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Ferruccio Doghieri

Professore ordinario

Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali

Settore scientifico disciplinare: ING-IND/24 PRINCIPI DI INGEGNERIA CHIMICA

Temi di ricerca

Parole chiave: termodinamica dei polimeri vetrosi solubilità di gas in sistemi polimerici cinetica di diffusione in sistemi polimerici reologia di sistemi polimerici permeabilità ai gas

L'attività scientifica di Ferruccio Doghieri è stata volta principalmente allo studio delle proprietà termodinamiche e di trasporto in solidi polimerici, finalizzato alla comprensione e modellazione dei meccanismi fisici fondamentali, nonchè alla analisi dei comportamenti di interesse applicativo nel campo delle separazioni a membrana, dei film barriera e del drug release. Tra i temi trattati specificamente nell'attività di ricerca compaiono: studio dell'effetto combinato dovuto alla simultanea presenza del trasporto di materia e di deformazioni e swelling in solidi polimerici; analisi della solubilità di gas e vapori in polimeri vetrosi. Tra i risultati più significati ottenuti si citano: un modello previsionale per la solubilità di gas e vapori in solidi polimerici basato su dati volumetrici relativi a sostanze pure, particolarmente soddisfacente per un'ampia gamma di coppie penetranti-polimeri amorfi, procedure di correlazione per la diffusività di matrici polimeriche vetrose basate sullo studio separato della mobilità e del fattore termodinamico. Per ciò che riguarada la modellazione del trasporto non-Fickiano sono stati messi a punto un modello completo per lo studio del simultaneo trasporto di materia e di quantità di moto in materiali polimerici elastici e alcuni modelli semplificati basati sull'uso di equazioni per la densità di flusso di materia di tipo viscoelastico iperbolico.

MODELLAZIONE DEL TRASPORTO DI MATERIA IN SISTEMI POLIMERICI VETROSI Il processo di trasporto di materia in sistemi polimerici vetrosi è analizzato sulla base di modelli termodinamici per la solubilità ed equazioni costitutive per il rilassamento di volume e per la densità di flusso di massa diffusivo messi a punto autonomamente nell'ambito della attività di ricerca svolta nel corso degli ultimi dieci anni. I modelli inquadrano in particolare il carattere di non equilibrio della fase vetrosa attraverso l'introduzione di convenienti parametri d'ordine e sviluppano coerentemente le equazioni per le corrispondenti proprietà termodinamiche e di trasporto. I risultati del modello relativi alla previsione del coefficiente di solubilità di gas e vapori in sistemi polimerici per temperature inferiori alla soglia di transizione vetrosa sono stati confrontati, in maniera estesa, con dati sperimentali di letteratura o misurati allo scopo per numerosi sistemi in intervalli di temperatura e fugacità significativamente ampi. Il modello ha dimostrato robustezza e affidabilità nella interpretazione delle proprietà di fuori equilibrio del sistema vetroso. E' iniziato più recentemente il confronto di dati sperimentali per la cinetica di assorbimento coni relativi risultati di simulazione ottenuti dalla applicazione del modello che in ogni caso mostra di interpretare in modo coerente e quantitativamente affidabile il fenomeno di cinetica di assorbimento a due stadi tipica del trasporto in film polimerici vetrosi con modesta dimensione caratteristica. L'applicazione del modello risulta di particolare interesse nell'esame di numerosi processi industriali, sia nel campo della produzione di dispositivi per microelettronica che in quello del rilascio controllato di farmaci. ANALISI E CARATTERIZZAZIONE DELLA PERMEABILITÀ AI GAS DI MATERIALI NANOSTRUTTURATI Attraverso la conduzione di prove di permeazione diretta o di assorbimento in film del materiale di interesse, per le quali sono utilizzate apparecchiature messe a punto a questo preciso scopo nei laboratori del DICMA nel corso della attività di ricerca degli ultimi dieci anni, sono ricavate informazioni per solubilità, diffusività e permeabilità di vari gas. L'effetto della struttura nanocomposita sulle proprietà di diffusività di materia è poi indagata attraverso l'utilizzo di simulazioni CFD. La ricerca in questo campo è attualmente dedicata all'analisi delle proprietà di barriera ai gas di materiali nanocompositi a base di polimeri eco-compatibili e a quelle di materiali cerameri nanostrutturati. Nel primo caso si tratta di film ottenuti attraverso la dispersione di nanoparticelle (argilla, fibre di cellulosa) in matrici polimeriche ottenute da prodotti naturali o comunque degradabili per via biologica. Nel secondo caso il prodotto analizzato è un film in materiale polimerico tradizionale rivestito da un film di ricopertura in cui domini ceramici sono efficacemente dispersi in una matrice polimerica cui sono legati da legami covalenti e che assicura la necessaria adesione al supporto. In entrambi i casi menzionati i risultati della ricerca sono destinati alla innovazione nel campo della produzione di materiali per imballaggio alimentare. STUDIO DELLE PROPRIETÀ REOLOGICHE DI SISTEMI POLIMERICI Le caratteristiche di risposta viscoelastica di sistemi polimerici, termoplastici o elastomerici, è indagata attraverso la conduzione di prove in condizioni cinematiche diverse. I risultati sono analizzati sulla base di modelli reologici non lineari che consentono di individuare in modo esauriente la risposta dei sistemi indagati sulla base di un numero limitato di risultati sperimentali. Nell'ambito della attività svolta in questo settore negli ultimi anni, sono state messe a punto metodiche specifiche per la determinazione delle proprietà di viscosità e di modulo di sistemi elastomerici per sollecatazione di tipo elongazionale. A tale scopo sono state adattate, alle peculiari caratteristiche dei materiali elastomerici, apparecchiature e procedure già sviluppate e consolidate nel settore per la analisi della risposta di materiali termoplastici.

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