Cafiero, Livia (2016) Controllo della morfologia cellulare su scala micro e sub-micrometrica in espansi di miscele di polimeri termoplastici. [Tesi di dottorato]

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Abstract

In questo lavoro di tesi si è utilizzato il concetto di miscela polimerica per controllare la nucleazione e la crescita delle bolle all’interno di strutture cellulari e per studiare in che modo la gestione della morfologia della miscela espansa possa essere coniugata con le proprietà chimico-fisiche dei materiali costituenti (differenti solubilità, proprietà di trasporto, temperature di transizione vetrosa, temperature di fusione, stato fisico) per realizzare sistemi ad alte prestazioni (sia strutturali che funzionali) non ottenibili con i materiali di partenza. Si è analizzato il differente comportamento di miscele di polimeri miscibili e immiscibili, partendo dalle morfologie delle matrici per capire e sfruttare le proprietà di ciascuna tipologia di miscela in maniera da ottenere schiume polimeriche a bassa densità e con struttura cellulare di dimensioni micro e sub-micrometriche. Lo scopo generale della ricerca è stato quello di studiare le proprietà di espandibilità dei sistemi polimerici bifasici, eventualmente nanocaricati, con l’obiettivo di stabilire una metodologia per produrre schiume in cui le proprietà intrinseche degli espansi (come l'isolamento acustico e termico, le superiori proprietà d'impatto) siano accoppiate a caratteristiche nuove (strutturali e/o funzionali) legate alla dimensione sub-micrometrica delle celle. Per svolgere la ricerca sono stati scelti polimeri termoplastici, con l’obiettivo di usare materie prime caratterizzate dalla possibilità di essere riciclate per un uso sostenibile. La morfologia iniziale delle miscele è stata lo strumento primario per controllare la struttura cellulare degli espansi realizzati e si è sfruttato sia l’interfaccia (nel caso di immiscibilità) sia l’evoluzione della composizione (nel caso di miscibilità). Per tale motivo, sono stati studiati due diversi sistemi, uno basato su miscele polimeriche immiscibili (PES/PEN, PBS/TPG) e l'altro basato su miscele miscibili (PEEK/PEI). In questo contesto, miscele di PES/PEN sono state investigate al fine di sviluppare schiume ad alte prestazioni con morfologia micro-/nanocellulare. E’ stata analizzata l'influenza della composizione, delle condizioni di processo e della morfologia della miscela, sulla struttura cellulare della schiuma risultante. E’ stato poi applicato l’approccio legato all’immiscibilità allo sviluppo di schiume a base di miscele di polimeri biodegradabili (TPG/PBS); sono state preparate miscele a diverse composizioni, caratterizzate con analisi termiche e reologiche, ed espanse utilizzando l'anidride carbonica come agente espandente. Una correlazione tra la morfologia delle schiume e le condizioni di processo è stata proposta alla luce delle proprietà termiche e reologiche delle miscele di partenza. Infine è stata investigata l'espandibilità di sistemi miscibili (PEEK/PEI), al fine di individuare le condizioni ideali per lo sviluppo di schiume micro/nanocellulari a bassa densità, per applicazioni che necessitano di leggerezza unita ad alte prestazioni, e di determinare come l’evoluzione della composizione (segregazione del PEEK che cristallizza durante il processo di crescita delle bolle) possa aver influenzato i parametri caratteristici dell’espanso.

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