Course Syllabus
Obiettivi
Le proprietà macroscopiche dei materiali polimerici dipendono fortemente dalla natura chimica e dai trattamenti fisici e chimici, a partire dall'approccio sintetico, e dalla presenza nel materiale di opportuni additivi.
Il corso si propone di introdurre le strategie fondamentali per la realizzazione di materiali polimerici e come modulare le proprietà macroscopiche (termiche e meccaniche) variando l'architettura delle catene polimeriche. Particolare enfasi sarà data alle relazioni struttura-proprietà nei polimeri amorfi e semicristallini.
Conoscenze e capacità di comprensione
Al termine del corso lo studente avrà acquisito conoscenze su:
• principali metodi di sintesi convenzionali
• strategie sintetiche di ultima generazioneper la realizzazione di polimeri innovativi
• relazioni proprietà-struttura in polimeri amorfi e semicristallini.
Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Al temine del corso lo studente sarà in grado di descrivere i principali approcci di sintesi per modulare le proprietà dei polimeri per usi scientifici e applicativi.
Autonomia di giudizio
Lo studente sarà in grado di orientarsi nel campo dei polimeri sia in termini di struttura chimica, metodi di sintesi convenzionali ed innovativi e proprietà dei materiali polimerici.
Abilità comunicative
Lo studente saprà esprimere i temi approfonditi durante il corso con proprietà di linguaggio idonee alla scienza dei polimeri.
Capacità di apprendere
Lo studente potrà applicare le conoscenze acquisite durante il corso per la comprensione della letteratura scientifica e brevettuale nell'ambito dei materiali polimerici innovativi.
Contenuti sintetici
Il corso si concentra sugli aspetti rilevanti della scienza dei polimeri in termini di architettura macromolecolare; delle principali strategie sintetiche per il controllo della struttura e topologia dei polimeri, della massa molecolare e distribuzione; e delle relazioni proprietà-struttura.
Le proprietà in soluzione e in massa dei polimeri saranno descritte mediante alcuni metodi di caratterizzazione, evidenziando l'impatto della microstruttura del polimero sulle prestazioni dei materiali. Verranno inoltre affrontati temi speciali sui polimeri a cristalli liquidi, sulle resine termoindurenti e sui polimeri sostenibili.
Programma esteso
- Le varie classi di polimeri e la loro struttura chimica, inclusi polimeri reticolati, copolimeri, miscele e compositi polimerici.
- Strategie sintetiche per controllare con precisione la struttura macromolecolare, inclusa la composizione della catena, la microstruttura, la funzionalità e la topologia.
- Polimeri termoplastici, polimeri termoindurenti, elastomeri ed elastomeri termoplastici.
- Stati di aggregazione nei polimeri.
- Principali proprietà e transizioni di polimeri amorfi e semicristallini e loro dipendenza dai principali parametri, quali massa molecolare e distribuzione.
- Impatto della stereochimica e del grado d'ordine sulle proprietà termiche e meccaniche dei polimeri.
- Relazioni fondamentali struttura-proprietà-prestazioni nei materiali polimerici.
- Copolimeri: metodi di sintesi, strutture e interfacce.
- Sintesi di polimeri tridimensionali e dendrimeri.
- Poliolefine e processo Spheripol per la crescita del polimero con mantenimento della morfologia.
- Polimeri sostenibili: polimeri da fonti rinnovabili, biodegradabili e biocompatibili (il caso studio del PLA)
- Polimeri allo stato liquido cristallino.
- Polimeri autoriparanti.
- Resine termoindurenti e compositi polimerici.
- Metodi di caratterizzazione di macromolecole in soluzione e allo stato solido.
Prerequisiti
Gli studenti dovranno aver maturato i concetti fondamentali di chimica, in particolare di chimica organica e della chimica dei polimeri.
Modalità didattica
Le lezioni frontali saranno svolte in inglese.
24 lezioni da 2 ore in presenza, Didattica Erogativa.
Materiale didattico
- Lucidi del docente (presentazioni power point a supporto dell'attività didattica)
- Walton, D. J., Lorimer, J. P. (2023). Polymers. Regno Unito: Oxford University Press.
- Polymer Chemistry Koltzenburg, S.; Maskos, M.; Nuyken, O. ; Springer: Berlin, Germany, 2017.
- Principle of Polymerization, (4th edition) G. Odian, 2004 John Wiley & Sons, Inc.
- Polymer Chemistry” (Second Edition) P.C. Hiemenz, T.P. Lodge, CRC Press, 2017.
- Articoli tratti dalla letteratura scientifica.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo anno, Primo semestre.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
COLLOQUIO ORALE SUGLI ARGOMENTI SVOLTI A LEZIONE E SU ARGOMENTI DI APPRODONDIMENTO.
Colloquio orale durante il quale verranno valutate le conoscenze acquisite nell'ambito della scienza dei polimeri, con particolare attenzione alla sintesi, struttura e alle proprietà dei materiali polimerici. L'autonomia di analisi, di giudizio e le capacità espositive dello studente verranno valutate durante l'esame con i seguenti criteri:
18-20/30: preparazione su un numero ridotto di argomenti trattati durante il corso, con capacità di trattazione e analisi limitate; competenza espositiva e lessico non sempre corretti, con una capacità di elaborazione critica limitata.
21-23/30: preparazione parziale sugli argomenti trattati durante il corso, capacità di analisi autonoma limitata; uso di un lessico corretto anche se non del tutto accurato e chiaro; capacità espositiva a tratti incerta.
24-27/30: preparazione su un numero ampio di argomenti trattati durante il corso, capacità di svolgere in modo autonomo l’argomentazione e l’analisi critica; capacità di applicazione delle conoscenze generali al contesto specifico della scienza dei polimeri e collegamento dei temi studiati a casi concreti; uso di un lessico corretto e competenza nell’uso del linguaggio scientifico.
28-30/30L: preparazione completa ed esaustiva su tutti gli argomenti trattati durante il corso; autonomia di analisi e di giudizio critico dei temi affrontati a lezione; capacità di collegamento dei temi studiati a casi concreti e a diversi contesti scientifici; piena padronanza del lessico scientifico e capacità espositiva rigorosa chiara ed articolata; ottime capacità di argomentazione e riflessione.
Orario di ricevimento
Si riceve su appuntamento. (silvia.bracco@unimib.it)
Sustainable Development Goals
Aims
The macroscopic properties of polymeric materials strongly depend on the chemical nature and on the physical and chemical treatments, starting from the synthetic approach, and on the presence in the material of suitable additives.
The course aims to introduce the fundamental strategies for the realization of polymeric materials and how to modulate the macroscopic properties (thermal and mechanical) by varying the architecture of the polymer chains. Particular emphasis will be given to property-structure relationships in amorphous and semi-crystalline polymers.
Knowledge and understanding
At the end of the course the student will have acquired knowledge on:
• main conventional synthesis methods
• latest generation of synthetic strategies for the production of innovative polymers
• property-structure relationships in amorphous and semi-crystalline polymers.
Applying knowledge and understanding
At the end of the course the student will be able to describe the main synthetic approaches to modulate the properties of polymers for scientific and applicative uses.
Making judgments
The student will be able to orient himself in the field of polymers both in terms of chemical structure, conventional and innovative synthesis methods, and in terms of properties of polymeric materials.
Communication skills
The student will be able to express the topics covered during the course with language skills suitable for polymer science.
Learning skills
The student will be able to apply the knowledge acquired during the course to understand the topics dealt with in the scientific and patent literature in the field of innovative polymeric materials.
Contents
The course focuses on the relevant aspects of polymer science in terms of macromolecular architecture; main synthetic tools to control polymer structure and topology, molecular mass and distribution; and property-structure relationships.
The solution and bulk-phase properties of polymers will be described by means of some characterization methods, highlighting the impact of the polymer microstructure on the performance of the materials. Special topics on liquid crystal polymers, thermosetting resins and sustainable polymers will also be addressed.
Detailed program
- Various classes of polymers and their chemical structure, including cross-linked polymers, copolymers, blends and polymeric composites.
- Synthetic tools to precisely control macromolecular structure including chain composition, microstructure, functionality, and topology.
- Thermoplastic polymers, thermosetting polymers, elastomers, and termoplastic elastomers.
- Aggregation states in polymers.
- Main properties and transitions of amorphous and semicrystalline polymers and their dependence on the main parameters, such as molecular mass and distribution.
- Impact of stereochemistry and degree of order on thermal and mechanical properties of polymers
- Fundamental structure-property-performance relationships in polymeric materials.
- Copolymers: synthesis methods, structures and interfaces
- Synthesis of three-dimensional polymers and dendrimes
- Polyolefins and Spheripol process for polymer growth with morphology retention.
- Sustainable polymers: polymers from renewable sources, biodegradable and biocompatible (the case study of PLA)
- Polymers in the liquid crystalline state.
- Self-healing polymers.
- Thermoset resins and polymeric composites.
- Macromolecular characterization methods in solution and in the solid state.
Prerequisites
Fundamental knowledge of chemistry, in particular organic chemistry and polymer chemistry.
Teaching form
The lessons will be delivered in English.
24 two-hour lectures, in person, Delivered Didactics.
Textbook and teaching resource
- Notes provided by the professor (power point presentations to support teaching activities)
- Polymers, Walton, D. J., Lorimer, J. P. (2001). Oxford Chemistry Primers, Oxford University Press.
- Polymer Chemistry Koltzenburg, S.; Maskos, M.; Nuyken, O. ; Springer: Berlin, Germany, 2017.
- Principle of Polymerization, (4th edition) G. Odian, 2004 John Wiley & Sons, Inc.
- Polymer Chemistry” (Second Edition) P.C. Hiemenz, T.P. Lodge, CRC Press, 2017.
- Articles from the scientific literature.
Semester
1st year, 1st semester.
Assessment method
ORAL INTERVIEW ON THE TOPICS COVERED DURING THE COURSE AND ON IN-DEPTH TOPICS
The oral exam consists of the evaluation of the knowledge acquired by the student in the field of polymer science, with particular attention to the synthesis, structure and properties of polymers. The autonomy of analysis and judgment, and the ability of exposure will be evaluated using the following criteria:
18-20/30: preparation on a small number of topics covered during the course, with limited capacity for discussion and analysis; not always correct presentation skills and vocabulary, with limited capacity for critical processing.
21-23/30: partial preparation on the subjects covered during the course, limited ability to self-analysis; use of correct vocabulary although not entirely accurate and clear; uncertain presentation skills.
24-27/30: preparation on a wide range of topics covered during the course, ability to develop self-argument and critical analysis; Ability to apply general knowledge to the specific context of polymer science and link topics studied to concrete cases; use of correct vocabulary and competence in the use of scientific language.
28-30/30L: complete and comprehensive preparation on all the subjects covered during the course; autonomy of analysis and critical judgment of the topics addressed in class; ability to link the topics studied to concrete cases and different scientific contexts; Full mastery of scientific vocabulary and rigorous presentation skills, clear and articulate; excellent ability to argue and reflect.
Office hours
By appointment. (silvia.bracco@unimib.it)
