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Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 054188 - PRINCIPI DI CHIMICA DEI POLIMERI
Docente Griffini Gianmarco Enrico
Cfu 5.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare
Didattica innovativa L'insegnamento prevede  1.0  CFU erogati con Didattica Innovativa come segue:
  • Blended Learning & Flipped Classroom

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (Mag.)(ord. 270) - MI (491) MATERIALS ENGINEERING AND NANOTECHNOLOGY - INGEGNERIA DEI MATERIALI E DELLE NANOTECNOLOGIE*AZZZZ054188 - PRINCIPI DI CHIMICA DEI POLIMERI

Obiettivi dell'insegnamento

Il primo obiettivo del corso è la descrizione e classificazione delle principali classi di monomeri e processi di polimerizzazione di interesse industriale.

Un secondo obiettivo del corso è una descrizione quantitativa dei principi generali di polimerizzazione, compresa un'analisi statistica e cinetica dettagliata dei meccanismi di formazione della catena polimerica, crescita e gelificazione, vulcanizzazione e reticolazione.

Il terzo obiettivo è l'interpretazione termodinamica e la derivazione della teoria molecolare dell'elasticità entropica delle gomme, evidenziando i limiti del modello rispetto al comportamento reale dell'elastomero.


Risultati di apprendimento attesi

Dopo aver frequentato il corso e dopo l'esame finale, lo studente:

- sarà in grado di descrivere i principali tipi di monomeri e polimeri industriali disponibili e di classificarli in base alla loro struttura;

- sarà in grado di descrivere gli aspetti cinetici e statistici relativi alla formazione e alla crescita di catena nei processi di polimerizzazione a stadi e a catena;

- possiederà le conoscenze base utili al fine di controllare la composizione e la sequenza di catena in processi di copolimerizzazione;

- sarà in grado di descrivere il meccanismo di formazione del reticolo polimerico in processi di polimerizzazione polifunzionali;

- sarà in grado di descrivere il ruolo della catalisi nei processi di polimerizzazione;

- sarà in grado di descrivere le caratteristiche principali dei processi di polimerizzazione omogenei ed eterogenei, con particolare riferimento a casi industriali di maggior rilevanza;

- sarà in grado di descrivere le basi molecolari del modello di elasticità entropica delle gomme;

- sarà in grado di descrivere le principali tecnologie chimiche per la vulcanizzazione della gomma e il comportamento di elastomeri reali;

- sarà in grado di applicare le conoscenze sopra descritte al controllo quantitativo delle variabili di processo nei processi di polimerizzazione, risolvendo problemi numerici finalizzati al controllo della velocità di reazione, conversione e peso molecolare;

- sarà in grado di applicare le conoscenze sopra descritte al fine di predire il tempo e le condizioni di gelazione in processi polifunzionali;

- sarà in grado di applicare il modello dell'elasticità entropica delle gomme alla modellizzazione del comportamento meccanico degli elastomeri.

Si prevede che questi risultati di apprendimento forniscano allo studente gli strumenti di conoscenza necessari per svolgere con successo le proprie attività future in un ambiente industriale, con particolare riferimento all'industria dei polimeri.


Argomenti trattati

Il corso è diviso in due parti, secondo il seguente programma.

Parte 1: Polimerizzazione

- Classificazione di monomeri e polireazioni, correlazione con microstruttura polimerica.

- Polireazioni a stadi, aspetti cinetici e termodinamici delle policondensazioni, distribuzione più probabile dei pesi molecolari, controllo della polimerizzazione.

- Polireazioni a catena, fasi delle poliaddizioni radicaliche, aspetti cinetici e termodinamici di poliaddizioni radicaliche, distribuzione dei pesi molecolari, trasferimento di catena e controllo del peso molecolare, effetto della temperatura. Cenni sulle polimerizzazioni radicaliche controllate.

- Polireazioni a catena, processi ionici, fasi delle polimerizzazioni cationiche e anioniche, polimerizzazioni anioniche viventi e copolimeri a blocchi. Catalisi di Ziegler-Natta e polimerizzazione stereospecifica. Controllo della microstruttura polimerica.

- Copolimerizzazione, derivazione del modello cinetico, rapporti di reattività ed equazione di Lewis-Mayo, diagrammi F1-f1, parametri di Alfrey-Price, resa e controllo della deriva composizionale nella copolimerizzazione. Determinazione della composizione in copolimeri.

- Polimeri termoindurenti e reticolazione. I modelli statistici di Carothers e Flory per la stima del punto di gelazione nei processi di reticolazione. Monitoraggio sperimentale del tempo di gelazione.

- Produzione industriale di polimeri: processi discontinui e continui, processi omogenei ed eterogenei. Polimerizzazione in massa, polimerizzazione in sospensione, polimerizzazione in emulsione. Produzione di PET, PA6, PVC, SBR.


Parte 2: Scienza e tecnologia delle gomme

- Requisiti strutturali di materiali elastomerici, correlazione con parametri intra ed intermolecolari. Definizione di elasticità entropica.

- Termodinamica classica dell'elasticità della gomma, derivazione dell'equazione di stato dell'elasticità a pressione costante e volume costante; inversione termoelastica (in modalità flipped classroom).

- Teoria molecolare (statistica) dell'elasticità della gomma; catena gaussiana e forza di ritrazione elastica, modello di Kuhn e gomma ideale, deformazione affine e derivazione della legge costitutiva per gomma ideale (in modalità flipped classroom).

- Comportamento di elastomeri reali; isteresi e dissipazione, cristallizzazione indotta dalla deformazione di gomme stereoregolari, grafico di Mooney-Rivlin.

- Vulcanizzazione di gomme; processi di vulcanizzazione con zolfo, perossidi e processi ionici. Monitoraggio del processo mediante metodi reologici e termici. Modellizzazione cinetica isotermica del processo di vulcanizzazione della gomma.

- Rinforzo meccanico di elastomeri reali; cariche di rinforzo, comportamento meccanico a piccole deformazioni ed effetto Payne; comportamento meccanico a grandi deformazioni.


Prerequisiti

Sono richieste conoscenze base di analisi matematica, chimica e fisica.


Modalità di valutazione

L'esame consisterà in una prova scritta su tutti gli argomenti del corso, scelti dall'esaminatore. La prova scritta consisterà tipicamente in 5-6 domande, delle quali 2-3 riguardanti aspetti teorici, derivazione di modelli matematici, rappresentazione grafica di dati e interpretazione fisica dei risultati, e 2-3 in forma di problemi numerici da risolvere.

Lo studente dovrà essere in grado di scrivere in modo chiaro e di discutere gli argomenti proposti in maniera critica, evidenziandone ipotesi, assunzioni, punti critici, significato fisico e relative conseguenze, e includendo laddove necessario un rigoroso e corretto approccio matematico.


Bibliografia
Risorsa bibliografica obbligatoriaG. Griffini, Principles of Polymer Chemistry - lecture's notes
Risorsa bibliografica facoltativaG. Odian, Principles of Polymerization, Editore: Wiley, Anno edizione: 2004
Risorsa bibliografica facoltativaJ.E. Mark, Rubber Science and Technology, Editore: Elsevier, Anno edizione: 2013

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
30:00
45:00
Esercitazione
20:00
30:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 50:00 75:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di materiale didattico/slides in lingua inglese
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
28/01/2020