有機(jī)分子在聚乙烯膜中溶解擴(kuò)散過程的分子模擬.pdf

1、隨著量子力學(xué)、分子力學(xué)等理論學(xué)科的迅速發(fā)展，分子模擬技術(shù)在當(dāng)前諸多領(lǐng)域的科學(xué)研究中已被廣為采用，并發(fā)揮著越來越重要的作用。聚乙烯(PE)是由乙烯單體聚合而成的高分子聚合物，是合成樹脂中應(yīng)用最廣泛的品種，可廣泛用于食品包裝、工業(yè)品包裝、化學(xué)品包裝、農(nóng)用膜和建筑用膜等。運(yùn)用分子模擬手段研究有機(jī)分子在聚乙烯膜中的溶解擴(kuò)散過程，可以在分子層面上模擬分子的結(jié)構(gòu)和行為，從微觀角度了解溶解擴(kuò)散的機(jī)理。
　　 本文采用分子模擬的方法，利用Mat

2、erials Studio軟件對苯、甲苯、乙苯三種有機(jī)分子在聚乙烯膜中的溶解擴(kuò)散過程進(jìn)行了模擬，得到了有機(jī)分子在聚乙烯膜內(nèi)的擴(kuò)散系數(shù)、溶解度系數(shù)，并研究了擴(kuò)散系數(shù)及溶解度系數(shù)隨溫度、有機(jī)分子量大小的變化情況，獲得了溶解擴(kuò)散的機(jī)理。
　　 1.模擬方法的研究
　　 (1)用分子動力學(xué)法模擬研究體系中有機(jī)分子的擴(kuò)散系數(shù)，采用聚類分析方法分析均方位移曲線數(shù)據(jù)。用蒙特卡洛法模擬研究體系中有機(jī)分子的溶解度系數(shù)，采用極限法分析吸附等

3、溫線數(shù)據(jù)。
　　 (2)考察分析了聚合物的聚合度和擴(kuò)散分子的數(shù)目對擴(kuò)散系數(shù)產(chǎn)生的影響。綜合考察擴(kuò)散系數(shù)的變化、計(jì)算軟件的要求及計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，最終確定聚乙烯的聚合度為360，擴(kuò)散分子的數(shù)目為10。
　　 2.有機(jī)分子在聚乙烯膜中擴(kuò)散過程的模擬
　　 采用分子動力學(xué)模擬計(jì)算了苯、甲苯、乙苯三種有機(jī)分子在聚乙烯膜中的擴(kuò)散系數(shù)，描述了有機(jī)分子在聚乙烯膜中的擴(kuò)散過程。結(jié)果表明，在相同溫度下，有機(jī)分子在聚乙烯膜中的擴(kuò)散系

4、數(shù)隨著分子量的增加逐漸減??；對于同種有機(jī)分子，其在聚乙烯膜中的擴(kuò)散系數(shù)隨著溫度的升高逐漸增大。獲得了分子在膜內(nèi)的擴(kuò)散位移圖，得到了分子運(yùn)動的真實(shí)軌跡，軌跡結(jié)果顯示有機(jī)小分子在聚乙烯膜內(nèi)的擴(kuò)散并不是連續(xù)擴(kuò)散，而是跳躍式擴(kuò)散的模式。
　　 3.有機(jī)分子在聚乙烯膜中溶解過程的模擬
　　 采用蒙特卡洛法模擬計(jì)算了苯、甲苯、乙苯三種有機(jī)分子在聚乙烯膜中的溶解度系數(shù)，建立了合理的模型，正確描述了有機(jī)分子在聚乙烯膜中的溶解過程。

5、>　　 (1)獲得了范德華作用能曲線、非鍵相互作用能分布曲線、分子在膜內(nèi)的密度分布情況圖和能量分布情況圖。從范德華作用能曲線可以判斷出體系在模擬設(shè)定的步數(shù)內(nèi)已經(jīng)到達(dá)平衡，模擬結(jié)果具有可靠性；從非鍵相互作用能分布曲線可以看出苯、甲苯、乙苯三種有機(jī)分子在聚乙烯膜中的能量狀態(tài)相差不大；從密度分布情況圖可以形象直觀的看出三種分子在聚乙烯膜內(nèi)集中吸附的區(qū)域；從能量分布情況圖可以看出有機(jī)分子在聚乙烯膜中最容易吸附的位置。以上這些微觀層面的認(rèn)識可以

6、對物理實(shí)驗(yàn)的不足進(jìn)行補(bǔ)充。
　　 (2)模擬結(jié)果表明：在相同溫度下，隨著分子量的增加，有機(jī)分子在聚乙烯膜中的溶解度系數(shù)逐漸減小；對于同種有機(jī)分子，其在聚乙烯膜中的溶解度系數(shù)隨著溫度的升高可能逐漸減小。
　　 (3)對所得的苯、甲苯、乙苯的擴(kuò)散系數(shù)及溶解度系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)果表明：在相同溫度下，苯、甲苯、乙苯三種有機(jī)分子的滲透系數(shù)的大小依次減??；不同溫度下，同種有機(jī)分子的滲透系數(shù)隨著溫度的升高而減小。這與溶解度系數(shù)的變化趨勢