Vi è un crescente bisogno di materiali, facilmente riciclabili, in grado di soddisfare prestazioni sempre più avanzate e specializzate. Le poliolefine, prodotte da idrocarburi insaturi tramite catalizzatori a base di metalli di transizione, posseggono i requisiti per uno sviluppo sostenibile. L'avvento dei sistemi catalitici metallocenici consente di preparare nuovi materiali polimerici non sintetizzabili con i tradizionali catalizzatori Ziegler-Natta: una nuova classe di macromolecole è rappresentata dai copolimeri delle cicloolefine (COC).
La presenza di strutture cicliche ostacola la mobilità della catena polimerica che viene così ad assumere una rigidità adatta per applicazioni "engineering materials". Le unità etileniche (E) in catena consentono di modulare tale rigidità e di ottenere materiali ad altissime prestazioni. TOPAS® (Ticona) è una famiglia di COC, a base di norbornene (N), completamente amorfi con eccellente trasparenza, alte temperature di transizione vetrosa (Tg), bassa permeabilità all'acqua, resistenza chimica, birifrangenza e costante dielettrica. Tali proprietà rendono TOPAS® ideale come "collante" del toner per stampanti laser, lenti, film-barriera per packaging e confezionamento di medicinali, materiale medicale, ecc.
Le proprietà dei materiali a base di COC dipendono dalla loro struttura morfologica, influenzata in larga misura dalla microstruttura e dalla stereoregolarità della catena. Da ciò nasce un vivo interesse della ricerca, anche industriale, a chiarire: la microstruttura dei COC, soprattutto mediante la spettroscopia NMR; le relazioni tra struttura dei catalizzatori e struttura dei copolimeri; le relazioni tra quest'ultima e le proprietà chimico-fisiche.
In questo campo l'ISMAC ha svolto un intenso lavoro chimico e chimico-fisico e ha dato contributi d'avanguardia: nell'assegnazione degli spettri 13C NMR dei copolimeri E-N, combinando il confronto tra spettri di copolimeri sintetizzati con diversi catalizzatori con l'uso di particolari tecniche NMR e metodi computazionali per correlare conformazione e spettri NMR e per il calcolo ab initio dei chemical shift; nel chiarimento della microstruttura dei COC a livello di tetradi stereochimiche; nello studio dei meccanismi e della cinetica di copolimerizzazione; nella preparazione e caratterizzazione di copolimeri ramificati per migliorare le proprietà reologiche e la processabilità.
Attualmente sono in corso calcoli di dinamica molecolare per stabilire correlazioni tra proprietà, come Tg, e composizione e microstruttura dei polimeri.
I risultati hanno contribuito e contribuiranno a sviluppare nuovi e più efficienti sistemi catalitici per la polimerizzazione di olefine con nuove architetture molecolari per applicazioni "ingegneristiche," economicamente ed ecologicamete sostenibili.
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