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Appunti lezioni su Materiali polimerici e Metodi di caratterizzazione
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Esplora i biomateriali polimerici, dalla classificazione in polimerizzazione a catena (PE, PVC) e a stadi (poliesteri, siliconi) alla loro struttura (lineare, ramificata, reticolata) e alla transizione termica (Tg, Tm). Vengono analizzate le proprietà meccaniche tramite curve stress-strain, creep e relaxation, essenziali per capire il comportamento elastico e viscoelastico. Infine, vengono descritte le tecniche di caratterizzazione (microscopia, spettroscopia) e i meccanismi di degradazione e sterilizzazione, fondamentali per l'applicazione biomedica dei polimeri.
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- Classificazione dei Polimeri:
- A catena (per addizione): L'intera molecola del monomero diventa polimero. Esempi includono Polietilene (PE), Polipropilene (PP), Polivinilcloruro (PVC), Polistirene (PS), Politetrafluoroetilene (PTFE), Polimetilmetacrilato (PMMA).
- A stadi (per condensazione): Si ottiene con la perdita di piccole molecole (es. acqua, CO2). Esempi includono Poliesteri (PET, PLLA), Poliammidi (Nylon, Kevlar), Poliuretani e Siliconi.
- Struttura e Configurazione dei Polimeri:
- Possono essere lineari, ramificati o reticolati.
- I polimeri lineari o ramificati sono termoplastici; quelli reticolati sono termoindurenti.
- I copolimeri (alternati, a blocchi, casuali, ad innesto) offrono caratteristiche migliori rispetto agli omopolimeri, specialmente i copolimeri a blocco.
- Cristallinità:
- La presenza di regioni cristalline e amorfe influenza le proprietà meccaniche.
- La cristallinità dipende dalla storia termica (raffreddamento lento favorisce) e meccanica (estrusione, stiramento allinea le catene).
- Transizioni Termiche:
- Fase amorfa:
- Transizione vetrosa (Tg): Passaggio da stato solido vetroso (rigido, fragile) a stato solido gommoso (flessibile). È isofasica.
- Rammollimento (T>>Tg): Passaggio da solido gommoso a liquido viscoso.
- Fase cristallina:
- Fusione (Tm): Passaggio da solido cristallino ordinato a liquido viscoso.
- I polimeri cristallini sono rigidi e tenaci per T < Tm; i polimeri amorfi sono fragili per T < Tg.
- Fase amorfa:
- Proprietà Meccaniche a Trazione:
- La curva sforzo-deformazione mostra regione elastica, punto di snervamento (yield), tratto di drawing (allineamento catene) e frattura.
- I materiali termoplastici riducono la viscosità con l'aumento di temperatura; i termoindurenti induriscono.
- Tenacità: Capacità di assorbire energia prima della rottura.
- Resilienza: Capacità di assorbire energia nel campo elastico.
- Materiale viscoelastico: Presenta isteresi e deformazione residua.
- Creep: Deformazione nel tempo sotto carico costante.
- Stress Relaxation: Diminuzione dello sforzo nel tempo sotto deformazione costante.
- Metodi di Caratterizzazione:
- Analisi Morfologiche: Microscopi ottici (istologia), stereo (vista 3D), SEM (micro-nanometrico, morfologia, composizione superficiale).
- Analisi Chimico-Fisiche: Peso molecolare (degradazione, distribuzione tramite cromatografia), spettroscopia IR/ATR (struttura chimica, vibrazioni dei legami).
- Degradazione:
- Cambiamenti strutturali dovuti a effetti chimici, termici, ambientali e meccanici. I polimeri cristallini sono più resistenti.
- Tipi: Ossidazione, fotodegradazione, attacco enzimatico e chimico. Il calore favorisce la degradazione.
- Sterilizzazione:
- Autoclave: Calore e vapore (rischio ossidazione termica, idrolisi).
- ETO: Etilene ossido (alchilazione, tossico, richiede areazione).
- Radiazioni Ionizzanti (β o γ): Ionizzazione (morte cellulare), può causare degradazione idrolitica e/o reticolazione.
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