Course Syllabus
Obiettivi
Approfondimento dei concetti di base riguardanti la struttura, la sintesi e la funzionalizzazione dei polimeri.
Conoscenze e capacità di comprensione
Al termine del corso lo studente conosce:
- la stereochimica, i principali metodi di sintesi e funzionalizzazione delle macromolecole, i principi di distribuzione delle masse molecolari.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al termine del corso lo studente è in grado di:
- descrivere i metodi di sintesi di materiali polimerici che prevedono l'utilizzo di polimerizzazione a stadi e a catena; polimerizzazione anionica vivente, di reazione di formazione di copolimeri a blocchi e polimeri funzionalizzati. Polimerizzazione cationica. Polimerizzazione di Ziegler-Natta omogenea ed eterogenea.
Autonomia di giudizio
Al termine del corso lo studente è in grado di:
- scegliere il metodo di sintesi più appropriato per la realizzazione di materiali polimerici di interesse.
Abilità comunicative
Saper esporre con proprietà di linguaggio i temi trattati durante il corso.
Capacità di apprendere
Essere in grado di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso e di comprendere gli argomenti trattati nella letteratura scientifica riguardante i materiali polimerici.
Contenuti sintetici
Il corso si focalizza su aspetti fondamentali e avanzati della struttura e della sintesi di macromolecole.
Programma esteso
Definizione della struttura e della stereochimica delle macromolecole. Funzioni di distribuzione delle masse molecolari.
Polimerizzazioni a stadi: Dipedenza della massa molecolare dal grado di avanzamento della reazione e dalla stechiometria. Distribuzione di Flory. Reticolazione e gelazione. Esempi di sintesi e proprietà.
Polimerizzazioni a catena: Chimismo delle polimerizzazioni radicaliche. Reazione di trasferimento di catena: Relazione di Mayo.
Considerazioni cinetiche e condizioni termodinamiche per la propagazione. Copolimerizzazione, diagrammi di composizione/alimentazione e rapporti di reattività fra monomeri.
Polimerizzazione anionica vivente, copolimeri a blocchi e polimeri funzionalizzati. Polimerizzazione cationica. Polimerizzazione di Ziegler-Natta omogenea ed eterogenea: meccanismo di reazione, simmetria dei catalizzatori e controllo stereochimico.
Nel corso saranno trattate adeguate esemplificazioni dei polimeri di cui è stata descritta la sintesi, nel loro comportamento in massa, con particolare attenzione alle proprietà conformazionali delle catene macromolecolari. Saranno definite le proprietà termiche e le transizioni fondamentali, in base alla struttura ed al modo di aggregazione nelle fasi.
Prerequisiti
Gli studenti dovranno aver maturato i concetti fondamentali di chimica generale ed organica.
Modalità didattica
Lezioni frontali.
Materiale didattico
Libro di Polymer Science (III edition) F.W.Billmeyer, Wiley
Lezioni video-registrate.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo anno, secondo semestre.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame orale consiste nella valutazione delle conoscenze acquisite dallo studente nell'ambito della chimica delle macromolecole, con particolare attenzione ai metodi sintetici, alla struttura e proprietà dei polimeri.
18-19: preparazione su un numero ridotto di argomenti presenti nel programma del corso, con capacità di trattazione e analisi limitate che, nel caso della prova orale, emergono solo a seguito dell’aiuto e delle domande del docente; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, con una capacità di elaborazione critica limitata;
20-23: preparazione su una parte degli argomenti presenti nel programma del corso, capacità di analisi autonoma solo su questioni puramente pratiche ed esecutive, uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro e di una capacità espositiva a tratti incerta;
24-27: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati nel programma del corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica, capacità di applicazione delle conoscenze ai contesti e collegamento dei temi a casi concreti, uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio disciplinare;
28 – 30/30L: preparazione completa ed esaustiva sugli argomenti in programma d’esame, capacità personale di trattazione autonoma e di analisi critica dei temi, capacità di riflessione e autoriflessione e di collegamento dei temi a casi concreti e a diversi contesti, ottima capacità di pensiero critico e autonomo, piena padronanza del lessico disciplinare e di una capacità espositiva rigorosa e articolata, capacità di argomentazione, riflessione e di autoriflessione, capacità di collegamenti ad altre discipline.
Orario di ricevimento
Su appuntamento.
Sustainable Development Goals
Aims
Learning of the basic concepts about the structure, synthesis and functionalization of polymers.
Knowledge and understanding
At the end of the course the student knows:
- the stereochemistry, the main methods of macromolecular synthesis and functionalization, the principles of molecular mass distribution.
*Applying knowledge and understanding
At the end of the course the student is able to:
- describe the polymer synthesis that involve the use of step and chain polymerization; living anionic polymerization, block copolymers and functionalized polymers. Cationic polymerization. Homogeneous and heterogeneous Ziegler-Natta polymerization.
Making judgments
At the end of the course the student is able to:
- choose the most appropriate synthesis method for the realization of polymeric materials of interest.
Communication skills
To be able to present the topics of the course in a suitable language.
Learning skills To be able to apply the acquired knowledge to contexts different from those presented during the course, and to understand the topics covered in the scientific literature concerning polymeric materials.
Contents
The course will focus on fundamental and advanced aspects of the structure and synthesis of macromolecules.
Detailed program
Structure and stereochemistry of macromolecules. Molecular mass distribution.
Step-wise polymerization: Molecular mass as a function of the conversion and monomer stoichiometry. Flory distribution for polycondensation. Polyfunctional monomers, mass distribution and cross-linking. Case studies of polycondensation polymers.
Chain polymerization: chemistry of the radical process. Chain-transfer polymerization: degree of polymerization according to Mayo theory.
Kinetics and thermodynamics of propagation. Copolymerization, diagrams, feed/composition diagrams and reactivity ratios.
Living anionic polymerization, block copolymers and functionalized polymers. Cationic polymerization.
Homogeneous and heterogeneous Ziegler-Natta polymerization: reaction mechanism, catalyst symmetry and stereochemical control.
Condensed information will be given on the properties of polymers in the bulk state and in solution such as amorphous and crystalline phases, viscosity ect.
During the course, examples of the polymers whose synthesis has previously been described will be treated, as regards the bulk behavior, with particular attention to the conformational properties of the macromolecular chains. The thermal properties and the fundamental conditions will be defined, based on the structure and the way of aggregation in the phases.
Prerequisites
- Fundamental knowledge of organic chemistry and physical chemistry.
Teaching form
Lectures.
Textbook and teaching resource
Textbook of Polymer Science (III edition) F.W.Billmeyer, Wiley
Video-Recorded lectures.
Semester
First year, second semester.
Assessment method
The oral exam consists of the evaluation of the knowledge acquired by the student in the field of chemistry of macromolecules, with particular attention to the synthetic methods, the structure and properties of polymers.
The score will be assigned as follows:
18-19: preparation on a small number of topics in the course program, with limited discussion and analysis skills that, in the case of the oral exam, emerge only following the teacher's help and questions; expository skills and vocabulary not always correct, with limited critical processing skills;
20-23: preparation on a part of the topics in the course program, independent analysis skills only on purely practical and executive issues, use of correct vocabulary even if not entirely accurate and clear and an expository skill that is at times uncertain;
24-27: preparation on a large number of topics in the course program, ability to independently carry out argumentation and critical analysis, ability to apply knowledge to contexts and connect themes to concrete cases, use of correct vocabulary and competence in the use of disciplinary language;
28 – 30/30L: complete and exhaustive preparation on the topics in the exam program, personal ability to deal autonomously and critically analyze the topics, ability to reflect and self-reflect and to connect the topics to concrete cases and different contexts, excellent ability to think critically and autonomously, full mastery of the disciplinary vocabulary and a rigorous and articulated expository ability, ability to argue, reflect and self-reflect, ability to make connections to other disciplines.
Office hours
By appointment.
Sustainable Development Goals
Staff
-
Piero Ernesto Sozzani
