17811

17811

بررسي مشخصات مولكولي پلي استايرن در محلول هاي رقيق پليمري با استفاده از روش شبيه سازي ديناميك مولكولي (MD)

كارشناسي ارشد

مهندسي پليمر

شهريور 1396

دكتر محمدرضا مقبلي

دكتر سوسا جوان نيكخواه

مهندسي شيمي

در اين مطالعه به منظور تعيين مشخصات مولكولي زنجير اتكتيك پلي استايرن (aPS) در جرم مولكولي هاي مختلف و بررسي رفتار آن در حلال تولوئن در دماي 15/288 كلوين (حلال خوب) و در حلال سيكلوهگزان در دماي 65/307 كلوين (حلال تتا)، از روش شبيه سازي ديناميك مولكولي (MD) استفاده شد. به منظور بررسي سازگاري زنجير پليمر با حلال، انرژي و پارامترهاي برهم كنش براي هر يك از سامانه ها در محدوده ي غلظتي رقيق محاسبه شد. نتايج نشان دادند كه با افزايش تعداد واحدهاي تكراري زنجير، برهم كنش هاي غيرپيوندي زنجير و مولكول هاي حلالافزايش يافته و سبب منفي تر شدن انرژي برهم كنش سامانه ها گرديد. همچنين، پارامتر برهم كنش براي سامانه هاي aPS/تولوئن در دماي 15/298 كلوين (004/0 ± 314/0) و aPS/سيكلوهگزان در دماي 65/307 كلوين (005/0 ± 474/0) محاسبه شد، كه به ترتيب تأييدي بر حلال خوب و تتا بودن اين دو حلال براي مولكول پلي استايرن است. در اين روش، تغييرات ابعاد مولكولي زنجير با تغيير جرم مولكولي آن، از طريق محاسبه¬ي شعاع چرخش (Rg) و فاصله ي انتها تا انتهاي زنجير < ro> تعيين گرديد. جهت بررسي ديناميك زنجير در حلال، متوسط مجذور جابه جايي (MSD) و ضريب نفوذ زنجير محاسبه شد. نتايج شبيه سازي نشان دادند كه در جرم مولكولي هاي پايين، دو عامل توانايي زنجير در جابه جايي و اندازه ي زنجير تأثير قابل توجهي را بر رفتار ديناميكي زنجير داردند. نتايج بدست آمده از محاسبه ي تابع توزيع شعاعي(RDF) نشان داد كه زنجير با تعداد واحدهاي تكراري (N) 94 بيش ترين ممانعت فضايي را داشته كه سبب گرديد تا مانعي در برابر نزديك شدن مولكول هاي حلال به رشته ي اصلي زنجير شود. در مقابل زنجيرهاي با N=14 و N=17 كمترين ممانعت فضايي را به ترتيب در حلال هاي تولوئن و سيكلوهگزان داشته اند. همچنين گرانروي محلول ها به كمك روش شبيه سازي ديناميك مولكولي غير تعادلي (NEMD) محاسبه شد. نتايج بدست آمده از شبيه سازي ها با نتايج تجربي موجود توافق خوبي را دارند، كه تاييدي بر صحت كاربرد روش شبيه سازي (MD) در تشريح محلول ها مي باشد، از اين رو مي¬توان از روش شبيه سازي ديناميك مولكولي براي ارزيابي انواع محلول هاي پليمري در رژيم غلظتي رقيق استفاده نمود. همچنين به منظور بررسي اثر يك كومونومر آليفاتيك بر رفتار ديناميكي مولكول كوپليمر تصادفي استايرن با كومونومر 1-اوكتن در حلال تولوئن و در دماي 15/298 كلوين از روش شبيه سازي ديناميك مولكولي استفاده شد.

1396/07/01

9/19/2023 12:00:00 AM

In this study, the molecular dynamics (MD) simulation were used to determination and investigation of the molecular characteristics of Atactic polystyrene (aPS) chains at different molecular weight and its behaviors in toluene solvent at 288.15 K (good solvent) and cyclohexane solvent at 307.65 K (theta solvent), respectively. In order to investigate the chain compatibility with the solvent, the interaction energies and parameters were calculated for each system in the dilute concentration. The obtained results indicated that by increasing the aPS chain repeating units, the non-bond interactions between the solute and solvent molecules became more, which caused the interaction energy to be more negative. Also, the calculated interaction parameters in aPS/toluene at 298.15 K (0.314±0.004) and aPS/cyclohexane at 307.65 K (0.474±0.005) were approved that the toluene and cyclohexane solvent (at mentioned temperature) is good and theta solvent for aPS molecule, respectively. Additionally, the variations of the chain dimensions with changing of the chain molecular weight were eva​luated by calculation of the radius of gyration (Rg) and the end to end distance of chains. For examining the dynamic behavior of the chains in the solutions, the mean square displacement (MSD) and the diffusivity coefficient of the chains were calculated. According to the results, in low molecular weight, the two factors of the chain movability and the chain size are very important on chain dynamics behavior. Moreover, calculation of the chains radial distribution function (RDF) in solutions illustrated that, in chain with the number of repeating units (N) 94 the steric hindrance of the chain is the highest, which caused the solvent molecules cannot be close to the chains backbone well, while the chains with N=14 and N=17 have the lowest steric hindrance in toluene and cyclohexane solvent, respectively. In addition, solutions viscosity was calculated by performing non-equilibrium molecular dynamic simulation (NEMD). The obtained results from MD simulations have the good agreement with the experimental results, which confirm the accuracy of the applied simulation method to characterize the solution. Also, the MD simulation was used to consideration of the effect of aliphatic co-monomer on the dynamics behavior of the random co-polymer of polystyrene with 1-Octen co-monomer in toluene solvent (at 298.15 K).