非均匀型共聚物结晶的蒙特卡洛模拟

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高分子是由单体通过共价键相连而成的链状大分子,是一类与人们生活密切相关的非常重要的物质。我们生活中的方方面面都涉及到了高分子材料,如纤维、塑料、橡胶、涂料等。而这些高分子中又有超过2/3的是结晶高分子。对结晶高分子进行研究从而指导生产工艺中高分子结晶条件就显得非常重要。实际生产的高分子材料大部分都是高分子的多组分体系。高分子共聚物是高分子特有的多组分混合体系,对于混合体系的相分离研究在实际生产过程中十分重要。研究高分子共聚物的结晶与相分离具有实际意义。  计算机模拟已经成为除理论和实验之外的第三种重要的研究方法。随着蒙特卡罗模拟方法在高分子领域的应用逐步深入,采用这一新的研究手段,已经成功地解决了许多如高分子链构象统计、链动力学以及热力学领域的问题,尤其是在结晶与相分离方面的研究。胡文兵等人将以往格子空间中链状分子的蒙特卡罗模拟方法,创造性地应用在了高分子结晶和相分离领域研究中,建立起了通过计算机模拟在高分子结晶和相分离的相互作用的基本方法体系。  第一章,我们概述了高分子的一些基本概念和基本性质。高分子由于其独特的链结构的特性而有异于小分子。高分子链聚集的不同是导致同一种聚合物组成在性能上差异的重要原因。在高分子共聚物里,我们介绍关于共聚物概念、定义和实际应用。特别是非均匀型共聚物。接下来我们介绍高分子中两种重要的相转变—结晶和相分离的理论介绍。同时我们依据这些理论重点介绍在高分子混合体系中(特别是二元混合物)关于相分离与结晶相互作用的理论和实验研究。对于共聚物结晶与相分离的实际对照体系,我们主要介绍了近期关于抗冲共聚聚丙烯(IPC)结晶与相分离的工作。通过以上的前期工作准备,为研究非均匀型共聚物结晶与相分离打下坚实基础。  第二章,我们介绍了本文的主要研究方法,即动态蒙特卡洛模拟的基本思想、基本方法以及我们具体采用的算法。此模拟是在离散的三维格子空间中,我们通过单格点跳跃与蛇形滑移的方式实现了高分子链微观尺度的运动。通过引入各种能量参数,如各向异性的平行排列相互作用(高分子结晶的驱动力),同时采用基于正则系综的Metropolis重要性样本抽样方法,我们得到了一系列符合热力学分布的高分子链构象。通过对这些高分子链构象的分析,我们可以在格子空间中研究高分子的结晶与相分离问题。  第三章,本章为论文的主要工作内容。在三维格子空间中,我们模拟出两套非均匀型共聚物体系。这两套体系最主要的区别在于是否存在中间共聚单元含量组分。对这两套体系从高温降到低温后再升温的温度扫描,发现具有中间共聚单元含量组分的体系的开始结晶温度要低于无中间组分的体系。这说明中间组分对体系的结晶存在影响。我们继续跟踪在温度扫描中的相分离参数,进一步发现在结晶发生前,具有中间组分的体系的相分离程度要低于无中间组分的体系。在结晶完全时,中间组分体系相分离程度也远远低于无中间组分体系。我们发现中间共聚单元含量组分在结晶前对体系中其他两极端组分存在增容作用,降低了该体系在结晶发生前相分离程度,从而降低了其开始结晶的温度。同时从结晶完全时的结晶形态图中,我们发现中间组分主要出现在体系两极端组分的界面。我们可以认为中间组分具有增容剂作用。我们进一步研究了该中间组分的组成情况。通过对不同投料比下中间组分的链段序列分布的研究发现,该中间组分与投料比无关。中间组分的两亲性体现在每一条该组分的共聚物链上。  第四章为本论文的总结和展望。
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