fornite pubblicazioni scientifiche relative agli specifici argomenti del corso
Presentazioni powerpoint con i contenuti delle varie lezioni
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo 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 sintesi dei polimeri a particolari condizioni operative e pratiche viene infine valutata la capacità espositiva e adeguatezza del linguaggio dello studente.
Orario di ricevimento
Martedi ore 14:00-16:00 nel ufficio del docente
Sustainable Development Goals
Aims
The aim of the course is to provide students an introduction to modern methods of polymer synthesis, specifically focused on the advanced polymerization mechanisms and polymers of interest for the chemistry of formulation. Moreover, a particular emphasis will be given to the structure and properties of natural/biobased polymers.
The students will master the state-of-the-art in chain growth polymerisation methods, the links between controlled and living polymerization methods and the molecular characteristics of the resulting polymer chains (molar mass, chain dispersity, architecture). Furthermore, the students will gain a significant knowledge about the impact of the innovative polymerization methods on the industrial processes as well as the sustainability of the most promising natural/biobased polymers.
Contents
Studies synthesis of polymeric materials, emphasizing interrelationships of chemical pathways, process conditions, and microarchitecture of molecules produced. Living and quasi living techniques are discussed, including reversible addition a fragmentation transfer polymerizations (RAFT) and atom transfer free radical polymerizations (ARTP), catalytic approaches to well-defined architectures, and polymer functionalization in bulk and at surfaces. Process conditions include bulk, solution, emulsion, suspension, gas phase. Microarchitecture includes tacticity, molecular-weight distribution, sequence distributions in copolymers.
Detailed program
Modern Methods for Polymer Synthesis
1 Introduction: Living and controlled chain polymerizations
2. Atom-transfer radical polymerizations (ATRP)
3. Nitroxide-mediated radical polymerizations (NMP)
4. Reversible addition-fragmentation chain-transfer polymerizations (RAFT)
5. Polymerization Induced Self Assembly (PISA)
6. Anionic polymerizations
7. Living ring-opening polymerizations (LROP).
8. Organocatalytic ring-opening polymerizations
9. Ring Open Methathesis Polymerization (ROMP)
10. Polymer synthesis exploiting click reactions
Reactive Modification of Polymers and Blending
1. Reactive extrusion
2. Polymer Rheology
3. Polymer and copolymer blending
4. Additives in polymers: synthesis and interactions of additives with polymer chains (plasticizers, dyes ect.)
Bioplastics and Biobased Polymers
1. Structure, properties, applications of natural polymers. Modification of carbohydrate polymers and cellulose based polymers, lignin, fibroin, keratin and protein based polymers
2. Synthetic approaches, properties and application of biobased and biodegradable polymers (polylactid acid, polyglicolic, polyhydroxyalcanoates)
Prerequisites
Basic knowledge of polymer chemistry
Teaching form
Lectures in classroom
Textbook and teaching resource
Scientific publications relating to the specific topics of the course will be provided
Powerpoint presntation containing the lessons
Semester
Firts 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 sinthesys to particular operational and practical conditions; the exhibition capacity and adequacy of the student's language is evaluated.
Office hours
On tuedsay from 2:00 to 4:00 in instructor's office
Sustainable Development Goals
Staff
-
Roberto Simonutti
