19700

۱۹۷۰۰

شبيه‌سازي ديناميكي دانه‌درشت (Coarse-grained) رفتار جدايي فازي آميخته PVDF و PMMA

كارشناسي ارشد

مهندسي پليمر

۱۳۹۵-۱۳۹۷

۱۳۹۷/۰۸/۲۹

دكتر محمدرضا مقبلي

دكتر سوسا جوان نيكخواه

مهندسي شيمي، نفت و گاز

امروزه طراحي و ساخت غشاءهايي با حداقل گرفتگي در هنگام استفاده از آن‌ها، يكي از اهداف مهم صنعتگران در دهه اخير محسوب مي‌شود كه توجه تعداد زيادي از محققان را به خود جلب كرده است. در همين راستا در اين پروژه سعي شده است با استفاده از شبيه‌سازي مولكولي (MD) و دانه‌درشت (Coarse-graind) رفتار جدايي فازي و آب‌دوستي آميخته‌هاي پلي وينيليدين فلورايد (PVDF) و پلي متيل متاكريلات اصلاح‌شده با زوج‌يون (m-PMMA) موردبررسي و ارزيابي قرار گيرد. به‌منظور آب‌دوست كردن آميخته، از پيوند زدن زوج‌يون پلي]2-(متاكريلوي لوكسي) اتيل دي متيل–(3-سولفوپروپيل) آمونيوم هيدروكسايد[(PMEDSAH) به PMMA استفاده گرديد. براي استفاده از شبيه‌سازي ديناميك ذره اتلافي (DPD)، پارامتر برهمكنش فلوري هاگينز (χ) از روش MD بين پليمرها و زوج‌يون به دست آمد. سپس با استفاده از روش DPD مورفولوژي نهايي مدل هاي مختلف آميخته ها در مدت زمان 500 نانوثانيه بدست آورده شد. همچنين به‌منظور بررسي ميزان امتزاج‌پذيري PVDF و M-PMMA از تابع توزيع شعاعي (RDF) و پارامتر توزيع دانسيته استفاده شد. به‌منظور بررسي آب‌دوستي آميخته‌هاي پليمري مدل شده، آزمايش زاويه تماس قطره آب بر سطح انجام شد. نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان داد آميخته‌هايي با تركيب درصد M-PMMA بيشتر از 50% وزني، بيشترين امتزاج‌پذيري و پراكندگي فازي را در آميخته دارند. همچنين به‌منظور استفاده در غشاء مطلوب مدل شده، بيشترين ميزان آب‌دوستي و امتزاج‌پذيري از PMMA اصلاح‌شده با 5 درصد زوج‌يون مشاهده گرديد. همچنين با افزايش ميزان زوج‌يون به بيش از 5 درصد در ساختار M-PMMA پراكندگي فازي كاهش يافت و تجمع فازي M-PMMA در آميخته‌ها مشاهده گرديد. به صورت كلي اضافه كردن PMMA به PVDF باعث بهبود آبدوستي آميخته و عدم جدايش فاز آن شد. همچنين اضافه كردن زوج‌يون به آميخته نيز به خاطر داشتن بارهاي مثبت و منفي و همچنين آبدوستي شديد خود، باعث كاهش شديد زاويه تماس قطره آب با آميخته شد. البته اضافه كردن زوج‌يون به آميخته‌ها باعث ايجاد پديده جدايش فاز در آن‌ها گرديد.

1397/09/09

Coarse-grained dynamics simulation on the phase separation behavior of PVDF/PMMA blend

11/20/2019 12:00:00 AM

Today, the design and production of membranes with minimal fouling when using them is one of the important goals of industrialists that attracting the attention of a large number of researchers. In this regard, in this project, the molecular simulation (MD) and coarse graind have been studied and the fuzzy and hydrophilic separation behavior of polyvinylidine fluoride (PVDF) mixtures and modified m-PMMA polymethyl methacrylates have been investigated and To be evaluated. In this regard, in this project, the molecular dynamics (MD) and Coarse-graind simulation on the pahse separation behavior and hydrophilicity of Polyvinylidene fluoride (PVDF) and modified polymethyl methacrylate (M-PMMA) blends have been investigated and To be evaluated. poly [2-(Methacryloyloxy) ethyl] dimethyl-(3-sulfopropyl) ammonium hydroxide (PMEDSAH) was grafted to PMMA to promote the hydrophilicity of the blend. To use Dissipative Particle Dynamics (DPD) simulation, the interactions of Florry-Haggins (χ) were obtained between polymers and Zwitterion by the MD method. Then by using the DPD method, the final morphology of the various blend models was obtained over a period of 500 nanoseconds. Also, the radial distribution function (RDF) and order parameter (density distribution parameter) were used to investigate the PVDF and M-PMMA miscibility. In order to investigate the hydrophilicity of blends, the contact angle analysis was used by applying the water droplet on the surface. The results of simulations show that blends with M-PMMA composition of more than 50% have the most miscibility and phase dispersion. Also, in order to use in membrane model, the highest amount of hydrophilicity and miscibility was observed from the modified PMMA with 5% Zwitterion. Also, by increasing the Zwitterion content to more than 5% in M-PMMA, the phase dispersion was redused and the fully phase saparation was observed. In general, the addition of PMMA to PVDF improved the blend's hydrophilicity and did not affected on the phase separation. Also, the addition of Zwitterion because of the excistance of positive and negative charges as well as its intense hydrophilicity led to a sharp decrease in the water contact angle of the blend. Of course, adding Zwitterion to the blend created a phase separation phenomenon.