Preparazione e caratterizzazione di nanocompositi polimerici di rilevanza tecnologica basati su nanoparticelle sintetizzate mediante tecniche assistite da microonde

L'interesse crescente per l'utilizzo delle microonde nell'ingegneria chimica deriva dalla potenzialità che esse offrono per l'incremento dell'efficienza di reazioni in processi chimici. Gli applicatori con emissione di potenza in continuo sono i più controllabili per uso scientifico, per cui sono utilizzati più frequentemente. Al contrario i campi elettromagnetici pulsati si utilizzano in applicazioni di nicchia. Intento comune della varietà delle metodologie di sintesi di nanomateriali è il raggiungimento di un accurato controllo dell'accrescimento dei grani, della purezza, dell'omogeneità e, in generale, delle proprietà fisiche. In quest'ottica, l'uso delle microonde per la sintesi di nanopolveri è in costante aumento, favorendo particelle di dimensioni minori, con distribuzione granulometrica più stretta e nuove microstrutture e superfici funzionalizzate. Le microonde risultano fondamentali per risolvere i principali limiti dei nanotubi di carbonio, la cui tendenza all'aggregazione ne scoraggia l'uso, ad esempio, come filler per nanocompositi polimerici. La necessità di elevata qualità dei nanomateriali costituisce allo stesso tempo il loro valore aggiunto e il loro punto di debolezza, poiché nella produzione industriale sono richiesti alti livelli di accuratezza delle strumentazioni e un perfetto controllo dei parametri di processo. Critico è il passaggio da una scala di laboratorio a scala industriale, causa la mancanza di strumenti appropriati. I reattori commerciali sono principalmente basati su configurazioni mutuate da forni domestici; essi usano generatori di bassa-media qualità, senza localizzazione del campo elettromagnetico in cavità, e senza misuratori accurati di temperatura e pressione. Pertanto risultano difficili da adattare a particolari condizioni sperimentali. La massima potenza erogabile è determinata dalla capacità dei generatori disponibili sul mercato, stante la difficoltà di utilizzare più generatori contemporaneamente in uno stesso reattore. Il controllo dell'ambiente di reazione è più difficile in quanto il campo elettromagnetico è influenzato dalla presenza di sonde per la misura di temperatura e di pressione e le proprietà del carico cambiano al progredire della reazione, modificando continuamente la distribuzione del campo. La loro versatilità è spesso controbilanciata da una bassa efficienza, soprattutto cosa sgradita se si sta pensando a sviluppare operazioni “one pot”. Quanto sopra individua una necessità delle aree industriali e accademiche della chimica e dell'ingegneria: un reattore a microonde con accurato controllo dei parametri di reazione e di appropriate dimensioni, che coniughi la crescente domanda di intensificazione di processo in un contesto di green chemistry.