• compositi
• copolimeri aggraffati
• elettrolisi acqua
• membrane a scambio anionico
• network interpenetrati ibridi inorganici organici

Il lavoro di tesi si concentra sulla sintesi e caratterizzazione di polimeri a base di vinilbenzil cloruro (VBC) aggraffati all’SBS, un elastomero termoplastico commerciale. L’aggraffaggio delle catene polimeriche è stato effettuato attraverso il grafting from condotto mediante diversi approcci sintetici, ovvero la polimerizzazione radicalica convenzionale e la polimerizzazione mediata da nitrossidi (NMP). In particolare, variando i parametri sperimentali, come tempo di reazione, concentrazione dei reagenti e rapporto monomero/TEMPO, sono stati sintetizzati polimeri aggraffati del VBC, con un contenuto in moli di VBC (grado di funzionalizzazione) compreso tra 5 e 15%, e copolimeri aggraffati statistici e a blocchi dello stirene e del VBC, con grado di funzionalizzazione pari a 5-10% per i primi e a 2-5% per i secondi. Le proprietà chimico-fisiche dei copolimeri ottenuti con i vari approcci sintetici sono state comparate.
I copolimeri sono stati utilizzati per la preparazione di film mediante deposizione da soluzione (casting solution). Con lo scopo di aumentare la resistenza meccanica e ridurre l’assorbimento di acqua della membrana, alcuni film polimerici sono stati reticolati nello stadio di casting mediante l’uso di una diammina.
Le membrane ibride organiche/inorganiche sono state ottenute mediante i) dispersione di nanoparticelle di silice idrofobizzata nella soluzione polimerica e ii) sintesi in situ via reazione sol-gel di un reticolo di silice o silice modificata con gruppi alchilici in presenza del film polimerico, con conseguente formazione di un network semi-interpenetrato. In quest’ultimo caso, sono state individuate le condizioni migliori in termini di natura chimica del precursore alcossisilanico, sua concentrazione, tipo di solvente e grado di idrofilia del film, al fine di ottenere una buona dispersione e compatibilità chimica tra il reticolo inorganico e la matrice polimerica.
Per tutti i film preparati, le funzionalità clorometileniche delle unità di VBC del copolimero sono state convertite in modo quantitativo in gruppi di ammonio quaternario mediante reazione di amminazione con trimetilammina (TMA).
Le prove meccaniche confermavano la natura elastomerica delle membrane, il cui modulo di Young, carico e deformazione a rottura variavano fortemente in base all’approccio sintetico adottato, alla presenza o meno della componente inorganica ed alla reticolazione o meno del film con diammina. Le membrane sono state testate mediante prove elettrochimiche. In generale, queste esibivano un’elevata conducibilità ionica nella forma HCO3- (compresa fra 4 e 13 mS/cm), paragonabile o maggiore rispetto a quella del benchmark. L’incorporazione dello stirene all’interno della catena aggraffata e la reticolazione con diammina del film polimerico ha permesso la riduzione del crossover di idrogeno attraverso la membrana da 8 mL min-1cm-2μm-1, per i copolimeri ottenuti da VBC e amminati con TMA, a 4-5 mL min-1cm-2μm-1, per i copolimeri contenenti unità stireniche nelle catena laterali aggraffate sull’SBS e reticolati con diammina.
Le membrane, alla luce delle prove condotte, si sono rivelate adatte all’applicazione in celle di elettrolisi dell’acqua e per questo è stata condotta una prova preliminare in un elettrolizzatore con membrana a scambio anionico, a 51-52 °C in presenza di una soluzione acquosa di KOH 1% in peso. Tuttavia, a causa della scarsa resistenza meccanica nelle condizioni di esercizio, le membrane hanno mostrato una scarsa durabilità di circa 4 ore.