本文關(guān)鍵詞：溶液中梳形高分子的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性質(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究

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【摘要】：高分子由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)引起了眾多學(xué)者的廣泛研究興趣。研究高分子在溶液中的構(gòu)象和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)對(duì)高分子理論的發(fā)展以及高分子材料的生產(chǎn)和應(yīng)用都具有重要的意義。本論文主要通過分子動(dòng)力學(xué)方法研究了溶液中幾種不同鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高分子的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性質(zhì)。線形、梳形和星形是三種比較典型高分子鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。線形高分子相當(dāng)于主鏈較長(zhǎng)且側(cè)鏈極短的梳形高分子,星形高分子則相當(dāng)于主鏈極短及側(cè)鏈較長(zhǎng)的梳形高分子,因此,我們以梳形高分子為紐帶,系統(tǒng)研究線形、梳形和星形高分子的鏈性質(zhì),進(jìn)而揭示高分子的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性質(zhì)與鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的依賴關(guān)系。梳形高分子的結(jié)構(gòu)特殊是在于其含有接枝的側(cè)鏈,因此,為了進(jìn)一步討論支化高分子靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性質(zhì)與鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間的依賴關(guān)系,我們還討論了支化程度更高、側(cè)鏈結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的樹枝形高分子在溶液中的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性質(zhì)。本文基于梳形高分子特殊鏈結(jié)構(gòu),主要研究了以下幾個(gè)部分。1.線形、梳形和星形高分子的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性質(zhì)的模擬研究。基于粗�；肿觿�(dòng)力學(xué)模擬方法,系統(tǒng)研究了線形、梳形和星形高分子的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性質(zhì),以揭示稀溶液中高分子鏈行為與鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)依賴關(guān)系的一般性規(guī)律。研究結(jié)果表明對(duì)于線形、梳形和星形高分子,星形高分子具有最小的分子尺寸,線形高分子的尺寸最大。隨著拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生線形-梳形-星形的轉(zhuǎn)變,回轉(zhuǎn)半徑的標(biāo)度關(guān)系由僅依賴分子聚合度轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r(shí)依賴分子臂數(shù)或側(cè)鏈數(shù)。另外,我們著重分析了星形高分子和梳形高分子的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性質(zhì)的特征規(guī)律,對(duì)于星形高分子而言,臂數(shù)的增加使其尺寸迅速減小,形狀則由長(zhǎng)橢球形轉(zhuǎn)變?yōu)轭惽蛐?且擴(kuò)散加速,并且得到了回轉(zhuǎn)半徑和擴(kuò)散系數(shù)與分子聚合度及臂數(shù)的標(biāo)度規(guī)律。進(jìn)一步,我們獲得了多種支化點(diǎn)的梳形高分子的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性質(zhì)與分子聚合度及側(cè)鏈數(shù)目的依賴關(guān)系。這些結(jié)果將幫助在分子水平上認(rèn)識(shí)高分子鏈行為的物理本質(zhì)。2.梳形高分子的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性質(zhì)的模擬研究。梳形高分子是接枝密度較高的接枝共聚物,由于高密度接枝側(cè)鏈的存在,側(cè)鏈之間相互排斥,導(dǎo)致梳型高分子的主鏈被迫伸直,從而使梳形高分子呈現(xiàn)棒狀構(gòu)象。梳形高分子具有異于一般線性高分子的結(jié)構(gòu),梳形高分子可以通過調(diào)節(jié)側(cè)鏈的長(zhǎng)度、接枝密度來(lái)調(diào)節(jié)分子的結(jié)構(gòu)與尺寸,具有廣泛的應(yīng)用前景。本文中,著重研究了接枝密度和接枝側(cè)鏈條數(shù)對(duì)梳形高分子性質(zhì)的影響,研究了在不同接枝密度下,不同支化點(diǎn)數(shù)的高分子的側(cè)鏈數(shù)對(duì)梳形高分子靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性質(zhì)的影響。研究表明,對(duì)于不同接枝密度的梳形高分子,聚合度對(duì)分子尺寸的影響幾乎相近,但是隨著接枝密度的增加,側(cè)鏈對(duì)分子尺寸的影響在不斷加強(qiáng)。不同接枝密度下,不同側(cè)鏈數(shù)的梳形高分子的分子尺寸都是隨著聚合度的增大而增大,且鏈聚合度和支化點(diǎn)數(shù)目相同的梳形高分子,側(cè)鏈數(shù)越多,分子尺寸越小。但在不同的接枝密度下,相同支化點(diǎn)的梳形高分子,其分子尺寸隨著支化點(diǎn)上側(cè)鏈數(shù)的增大而減少,且衰減的程度依賴接枝密度。相同接枝密度條件下,支化點(diǎn)上側(cè)鏈數(shù)不同的梳形高分子的擴(kuò)散行為也是相似的。對(duì)于不同的接枝密度,不同支化點(diǎn)的梳形高分子,它們的擴(kuò)散行為非常相似,擴(kuò)散系數(shù)都是隨著聚合度的增大而減小,聚合度N對(duì)具有不同側(cè)鏈數(shù)的梳形高分子擴(kuò)散的影響都是相近的,但側(cè)鏈數(shù)的不同會(huì)導(dǎo)致梳形高分子的擴(kuò)散有所差異。3.樹枝形高分子的結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)分子動(dòng)力學(xué)模擬。樹枝形高分子是一種新型的高分子材料,具有高度的分形結(jié)構(gòu)與幾何對(duì)稱性,是通過多官能團(tuán)單體嚴(yán)格控制、逐步聚合而形成的。由于其特殊的流變行為,樹枝形高分子在生物醫(yī)藥、基因治療、光電材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。研究樹枝形高分子的靜態(tài)性質(zhì)和動(dòng)力學(xué)行為的相關(guān)規(guī)律,將有助于實(shí)現(xiàn)樹枝形高分子的結(jié)構(gòu)調(diào)控,為其在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用提供指導(dǎo)依據(jù)。本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法研究了樹枝形高分子單鏈在稀溶液中的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性質(zhì),并與相應(yīng)線形高分子進(jìn)行了對(duì)比。模擬結(jié)果表明:稀溶液中的樹枝形高分子和線形高分子均呈橢球態(tài),而樹枝形高分子具有較厚的橢球態(tài)。當(dāng)聚合度相同時(shí),樹枝形高分子的尺寸要小于線形高分子。對(duì)于樹枝形高分子,相似拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)其標(biāo)度規(guī)律與線形分子非常接近。隨著高分子鏈的聚合度的不斷增加,高分子的擴(kuò)散系數(shù)不斷減小,其隨機(jī)運(yùn)動(dòng)能力也不斷減弱。但是,對(duì)于樹枝形高分子而言,其隨機(jī)運(yùn)動(dòng)能力要大于相應(yīng)的線形高分子。
【學(xué)位授予單位】：伊犁師范學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O631.1

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本文編號(hào)：1144175