ECTS - University of Pisa
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MATERIALS FOR SPECIAL USES
ELISA MARTINELLI
Academic year2020/21
CourseINDUSTRIAL CHEMISTRY
Code164CC
Credits9
PeriodSemester 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
MATERIALI PER USI SPECIALICHIM/04LEZIONI72
ELISA MARTINELLI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Lo studente che ha completato con successo il corso avrà acquisito un'approfondita conoscenza riguardo alla sintesi, caratterizzazione e lavorazione dei materiali polimerici; sarà capace di dimostrare una solida conoscenza delle principali classi di materiali speciali ed una conoscenza avanzata dei loro potenziali usi in diversi campi applicativi. Infine, avrà conseguito le conoscenze scientifiche per stabilire correlazioni tra la struttura di un materiale polimerico e le sue proprietà.

 
Knowledge

The student who successfully completes the course will have a ddep knowledge of the synthesis, characterization, and processing of polymeric materials; he will be able to demonstrate a solid knowledge of the main classes of specialty materials and their uses in different and specific field of application. Moreover, he will be able to demonstrate the scientific knowledge to establish structure-property correlations of a polymeric material for a special use, at least among the ones examined during in the course.
Capacità

Al termine del corso:

  • lo studente avrà acquisito conoscenze rispetto alla chimica dei materiali polimerici per applicazioni ambientali (ad. es. polimeri biodegradabili) e biomediche (ad. es lenti a contatto, rilascio controllato di farmaci…) ed impiegabili come prodotti vernicianti, polimeri barriera e membrane (per. es. per ultrafiltrazione, osmosi inversa…);
  • lo studente avrà acquisito conoscenze di alcune classi di materiali ad alto valore aggiunto per applicazioni avanzate (ad. es. polimeri fluorurati, silossanici, materiali polimerici ‘intelligenti’…);
  • lo studente avrà acquisito le conoscenze scientifiche per stabilire correlazioni struttura-proprietà di un materiale polimerico per uno specifico impiego, almeno tra quelli trattati nel corso.
Skills

On completion of the course:

  • the student will have gained a deep knowledge on the chemistry of polymeric materials for environmental (e.g. biodegradable polymers) and biomedical (e.g. contact lenses, controlled drug release…) applications and usable as coatings for paints and varnishes, barrier polymers and membranes (for e.g. for ultrafiltration, reverse osmosis…);
  • the student will have gained knowledge of some classes of high added value materials for advanced applications (e. g. fluorinated polymers, siloxanes, smart polymeric materials…);
  • the student will have gained the scientific knowledge to establish structure-property correlations of a polymeric material for a specific use, at least among the ones examined during the course.
Modalità di verifica delle capacità
  • Lo studente dovrà preparare e discutere una presentazione orale su un documento scientifico (per es. articolo su rivista) correlato ad un argomento trattato nel corso.
Assessment criteria of skills
  • The student will have to prepare and discuss a presentation on a scientific document (e.g. scientific article) related to a topic of the course.
Comportamenti
  • Lo studente potrà acquisire le capacità necessarie per la sintesi, caratterizzazione e lavorazione dei materiali polimerici.
  • Lo studente potrà acquisire la capacità di prevedere le proprietà chimico-fisiche-meccaniche di un materiale polimerico sulla base della sua struttura chimica.
  • Lo studente potrà acquisire la capacità di progettare un materiale polimerico sulla base della sua potenziale applicazione
  • Lo studente potrà sviluppare maggiore sensibilità riguardo alle problematiche connesse con la progettazione, sviluppo ed impiego di materiali polimerici per specifiche applicazioni biomediche.
  • Lo studente potrà sviluppare maggior sensibilità riguardo alle problematiche ambientali connesse con l’utilizzo di materiali polimerici per imballaggi o come prodotti vernicianti e al loro possibile superamento mediante la progettazione ed l’utilizzo di materiali biodegradabili naturali e/o da fonti rinnovabili e lo sviluppo di una chimica ecosostenibile.
Behaviors
  • The student will gain the ability for the synthesis, characterization and processing of the polymeric materials engineered for special uses.
  • The student will be able to establish the physico-chemical and mechanical properties of a polymeric material on the basis of its chemical structure.
  • The student will gain the ability for the design of a polymeric material on the basis of its potential application. 
  • The student will become more aware of problems related to the design, development and use of polymeric materials for biomedical applications.
  • The student will become more aware of the environmental issues associated with the use of polymeric materials as packaging and varnishes and the possibility to overcome such problems by the use of biodegradable polymers of natural origin or derived from renewable sources.
Modalità di verifica dei comportamenti

L'interesse degli studenti verso gli argomenti trattati nel corso è stimolato e verificato da domande proposte dal docente
Assessment criteria of behaviors

Students' interest in the topics of the course is stimulated and verified by questions proposed by the teacher during lectures
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

E’ necessaria una approfondita conoscenza dei fondamenti della chimica macromolecolare con speciale riferimento ai metodi di sintesi dei materiali polimerici ed alle principali tecniche di caratterizzazione.
Prerequisites

It is necessary a depth knowledge of the basics of macromolecular chemistry, especially concerning the synthesis of polymer materials and their main characterization techniques.
Indicazioni metodologiche
  • Il corso è costituito da lezioni frontali
  • Le lezioni sono svolte con l’ausilio di diapositive PowerPoint
  • Il docente fa uso di ricevimenti e della posta elettronica per comunicare con gli studenti
  • Il docente fa uso del sito di elearning del corso per caricare il materiale didattico

 
Teaching methods
  • The course consists of face-to-face lectures
  • PowerPoint presentations are used for lectures
  • The teacher uses e-mails and meetings by appointment to communicate with students
  • The teacher uses the e-learning website to download PowerPoint presentations
Programma (contenuti dell'insegnamento)

I principali argomenti trattati nel corso sono riportati di seguito:

  • Classi di materiali (metallici, ceramici e polimerici), confronto proprietà chimico-fisiche e meccaniche e tecniche di lavorazione
  • Polimeri barriera
  • Tipi di membrane polimeriche, loro preparazione ed utilizzo per ultrafiltrazione, elettrodialisi, osmosi inversa e pervaporazione
  • Polimeri fluorurati di interesse industriale (sintesi e proprietà chimico-fisiche, correlazione struttura-proprietà, tecniche di lavorazione e campi di applicazione)
  • Polimeri silossanici di interesse industriale (sintesi e proprietà chimico-fisiche, correlazione struttura-proprietà e campi di applicazione)
  • Polimeri per applicazioni ambientali
    • Rifiuti e riciclo delle materie plastiche
    • Polimeri biodegradabili di origine petrolchimica, naturale e derivati da fonti rinnovabili
  • Polimeri per applicazioni biomediche
    • Cemento osseo per protesi articolari
    • Materiali polimerici in odontoiatria (otturazioni dentali)
    • Materiali polimerici per lenti a contatto
    • Materiali polimerici per suture
    • Materiali polimerici superassorbenti
    • Materiali polimerici per il rilascio controllato di farmaci
      • Metodi di sintesi di copolimeri a blocchi (polimerizzazione ionica e radicalica controllata)
      • Proprietà di auto-assemblaggio in massa ed in soluzione di copolimeri a blocchi
  • Materiali polimerici ‘intelligenti’
    • Materiali polimerici a memoria di forma
    • Materiali polimerici termoresponsivi
  • Polimeri per applicazione come prodotti vernicianti
Syllabus

The main topics discussed in the course are:

  • Classes of materials (metallic, ceramic and polymeric) and comparison of their main physico-chemical and mechanical properties and processing techniques
  • Barrier polymers
  • Main types of polymer membranes, their preparation tecniques and use for ultrafiltration, electrodialysis, reverse osmosis and pervaporation
  • Fluorinated polymers of industrial interest (synthesis and physico-chemical properties, structure-property correlation, processing techniques and application fields)
  • Siloxane polymers of industrial interest (synthesis and physico-chemical properties, structure-property correlation and application fields)
  • Polymers for environmental applications:
    • Waste and recycling of plastics
    • Biodegradable polymers of petrochemical and natural origin and derived from renewable sources
  • Polymers for biomedical applications
    • Bone cement for joint prostheses
    • Polymeric materials in dentistry (dental fillings)
    • for contact lenses
    • Polymeric materials for sutures
    • Superabsorbent polymers
    • Polymeric materials for controlled drug release
      • Block copolymers synthesis (ionic and controlled-radical polymerization)
      • Self-assembly of block copolymers in bulk and in solution
  • "Smart" polymeric materials (thermo-responsive polymers and shape memory polymers)
  • Polymer coatings as paints and varnishes
Bibliografia e materiale didattico

Libri consigliati: J.M.Tedder, A.Nechvatal, A.H.Jubb, Basic Organic Chemistry, Part 5: Industrial Products, Wiley, London (1975); K.J. Saunders, Organic Polymer Chemistry, Chapman and Hall, London (1973); Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Wiley; W. Callister Materials Science and Engineering: An Introduction (5th Edition).

Le diapositive in PowerPoint ed altro materiale scientifico integrativo saranno a disposizione dello studente
Bibliography

Recommended reading includes the following works; further bibliography will be indicated. J.M.Tedder, A.Nechvatal, A.H.Jubb, Basic Organic Chemistry, Part 5: Industrial Products, Wiley, London (1975); K.J. Saunders, Organic Polymer Chemistry, Chapman and Hall, London (1973); Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Wiley; W. Callister Materials Science and Engineering: An Introduction (5th Edition).

PowerPoint presentations and other supplementary materials will be available for the students
Indicazioni per non frequentanti

Non ci sono particolari restrizioni o ulteriori obblighi per gli studenti non frequentanti. La frequenza è consigliata, ma non obbligatoria.
Non-attending students info

There are no special restrictions or further obligations for non-attending students. Attending the course is recommended, not compulsory.
Modalità d'esame
  • L'esame è composto da una prova orale.
  • La prova orale è articolata in due parti: in una prima parte (durata media 20-30 min) lo studente espone mediante l’utilizzo di slide il contenuto di un articolo scientifico previamente fornitogli dal docente e correlato ad uno o più argomenti trattati nel corso. Nella seconda parte (durata media 40 min) vengono effettuate alcune domande riguardanti tutti gli argomenti trattati nel corso.
  • La prova orale non è superata se lo studente dimostra:
  1. di non essere in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia scientifica corretta;
  2. di non aver compreso i fondamenti dell’articolo scientifico previamente fornitogli;
  3. ripetutamente la sua incapacità di rispondere correttamente alle domande concernenti più argomenti trattati nel corso e/o di mettere in relazione parti del programma e nozioni che dovrebbe usare in modo congiunto per rispondere correttamente ad una domanda.

 
Assessment methods
  • An oral examination will be used as assessment method
  • The oral examination is divided into two parts: in a first part (15-20 min long on average), the student discusses a scientific article related to one or more topics of the course. In the second part (40 min long on average), the oral examination consists of questions concerning all the topics of the course.

 

  • The student does not pass the exam if he/she:
  1. is not able to express him/herself clearly and use correctly the scientific terminology;
  2. has not understood the fundamentals of the scientific article related to one or more topics of the course;
  3. repeatedly fails to respond properly to questions concerning all the topics of the course and/or demonstrates his/her inability to correlate different scientific subjects to properly answer to questions.

 
Updated: 15/01/2021 11:21