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Polymer and radiation
01MOVKI
A.A. 2020/21
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Doctorate Research in Scienza E Tecnologia Dei Materiali - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 21 |
| Esercitazioni in aula | 4 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Bongiovanni Roberta Maria | Professore Ordinario | CHEM-06/A | 7 | 0 | 0 | 0 | 7 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | *** N/A *** |
|---|
Attraverso l’uso di radiazioni si possono sintetizzare, modificare, funzionalizzare e degradare i 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, la costruzione di protesi mediche. I processi fotoindotti sono stati sviluppati e stanno progredendo rapidamente soprattutto grazie alla capacità di accendere e spegnere semplicemente una luce e di focalizzarla con precisione in modo tridimensionale, e di migliorare il controllo di diversi processi reattivi grazie all'elevata energia disponibile in un fotone rispetto all'energia termica (permettendo cioè che i processi chimici si verifichino in condizioni ambientali altrimenti inaccessibili senza riscaldamento).
Il corso esamina le interazioni delle radiazioni con i materiali polimerici. Dopo la trattazione dei principi di base della fotochimica verranno considerate le reazioni che portano a rottura delle catene polimeriche (fotodegradazione) e le reazioni che portano all’ottenimento di sistemi reticolati (curing), con conseguente aumento delle proprietà termo-meccaniche dei polimeri. Saranno anche presentate le soluzioni per preparare sistemi reticolati (detti anche termoindurenti) che si basino su processi reversibili e quindi permettano la riciclabilità dei prodotti, come avviene per i termoplastici. Successivamente verrà trattata la preparazione di film polimerici e la modificazione delle proprietà di superficie attraverso l’impiego di radiazioni per ottenere materiali con bagnabilità controllata (ad esempio comportamento superidrofobico). Infine verranno discusse le proprietà, il processing e gli impieghi di polimeri intrinsecamente fotoattivi descrivendone la correlazione struttura-proprietà. Saranno presentate alcune tecniche analitiche quali la foto-DSC (Differential Scanning Calorimetry) e la spettroscopia FTIR (Fourier Transform Infra-Red) in tempo reale, per il monitoraggio delle reazioni di curing e verranno eseguite prove di laboratorio con queste tecniche.
Through the use of radiation, polymeric materials can be synthesized, modified, functionalized and degraded; moreover, responsive changes in properties of smart materials can be induced. The ability to apply light to initiate various physicochemical changes in polymers represents one of the most powerful and rapidly evolving approaches. Industrially, photo-induced processes allow the coating of different substrates (e.g. wood flooring), the printing of magazines and packaging, the manufacture of electronic devices and credit cards, the curing of dental resins and, at least at the research level, the construction of medical prostheses. Photo-induced processes have been developed and are rapidly advancing mainly thanks to the ability to simply turn a light on and off and to precisely focus it on a target in a 3D manner, and to enhance the control of reactive processes due to the much greater energy available in a photon as compared to thermal energy (i.e., enabling chemical processes to occur at ambient conditions that are otherwise inaccessible without heating).
The course examines the interactions of radiation with polymeric materials. After dealing with the basic principles of photochemistry, the reactions that lead to the breaking of polymer chains (photodegradation) and the reactions that lead to obtaining cross-linked systems (curing), with a consequent increase in the thermo-mechanical properties of the polymers, will be considered. Solutions will also be presented to prepare cross-linked systems (also called thermosetting systems) that are based on reversible processes and therefore allow the recyclability of products, as is the case with thermoplastics. Subsequently, the preparation of polymeric films and the modification of surface properties through the use of radiation to obtain materials with controlled wettability (e.g. superhydrophobic behavior) will be treated. Finally, the properties, processing and uses of intrinsically photoactive polymers will be discussed, describing their structure-property correlation. Some analytical techniques for monitoring curing reactions, such as photo-DSC (Differential Scanning Calorimetry) and FTIR (Fourier Transform Infra-Red) spectroscopy in real time, will be presented and laboratory tests with these techniques will be performed.
Nozioni di chimica e scienza dei materiali
Basics of chemistry and materials science
I principali argomenti trattati dal corso sono:
1. Principi base di fotochimica e interazione radiazione-materiali polimerici;
2. Sintesi fotoiniziata di polimeri e preparazione di compositi polimerici con processi fotoindotti: sistemi radicalici e sistemi ionici;
3. Processi di fotoreticolazione classici e processi per termoindurenti reversibili per via fotochimica o termica;
4. Tecniche per il monitoraggio dei processi fotoindotti: la fotocalorimetria e la spettroscopia FTIR in tempo reale;
5. Reticolazione di polimeri termoplastici indotta da radiazioni ad alta energia;
6. Modificazione tramite radiazioni delle superfici di polimeri per la variazione della bagnabilità, dell'adesione, della biocompatibilità;
7. Lavorazione e formatura di polimeri con uso di processi fotoindotti;
8. Degradazione fotochimica dei polimeri.
The main topics covered by the course are:
1. Basic principles of photochemistry and radiation-polymer interaction;
2. Photoinitiated synthesis of polymers and composites preparation: radical and ionic systems;
3. Conventional photocrosslinking processes and processes for photochemically or thermally reversible thermosets;
4. Techniques for monitoring photoinduced processes: photocalorimetry and FTIR real-time spectroscopy;
5. Crosslinking of thermoplastic polymers induced by high-energy radiation;
6. Modification by radiations of polymer surfaces for changes in wettability, adhesion, biocompatibility;
7. Processing of polymers by light;
8. Photochemical degradation of polymers.
Modalità mista
Mixed mode
Sviluppo di project work in team
Team project work development
P.D.2-2 - Settembre
P.D.2-2 - September