Hierarchical Self-Assembly and Crystallization of Block-Copolymers from Metallorganic Catalysis

Il documento esplora il self-assembly e la cristallizzazione dei copolimeri a blocchi semicristallini, evidenziando l'importanza di questi materiali nella scienza dei polimeri. I copolimeri a blocchi (BCPs) sono materiali innovativi che combinano le proprietà di catene polimeriche distinte, creando materiali con caratteristiche ibride. La loro organizzazione nello stato solido è di particolare interesse, poiché la separazione di fase si verifica quando c'è incompatibilità chimica tra i blocchi. Questo porta alla formazione di domini con geometrie e dimensioni variabili, influenzate dalla frazione di volume e dalla massa molecolare dei blocchi. La ricerca si concentra sulla possibilità di creare materiali nanostrutturati termicamente resistenti, grazie alla presenza di fasi cristalline ad alta temperatura di fusione.

Il self-assembly nei BCPs amorfi è guidato dalla formazione di morfologie che si sviluppano nel fuso e vengono intrappolate dalla vitrificazione. Nei BCPs semicristallini, la struttura finale è il risultato della competizione tra la microseparazione di fase e la cristallizzazione. Questo interplay genera una ricchezza morfologica e complessità cinetica. La possibilità intrinseca di creare una 'struttura all'interno di una struttura' attraverso lo sviluppo di morfologie gerarchiche di nanoelementi rende questi sistemi estremamente interessanti. La ricerca si propone di esplorare le proprietà di self-assembly di una nuova classe di BCPs semicristallini, ottenuti tramite catalisi metallorganica.

La caratterizzazione strutturale e morfologica dei BCPs semicristallini è stata effettuata a diverse scale di lunghezza. La prima classe di BCPs studiata consiste in copolimeri a blocchi di tipo di-blocco, in cui un blocco cristallino di polietilene (PE) è legato a blocchi amorfi. La caratterizzazione ha rivelato che questi campioni cristallizzano nella forma ortorombica del PE, con un indice di cristallinità che diminuisce con la frazione di massa del blocco di PE. L'analisi DSC ha mostrato che la fusione dei cristalli di PE avviene in un intervallo di temperatura di 100-120°C. Questi dati indicano che la cristallizzazione del PE avviene da un fuso microfase separato, evidenziando l'importanza della progettazione dei materiali per applicazioni specifiche.

La caratterizzazione meccanica dei BCPs ha rivelato comportamenti meccanici variabili a seconda della lunghezza relativa dei blocchi di PE e PHD. Modificando la frazione di massa di uno dei due blocchi, è possibile progettare materiali con proprietà su misura, da plastomeri rigidi a materiali altamente flessibili. La resistenza termica è garantita dalla presenza del blocco cristallino di PE. Lo studio delle variazioni strutturali durante la deformazione ha mostrato che l'orientamento dei cristalli di PE aumenta con la lunghezza relativa dei blocchi. Questi risultati hanno implicazioni significative per lo sviluppo di materiali avanzati in applicazioni industriali, dove le proprietà meccaniche e termiche sono cruciali.