Il nuovo laboratorio dei polimeri della Università di Bologna

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Gloria Torre
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1 POLY-LAB Il nuovo laboratorio dei polimeri della Università di Bologna

2 MISSIONE POLY LAB nasce dalla fusione dei principali centri di competenza sui polimeri e dell ingegneria industriale dell Università degli Studi di Bologna: per sviluppare la conoscenza e l innovazione in un area tecnologica particolarmente critica per la competitività dell industria manifatturiera. per trasferire la conoscenza e la innovazione sui polimeri nei settori della produzione industriale e fornire nuove opportunità di cooperazione tra industria e ricerca. per promuovere l integrazione industriale e la partecipazione a progetti di ricerca internazionali 2

3 OUTLINE 1. SINTESI E MODIFICA 2. CARATTERIZZAZIONE MATERIALI E MANUFATTI 3. TECNOLOGIA E PROCESSI 4. DURABILITA, AFFIDABILITA E CICLO DI VITA 3

4 SINTESI E MODIFICA 1. Poliesteri aromatici e alifatici 2. Policarbonato 3. Monomeri e polimeri da fonti rinnovabili 4. Sintesi di copolimeri mediante miscelazione reattiva 5. Produzione di nanocompositi polimerici 6. Funzionalizzazione di superfici mediante processo sol gel 4

5 processi di policondensazione : Poliesteri aromatici e alifatici

6 processi di policondensazione : Policarbonato

7 Sintesi di monomeri e polimeri da fonti rinnovabili

8 processi di miscelazione reattiva: Copolimeri

9 Produzione di nanocompositi polimerici permigliorare: le proprietà termo meccaniche le proprietà barriera Montmorillonite (argilla modificata) le proprietà ottiche la resistenza alla fiamma. Argilla dispersa (tattoidi) intercalata esfoliata 9

10 Funzionalizzazione di superfici mediante processo sol gel: coating ibridi organico inorganici filtro UV nano strutturati trasparenti radio opachi deposizione di ossidi metallici O O OOH dip-coating TiO2 sol TiO 2 FEP 200C 5 min, 80 C 3 min, 120/200 C

11 CARATTERIZZAZIONE DI MATERIALI E MANUFATTI 1. Proprietà termiche 2. Proprietà elettriche 3. Proprietà meccaniche e viscoelastiche 4. Struttura e morfologia 5. Permeabilità a gas e vapori 6. Reologia

Caratterizzazione proprietà termiche CALORIMETRIA (DSC) DSC Q100 TA Instruments ( 180 C 500 C) Transizioni termiche (transizione vetrosa, cristallizzazione, fusione) Grado di cristallinità Cinetiche

12 Caratterizzazione proprietà termiche CALORIMETRIA (DSC) DSC Q100 TA Instruments ( 180 C 500 C) Transizioni termiche (transizione vetrosa, cristallizzazione, fusione) Grado di cristallinità Cinetiche di cristallizzazione STABILITA TERMICA (TGA MS) Termogravimetria accoppiata a spettrometria di massa (in atmosfera inerte/ossidante) Energie di attivazione Composizione sistemi multifase Contenuto di carica

13 Caratterizzazione proprietà elettriche Proprietà elettriche in cc e ca: permittività, fattore di perdita conducibilità in bulk e di superficie Campo temperatura: C, in aria, gas inerte e sotto vuoto Processi di rilassamento molecolare Controllo dispersione Cariche e nanocariche

Caratterizzazione proprietà meccaniche e

compressione) (Celle dinamometriche 1 kn e 100

14 Caratterizzazione proprietà meccaniche e viscoelastiche Resil Impactor CEAST (P/N 6957) Prove di Resilienza strumentate fino a 50 J Dinamometro Instron (trazione, flessione e compressione) (Celle dinamometriche 1 kn e 100 kn) modulo elastico sforzo e deformazione a snervamento e a rottura tenacità

15 Analizzatore dinamico meccanico (DMTA Q800, TA Instruments) (T: 150 C 600 C; frequenze: 0.01Hz 200Hz) Rilassamenti viscoelastici Prove di: creep stress relaxation stress strain Costruzione master curves Compressione Trazione Flessione

morfologica Microscopia ottica in luce polarizzata con tavolino riscaldante (da -20 C a 350 C) Microscopia ottica

16 Caratterizzazione strutturale e morfologica Diffrattometria di raggi X ad alto angolo (temperatura da -150 C a 450 C) Identificazione fasi cristalline Grado di cristallinità Orientazione dei cristalli (grado e tipo ) Caratterizzazione morfologica Microscopia ottica in luce polarizzata con tavolino riscaldante (da -20 C a 350 C) Microscopia ottica stereoscopica Microscopia elettronica a scansione e trasmissione (SEM, TEM) Microscopia a forza atomica (AFM, Nanoscope 3D )

17 Caratterizzazione della permeabilità a gas e vapori di materiali, film e coating polimerici Materiale polimerico con coating ibrido organicoinorganico per packaging Coating LDPE Misura della permeabilità ad O 2 vs. composizione del coating (ASTM D1434) Materiali cellulosici idrofili a diversa microstruttura per packaging Umidità assorbita Permeabilità a ossigeno Umidità esterna Umidità esterna

18 Modellazione processi di trasporto di materia Polimero con nanolamelle attraversato da Ossigeno Materiale polimerico idrofilo attraversato da Ossigeno Creazione domini acquosi pseudo random Profilo di concentrazione di ossigeno e permeabilità Profilo di concentrazione di gas con frazione di acqua assorbita 15% vol

19 Modellazione processi produttivi Cinetica di espansione in schiuma di polistirene Fluidodinamica di filtro a membrana metallica per purificazione idrogeno 100 m 100 m 100 m tempo Simulaz. profilo di velocità miscela gas Simulaz. profilo di concentrazione gas tube side H 2 fraction Red: =35% Blue: =0%

Proprietà reologiche Reometro Rotazionale Anton Paar (-40 C - +200 C) Gomme Fusi polimerici

20 Proprietà reologiche Reometro Rotazionale Anton Paar (-40 C C) Gomme Fusi polimerici Soluzioni polimeriche Coatings e lubrificanti Biofluidi Cibi e bevande Soluzione elastomero-normal ottano

21 TECNOLOGIA E PROCESSI 1. Elettrofilatura 2. Estrusione 3. Processi di trasformazione 4. Saldatura laser

22 Elettrofilatura di fibre nanometriche FABBRICAZIONE DI MATERIALE NANOSTRUTTURATO (coating e/o autosupportato) DC Macchina per la produzione su media scala di nanofibre elettrofilate APPLICAZIONI Riparazione tessutale cutanea e rilascio controllato di principi attivi Materiali conduttivi per impianti fotovoltaici Materiali compositi Energy storage Filtrazione e depurazione acque

Estrusione di materiali polimerici Potenzialità: Estrusione reattiva per la preparazione di nuovi materiali polimerici; Dispersione di additivi (ad es.

(nanoclays, nanotubi di carbonio, ) Applicazioni: Miglioramento proprietà meccaniche e barriera (5% nanoclay in PBT) Materiali polimerici conduttivi e con

23 Estrusione di materiali polimerici Potenzialità: Estrusione reattiva per la preparazione di nuovi materiali polimerici; Dispersione di additivi (ad es. tenacizzanti, plastificanti, fibre di rinforzo ) in matrici polimeriche; Preparazione di nanocompositi a matrice polimerica con fillers nanometrici (nanoclays, nanotubi di carbonio, ) Applicazioni: Miglioramento proprietà meccaniche e barriera (5% nanoclay in PBT) Materiali polimerici conduttivi e con proprietà di schermo di radiazione e.m. (EMI shielding); Miglioramento della resistenza alla fiamma (nanoclays o idrotalciti) Micrografia TEM di PBT con 5% nanoclay

della instabilità di bolla Mappa dell instabilità

24 Studio di processi di trasformazione Es: Processo di Tubular Film Extrusion o Film Blowing Studio della instabilità di bolla Mappa dell instabilità in blends LDPE/LLDPE in funzione di shear rate e %LDPE

25 Tecnologie Laser per il trattamento e saldatura di materiali polimerici Plastics (PA, PET, PC, PP) Laser beam: Power, P : W Wavelength, : nm Shielding gas: Ar (N2) 50 l/min Reinforced Plastics (40% Fiber Glass, 30% Fiber Carbon) Welding speed, v mm/s Welding direction Defocused distance, f d 0 ~40 mm Metals (Steels, Al and Ti alloys) Sono possibili le combinazioni: Plastica Plastica Metallo Plastica

26 DURABILITA, AFFIDABILITA E CICLO DI VITA

27 DURABILITA, AFFIDABILITA E CICLO DI VITA Invecchiamento e affidabilità in condizioni di sollecitazioni semplici (termica, meccanica, elettrica e ambientale) e combinate: variazioni strutturali, microstrutturali e delle proprietà Proprietà meccaniche vs invecchiamento Es: Resistenza a trazione XLPE in aria Caratterizzazione statica, dinamica (fatica), creep e ad impatto di materiali e manufatti Modellazione di processi di invecchiamento indotti da condizioni ambientali e loro correlazione con le proprietà chimico fisiche (incluse termiche ed elettriche) e meccaniche

28 Principali referenti Prof. Luca Tomesani, Prof. Maria Stella Scandola, Prof. Antonio Motori, Prof. Ferruccio Doghieri, 28

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