Copolimeri statistici di p-vinilfenolo e metilmetacrilato per la compatibilizzazione di miscele polimeriche

I biopolimeri, al centro dell’attenzione del mondo scientifico, non sempre presentano caratteristiche paragonabili a quelle dei polimeri tradizionali quindi una tecnica molto diffusa che si pone l’obiettivo di migliorare le loro proprietà è il blending. Tuttavia, dalla miscelazione due polimeri possono risultare miscibili, parzialmente miscibili o immiscibili. Nel caso in cui fossero immiscibili una pratica comune è quella di aggiungere un compatibilizzante con l’obiettivo di ridurre le tensioni interfacciali, stabilizzare la morfologia e migliorare le proprietà. Nello specifico PLA e PCL, immiscibili tra loro, presentano proprietà notevoli quindi il nostro contributo si inserisce in quest’ambito con l’obiettivo di progettare e sintetizzare nuovi compatibilizzanti, copolimeri statistici, composti da due unità monomeriche diverse da quelle che costituiscono il blend, tuttavia affini ognuna ad una delle due fasi. Al fine di studiare le loro potenziali attività compatibilizzanti i copolimeri sono stati aggiunti al blend PLA/PCL e sono state studiate le proprietà risultanti mediante analisi termiche, strutturali e morfologiche.

Sintesi e caratterizzazione di materiali polimerici water-soluble per applicazioni nel campo del fotovoltaico organico

The need to use renewable energy sources, due to the massive production of pollution for the energy production, has led to the development of new technologies for the use of solar energy. The purpose of this thesis project is to synthesize and characterize new thiophene-based polymeric materials processable in water, a green solvent, for the construction of organic solar cells, promising and versatile devices used for the production of electric energy. For this, a highly regioregular polymer was synthesized through GRIM polymerization (Grignard Metathesis Polymerization) on which a study was performed to identify the optimal reaction time.

Sintesi, caratterizzazione e nano-strutturazione di politiofeni e loro applicazione in celle solari

Negli ultimi decenni i polimeri coniugati, grazie alla loro peculiarità di essere dei semiconduttori organici, hanno attirato l’attenzione della ricerca scientifica, e tra questi composti rientrano i politiofeni. Versatilità, robustezza chimica strutturale e fluorescenza sono alcune delle proprietà che caratterizzano tali composti e che hanno permesso di esplorare nuovi materiali da un punto di vista scientifico e tecnologico. Recentemente molto interessanti sono risultate essere le nanoparticelle politiofeniche poiché permettono di modulare le proprietà chimico-fisiche dei relativi polimeri, ampliandone le potenzialità a trovare applicazione in molteplici dispositivi elettronici, tra cui le celle solari (CS) organiche. Infatti, molto attivo è l’interesse della comunità scientifica per ottimizzare questi dispositivi ricercando nuovi prodotti che soddisfino diversi requisiti, come riduzione dell’impatto ambientale, la facilità di preparazione e compatibilità con substrati flessibili. In tale contesto, uno degli obiettivi della ricerca attualmente si focalizza sulla preparazione di nuovi accettori da usare in CS organiche alternativi ai derivati fullerenici, i quali presentano diversi svantaggi. Alla luce dei più recenti risultati si è visto che i politiofeni push-pull, caratterizzati dall’alternanza di gruppi accettori (A) e gruppi donatori (D), hanno una notevole potenzialità a rimpiazzare tali materiali e ad essere usati come accettori non-fullerenici. Infatti, questi hanno permesso di ottenere buoni risultati in termini di conversioni ed efficienze delle celle fotovoltaiche. Lo scopo di questo lavoro di tesi è sintetizzare sei nuovi polimeri a base tiofenica (quattro con sequenza A-D e due con sequenza A-A) per studiarne le possibili applicazioni come materiali accettori non-fullerenici e la loro organizzazione in strutture ordinate di nanoparticelle.

Studio e sintesi di politiofeni water-soluble contenenti gruppi elettron donatori e accettori in catena principale

Il progressivo esaurimento delle risorse fossili e l’incremento delle problematiche ambientali legate al rilascio di gas serra contribuiscono alla ricerca e all’utilizzo di fonti energetiche alternative. In questo scenario, i dispositivi fotovoltaici organici (OPVs) rappresentano uno dei modi più affascinanti e promettenti per trasformare l’energia solare, una riserva energetica potenzialmente inesauribile, a costo nullo e non inquinante, in energia elettrica. Materiali organici utilizzabili in questi dispositivi sono i polimeri π-coniugati. In quest’ottica, il lavoro è stato focalizzato sulla preparazione di due nuovi polimeri: il primo, contenente unità elettron-donatrici e accettrici in catena principale, ottenuto via polimerizzazione ossidativa in presenza di FeCl3 e successivamente post-funzionalizzato con tributilfosfina per renderlo ionico e idrosolubile; il secondo, a base di politiofene non ionico ma polare, avente funzionalità eteree nelle catene laterali, preparato sfruttando il metodo GRIM. Questi materiali sono stati caratterizzati mediante analisi spettroscopiche e verranno successivamente testati all’interno di celle solari fotovoltaiche organiche aventi configurazione SMOSCs (il primo) e BHJ (il secondo).

Studio dell’effetto di stabilizzanti polimerici su catalizzatori di oro nanostrutturati

Negli ultimi anni ha riscosso particolare interesse l’utilizzo di nanoparticelle metalliche nella catalisi per via delle loro eccellenti proprietà. Le limitazioni al loro utilizzo sono connesse alla complessità della loro sintesi a causa dei molteplici parametri che possono influenzare le proprietà e la morfologia del sistema finale. Recenti studi hanno permesso di individuare la possibilità che polimeri con opportune caratteristiche possano influenzare sia la morfologia che l’attività catalitica dei catalizzatori nanostruturati. Queste ricerche hanno aperto alla possibilità di controllare le proprietà delle nanoparticelle attraverso la sintesi di macromolecole con specifiche caratteristiche. Nel corso dell’attività di tirocinio si è studiato come il peso molecolare e la natura dello stabilizzante polimerico influenzino le dimensioni e l’attività delle nanoparticelle d’oro in termini di conversione ed accessibilità dei siti attivi del catalizzatore attraverso la reazione di riduzione del 4-nitrofenolo. Si sono confrontati risultati ottenuti da nanoparticelle sintetizzate utilizzando come stabilizzante campioni a differente peso molecolare di poli-etilenglilcole, poli-vinilammina e poli-vinilalcol.

Sintesi e caratterizzazione di catalizzatori a base di nanoparticelle di oro per l'ossidazione dell'HMF

L’uso di molecole stabilizzanti (polimeri, surfattanti o leganti organici) nel corso della sintesi di nanoparticelle in sospensione è fondamentale per permettere il controllo della dimensione della fase attiva e per evitare l’aggregazione dei colloidi nella fase di sintesi e deposizione del sol metallico sul supporto. Nonostante questo, molto spesso, l’effetto dello stabilizzante non è solo quello di modificare le proprietà morfologiche (ad esempio la dimensione) delle nanoparticelle supportata ma anche di cambiare l’interazione della fase attiva con i reagenti dal punto di vista elettronico e diffusionale. La messa a punto di metodologie di sintesi controllate ed efficaci è molto importante. Le tecniche di sintesi utilizzate per la preparazione di catalizzatori a base di metalli nanostrutturati sono innumerevoli, ma una metodologia particolarmente interessante, che garantisce piccole dimensioni delle nanoparticelle ed un’elevata distribuzione del metallo sul supporto, è la tecnica della sol-immobilization. In questo lavoro di tesi è stato studiato come il tipo e la quantità di stabilizzante influisce sulla dimensione della nanoparticella e sull’attività catalitica del catalizzatore, usando come reazione modello l’ossidazione selettiva dell’5-idrossimetilfurfurale (HMF) ad acido 2,5 furandicarbossilico (FDCA).

Caratterizzazione di terpolimeri EP(D)M nell'ottica dell'Easy Processing

Lo scopo di questa tesi è la caratterizzazione di prodotti EPDM CLCB a confronto con i corrispondenti polimeri lineari di riferimento tramite tecnica GPC al fine di valutarne le differenze strutturali e determinare, tramite test di processabilità e fisico-meccanici, l’effetto che la diversa struttura provoca sul comportamento finale delle mescole, dove per mescole si intende l’insieme del polimero e di tutti gli additivi necessari che vengono miscelati formando il materiale finale.

Building Information Modeling e Maintenance Management: il caso del Pro-GET-onE

La tesi ha come obiettivo quello di analizzare l’evoluzione del settore della manutenzione edilizia e del cambiamento della politica manutentiva in relazione ai progressi portati dai nuovi strumenti informatici: facendo quindi riferimento ad uno specifico caso di studio e integrando l’utilizzo di software BIM, lo scopo è stato quello di programmare un life cycle adeguato. La prima parte della tesi delinea il cambiamento del quadro normativo dell’ambito della manutenzione e definisce lo stato dell’arte della pratica manutentiva, sia dal punto di vista tecnico e applicativo, ma anche da quello gestionale ed economico, con particolare riferimento al Maintenance Management. Nella seconda parte viene invece approfondito il caso studio di uno studentato di Atene facente parte del programma ProGETonE, definendo gli elementi che possono portare ad una corretta gestione del ciclo di vita di questo fabbricato: l’analisi parte da un approccio tradizionale, basato sul computo metrico e sulla PBS, ma si sviluppa e completa attraverso l’utilizzo di Revit e Mantus-P, con la relativa stesura finale di un piano di manutenzione. Questo processo ha portato ad evidenziare le differenze e i vantaggi che si possono trarre dal cambio di prospettiva e di strumenti nell’ambito della manutenzione edilizia.

Sintesi e caratterizzazione di micelle polimeriche stabilizzate da un rivestimento di polidopamina

Questa tesi presenta la sintesi di un copolimero a blocchi successivamente funzionalizzato per ottenere le caratteristiche necessarie alla formazione di micelle con l’obbiettivo di un futuro impiego nel campo del drug delivery. Si è cominciato con la sintesi del copolimero poli(glicidil metacrilato)-block-poli(metil metacrilato) mediante tecnica di polimerizzazione radicalica controllata RAFT al fine di ottenere una distribuzione di peso molecolare e polidispersità definite.La funzionalizzazione del copolimero ottenuto tramite uno specifico nucleofilo, la morfolina, fornisce una nuova molecola (PHMPMA-b-PMMA) con caratteristiche anfifiliche e capace di autoassemblarsi in micelle polimeriche. Le micelle così ottenute sono state ulteriormente stabilizzate fisicamente mediante la reticolazione di polidopamina (PDA) sulla superficie esterna della micella e quindi analizzate mediante varie tecniche analitiche (UV-Vis; IR; TGA) per correlare il grado di reticolazione finale alla quantità di dopamina aggiunta in soluzione.

Innovation Diffusion and Biostimulant knowledge in Moroccan agriculture

Our study focused on Morocco investigating the dissemination of PBs amongst farmers belonging to the first pillar of the GMP, located in the Fès-Meknès region. As well as to assess how innovation adoption is influenced by the network of relationships that various farmers are involved in. We adopted an “ego network” approach to identify the primary stakeholders responsible for the diffusion of PBs. We collected data through “face-to-face” interviews with 80 farmers in April and May 2021. The data were processed with the aim of: 1) analysing the total number of main and specific topics discussed between egos and egos’ alters regarding the variation of some egos attributes; 2) analysing egos’ network characteristics using E-Net software, and 3) identifying the significant variables that influence farmers to access knowledge, use and reuse of PBs a Binary Logistic Regression (LR) was applied. The first result disclosed that the main PBs topics discussed were technical positioning, the need to use PBs, knowledge of PBs, and organic PBs. We noted that farmers have specific features: they have a high school diploma and a bachelor's degree; they are specialised in fruits and cereals farming, and they are managers and members of a professional organisation. The second result showed results of SNA: 1) PBs seem to become generally a common argument for farmers who have already exchanged fertiliser information with their alters; 2) we disclosed a moderate heterogeneity in the networks, farmers have access to information mainly from acquaintances and professionals, and 3) we revealed that networks have a relatively low density and alters are not tightly connected to each other. Farmers have a brokerage position in the networks controlling the flow of information about the PBs. LR revealed that both the farmers’ attributes and the networks’ characteristics influence growers to know, use and reuse PBs.

Influence of application mode of universal adhesives on bond strength performances and enzymatic activity of coronal and radicular dentin

Objective: The aims of this thesis were to analyze the application mode of the universal adhesives (UA) and to give instructions for clinical procedures. The etching mode of UA on the bond strength to dentin and on the risk of retention, marginal discoloration, marginal adaptation and post-operative sensitivity (POS) was analyzed by two systematic reviews. Three in vitro studies were conducted: 1) evaporation mode of a UA on coronal dentin; 2) cementation approach on radicular dentin; 3) adhesion of metal brackets to enamel. Materials and methods: Two systematic review were conducted firstly, then in vitro study to investigate the evaporation mode in presence or not of pulpal pressure by means of μTBS, and the enzymatic activity using in situ zymography, at T0 and T6. The cementation of a fiber into radicular dentin with different resin-cements was studied, by push-out bond strength evaluation. Orthodontic brackets were cemented according to 4 adhesive protocols and shear bond strength test was conducted. Two adhesive removal techniques were evaluated, and spectrophotometry was used. Results: The probability of POS occurrence was less in SE. SEE approach seems to perform better than SE. Air-drying resulted in higher μTBS. Suction-evaporation, aging and ER mode increased MMPs activity. Differences in NL expression were present at T0 for fiber post study, and the aging produced an increase in marginal infiltration. Brackets cemented with new universal cement with previous etchant application showed good μTBS values. Conclusion: SEE performed better than SE and TE with UA in terms of uTBS. Evaporating with air-drying is better for UA in terms of uTBS and enzymatic activity. Aging and choice of resin cement for cementation of fiber posts influenced the PBS. Brackets cementation with a new resin- cement seems to offer the highest bond strength and leaves more cement remnants after the bracket removal.

Transition Matters. Il ruolo del designer nella transizione sostenibile e circolare dei materiali polimerici

La ricerca indaga il ruolo del designer nella transizione sostenibile e circolare all’uso di materiali polimerici. Nel contesto contemporaneo la plastica è utilizzata in quasi ogni settore merceologico ma la sua futura applicazione è messa in forte discussione a causa dei visibili impatti ambientali del suo uso irresponsabile. Un passaggio netto dalla totale dipendenza alla liberazione dei polimeri è difficile; è necessario un periodo di transizione che permetta di coesistere responsabilmente con i polimeri in attesa di trovare dei validi sostituti. L’obiettivo della ricerca è lavorare su questo periodo ponendo il designer e le sue competenze come soggetti chiave del movimento. La tesi di ricerca propone un approccio per calare le pratiche del Transition Design nella progettazione di sistemi-prodotto, nutrendosi degli attributi anticipatori dell’Advanced Design e puntando agli obiettivi del Circular Design, lavorando a partire dalle merci più critiche nel contesto contemporaneo: quelle in polimero fossile non riciclabile. Contributo della tesi è la figura del Transition Matter Designer, un progettista di transizioni dei materiali che prevede metamorfosi di sistemi-prodotto nel tempo grazie alle sue competenze a diverse scale del progetto: forma l’utente agli atteggiamenti circolari e sostenibili, caratterizza i materiali per individuarne nuovi usi, seleziona i processi produttivi adatti a prevenire scarti e ne anticipa i cicli di vita nei prodotti. I Knitted Fasteners sono il risultato della simulazione del lavoro del Transition Matter Designer nel tessile: un sistema di elementi di fissaggio, personalizzabili dallo stilista e integrati negli abiti a maglia, che permettono di eliminare l’uso di fashion fasteners in plastica e metallo, elementi che rendono difficile il riciclo dei capi. Dalla sperimentazione è emerso il modello concettuale della Transindustrial Production: un lavoro di collaborazione fra Transition Matter Designer e creativo per dare identità ai materiali polimerici circolari attraverso l’ibridazione fra artigianato e industria, tipico del Made in Italy.

Innovative photoresponsive materials & supramolecular structures

This thesis focuses on two main topics: photoresponsive azobenzene-based polymers and supramolecular systems generated by the self-assembly of lipophilic guanosines. In the first chapters describe innovative photoresponsive devices and materials capable of performing multiple roles in the field of soft robotics and energy conversion. Chapter 2 describes a device obtained by coupling a photoresponsive liquid-crystalline network and a piezoelectric polymer to convert visible light into electricity. Chapter 3 deals with a material that can assume different shapes when triggered by three different stimuli in different environments. Chapter 4 reports a highly performing artificial muscle that contracts when irradiated. The last two chapters report on supramolecular structures generated from functionalized guanosines dissolved in organic solvents. Chapter 6 illustrates the self-assembly into G-quadruplexes of 8- and 5’-functionalized guanosines in the absence of templating ions. Chapter 7 describes the supramolecular structure generated by the assembly of a lipophilic guanosine in the presence of silver cations. Chapter 6 is reproduced from an already published paper, while the other chapters are going to be submitted to different journals in a couple of months.

New biomaterials for packaging: a green approach to biopolymers and biocomposites

The impellent global environmental issues related to plastic materials can be addressed by following two different approaches: i) the development of synthetic strategies towards novel bio-based polymers, deriving from biomasses and thus identifiable as CO2-neutral materials, and ii) the development of new plastic materials, such as biocomposites, which are bio-based and biodegradable and therefore able to counteract the accumulation of plastic waste. In this framework, this dissertation presents extensive research efforts have been devoted to the synthesis and characterization of polyesters based on various bio-based monomers, including ω-pentadecalactone, vanillic acid, 2,5-furan dicarboxylic acid, and 5-hydroxymethylfurfural. With the aim of achieving high molecular weight polyesters, different synthetic strategies have been used as melt polycondensation, enzymatic polymerization, ring-opening polymerization and chain extension reaction. In particular, poly(ethylene vanillate) (PEV), poly(ω-pentadecalactone) (PPDL), poly(ethylene vanillate-co-pentadecalactone) (P(EV-co-PDL)), poly(2-hydroxymethyl 5-furancarboxylate) (PHMF), poly(ethylene 2,5-furandicarboxylate) (PEF) with different amount of diethylene glycol (DEG) unit amount, poly(propylene 2,5-furandicarboxylate) (PPF), poly(hexamethylene 2,5-furandicarboxylate), (PHF) have been prepared and extensively characterized. To improve the lacks of poly(hydroxybutyrate-co-valerate) (PHBV), its minimal formulations with natural additives and its blending with medium chain length PHAs (mcl-PHAs) have been tested. Additionally, this dissertation presents new biocomposites based on polylactic acid (PLA), poly(butylene succinate) (PBS), and PHBV, which are polymers both bio-based and biodegradable. To maintain their biodegradability only bio-fillers have been taken into account as reinforcing agents. Moreover, the commitment to sustainability has further limited the selection and led to the exclusive use of agricultural waste as fillers. Detailly, biocomposites have been obtained and discussed by using the following materials: PLA and agro-wastes like tree pruning, potato peels, and hay leftovers; PBS and exhausted non-compliant coffee green beans; PHBV and industrial starch extraction residues.

Development of a hydrogel construct to prevent endoleaks occurrence following endovascular abdominal aortic aneurysm repair

Abdominal aortic aneurysm is the pathological dilation of the abdominal tract of the aorta and, if left untreated, could undergo rupture with a mortality rate of up to 90%. EVAR is the most common method for AAA treatment consisting in the internal coverage of the aorta with a metallic stent to isolate the aneurysmatic segment from the systemic circulation. Although EVAR technical success rate is high, reinterventions are common. Among the causes of reinterventions typeII endoleaks are the most frequent and consist in retrograde blood flow into the aneurysmal sac from collateral aortic branches. Continued perfusion of the aneurysm sac may lead to aneurysm rupture, therefore AAA sac embolization is performed using metallic coils. However, the presence of artifacts caused by the presence of metallic coils is a limitation because they are radiopaque and can hamper the endoleak during imaging follow-up. This study is aimed at developing a biocompatible hydrogel that could be injected into the aneurysmal sac and may allow a selective intraprocedural sac embolization to reduce post procedural typeII endoleak and eventual AAA rupture. P(BT75BSI25) was synthesized by polycondensation and its biocompatibility tested to assess whether the polymers had no toxic effects. HUVEC cell line was used to mimic the environment in which the polymer would be in contact with, PBS was used as a positive control and MTT assay was performed to evaluate cellular viability after being in contact with the hydrogel. MTT assay showed no significant difference between PBS and P(BT75BSI25), thus the polymer is biocompatible, as confirmed by the analysis of apoptosis by flow cytometry. An aromatic copolymer was obtained via polycondensation and was found to be biocompatible in contact with endothelial cells. This suggests that the hydrogel could be potentially used in the clinical setting for the treatment of type II endoleak after EVAR.