Le attività principali di MP4MNT in questo ambito di ricerca riguardano i polimeri termoindurenti e i compositi sostenibili, sotto forma di film sottili, membrane fibrose e oggetti stampati in 3D. Per la sintesi dei polimeri (o delle matrici polimeriche dei compositi) vengono impiegati diversi processi di polimerizzazione e reticolazione, con iniziazione termica e/o fotoindotta. La preparazione dei compositi è eseguita con tecniche top-down (ad esempio dispersione di filler nei precursori polimerici) o con tecniche bottom-up, sintetizzando nanoparticelle in situ da precursori opportuni contestualmente alla polimerizzazione della matrice. La caratterizzazione dei materiali comprende tecniche fisico-chimiche e spettroscopiche, analisi termiche, meccaniche e dinamomeccaniche, indagini con microscopie ottiche, AFM ed elettroniche, prove di permeabilità. Le superfici dei materiali sono caratterizzate con tecniche di angolo di contatto, misure di tensione superficiale, indagini compositive sono eseguite con spettroscopie specifiche quali ATR-FTIR e XPS.
L'innovazione della ricerca è nella scelta di oligomeri/monomeri con funzioni che consentano la reversibilità della polimerizzazione, cioè lo smantellamento della rete polimerica. Esempi notevoli di networks reversibili sviluppati nei nostri laboratori sono i vetrimeri basati su chimiche epossido/ammina o epossido/acido, e sistemi fotoreversibili sintetizzati sfruttando le cicloaddizioni 2+2 attraverso gruppi cinnamici e cumarinici presenti sui prepolimeri o legami disolfuro dinamici. Per migliorare ulteriormente la sostenibilità dei materiali, le strutture polimeriche citate sono preferibilmente progettate scegliendo precursori biobased e/o riciclati e applicando le linee guida della Green Chemistry (ad esempio eliminando l'uso di solventi, utilizzando sistemi a base acquosa, o sostituendo sostanze chimiche tossiche o pericolose con altre più sicure). Nel caso dei compositi, le linee guida di cui sopra riguardano anche la scelta dei filler e la loro modifica: i filler sono preferibilmente di origine naturale come micro/nano-cellulosa, lignina, argille.
I filler sono preparati anche con uso di scarti (ad esempio, nanocellulosa da scarti di canapa); la modifica della loro superficie è condotta con mezzi fisici (ad esempio trattamento al plasma) e reazioni chimiche per introdurre funzionalità che migliorino le interazioni filler-matrice per ottimizzare le proprietà meccaniche, termiche e di permeabilità, preferibilmente garantendo la reversibilità in caso di ponti covalenti filler-matrice.
MP4MNT sviluppa materiali termoindurenti e fotopolimerizzati utilizzando preferibilmente il coating e la filatura come tecniche di lavorazione. I materiali sono prodotti sotto forma di film e di nano e micro-strati e trovano applicazione nel campo dei rivestimenti, degli inchiostri, degli adesivi e degli imballaggi. Le micro e nano-fibre sono ottenute mediante elettrofilatura e utilizzate come membrane fibrose per lo sviluppo di dispositivi biomedici, filtri per il trattamento di acqua, sistemi di raffreddamento radiativo. Infine, i polimeri e i compositi sostenibili sono sperimentati come feed per processi di produzione additiva, come la stereolitografia e il Liquid Deposition Modeling.
