Progettazione e sintesi di silsesquiossani oliedrici multifunzionali per compositi polimerici innovativi termicamente stabili (Titolo progetto nazionale)Indagini EXAFS e reazioni di deidrogenazione ossidativa su Me-POSS eterogeneizzati per la caratterizzazione dei loro siti attivi e del meccanismo di azione quali ritardanti di fiamma (Titolo progetto UdR UNINSUBRIA)

Il presente progetto è focalizzato alla progettazione e preparazione di silsesquiossani oligomerici poliedrici (POSS) a gabbia cubica e di loro derivati contenenti metalli di transizione (Me-POSS) con potenziale attività catalitica. La gabbia silicea di questi composti molecolari conterrà gruppi funzionali reattivi in grado di dare luogo a veri e propri sistemi ibridi con matrici polimeriche (polistirene e poliammide 6) o ossidiche (silici e alluminosilicati). I materiali sviluppati nel progetto saranno: i) POSS e Me-POSS con gruppi polimerizzabili per la preparazione di polimeri ibridi inorganici/organici, mediante polimerizzazioni in-situ. Il risultato sarà la formazione di sistemi polimerici compositi nanostrutturati contenenti centri catalitici altamente dispersi; ii) Nanocompositi polimerici, attraverso una miscelazione di silsesquiossani con polimeri allo stato fuso; iii) Me-POSS dispersi su substrati ossidici amorfi o ordinati ad acidità variabile e con struttura a porosità modulata o lamellare. iv) Nanocompositi polimerici contenenti Me-POSS dispersi su matrici ossidiche preparati sia per miscelazione da fuso che per polimerizzazione in-situ. I materiali preparati, ovvero le fasi singole, i sistemi ibridi e i nanocompositi polimerici e ossidici, verranno caratterizzati (prima e dopo processi di degradazione termica e combustione) in modo approfondito con tecniche spettroscopiche (FTIR; Raman, UV-Vis-NIR, Fotoluminescenza, SS-NMR, EXAFS e XPS), diffrattometriche (XRD di polveri e di cristallo singolo), con le microscopie elettroniche HRTEM e SEM e con tecniche computazionali (ab inizio e QM/MM). Le informazioni strutturali ricavate con un così vasto approccio multidisciplinare, sono essenziali per un'approfondita conoscenza dell'origine delle caratteristiche di rinforzo e delle proprietà di ritardo di fiamma dei nanocompositi (o ibridi) polimerici e dell'attività catalitica dei nanocompositi ossidici. La stabilità termica e il comportamento alla combustione verranno valutati mediante TGA-FTIR, LOI, Cono Calorimetro, test UL-94. L'attività catalitica dei Me-POSS che si intende progettare e valutare riguarda le reazioni di deidrogenazione ossidativa (ODH) di idrocarburi saturi e composti aromatici, che durante la combustione di materiali compositi polimerici portano alla formazione di strutture carboniose (pseudo grafitiche) altamente stabili, ritenute responsabili, insieme a fasi ceramiche ottenute dalla trasformazione degli additivi inorganici, del ritardo di fiamma. La conoscenza delle metodologie sintetiche, le informazioni derivanti dallo studio sperimentale e il modeling computazionale delle proprietà e della reattività dei materiali preparati potrà portare in futuro, alla progettazione guidata dalla conoscenza (knowledge-driven design) di materiali ibridi e di sistemi catalitici dalle caratteristiche innovative. Sarà possibile, ad esempio, progettare nanocompositi polimerici con proprietà di ritardo alla fiamma simili (o migliori) di quelle che attualmente si ottengono usando come additivi composti alogenati altamente tossici, assieme a sistemi catalitici altamente efficienti per reazioni di chimica fine. Si tratta dunque di un progetto di ricerca di base a carattere multidisciplinare, che potrà avere importanti ricadute applicative dato il notevole interesse tecnologico dei materiali innovativi oggetto di studio. Considerata la complessità dei materiali che si intendono sviluppare, il progetto prevede la partecipazione di cinque gruppi di ricerca strettamente coordinati, che hanno consolidate e distinte competenze nelle aree di interesse al progetto. Le unità di ricerca sono state selezionate per le pregresse esperienze di collaborazione, avendo già dimostrato un'ottima capacità di lavorare in modo sinergico e intercorrelato. Questi requisiti garantiscono un elevato grado di successo per l'acquisizione di conoscenze teoriche, sperimentali e applicative approfondite dei materiali innovativi proposti.