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PHOTOPOLYMERS: FROM BASIC CHEMISTRY TO RECENT DEVELOPMENTS AND APPLICATIONS
01TIAKI
A.A. 2024/25
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Doctorate Research in Scienza E Tecnologia Dei Materiali - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 22 |
| Esercitazioni in aula | 2 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Bongiovanni Roberta Maria | Professore Ordinario | CHEM-06/A | 6 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | *** N/A *** |
|---|
Attraverso l’uso di radiazioni si possono sintetizzare, modificare e funzionalizzare materiali polimerici; inoltre, possono essere indotti cambiamenti reattivi nelle proprietà dei cosiddetti ‘smart materials’. La capacità di applicare la luce per avviare diversi cambiamenti fisico-chimici nei polimeri rappresenta oggigiorno un approccio estremamente efficace ed in rapida evoluzione. Industrialmente i processi fotoindotti permettono la verniciatura di substrati diversi (ad esempio le pavimentazioni di legno), la stampa di riviste ed imballaggi, la manifattura di dispositivi elettronici e carte di credito, l’indurimento di resine dentali e, almeno a livello di ricerca, le applicazioni in campo biomedicale. I processi fotoindotti sono stati sviluppati e stanno progredendo rapidamente nel mondo della manifattura additiva soprattutto grazie alle loro potenzialità, come la rapidità di reazione e la caratteristica di avvenire a temperatura ambiente e permettendo un controllo spazio-temporale delle reazioni.
Il corso tratta brevemente i principi di base della fotochimica, quindi si focalizza sulle reazioni fotoindotte usate per la sintesi di polimeri, la loro modificazione e la loro reticolazione. Saranno anche presentate le soluzioni per preparare sistemi compositi e sistemi reticolati reversibilmente che permettono il riciclo dei prodotti, come avviene per i termoplastici. Verranno discusse le proprietà, il processing e gli impieghi di questi materiali, che vanno dal settore delle vernici e adesivi ai dispositivi elettronici e alla manifattura additiva, in particolare stereolitografia. Saranno presentate alcune tecniche analitiche quali la foto-DSC (Differential Scanning Calorimetry), la foto-reometria e la spettroscopia FTIR (Fourier Transform Infra-Red) e Raman in tempo reale, per il monitoraggio delle reazioni fotoindotte. Verranno anche eseguite esercitazioni/prove di laboratorio con queste tecniche.
Considerando la varietà di applicazioni dei polimeri e dei processi fotoindotti, il corso è rivolto non solo ai dottorandi in Scienza e Tecnologia dei Materiali, ma anche a studenti di altri dottorati di ricerca.
Through the use of radiation, polymeric materials can be synthesized, modified and functionalized; moreover, reactive changes in the properties of so-called "smart materials" can be induced. Today, the ability to apply light to initiate various physico-chemical changes in polymers is an extremely effective and rapidly evolving approach. At the industrial level, photoinduced processes make it possible to coat various substrates (e.g., wood flooring), to print magazines and packaging, to produce electronic devices and credit cards, to polymerize dental resins, and, at least at the research level, to find applications in the biomedical field. Photoinduced processes have been developed and are advancing rapidly in the world of additive manufacturing primarily because of their potential, such as the speed of reaction and the characteristic of occurring at room temperature and allowing spatio-temporal control of reactions.
The course briefly covers the basic principles of photochemistry and then focuses on photoinduced reactions used for the synthesis of polymers, their modification and crosslinking. Solutions to prepare composite and reversibly cross-linked systems that allow recycling of products will also be presented. The properties, processing and uses of these materials, ranging from paints and adhesives to electronic devices and additive manufacturing, particularly stereolithography, will be discussed. Some analytical techniques such as photo-DSC (Differential Scanning Calorimetry), photo-rheometry, and real-time FTIR (Fourier Transform Infra-Red) and Raman spectroscopy for monitoring photoinduced reactions will be presented. Practical lectures to apply these techniques will also be carried out.
Considering the variety of applications of photopolymers and photoinduced processes, the course is intended not only for PhD students in Materials Science and Technology, but also for students in other PhD programs.
Conoscenze di base di chimica e scienza dei materiali polimerici.
Basic knowledge of chemistry and polymer materials science
Si prevedono undici incontri da svolgere nelle prime due settimane di marzo 2025 per trattare i seguenti argomenti
1. Principi base di fotochimica: interazioni radiazione-molecole (2 ore)
2. Polimerizzazione radicalica fotoindotta: fotoiniziatori e sistemi reattivi (2 ore)
3. Fotoiniziatori cationici e anionici e relativi sistemi reattivi (2 ore)
4. Migliorare la sostenibilità dei fotopolimeri: processi fotochimici reversibili, da monomeri oil-based a monomeri biobased, sistemi acquosi, sistemi senza fotoiniziatore, nuove sorgenti di radiazione (3 ore)
5. Processi di fotopolimerizzazione in zone non raggiunte dalla luce ( 2 h)
6. Tecniche per il monitoraggio dei processi fotoindotti: la fotocalorimetria, la fotoreometria e la spettroscopia FTIR e Raman in tempo reale (2 ore - esercitazioni)
7. Modificazione tramite radiazioni di polimeri e delle loro superfici (2 ore)
8. Preparazione di compositi tramite processi fotoindotti (2 ore)
9. Lavorazione e formatura di polimeri con uso di processi fotoindotti: vernici e adesivi (2 ore)
10. Processi fotoindotti per fabbricare dispositivi elettronici (2 ore)
11. Fotopolimerizzazione e manifattura additiva (stereolitografia, litografia a due fotoni, etc) (3 ore)
Seguirà la presentazione dei project work degli studenti su temi riguardanti aspetti innovativi dei processi di fotopolimerizzazione riguardanti la loro attività di ricerca.
Course is organised in eleven lectures to be held in the first two weeks of March 2025, focussing on:
1. Basic principles of photochemistry: radiation-molecule interactions - 2 h
2. Photoinduced radical polymerization: photoinitiators and reactive systems - 2 h
3. Cationic and anionic photoinitiators and related reactive systems - 2 h
4. Improving the sustainability of photopolymers: reversible photochemical processes, from oil-based to bio-based monomers, aqueous systems, photoinitiator-free systems, new radiation sources - 3 h
5. Photopolymerization processes in areas not reached by light - 2 h
6. Techniques for monitoring photoinduced processes: photocalorimetry, photoreometry, and real-time FTIR and Raman spectroscopy - 2 h - Practical lectures (in classroom or in laboratory)
7. Modification of polymers and their surfaces by light radiation - 2 h
8. Preparation of composites by photoinduced processes - 2 h
9. Processing and forming of polymers using photoinduced processes: paints and adhesives - 2 h
10. Photoinduced processes to manufacture electronic devices - 2 h
11. Photopolymerization and additive manufacturing (stereolithography, two-photon lithography, etc.) - 3 h
The project work of students team will be presented: divided into teams, students will discuss an innovative aspect of photopolymerization related to their research activity.
Modalità mista
Mixed mode
Sviluppo di project work in team
Team project work development
P.D.2-2 - Marzo
P.D.2-2 - March