Sintesi e caratterizzazione di nanofiller e loro compositi polimerici

Nel campo della scienza dei nanomateriali, tra le varie matrici utilizzate nella sintesi di compositi, quelle a base polimerica hanno mostrato notevoli proprietà. Noto il largo uso e la grandissima diffusione di polimeri in campo industriale, (poliolefine, polivinilcloruro, poliammidi, resine epossidiche, fenoliche e poliestere, etc.) costante è il tentativo di aumentarne le prestazioni per estenderne i settori applicativi, tecnologicamente più avanzati, come l’opto-elettronica, l’industria dei trasporti e la sensoristica. L'uso di polimeri come matrici é un approccio utile nella produzione di compositi in quanto modificando le proprietà chimico-fisiche del polimero é possibile influenzare quelle del prodotto finito, includendo trasparenza, stabilità meccanica e termochimica. Partendo dallo stesso filler e mantenendo la stessa sintesi modificando pochi parametri si possono ottenere materiali compositi con proprietà differenti. Nell'ultima decade la sintesi di nanocompositi polimerici è stata intensamente studiata per le loro straordinarie proprietà e la diffusione delle loro applicazioni. La realizzazione di nanocompositi per mezzo di una matrice polimerica può mantenere o migliorare le proprietà di un materiale funzionale come filler o la matrice stessa in un materiale strutturale. Tra i polimeri più utilizzati tutt'oggi nella costruzione di compositi, troviamo poly (vinylalcohol) (PVA), resina epossidica (EPO), polystyrene (PS), poly(methyl methacrylate) (PMMA), e poly (vinylacetate) (PVAc). Tra i polimeri citati il PMMA non ha un'alta costante dielettrica ne ha un'alta permeabilità all'acqua come molti altri fluoropolimeri, ma ha la possibilità di ottimizzare la sua polimerizzazione partendo dal monomero liquido, poco viscoso. Ciò consente l'inserimento di fillers attivi come ad esempio fosfori in un ambiente non poroso, trasparente. In aggiunta, il PMMA ha una buona resistività elettrica, è trasparente, duttile e ultimamente può essere efficace nell'idratazione controllata. La versatilità del PMMA è ampia: è stato utilizzato per inglobare macromolecole come bis-azopirrolidine legate da una catena etilenglicolica in blend di diadi polimeriche donatore-accettore, nella realizzazione di film con proprietà idrofobiche con il modulo dinamico drasticamente cambiato, 16 volte maggiore. Il PMMA si presenta come un ottimo candidato nella realizzazione di filtri colore e assorbenti UV. E' tutt'ora largamente usato nella produzione industriale, privo di fillers con nomi commerciali come Plexiglas, Perspex, Lucite, Vitroflex, Limacryl, Resartglass. Nella preparazione di compositi, MWNT sono stati inseriti come fibre di rinforzo in una matrice di PMMA per migliorare caratteristiche come ritardo alla fiamma o barriera di gas. Le nanodispersioni in matrici polimeriche possono creare una sorta di "network structures". La resistenza alla fiamma è dovuta alla formazione sulla superficie, all'inizio della combustione, di un tessuto carbonioso chiamato "char". Il "char" é molto compatto e si riducono così gli scambi gassosi del comburente con il combustibile. Lo strato carbonioso funge da barriera protettiva, in grado di ridurre i trasferimenti di calore e massa tra fiamma e polimero. Diventa importante poter ottenere un materiale omogeneo, per poter garantire un sistema continuo con le medesime proprietà. Molti dei convenzionali filler immiscibili nel monomero metil-metacrilato dopo l'inserimento presentano una larga distribuzione delle dimensioni, dove gli aggregati di particelle spesso superano il micrometro. Dimensioni troppo elevate delle particelle provocano uno scattering della luce visibile. Nella costruzione di dispositivi ottici il controllo delle dimensioni delle particelle nel PMMA trasparente diventa cruciale perché il potere di scattering è proporzionale alla sesta potenza del diametro e alla differenza di indice di rifrazione dei due componenti.