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TECNICHE DI CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI POLIMERICI - Coggle Diagram

- - - - tecniche non invasive, non alterano le proprietà dei materiali. Possono essere ad assorbimento, di emissione, di scattering
        
        onde radio: --> NMR --> transizioni nucleari
        
        microonde --> EPR --> transizioni rotazionali
        
        infrarosso --> IR --> trans. vibrazionali
        
        uv-visibile --> transizioni elettroniche
        
        raggi x --> XRD e XPS --> diffrazione
        
        raggi gamma --> Mossbauer
        
        NMR
        
        analisi qualitativa e quantitativa, ad elevata sensibilità.
        il campione va magnetizzato e poi si applica la radiofrequenza, si analizzano infine le transizioni nucleari.
        è una spettroscopia di assorbimento.
        i nuclei atomici che interagiscono sono caratterizzati da momento angolare nucleare e da un numero di dispari di protoni/neutroni/entrambi.
        il vettore momento angolare dipende dal numero quantico di spin nucleare (l), da cui calcolo quanti orientamenti può assumere il vettore nel campo magnetico= 2l + 1.
        più l'abbondanza naturale di un determinato isotopo è elevata più si avranno spettri puliti e delineati.
        i campioni sono allo stato liquido, vengono solubilizzati in un solvente (deuterato).
        quello che si va a studiare è il segnale di decadimento (FID), ossia come i nuclei atomici recuperano il loro orientamento iniziale dopo che è cambiato per la radiofrequenza (è un segnale di intensità nel tempo, applicando la tras. fourier si ottiene uno spettro intensità-frequenza).
        questa tecnica rileva anche informazioni riguardo l'environment chimico.
        il FID reale si chiama interferogramma; i valori sono strumento-dipendenti, per eliminare questa variabilità gli spettri vengono riportati in intensità-chemical shift:
        chemical shift= (f.campione-f.riferimento)/f.spettrometro * 10^6
        il riferimento tiene conto dell'effetto schermante dei nuclei atomici vicini (è una molecola addizionata al campione).
        il numero dei picchetti è quindi pari a n+1 dove n sono il numero di protoni vicini
        
        strumentazione
        
        magneti superconduttori, al cui interno ho:
        
        probe (dove metto il campione)
        
        bobine di shimming (rende il campo magnetico uniforme)
        
        spinneret (mette in rotazione il campione, evita disuniformità)
        
        IR
        
        tecnica di assorbimento meno informativa della NMR, è un' analisi qualitativa (al più semi-quantitativa).
        lavora nel medio e lontano infrarosso (4000-400 cm^-1).
        la radiazione è policromatica , se c'è interazione il raggio uscirà con intensità minore.
        i dati vengono graficati in due modi: sull'asse x il numero d'onda, sull'asse y la trasmittanza(picchi verso il basso) o l'assorbanza(picchi verso l'alto):
        T=I/Io A=log(1/T)
        i nuclei possono vibrare in diversi modi: stretching (simmetrico/asimettrico), bending (scissoring/rocking/wagging/twisting).
        nello spettro infrarosso sono informative: la posizione del picco,l'intensità e la forma.
        la fingerprint dei materiali è una zona ad altissima ricchezza di picchi, serve a distinguere i materiali.
        con l'interferometro di Michelson è stato possibile eliminare il monocromatore.
        per prima cosa si analizza il background, poi il campione (segnale + backgroung), il software restituisce lo spettro pulito.
        
        trasmissione
        
        la radiazione attraversa completamente il campione (analisi in massa).
        i campioni sono in forma di pastiglie, mischiando polveri del materiale da analizzare e bromuro di potassio (trasparente all'infrarosso).
        è un'analisi a perdere
        
        ATR
        
        riflettanza totale attenuata
        l'analisi è superficiale.
        c'è un cristallo ad alto indice di rifrazione che viene posto a contatto con il campione, che permette al raggio di interagire con il campione in diversi punti.
        il campione non è a perdere
        
        chemical imaging
        
        analisi non di tipo puntuale, ma di regioni più grosse.
        ciò che si ottiene è una mappatura a contrasto di colori in cui si registra lo spettro infrarosso per ogni quadretto.
        serve a valutare l'uniformità dei campioni
        
        XPS
        
        fornisce informazioni sulla composizione chimica superficiale. è non distruttiva e si basa sull'effetto fotoelettrico; ovvero vengono strappati elettroni di core.
        è una tecnica qualitativa e quantitativa, altamente sensibile e versatile.
        i campioni sono solidi o polveri molto compattate, poichè la camera è in condizioni di alto vuoto (spinto).
        gli elettroni di core strappati devono attraversare pochi nanometri di materiale prima di essere liberati nella camera, questo comporta una perdita di energia, vengono poi analizzati passando attraverso un selettore di energia.
        si ottiene spettro con in ordinata l'intensità e in ascissa l'energia di legame; la zona dello spettro di interesse è quella centrale (a sinistra ci sono effetti dovuti a elettroni di valenza, a destra picchi di emissione auger)
        si possono distinguere tutti gli elementi chimici tranne idrogeno
- - - - DSC
        monitora la differenza di calore assorbito o rilasciato da un campione rispetto a un riferimento (crogiolo vuoto), per mantenerli alla stessa temperatura.
        se avviene una transizione termica nel campione si verifica uno sbilanciamento nella quantità di calore necessario, quindi a livello di termogramma (flusso di calore in realzione alla temperatura) compaiono punti di flesso.
        la temp. di transizione vetrosa la prendo nei punti di flesso , quella di fusione e cristall. nei massimi e minimi.
        si basa su 3 cicli termici: nel primo riscaldamento elimino la storia termomeccanica del campione, poi lo raffreddo per riscaldarlo nuovamente.
        
        TGA
        monitora la variazione di massa del campione sottoposto a variazioni di temperatura o nel tempo a temperatura costante.
        in ordinata il peso espresso in percentuale e in ascissa la temperatura (o il tempo se è a temp. costante)
        si analizza anche la derivata del termogramma TGA, poichè presenta tanti picchi quanti sono gli step degradativi, il suo punto massimo indica la temperatura in cui è massima la velocità di degradazione.
- - - - in uscita le catene son in ordine di volume idrodinamico decrescente, esso è correlato al peso molecolare. la colonna presenta beads con porosità che deviano le catene polimeriche più piccole
        
        detectors
        
        detectors di concentrazione
        
        detectors di viscosità
        
        detectors di light scattering
        
        calibrazione
        i detectors si accoppiano:
        
        light scattering + conc. -> peso molecolare assoluto
        
        conc (+ viscosità) -> peso molecolare relativo
        
        detezione tripla
        
        calibrazione convenzionale: porta a vedere uno stesso polimero con pesi molecolari diversi a seconda della calibrazione, si costruisce con detectors di conc.
        si ottengono in uscita intensità del segnale e volume/tempo di eluizione (elugramma).
        si comprano degli standard di peso molecolare noto e si ottiene l'elugramma, si ricava il log(peso molecolare) in funzione del vol/tempo di eluizione.
        calibrazione universale: si costruisce combinando detectors di conc e viscosità; anche qui si usano degli standard, ma la curva di calibrazione mette in relazione log(viscosità) con il tempo/vol di eluizione
        viscosità intrinseca= visc. rel./conc.
        volume idrodinamico= visc. intr. * peso mol.
        la curva di calibrazione è sempre la stessa