Studio della fotoossidazione in nanocompositi polimero/argilla

Al fine di ottenere informazioni sulla suscettibilita' dei nanocompositi polimero-argilla alla fotodegradazione sono stati preparati, mediante polimerizzazione radicalica in situ, dei nanocompositi polistirene/montmorillonite (PS/MMTYx). Per facilitare la formazione di strutture esfoliate la montmorillonite e' stata modificata sostituendo i cationi inorganici con cationi dell'imidazolo. A tal proposito, oltre ai surfactanti dell'imidazolo (C12, C16, C18) gia' noti in letteratura, sono stati preparati dei nuovi cationi con una struttura di base vinilimidazolica nei quali sull'azoto in posizione 3 sono legate catene alchiliche a 20 e 22 atomi di carbonio. Altri nuovi cationi sono stati sintetizzati a partire da 1-metilimidazolo e da 1-decil-2-metil-imidazolo introducendo in posizione 3 catene alchiliche rispettivamente a 12, 16, 18, 20 e 22 atomi di carbonio. Per alcuni nanocompositi PS/MMTCx e' stato valutato il grado di esfoliazione mediante diffrazione ai raggi X, microscopia a trasmissione elettronica (TEM) e microscopia a scansione elettronica (SEM). I risultati indicano che il grado di dispersione delle lamelle di argilla nella matrice polimerica aumenta in funzione della lunghezza della catena alchilica. Il grado di esfoliazione e' stato anche valutato attraverso studi di degradazione termica condotti in ambiente sia inerte che ossidativo. Per questa via sono state determinate le temperature iniziali di decomposizione e le energie di attivazione apparenti di degradazione. I risultati indicano che i nanocompositi sono termicamente piu' stabili del polistirene e confermano un incremento del grado d'esfoliazione in funzione della lunghezza della catena alchilica del surfactante, associata con l'aumento della stabilita' termica. Sono state inoltre trovate relazioni con le proprieta' reologiche (frequenza di crossover) collegate al grado di esfoliazione dei campioni. I campioni sono stati sottoposti ad un invecchiamento accelerato e l'evoluzione del processo fotoossidativo e' stato seguito mediante spettroscopia infrarossa (FT-IR). La velocita' di fotoossidazione dei campioni PS/o-MMT e del microcomposito e' stata piu' alta rispetto a quella del polimero vergine. I risultati suggeriscono che la maggiore fotodegradazione dei nanocompositi e' da mettere in relazione al grado d'esfoliazione ed alla stabilita' dei surfactanti. Aumentando il grado di esfoliazione, aumentano le interazioni polimero/siti catalitici sulla superficie delle lamelle di argilla, ma contemporaneamente si registra un aumento di interazioni tra le catene polimeriche e le molecole del surfactante. Per questo motivo sono stati preparati e studiati copolimeri PS/Cx, miscele PS/Nx, PS/N10Nx e miscele di polistirene con ODTA e nanosilice. I risultati hanno confermato che i surfactanti, indipendentemente dalla lunghezza della catena alchilica, e la nanosilice, a causa dei gruppi silanolici presenti sulla sua superificie, determinano una diminuzione della stabilita' fotoossidativa della matrice polistirenica. Tra le miscele preparate, quelle contenenti derivati dell'1-metilimidazolo sono le piu' stabili. Questi campioni si fotoossidano piu' rapidamente del PS ma con una cinetica piu' lenta rispetto ai PS/Cx ed ai PS/N10Nx. Il confronto tra le cinetiche di fotodegradazione dei nanocompositi PS/MMTCx, PS/MMT/N10Nx e PS/MMT/Nx ha mostrato che i nanocompositi PS/MMT/Cx e PS/MMT/N10Nx sono molto suscettibili all'irraggiamento ultravioletto. I campioni PS/MMT/Nx hanno le cinetiche piu' lente tra tutti i nanocompositi studiati.