Microscopic dynamics and topological interactions of polymer rings in linear chain melts
In this work, blends of ring and linear poly(ethylene oxide) (PEO) chains have been studied, a widely used polymer with well-known characteristics. The main focus was on ring PEO molecules, as they exhibit material properties that are very different from those of linear analogues, due to the absence...
Κύριος συγγραφέας: | |
---|---|
Άλλοι συγγραφείς: | |
Μορφή: | Thesis |
Γλώσσα: | English |
Έκδοση: |
2018
|
Θέματα: | |
Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/11703 |
id |
nemertes-10889-11703 |
---|---|
record_format |
dspace |
institution |
UPatras |
collection |
Nemertes |
language |
English |
topic |
Polymer rings Linear topological entanglements Threadings Κυκλικά πολυμερή Τήγμα Δακτύλιοι Τοπολογικές αλληλεπιδράσεις 547.28 |
spellingShingle |
Polymer rings Linear topological entanglements Threadings Κυκλικά πολυμερή Τήγμα Δακτύλιοι Τοπολογικές αλληλεπιδράσεις 547.28 Παπαδόπουλος, Γεώργιος Microscopic dynamics and topological interactions of polymer rings in linear chain melts |
description |
In this work, blends of ring and linear poly(ethylene oxide) (PEO) chains have been studied, a widely used polymer with well-known characteristics. The main focus was on ring PEO molecules, as they exhibit material properties that are very different from those of linear analogues, due to the absence of chain ends and their closed-loop structure.
We have performed molecular dynamics (MD) simulations of melt systems consisting of a small number of long PEO molecules immersed in a host matrix of linear PEO chains, following a recent neutron spin echo spectroscopy study (Goossen et al., Phys. Rev. Lett. 2015, 115, 148302). The results are compared with the experimental data of the work above, and include a thorough study on the structure, the conformational properties and the dynamics of the simulated blends. These regard calculations such as the segmental and the diffusion dynamics, the dynamic structure factor and a comparison with the Rouse model, emphasizing on their dependence on the length of the host linear chains. Interestingly, in unentangled matrices ring chains swell and their diffusion dynamics become evidently faster. Our results are supported by a geometric analysis of topological interactions which reveals significant threading of all rings by the linear chains. In most cases, each ring is simultaneously threaded by a large number of linear chains. As a result, ring dynamics at times longer than the characteristic entanglement time τe is completely dictated by the release of the topological restrictions imposed by these threading events. Our topological analysis did not indicate any effect of the few rings on the statistics of the network of primitive paths of the host linear chains. |
author2 |
Μαυραντζάς, Βλάσης |
author_facet |
Μαυραντζάς, Βλάσης Παπαδόπουλος, Γεώργιος |
format |
Thesis |
author |
Παπαδόπουλος, Γεώργιος |
author_sort |
Παπαδόπουλος, Γεώργιος |
title |
Microscopic dynamics and topological interactions of polymer rings in linear chain melts |
title_short |
Microscopic dynamics and topological interactions of polymer rings in linear chain melts |
title_full |
Microscopic dynamics and topological interactions of polymer rings in linear chain melts |
title_fullStr |
Microscopic dynamics and topological interactions of polymer rings in linear chain melts |
title_full_unstemmed |
Microscopic dynamics and topological interactions of polymer rings in linear chain melts |
title_sort |
microscopic dynamics and topological interactions of polymer rings in linear chain melts |
publishDate |
2018 |
url |
http://hdl.handle.net/10889/11703 |
work_keys_str_mv |
AT papadopoulosgeōrgios microscopicdynamicsandtopologicalinteractionsofpolymerringsinlinearchainmelts AT papadopoulosgeōrgios mikroskopikēdynamikēkaitopologikesallēlepidraseispolymerikōndaktyliōnsetēgmagrammikōnalysidōn |
_version_ |
1771297336881840128 |
spelling |
nemertes-10889-117032022-09-05T20:23:00Z Microscopic dynamics and topological interactions of polymer rings in linear chain melts Μικροσκοπική δυναμική και τοπολογικές αλληλεπιδράσεις πολυμερικών δακτυλίων σε τήγμα γραμμικών αλυσίδων Παπαδόπουλος, Γεώργιος Μαυραντζάς, Βλάσης Τσιτσιλιάνης, Κωνσταντίνος Δημακόπουλος, Ιωάννης Papadopoulos, Georgios Polymer rings Linear topological entanglements Threadings Κυκλικά πολυμερή Τήγμα Δακτύλιοι Τοπολογικές αλληλεπιδράσεις 547.28 In this work, blends of ring and linear poly(ethylene oxide) (PEO) chains have been studied, a widely used polymer with well-known characteristics. The main focus was on ring PEO molecules, as they exhibit material properties that are very different from those of linear analogues, due to the absence of chain ends and their closed-loop structure. We have performed molecular dynamics (MD) simulations of melt systems consisting of a small number of long PEO molecules immersed in a host matrix of linear PEO chains, following a recent neutron spin echo spectroscopy study (Goossen et al., Phys. Rev. Lett. 2015, 115, 148302). The results are compared with the experimental data of the work above, and include a thorough study on the structure, the conformational properties and the dynamics of the simulated blends. These regard calculations such as the segmental and the diffusion dynamics, the dynamic structure factor and a comparison with the Rouse model, emphasizing on their dependence on the length of the host linear chains. Interestingly, in unentangled matrices ring chains swell and their diffusion dynamics become evidently faster. Our results are supported by a geometric analysis of topological interactions which reveals significant threading of all rings by the linear chains. In most cases, each ring is simultaneously threaded by a large number of linear chains. As a result, ring dynamics at times longer than the characteristic entanglement time τe is completely dictated by the release of the topological restrictions imposed by these threading events. Our topological analysis did not indicate any effect of the few rings on the statistics of the network of primitive paths of the host linear chains. Στην παρούσα εργασία εξετάστηκαν μίγματα γραμμικών και κυκλικών πολυμερικών μορίων πολυαιθυλενοξειδίου (PEO), ενός ευρέως χρησιμοποιούμενου πολυμερούς, με πολύ καλά μελετημένα χαρακτηριστικά. Ο κύριος στόχος της εργασίας ήταν η μελέτη των κυκλικών μορίων PEO, καθώς εμφανίζουν ιδιότητες πολύ διαφορετικές από των αντίστοιχων γραμμικών αλυσίδων, που οφείλονται στην γεωμετρία κλειστού βρόγχου και στην απουσία άκρων. Πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής (MD) σε συστήματα διαπλεγμένων κυκλικών μορίων σε μικρή συγκέντρωση σε πολυμερική μήτρα γραμμικών αλυσίδων, ακολουθώντας μία πρόσφατη μελέτη διάσπασης ηχούς σπιν νετρονίων (neutron spin echo) από τους Gooßen et al., Phys. Rev. Lett. 2015, 115, 148302. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων συγκρίθηκαν με τα πειραματικά ευρήματα της παραπάνω εργασίας, και περιλαμβάνουν μία λεπτομερή ανάλυση των δομικών ιδιοτήτων, των ιδιοτήτων διαμόρφωσης και της δυναμικής των αλυσίδων. Ειδικότερα πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί που αφορούν την δυναμική της διάχυσης, τον δυναμικό παράγοντα δομής καθώς και την σύγκριση με το μοντέλο Rouse, δίνοντας έμφαση στην εξάρτησή τους από το μήκος των γραμμικών αλυσίδων στο μίγμα. Αξιοπρόσεκτα, στις μη-διεπλεγμένες γραμμικές μήτρες, μολονότι οι πολυμερικοί δακτύλιοι διογκώνονται, η δυναμική της διάχυσής τους επιταχύνεται αισθητά. Τα αποτελέσματα αυτά υποστηρίζονται και από μία γεωμετρική ανάλυση των τοπολογικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των γραμμικών και των κυκλικών μορίων, που αποκαλύπτει σημαντική διαπέραση όλων των δακτυλίων από γραμμικές αλυσίδες. Στις περισσότερες περιπτώσεις, μεγάλος αριθμός γραμμικών είχε διεισδύσει σε κάθε ένα δακτύλιο. Ως αποτέλεσμα, η δυναμική των δακτυλίων σε χρόνους μεγαλύτερους του τe υπαγορεύεται πλήρως από την χαλάρωση των τοπολογικών περιορισμών που επιβάλλουν αυτές οι διαπεράσεις. Η τοπολογική μας ανάλυση δεν έδειξε κάποια επίδραση των λίγων κυκλικών μορίων στην στατιστική του δικτύου των πρωτογενών δρόμων της γραμμικής πολυμερικής μήτρας. 2018-10-17T14:05:14Z 2018-10-17T14:05:14Z 2018-07-20 Thesis http://hdl.handle.net/10889/11703 en 0 application/pdf |