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.