Υπολογιστική μελέτη της ιξωδοελαστικότητας τηγμάτων πολυμερικών δακτυλίων

• Κύριος συγγραφέας: Στρατίκης, Νικόλαος
• Άλλοι συγγραφείς: Μαυραντζάς, Βλάσιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2011
• Θέματα: Δακτυλιοειδή; Πολυμερή; Ιξωδοελαστικότητα; Rings; Polymers; Viscoelasticity; 668.42

Στην παρούσα εργασία εκπονήθηκαν λεπτομερείς ατομιστικές προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής (MD) στο ισοθερμοκρασιακό-ισοβαρές στατιστικό σύνολο (NPT), σε τήγματα κυκλικών μορίων πολυαιθυλενίου (PE), μοριακού μήκους από C6 μέχρι C400. Οι προσομοιώσεις των συστημάτων από C6 μέχρι C16 έγιναν σε θερμοκρασία Τ=338 Κ και πίεση ίση με Ρ=1 atm, ενώ των συστημάτων από C24 μέχρι C400 σε θερμοκρασία Τ=450 Κ και πίεση Ρ=1 atm. Τα μικρά συστήματα, από C6 μέχρι C16, προσομοιώθηκαν σε διαφορετική θερμοκρασία από ότι τα υπόλοιπα συστήματα για να συγκριθούν με τα πειραματικά αποτελέσματα των von Meerwall et al. Αυστηρά μονοδιάσπαρτα και μη διαπλεγμένα δείγματα χρησιμοποιήθηκαν σε όλες τις περιπτώσεις. Παρουσιάζονται και συζητώνται λεπτομερέστατα τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων για μια ποικιλία δομικών, θερμοδυναμικών και δομικών ιδιοτήτων των συγκεκριμένων συστημάτων, καθώς και η μεταβολή τους σε σχέση με το μήκος των αλυσίδων. Μεταξύ αυτών είναι η γυροσκοπική ακτίνα, η τοπική δυναμική, ο συντελεστής αυτοδιάχυσης του κέντρου μάζας των μορίων DG, ο μέγιστος χρόνος χαλάρωσης της αλυσίδας τd, το χαρακτηριστικό φάσμα των χρόνων χαλάρωσης της θεωρίας Rouse τp και ο δυναμικός δομικός παράγοντας S(q,t). Για τα συστήματα με μήκη στο εύρος από C24 μέχρι C400, τα αποτελέσματα συγκρίνονται με τα αντίστοιχα δεδομένα από προσομοιώσεις γραμμικών τηγμάτων πολυαιθυλενίου (ΡΕ) του ίδιου μήκους αλυσίδας (τα ανάλογα γραμμικά). Επίσης, εξαγάγαμε τη θεωρία Rouse για τα δακτυλιοειδή πολυμερή στην ολότητά της. Η θεωρία Rouse περιγράφει ικανοποιητικά τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων των δακτυλιοειδών πολυμερικών τηγμάτων, ιδιαίτερα αυτών με μήκος αλυσίδας μεταξύ C50 και C170. Παρατηρώντας την εξάρτηση των DG, τp, ζ και η0 με το μήκος της αλυσίδας Ν, συμπεραίνουμε ότι τα δακτυλιοειδή τήγματα πολυαιθυλενίου (ΡΕ) υπακούουν περίπου τη δυναμική Rouse, ακόμα μέχρι και το μήκος αλυσίδας C400. Τούτο αποτελεί αξιοσημείωτο εύρημα, διότι το C400 είναι πάνω από δύο φορές μεγαλύτερο από το μήκος (~ C156) που χαρακτηρίζει τη μετάβαση από τη θεωρία Rouse στη θεωρία του ερπυσμού, όσον αφορά τα αντίστοιχα γραμμικά τήγματα πολυαιθυλενίου (ΡΕ). Ακόμα, υπολογίστηκαν δύο πολύ σημαντικές ρεολογικές ιδιότητες: το ιξώδες μηδενικού ρυθμού διάτμησης η0 και ο συντελεστής τριβής ζ. Σε συμφωνία με προγενέστερες θεωρητικές και πειραματικές μελέτες, τα αποτελέσματα των προσομοιώσεών μας υποστηρίζουν ότι η δομή των δακτυλιοειδών πολυμερικών τηγμάτων είναι περισσότερο συμπαγή σε σύγκριση με τα ανάλογα αντίστοιχα γραμμικά λόγω των μη ‘αλυσιδωτά συνδεδεμένων’ (nonconcatenated) διαμορφώσεών τους. Δεν πρέπει να λησμονήσω να αναφέρω ότι τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις προσομοιώσεις των μικρών συστημάτων, από C6 μέχρι C16, συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα πειραματικά των von Meerwall et al. Παρατηρήθηκε μία μικρή απόκλιση, η οποία όμως είναι δικαιολογημένη.