Laboratorio di Chimica dei Materiali Polimerici (PMC-Lab)

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Il PMC-Lab, attivo presso la Sede Secondaria CNR-ICCOM di Pisa, è attualmente composto da tre ricercatori permanenti e un tecnico di laboratorio. Il gruppo si occupa di funzionalizzazione dei polimeri mediante reazioni di post-polimerizzazione, di miscele di polimeri, di compositi e nanocompositi a base di polimeri derivanti sia da fonte rinnovabile che petrolchimica. Particolare attenzione è rivolta all’immobilizzazione di specie attive in materiali 2D mediante intercalazione e “decoring” della superficie. Il gruppo PMC-Lab è anche interessato a sviluppare nuovi materiali polimerici sostenibili attraverso l’uso di bioplastiche e bioadditivi, promuovendo il riciclaggio dei polimeri. Le potenziali applicazioni includono i settori dell’imballaggio, dell’automotive e dell’edilizia.

Le attività di ricerca e sviluppo del gruppo PMC-Lab si concentrano sui seguenti argomenti principali:

(1) Funzionalizzazione di polimeri (fonte rinnovabile e petrolchimica) con metodi di modifica post-polimerizzazione. L’obiettivo principale è quello di inserire gruppi funzionali sulla catena polimerica per ottenere funzioni specifiche trasferite dalle molecole funzionali a basso peso molecolare alla matrice polimerica. Uno sforzo significativo è dedicato allo sviluppo di nuovi metodi di funzionalizzazione in grado di controllare sia la composizione finale che l’architettura macromolecolare, minimizzando le reazioni collaterali. Vengono studiati sia metodi di funzionalizzazione in massa che in superficie (tramite attivazione UV e plasma).

(2) Nanocompositi polimerici multifunzionali: la preparazione di nanocompositi è un altro strumento efficace per modificare e ottimizzare le proprietà dei polimeri. La morfologia è controllata modulando le condizioni di miscelazione e usando compatibilizzanti adatti. In questo modo, si possono ottenere nanocompositi altamente performanti con migliorate proprietà barriera e avanzate proprietà termomeccaniche. Inoltre, uno degli aspetti studiati è l’interazione polimero-filler e gli effetti del confinamento della catena polimerica sulle relazioni struttura-proprietà.

(3) Miscele di polimeri: lo sviluppo di miscele di polimeri compatibilizzate grazie alla creazione di un’interfaccia stabile è un campo di interesse del gruppo. Vengono adottati metodi avanzati basati su tecnologie di miscelazione reattiva. L’uso di compatibilizzanti polimerici selezionati ad-hoc permette di ottimizzare le interazioni all’interfaccia e le prestazioni finali. I risultati di questi studi trovano applicazione nel settore del riciclo meccanico delle materie plastiche.

(4) Materiali 2D: fillosilicati, idrossidi doppi lamellari e fosforo nero 2D sono materiali di interesse del PMC-Lab. Il gruppo di occupa di progettare e preparare sistemi funzionali mediante intercalazione e/o immobilizzazione di molecole attive (i.e. antimicrobiche, antiossidanti, etc.) nei fillosilicati e negli idrossidi doppi lamellari con l’obiettivo di ottenere sistemi attivi di tipo “host-guest”. Viene inoltre studiata la funzionalizzazione del fosforo nero 2D mediante metodi di modifica della superficie che prevedono l’immobilizzazione di molecole organiche. Ulteriore oggetto di studio è la dispersione, distribuzione e stabilizzazione dei materiali bidimensionali in matrici polimeriche mediante polimerizzazione in situ o miscelazione, per l’ottenimento di materiali nanocompositi con specifiche proprietà elettroniche, ottiche e/o funzionali.

(5) Sviluppo di nuovi materiali sostenibili a base di polimeri attraverso il riciclo e l’impiego di matrici polimeriche e additivi ecosostenibili. L’attenzione è dedicata al possibile uso di additivi derivati da risorse rinnovabili ed estraibili da scarti della filiera agro-agroalimentare.

Formazione nel campo della scienza dei materiali: attività didattiche/formative per laureati e dottorandi; corsi di chimica dei materiali polimerici per le lauree MS e PhD in Chimica e Chimica Industriale. Supervisione di tesi di laurea e master.

Servizi forniti all’industria: il gruppo PMC-Lab fornisce servizi di consulenza, caratterizzazione e test per la preparazione di materiali a base di polimeri; il PMC-Lab offre in generale supporto alle aziende e alle organizzazioni pubbliche nel campo dei materiali polimerici promuovendo la ricerca e lo sviluppo, il trasferimento tecnologico e la diffusione di informazioni riguardanti polimeri funzionalizzati, nanocompositi e le loro tecnologie di preparazione.

Campi di applicazione

Funzionalizzazione di polimeri
Materiali 2D
Nanocompositi multifunzionali da polimeri di origine petrolchimica o da risorse rinnovabili
Metodologie di compatibilizzazione e miscele polimeriche
Materiali polimerici sostenibili

Competenze

Funzionalizzazione di polimeri sia di origine petrolchimica che da risorse rinnovabili mediante processi di funzionalizzazione radicalica
Modifica della superficie di materiali polimerici attraverso foto-grafting e trattamento al plasma
Caratterizzazione di polimeri mediante spettroscopia FT-IR, TGA, DSC, SEC, UV-VIS e emissione di fluorescenza
Modifica di argille lamellari anioniche e cationiche con molecole funzionali e studio della loro dispersione e attività in matrici polimeriche
Esfoliazione, inclusione in matrice polimerica e metodi di decorazione di fosforo nero 2D
Studio della compatibilizzazione di miscele polimeriche anche da plastiche riciclate
Studio delle relazioni struttura/proprietà

Strumentazione

Calorimetro differenziale a scansione DSC 4000 Perkin Elmer
Bilancia termogravimetrica TG/DTA 7200 Exstar
Spettrofotometro FT-IR Perkin Elmer Spectrum Two equipaggiato con accessorio ATR
Spettrofotometro UV-Vis Jasco V-750 dotato di sfera integratrice
Spectrofluorimetro Horiba FluoroMaxPLUS-TCSPC
Cromatografia di gel permeazione (GPC) Agilent Technologies 1260 Infinity con rilevatore ad indice di rifrazione e UV
Camera UVA-CUBE Honle con lampada H 400F/2 e lampada F 400F/2
Pressa per stampaggio a caldo Carver 3851-0
Dinamometro meccanico INSTRON 5960 series
Camera per trattamenti al plasma a bassa pressione, modello Tucano di Gambetti Kenologia
Processore a ultrasuoni Hielscher UP200St