Επιστήμη των Οργανικών Υλικών

Κωδικός Μαθήματος:

Π1 4040

Semester:

4ο Εξάμηνο

Κατηγορία:

Υποχρεωτικά ( ΜΕΥ )

Ώρες:

4

Μονάδες ECTS:

6

Καθηγητές Μαθήματος

Σταμάτιος Μπογιατζής

Περιεχόμενο Μαθήματος

(α) Διαλέξεις

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΔΙΑΛΥΤΩΝ : Εσωτερική ενέργεια των μορίων. Διαμοριακές δυνάμεις. Διπολική ροπή των μορίων κι διηλεκτρική σταθερά. Δυνάμεις διασποράς και δυνάμεις λόγω πολικότητας των μορίων. Δεσμοί υδρογόνου και ξηρή πολικότητα. Παράμετροι διαλυτότητας του Hildebrand και του Hansen. Κλασματικές παράμετροι διαλυτότητας. Τριγωνικό διάγραμμα του Teas. ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΟΥ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΥ ΔΙΑΛΥΤΗ : Συσχέτιση της δομής των μορίων των διαλυτών με τις τιμές των παραμέτρων διαλυτότητας. Κατηγορίες διαλυτών. Υπολογισμός των παραμέτρων διαλυτότητας για μίγματα διαλυτών. Η χρήση του τριγωνικού διαγράμματος Teas στην επιλογή του κατάλληλου διαλύτη. Τοξικότητα των διαλυτών. Εκτίμηση των τιμών LD50 και TLV από τα δεδομένα της βιομηχανικής παραγωγής των διαλυτών.

ΛΙΠΗ ΚΑΙ ΕΛΑΙΑ : Χημική σύσταση και ιδιότητες των  λιπιδίων. Ξηραινόμενα έλαια. Μηχανισμοί ξήρανσης-πολυμερισμού των ξηραινόμενων ελαίων. Παράγοντες και μηχανισμοί φθοράς των ζωγραφικών στρωμάτων. Μεθοδολογία και παραδείγματα χημικής ανάλυσης λιπιδίων, σε έργα Τέχνης και αρχαιολογικά ευρήματα.

ΦΥΣΙΚΑ ΚΕΡΙΑ : Είδη φυσικών κεριών και χρήση αυτών στη ζωγραφική και τη συντήρηση των έργων Τέχνης. Ανίχνευση και αναγνώριση των φυσικών κεριών, σε έργα Τέχνης και αρχαιολογικά ευρήματα.

ΦΥΣΙΚΕΣ ΡΗΤΙΝΕΣ : Είδη φυσικών ρητινών και χημική σύσταση αυτών. Βερνίκια από φυσικές ρητίνες. Μεθοδολογία χημικής ανάλυσης των φυσικών ρητινών. Παραδείγματα ανάλυσης και χαρακτηρισμού των φυσικών ρητινών σε έργα Τέχνης και  αρχαιολογικά ευρήματα.

ΠΡΩΤΕΪΝΙΚΑ ΥΛΙΚΑ :  Δομή των μακρομορίων των πρωτεϊνών. Φυσικές και χημικές ιδιότητες (διαλυτότητα, μετουσίωση, αντιδράσεις χρώσης, αντιδράσεις υδρόλυσης και οξείδωσης). Πρωτεϊνικά συνδετικά μέσα ζωγραφικής (ζωικές κόλλες, αυγό κλπ.). Πρωτεϊνικά υλικά μουσειακών αντικειμένων ( δέρμα, οστά, ζωικές ίνες κλπ.). Παραδείγματα ανάλυσης και χαρακτηρισμού των πρωτεϊνικών υλικών σε έργα Τέχνης και  αρχαιολογικά ευρήματα.

ΠΟΛΥΣΑΚΧΑΡΙΤΕΣ: Άμυλο, κυτταρίνη, κόμμεα. Δομή των μακρομορίων. Φυσικές και χημικές ιδιότητες. Αντιδράσεις αποδόμησης των μακρομορίων. Μέθοδοι ανάλυσης.

ΟΡΓΑΝΙΚΕΣ ΧΡΩΣΤΙΚΕΣ: Εξάρτηση των φυσικών και των φασματοσκοπικών ιδιοτήτων από την δομή των μορίων. Απορρόφηση υπεριώδους/ορατής ακτινοβολίας από τα μόρια. Χρωμοφόρες ομάδες. Ηλεκτρονιακές μεταπτώσεις. Χαρακτηριστικά της δομής των έγχρωμων ενώσεων: Οργανικές χρωστικές, βαφές. Κατηγορίες οργανικών χρωστικών: φυσικές και συνθετικές χρωστικές. Χημική σύσταση, φυσικές, φασματοσκοπικές και χημικές ιδιότητες των οργανικών χρωστικών. Βαφές, λάκκες.

Η ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ : Μέθοδοι παραγωγής των πολυμερών. Μονομερή, και ομάδες μονομερούς σε μια πολυμερική αλυσίδα. Μήκος αλυσίδας. Μέσο μοριακό βάρος πολυμερούς κατ’ αριθμό (Mn) και κατά βάρος (Mw). Ισομέρεια πολυμερών: πολυμερή γραμμικής, διακλαδιζόμενης, διασταυρούμενης και δικτυακής δομής. Ομοπολυμερή και συμπολυμερή. Κατηγορίες  συμπολυμερών.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ : Κρυσταλλικότητα και σημείο τήξης. Θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης. Θερμοπλαστικά και θερμοσκληραινόμενα πολυμερή. Ελαστομερή. Στερεωτικά και συγκολλητικά υλικά – κόλλες. Μηχανικές ιδιότητες: εφελκυσμός, θλίψη και στρέψη των πολυμερικών υλικών. Χημικές ιδιότητες και αντοχή των πολυμερών στο χρόνο. Σχέση της δομής των πολυμερών με τις ιδιότητές τους. Μηχανισμός διαλυτοποίησης των πολυμερικών υλικών. Διόγκωση. Ακτίνα αλληλεπίδρασης βάσει των παραμέτρων διαλυτότητας Hansen. Περιοχή ενός πολυμερούς στο τριγωνικό διάγραμμα Teas

ΕΙΔΙΚΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ : Πολυμερείς ρητίνες με βάση το ακρυλικό οξύ. Ακρυλικές ρητίνες της οικογένειας Acryloid (ή Paraloid). Πολυμερή με βάση την βινυλική αλκοόλη. Οξικός πολυβινυλεστέρας. Πολυαιθυλενογλυκόλη (PEG). Συνθετικά παράγωγα κυτταρίνης. Πολυκαρβονικά υλικά.

(β) Εργαστηριακές Ασκήσεις

Το εργαστηριακό μέρος του μαθήματος περιλαμβάνει

  • Επισκόπηση της μοριακής γεωμετρίας των οργανικών ενώσεων και της συσχέτισής της με την πολικότητα και σημαντικές φυσικές ιδιότητες των υλικών στα οποία συμμετέχουν
  • Την κατάλληλη χρήση διαλυτών και την κατανόηση της δράσης τους,
  • τις σημαντικότερες χημικές ιδιότητες των λιπαρών υλών, των πρωτεϊνικών και των πολυσακχαριτικών υλικών
  • Παρασκευή σαπώνων από λιπαρές ύλες και εκτίμηση της απορρυπαντικής τους δράσης
  • Τη χρήση σύγχρονων τασιενεργών μέσων και η εκτίμηση της απορρυπαντικής δράσης τους
  • Συσχέτιση της χημικής δομής οργανικών χρωστικών με το χρώμα τους και τη βαφική τους ικανότητα σε υφασμάτινα υποστρώματα
  • Σύνθεση πολυμερών συμπύκνωσης (Νάιλον 6,6) και πειραματικός προσδιορισμός της θερμοκρασίας υαλώδους μετάβασης (Tg) αυτών αλλά και συνήθων συνθετικών ακρυλικών ρητινών.

 

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Αποτελεί εισαγωγικό μάθημα στα οργανικής χημικής σύστασης υλικά, τόσο φυσικής όσο και συνθετικής προέλευσης. Το μάθημα θεμελιώνει τη συσχέτιση των ιδιοτήτων των οργανικών υλικών των μουσειακών και ανασκαφικών αντικειμένων, καθώς και των υλικών που χρησιμοποιούνται στη συντήρηση με τη δομή τους. Δίνεται έμφαση στα  υλικά φυσικής, όσο και συνθετικής προέλευσης.

Μετά το τέλος του μαθήματος οι φοιτητές θα είναι σε θέση :

  • Να κατανοούν τη εξάρτηση των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων των υλικών από τη δομή των οργανικών μορίων που υπάρχουν σε αυτά
  • Να προβλέπουν και να εκτιμούν ορθά τη διαλυτική ικανότητα ορισμένων διαλυτών με βάση τη χημική σύσταση τους, αλλά και τη σύσταση των υλικών που πρόκειται να διαλυτοποιήσουν.
  • Να εφαρμόζουν την κατάλληλη πρακτική μεθοδολογία για την επιλογή του κατάλληλου διαλύτη για την διαλυτοποίηση ενός εύρους οργανικών υλικών
  • Να γνωρίζουν την δομή, την προέλευση και τις ιδιότητες βασικών κατηγοριών των οργανικών υλικών των έργων τέχνης (υλικά προετοιμασίας, συνδετικά, επικαλυπτικά-βερνίκια)
  • Να είναι εξοικειωμένοι με τις κατηγορίες οργανικών χρωστικών, την προέλευσή τους και την ιστορική τους χρήση, καθώς και με τις μεθοδολογίες εφαρμογής (π.χ. βαφής, κλπ.) επί συγκεκριμένων υποστρωμάτων
  • Να προτείνουν ή και να χρησιμοποιούν μεθόδους για την ανίχνευση των χημικών ενώσεων που απαρτίζουν τα πρωτεϊνικά, υδατανθρακικά (π.χ. πολυσακχαριτικά) υλικά και τις λιπαρές ύλες.
  • Να γράφουν τις χημικές δομές ορισμένων πολυμερών ρητινών και να εκτιμούν  την καταλληλότητα ορισμένων από αυτές, με βάση τη σύσταση, τις θερμικές, μηχανικές, και οπτικές τους ιδιότητες.