La solidificazione in condizioni di processo di poliesteri a base di PET: influenza della nanostruttura preesistente o indotta da nanofiller su proprietà fisiche

    Progetto: Research project

    Dettagli progetto

    Description

    In questo lavoro si intende analizzare la dipendenza della morfologia sviluppata, in tipiche condizioni di raffreddamento industriali, dalla velocità di raffreddamento e dalla composizione e regolarità costituzionale di un copolimero a base di PET modificato con frazioni marginali di PEN con architetture molecolari controllate e riproducibili e mediante l’aggiunta di un nanofiller funzionalizzato entrambi prodotti da altre UO. La tecnica di solidificazione rapida (CCT) permette di preparare campioni sotto forma di film che, seppure di dimensioni limitate, vengono solidificati in modo riproducibile a velocità di raffreddamento comprese tra 0.1 e ca 1000°C/s. In queste circostanze la morfologia indotta dalle condizioni di solidificazione è di tipo prevalentemente amorfa con cluster cristallini uniformemente dispersi. La formazione di cluster cristallini è di difficile rilevamento a causa delle loro intrinseche dimensioni, nanometriche. Ad essi tuttavia è attribuibile il miglioramento delle proprietà di trasporto attraverso un consistente aumento della tortuosità e ad essi è anche attribuibile il peculiare comportamento meccanico del PET e di altri polimeri a catena semirigida. La caratterizzazione della struttura formata potrà essere ottenuta in modo indiretto dalle proprietà fisiche: meccaniche e di trasporto, più sensibili alla presenza anche di piccole frazioni di cluster cristallini rispetto ai probe strutturali frequentemente utilizzati: WAXD, SAXS, FTIR etc La caratterizzazione delle è proprietà fisiche fornirà indicazioni quantitative sulla distribuzione della morfologia indotta dalla particolare formulazione utilizzata o dalla storia termica utilizzata per la solidificazione. Questo metodo seppure costituisce una valutazione indiretta della morfologia permette di determinare variazioni che interessano ambiti macroscopici e quindi medi dei campioni prodotti e possono comunque essere verificati a campione con un confronto con le osservazioni condotte con microscopia TEM ed AFM. La distribuzione delle proprietà meccaniche sarà determinata con la tecnica della nanoindentazione con AFM. Essa permette di valutare la distribuzione di proprietà connesse con la durezza ed il modulo elastico a scale diverse a seconda del carico e del sensore utilizzati. Questo metodo unisce informazioni sulle proprietà meccaniche del materiale a quelle di tipo morfologico. Inoltre l’elevata risoluzione laterale, tipica dell’AFM, permette la determinazione delle proprietà su scala nanometrica. A differenza di altri metodi di caratterizzazione della morfologia di carattere puntuale, con questo metodo è possibile effettuare una mappatura della distribuzione delle proprietà. Lo studio dell'influenza di rinforzi distribuiti su scala nanometrica sulla solidificazione da fuso e la morfologia così sviluppata sarà condotta, con un procedimento simile a quello già descritto, anche nel caso di PET modificato con nanofiller commerciale. Dal confronto dei risultati ottenuti sulle diverse formulazioni utilizzate sarà possibile determinare: · l'influenza sulle proprietà di trasporto e meccaniche di nanocompositi in situ derivanti dalla formazione di nanocluster cristallini in copolimeri PET/PEN · la tendenza alla formazione di nanocluster a velocità di raffreddamento comprese tra 0.1 e 1000°C/s, tipiche dei processi di solidificazione industriali, sarà analizzata in dipendenza della sequenza del copolimero. Questa sarà modificata controllando temperatura e tempo di miscelazione. · l'influenza sulle proprietà di trasporto e meccaniche della miscelazione nei confronti del

    Layman's description

    L'utilizzo dei materiali polimerici per l'imballaggio alimentare è determinato principalmente dalle loro proprietà di trasporto oltre dal soddisfacimento dei requisiti di atossicità. La recente letteratura, già citata, permette di riconoscere che la morfologia ha un ruolo determinante ai fini delle proprietà di trasporto ed è proprio su questi aspetti che anche le tematiche condotte da questa Unità Operativa si incentrano.Le strategie utilizzate per migliorare le proprietà di trasporto del PET per usi alimentari sono riconducibili a:a) inclusione di segmenti di catena caratterizzati intrinsecamente da coefficienti di diffusione minori mediante la copolimerizzazione con PEN e controllo della morfologia dei domini formati a scala nanometrica per solidificazione da fusob) utilizzo di nanorinforzi che non aggravino eccessivamente il costo finale del prodottoc) rivestimenti in poliuretano le cui proprietà di trasporto vengano migliorate mediante la dispersione di nanorinforzi dello stesso tipo del pto precedenteIn questo contesto le attività di questa Unità Operativa sono distinguibili nelle seguenti azioniSolidificazione da fuso in condizioni di processoStudio della morfologia con nanoindentazione3) Attività di coordinamento, che sono trattate nel modello A del progetto.1) La solidificazione determina, nei polimeri cristallizzabili, la morfologia sviluppata. Essa viene analizzata, con una metodologia presa a prestito dalla Metallurgia, seppure con alcune novità [13], mediante la sua dipendenza dalla storia termica in raffreddamenti rapidi emulando cosi le condizioni di solidificazione che si verificano nei processi di trasformazione. Questa tecnica viene perciò chiamata CCT (Continuous Cooling Transformation) sebbene rappresenta una evoluzione rispetto a quella tradizionalmente impiegata in Metallurgia.In questo lavoro si intende analizzare la dipendenza della morfologia sviluppata, in tipiche condizioni di raffreddamento industriali, dalla velocità di raffreddamento e dalla composizione e regolarità costituzionale di un copolimero a base di PET modificato con frazioni marginali di PEN. Il copolimero verrà prodotto o con miscelazione reattiva in un miscelatore di laboratorio monitorando il tempo e la temperatura a cui i due componenti sono esposti nel corso della miscelazione, oppure dall' Unità Operativa B con architetture molecolari controllate e riproducibili. Scansioni al DSC potranno mostrare, preliminarmente, le situazioni in cui la cristallizzazione e fusione dei due componenti separatamente siano riconoscibili e quindi fornire un metodo di catalogazione dei copolimeri ottenuti i quali, comunque per quelli provenienti dall' Unità Operativa B, sono preliminarmente caratterizzati con i metodi ivi puntualizzati. La tecnica CCT permette di preparare campioni sotto forma di film che, seppure di dimensioni limitate, vengono solidificati in modo riproducibile a velocità di raffreddamento comprese tra 0.1 e ca 1000°C/s. In queste circostanze la morfologia indotta dalle condizioni di solidificazione è di tipo prevalentemente amorfa con cluster cristallini uniformemente dispersi [19]. La formazione di cluster cristallini è di difficile rilevamento a causa delle loro intrinseche dimensioni, nanometriche. Ad essi tuttavia è attribuibile il miglioramento delle proprietà di trasporto attraverso un consistente aumento della tortuosità e ad essi è anche attribuibile il peculiare comportamento meccanico del PET e di altri polimeri a catena semirigida [20].Sebbene analisi a campione con microscopia AFM o TEM, quest'ultima condotta dall' Unità Operat

    Key findings

    Nanotecnologie, materiale e produzione
    StatoFinito
    Data di inizio/fine effettiva11/30/0411/30/06