Course Syllabus
Obiettivi
Obiettivi generali
Presentare le pincipali classi di polimeri funzionali impiegate in ambito industrilale, medico ed ambientale con un particolare attenzione ad esempi recenti presi dalla ricerca scientifica e tecnologica più avanzata.
Conoscenze e capacità di comprensione
Al termine del corso lo studente:
1) Sa distinguere la tipologia di polimeri in funzione delle applicazione
2) Sa individuare chiaramente la corelazione tra gli elementi strutturali del polimero e le possibile applicazioni
3) Conosce gli strumenti descrittivi principali delle nanoparticelle nei polimeri ed i metodi di funzionalizzazione
4) Conosce i metodi di caratterizzazione principale delle dispersioni colloidali
Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
1) Sa proporre metodi di sinsetsi di un polimero funzionale
2) Sa proporre linee di sviluppo ulteriori di polimeri esistenti con particolare attenzione alle applicazioni innovative
3) Conosce gli ambiti principali di applicazione dei polimeri funzionali
4) E' in grado di sviluppare polimeri funzionali per la "transizione verde"
Autonomia di giudizio.
Sa contestualizzare problemi classici della chimica dei polimeri quali il controllo del peso molecoalre, della distrubuizone dei comonomeri lungo la catena polimerica ed il controllo dei terminali di catena. Sa proporre polimeri funzionali per il trattamento delle acque, per l'utilizzo in ambito medico e biologico, o come eletroliti solido o semisolidi in batterie e in celle solari. Sa sviluppare gomme a memoria di forma o con reticoli reversibili.
Abilità comunicative.
Conosce la terminologia specifica della chimica dei polimeri funzionali innovativi ed è in grado di utilizzarla sia in forma scritta sia in forma orale, allo scopo di riassumere in modo completo e coinciso le caratteristiche e le possibili soluzioni di problemi formulativi.
Capacità di apprendere.
E' in grado di estendere quanto appreso a casistiche non trattate durante il corso. E' in particolar modo in grado di gestire autonomamente l'ampia letteratura scientifica dedicata ai polimeri funzuinali...
Contenuti sintetici
Questo corso mira a descrivere lo sviluppo di materiali polimerici con proprietà specifiche per le tematiche di avanguardia nella scienza e tecnologia tra cui la nanomedicina, la prostetica, l’elettronica indossabile, la fotonica, e tutte le tematiche legate alla transizione verde tra cui la sostituzione di prodotti di origine animale, la mobilità smart, la depurazione di fluidi e gas, il riciclo.
Attraverso esempi selezionati si descriveranno le principali modalità di intervento sulle proprietà del materiale. Verranno illustrate le peculiarità riguardanti la sintesi di questi polimeri. In primo luogo, l’ottenimento di specifiche funzioni spesso richiede la sintesi di monomeri complessi attraverso metodi di chimica organica. La presenza di questi monomeri richiede a sua volta lo sviluppo di specifiche sintesi, che permettano ad esempio un buon controllo della distribuzione di comonomeri, dei pesi molecolari, della ramificazione, della reticolazione. In generale, le loro funzioni non dipendono solo dalla singola catena. Questi metodi avanzati di controllo permettono in alcuni casi anche di ampliare le proprietà e l’utilizzo di monomeri tradizionali, come le olefine.
Infine, un ventaglio ancora più ampio di proprietà è disponibile allargando il concetto di controllo dalla singola catena al materiale intero, regolando la sua struttura su diverse scale, ottenendo morfologie nano e mesostrutturate, o realizzando nanocompositi ottimizzati attraverso la gestione del grafting superficiale.
Programma esteso
Dettaglio:
- Ricapitolazione di concetti prerequisiti:
a. I polimeri, dalla molecola al materiale. Polimeri reticolati e ramificati. Elastomeri. Termodinamica della catena polimerica, metodi per lo studio della reticolazione.
b. Sintesi dei polimeri
c. “soft matter”, colloidi, dispersioni, idrogel
d. Richiami di chimica dei composti coniugati con particolare riferimento a relazioni struttura proprietà e metodi di sintesi - Top down e bottom up
a. Microfluidica, nanofabbricazione, electrospinning ed applicazioni
b. Stampa 3D, stampa di strutture soffici, condizioni mild
c. Self-assembly, Copolimeri a blocchi
d. Blending, diagrammi di fase, interfaccia e interfase, metodi per misurare il grado di intimità - Polimeri semiconduttori: metodi di sintesi, caratteristiche ottiche, elettriche ed optoelettroniche
- Inchiostri a base di polimeri semiconduttori: l’elettronica stampabile
- Adesione e trattamenti superficiali, antibatterici e antivirali intrinseci. Utilizzo del plasma reattivo
- Nanomedicina. Drug delivery, sangue artificiale, rigenerazione tissutale, Molecular Imprinted Polymers.
- Membrane, PIL, inserimento di monomeri “liquido ionici” nella catena polimerica. Polimeri a nanoporosità intrinseca
- Polielettroliti solidi e gel e loro utilizzo nelle batterie e nelle “dye sensitized solar cells”
- Transizione verde:
a. Case study: reticolazione reversibile Diels-Alder
b. Case study 2: gomma in gomma - Nanoparticelle nel polimero
a. Proprietà ottenibili con le NP: barriera, refraction index, dielettriche, magnetiche, diffusione della luce
b. Funzionalizzazione superficiale per il blending in matrici polimeriche (aspetti chimici e fisici, diagramma di fase di Kumar).
Prerequisiti
Buone conoscenze di base della chimica organica e dei polimeri. Elementi di chimica fisica.
Modalità didattica
28 lezioni frontali di due ore ciascuna in presenza, didattica erogativa. Le lezioni sono integrate da strumenti multimediali di supporto funzionali ad una miglior comprensone degli aspetti pratici.
Materiale didattico
Libri di testo:
Synthetic Methods in Organic Electronic and Photonic Materials: A Practical Guide
Authors: Timothy Parker; Seth Marder
DOI: https://doi.org/10.1039/9781839168833
Paperback ISBN: 978-1-84973-986-3
EPUB ISBN: 978-1-78801-814-2
PDF ISBN: 978-1-83916-883-3
Special Collection: RSC eTextbook Collection
Publication date: 04 Aug 2015
The book in available in electronic e-book format on the library site at the following address:
https://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=nlebk&AN=3579778&site=ehost-live&scope=site&ebv=EK&ppid=Page-__-1
- Libri per ulteriore approfondimento/consulatzione:
[1] K. Müllen, J. R. Reynolds, T. Masuda, Eds., Conjugated Polymers: A Practical Guide to Synthesis, Royal Society Of Chemistry, Cambridge, 2013. DOI: 10.1039/9781849739771
Polymers for 3D Printing Methods, Properties, and Characteristics, 1st Edition - June 5, 2022, Imprint: William Andrew, Editor: Joanna Izdebska-Podsiadły
Language: English Hardback ISBN: 9780128183113, eBook ISBN: 9780128183120
Microfluidics for Advanced Functional Polymeric Materials, Liang-Yin Chu, Wei Wang, ISBN: 978-3-527-80363-7
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9783527803637
Presentazioni power point preparate dai docenti
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
su appuntamento
Sustainable Development Goals
Aims
General objectives
To present the main classes of functional polymers used in the industrial, medical and environmental fields with particular attention to recent examples taken from the most advanced scientific and technological research.
Knowledge and understanding
At the end of the course the student:
1) Knows how to distinguish the type of polymers depending on the application
2) Knows how to clearly identify the correlation between the structural elements of the polymer and the possible applications
3) Knows the main descriptive tools of nanoparticles in polymers and functionalization methods
4) Knows the main characterization methods of colloidal dispersions
Applying Knowledge and understanding:
1) Can propose synthesis methods of a functional polymer
2) Knows how to propose further lines of development of existing polymers with particular attention to innovative applications
3) Knows the main areas of application of functional polymers
4) It is able to develop functional polymers for the "green transition"
Making judgments.
He knows how to contextualise classic problems of polymer chemistry such as the control of molecular weight, the distribution of comonomers along the polymer chain and the control of chain terminals. He knows how to propose functional polymers for water treatment, for use in the medical and biological fields, or as solid or semi-solid electrolytes in batteries and solar cells. He knows how to develop shape memory erasers or with reversible lattices.
Communication skills.
He knows the specific terminology of the chemistry of innovative functional polymers and is able to use it both in written and oral form, in order to summarize the characteristics and possible solutions to formulation problems in a complete and concise way.
Learning skills.
He knows the specific terminology of the chemistry of innovative functional polymers and is able to use it both in written and oral form, in order to summarize the characteristics and possible solutions to formulation problems in a complete and concise way
Contents
This course aims to describe the development of polymeric materials with specific properties for cutting-edge topics in science and technology including nanomedicine, prosthetics, wearable electronics, photonics, and issues related to the green transition including the replacement of products of animal origin, smart mobility, purification of fluids and gases, recycling.
Through selected examples, the main methods of intervention on the properties of the material will be described. The peculiarities regarding the synthesis of these polymers will be illustrated. First, achieving specific functions often requires the synthesis of complex monomers through organic chemistry methods. The presence of these monomers in turn requires the development of specific syntheses, which allow for example good control of the distribution of comonomers, molecular weights, branching and cross-linking. In general, their functions do not depend only on the single chain. These advanced control methods also allow in some cases to expand the properties and use of traditional monomers, such as olefins.
Finally, an even wider range of properties is available by expanding the control concept from the single chain to the entire material, regulating its structure on different scales, obtaining nano- and mesostructured morphologies, or creating optimized nanocomposites through the management of surface grafting.
Detailed program
Detail:
- Review of prerequisite concepts:
a. Polymers, from the molecule to the material. Cross-linked and branched polymers. Elastomers. Thermodynamics of the polymer chain, methods for the study of cross-linking.
b. Synthesis of polymers
c. “soft matter”, colloids, dispersions, hydrogels
d. Review of the chemistry of conjugated compounds with particular reference to structure-property relationships and synthesis methods - Top down and bottom up
a. Microfluidics, nanofabrication, electrospinning and applications
b. 3D printing, printing of soft structures, mild conditions
c. Self-assembly, block copolymers
d. Blending, phase diagrams, interface and interphase, methods for measuring the degree of intimacy - Semiconductor polymers: synthesis methods, optical, electrical and optoelectronic characteristics
- Inks based on semiconductor polymers: printable electronics
- Adhesion and intrinsic surface, antibacterial and antiviral treatments. Use of reactive plasma
- Nanomedicine. Drug delivery, artificial blood, tissue regeneration, Molecular Imprinted Polymers.
- Membranes, polymeric ionic liquids (PIL), insertion of “ionic liquid” monomers into the polymer chain. Polymers of intrinsic microporosity (pims).
- Solid and gel polyelectrolytes and their use in batteries and "dye sensitized solar cells"
- Green transition:
a. Case study: Diels-Alder reversible cross-linking
b. Case study 2: rubber in rubber - Nanoparticles in the polymer
a. Properties obtainable with NPs: barrier, refraction index, dielectric, magnetic, light diffusion
b. Surface functionalization for blending in polymer matrices (chemical and physical aspects, Kumar phase diagram).
Prerequisites
Sound basic knowledge of organic and polymer. Capability to handle the topics of physical chemistry.
Teaching form
Two-hour lectures, in person, Delivered Didactics. Standard lessons supplemented by supporting multimedia tools functional to a better understanding of the practical aspects.
Textbook and teaching resource
•Textbooks
Synthetic Methods in Organic Electronic and Photonic Materials: A Practical Guide
Authors: Timothy Parker; Seth Marder
DOI: https://doi.org/10.1039/9781839168833
Paperback ISBN: 978-1-84973-986-3
EPUB ISBN: 978-1-78801-814-2
PDF ISBN: 978-1-83916-883-3
Special Collection: RSC eTextbook Collection
Publication date: 04 Aug 2015
The book in available in electronic e-book format on the library site at the following address:
https://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&db=nlebk&AN=3579778&site=ehost-live&scope=site&ebv=EK&ppid=Page-__-1
- Additional reference books:
[1] K. Müllen, J. R. Reynolds, T. Masuda, Eds., Conjugated Polymers: A Practical Guide to Synthesis, Royal Society Of Chemistry, Cambridge, 2013.
DOI: 10.1039/9781849739771
Polymers for 3D Printing Methods, Properties, and Characteristics, 1st Edition - June 5, 2022, Imprint: William Andrew, Editor: Joanna Izdebska-Podsiadły
Language: English Hardback ISBN: 9780128183113, eBook ISBN: 9780128183120
Microfluidics for Advanced Functional Polymeric Materials, Liang-Yin Chu, Wei Wang, ISBN: 978-3-527-80363-7
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9783527803637
Power point presentations prepared by the instructors.
Semester
first
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
upon request
Sustainable Development Goals
Staff
-
Mauro Sassi
-
Roberto Simonutti
