Ottimizzazione formulativa e di processo nella sintesi di tecnopolimeri nanocompositi

Le nanotecnologie applicate alla scienza e tecnologia dei materiali polimerici rappresentano attualmente un’area di assoluto interesse e fermento per la ricerca e lo sviluppo di base ed applicati. Il lavoro svolto e discusso in questa tesi mira ad approfondire alcune criticità emerse da anni di studi effettuati nel campo dei nanocompositi a matrice polimerica, in particolare relativamente agli effetti del tipo di processo di dispersione adottato e dei parametri operativi scelti nonchè le ripercussioni della parziale degradazione degli additivi nanostrutturati durante la preparazione dei compositi ed il comportamento degli stessi quando additivati matrici polimeriche particolarmente complesse. Sono state innanzitutto individuate quattro tipologie di tecnopolimeri a complessità crescente dal punto di vista della struttura e della morfologia: un omopolimero (poliammide 66, PA66), un copolimero (acrilonitrile-butadiene stirene (ABS) e due miscele polimeriche a separazione di fase (miscela policarbonato/ABS e PA66/poliammide 12). Tutte afferiscono alla categoria dei cosiddetti tecnopolimeri, ovvero materiali polimerici particolarmente interessanti dal punto di vista del connubio fra diverse proprietà, spesso antitetiche, che li caratterizzano e, per questo, spesso impiegati in applicazioni ad elevato contenuto tecnologico. A livello applicativo l’elevato costo dei tecnopolimeri nonché il notevole valore aggiunto dei sistemi nei quali vengono impiegati giustifica l’impiego di additivi nanostrutturati, che indubbiamente influiscono sul costo finale dei materiali ottenuti. Il lavoro svolto ha permesso di chiarire, nei casi specifici trattati, il reale ruolo degli additivi compatibilizzanti nel processo di dispersione dei silicati lamellari organomodificati in matrici polimeriche nonché le correlazioni fra la struttura dei compositi ottenuti ed i parametri di processo che, se correttamente impostati, consentono di ottenere dispersioni nanometriche anche in condizioni di stress termico particolarmente gravose. Si sono valutate le potenzialità e l’efficienza di processi produttivi alternativi al melt blending e di additivi modificati con compatibilizzanti sperimentali dalle notevoli caratteristiche di stabilità termica alle alte temperature. E’ stato inoltre proposta, applicata e validata con interessanti risultati una tecnica di caratterizzazione innovativa che si basa sulla fluorescenza indotta da laser (LIF) di opportune sonde ottiche, facilmente trasferibile su larga scala nella produzione industriale di additivi. Sono stati considerati e studiati sistemi particolarmente complessi al fine di comprendere l’effetto degli additivi nanostrutturati nella compatibilizzazione delle miscele polimeriche a separazione di fase e le interazioni fra diverse tipologie di additivi (nello specifico silicati lamellari e nanotubi in carbonio) dispersi in miscele polimeriche complesse. E’ stato infine proposto un modello che, basandosi sui classici modelli predittivi sviluppati per i compositi polimerici, permette, a partire da dati di caratterizzazione fisico meccanica e diffrattometrica, di stimare il grado di esfoliazione in un nanocomposito polimerico contenente silicati lamellari organomodificati.