有機(jī)分子-聚合物在離子液體中溶解及結(jié)晶行為的理論研究.pdf

1、離子液體由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，能夠溶解無機(jī)、有機(jī)及聚合物等物質(zhì)，在聚合物復(fù)合材料的開發(fā)和制備過程中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本文以離子液體/有機(jī)分子及離子液體/聚合物為研究對(duì)象，從分子間相互作用出發(fā)，通過構(gòu)建相應(yīng)的理論模型，對(duì)有機(jī)分子和聚合物在離子液體中的微觀結(jié)構(gòu)、平衡性質(zhì)、界面性質(zhì)進(jìn)行研究。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　(1)根據(jù)有機(jī)分子與離子液體的幾何和化學(xué)特性，構(gòu)建了能描述離子液體-有機(jī)分子二元體系的三維密度泛函理論模型，研究了噻

2、吩、苯并噻吩和二苯并噻吩等有機(jī)分子在不同離子液體周圍的微觀結(jié)構(gòu)（空間分布），根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)確定了有機(jī)分子的溶解度和二元體系的界面張力。與實(shí)驗(yàn)值比較可知，模型預(yù)測(cè)的平均相對(duì)偏差低于10％。根據(jù)有機(jī)分子在不同離子周圍的空間分布，分析了離子液體對(duì)有機(jī)分子溶解的微觀機(jī)理。根據(jù)溶解機(jī)理，對(duì)不同的陰陽(yáng)離子對(duì)進(jìn)行組合，設(shè)計(jì)了四種具有高溶解性能的咪唑類離子液體。
　　(2)充分考慮聚合物的空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建了關(guān)于聚合物半柔性鏈的自由能泛函，描述構(gòu)象

3、熵的貢獻(xiàn)，并將此引入密度泛函模型，計(jì)算并預(yù)測(cè)了聚環(huán)氧乙烷-[EMIM][BF4]二元體系的溶解平衡，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值一致;根據(jù)聚環(huán)氧乙烷在不同離子液體各基團(tuán)周圍的微觀結(jié)構(gòu)，分析了[EMIM][BF4]對(duì)聚環(huán)氧乙烷溶解性能的微觀機(jī)理;在此基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)了聚環(huán)氧乙烷-[EMIM][BF4]二元組分液液兩相體系之間界面張力，分析了界面張力隨溫度變化的關(guān)系。
　　(3)在三維密度泛函理論模型中引入了關(guān)于晶格點(diǎn)陣的張量表達(dá)，研究了聚乙烯和等規(guī)

4、聚丙烯等聚合物的結(jié)晶行為。根據(jù)能量最小化原則，對(duì)晶體以及晶體-熔體界面密度分布進(jìn)行局部?jī)?yōu)化和全局優(yōu)化，確定了晶體-熔體相平衡，通過和實(shí)驗(yàn)值比較驗(yàn)證了理論模型的準(zhǔn)確性;由平衡確定了聚合物晶體的晶胞參數(shù)及密度分布、晶體-熔體界面密度分布，預(yù)測(cè)了聚合物晶體在不同晶面內(nèi)的界面張力，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值相吻合;分析了過飽和狀態(tài)下聚合物晶體成核過程中成核自由能和尺寸的變化規(guī)律，預(yù)測(cè)了聚合物晶體成核能壘與臨界成核尺寸，從微觀層面認(rèn)識(shí)了聚合物晶體生長(zhǎng)，為離

5、子液體影響聚合物結(jié)晶行為研究打下了良好的理論基礎(chǔ)。
　　(4)充分考慮聚合物晶體表面與離子液體界面的非均相性，構(gòu)建了能描述離子液體-聚合物晶體復(fù)合體系的三維密度泛函理論模型，研究了不同離子液體對(duì)聚偏氟乙烯結(jié)晶行為的影響，包括相平衡時(shí)聚偏氟乙烯晶體結(jié)構(gòu)和晶體-熔體界面的微觀結(jié)構(gòu)，不同離子液體在聚偏氟乙烯晶體表面的微觀結(jié)構(gòu)，離子液體濃度變化對(duì)聚偏氟乙烯結(jié)晶行為的影響，預(yù)測(cè)了聚偏氟乙烯晶體-熔體界面在不同離子液體中隨離子液體含量變化時(shí)對(duì)