Monte Carlo模拟研究活性聚合及聚合诱导自组装

作     者：许欣 

作者单位：安徽大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈鹏

授予年度：2013年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070305[理学-高分子化学与物理] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 

主      题：Monte Carlo模拟 活性聚合 聚合诱导自组装 聚合物胶束 

摘      要：具有窄分子量分布的两亲性嵌段共聚物在溶液中可以自组装形成各种胶束和囊泡结构。这些聚合物有序聚集体可应用于生物医药、催化、微电子等领域。为了获得结构固定、尺寸分布均匀的胶束或者囊泡,嵌段共聚物的分子量分布和链段组成比例必须保持低分散度。活性聚合,包括活性离子聚合和活性可控自由基聚合,是制备结构和组成可控的嵌段共聚物的一种重要合成技术。最近几年发展起来的聚合诱导自组装方法,可以在聚合的同时获得自组装聚集体,方法步骤简单,产率高,有重要的工业化应用前景。 本论文采用八格点与单格点Monte Carlo模拟方法研究了溶液自组装体系和活性聚合反应过程。我们的理论模型对研究聚合反应诱导高分子自组装的机理,验证和揭示聚合反应诱导高分子自组装的实验现象有重要的帮助和理论意义。具体研究内容包括： 1.分别使用Monte Carlo单格点与八格点键长涨落模型模拟研究溶液中的嵌段共聚物的自组装,观察研究溶液自组装形成胶束的相行为,通过改变溶液浓度、成核链段与溶剂之间的相容性、各链段的相对长度,观察到了胶束尺寸和数目的变化,以及胶束形态在球状和棒状之间的转变。讨论了两亲性嵌段共聚物自组装的形成机理及影响因素,并与实验及其它模拟进行对比。通过比较两种模型的模拟结果发现,在溶液体系中,八格点模型运行效率更高,而单格点模型得出的胶束形貌更加规整和丰富。 2.模拟研究活性聚合的动力学过程,通过统计模拟聚合反应过程中的单体转化率,聚合物分子量,分子量分布等信息,证明聚合反应是可控的活性聚合。研究发现降低终止反应发生的概率可以在反应后期降低分子量分布系数,减少活性种浓度可以得到分子量分布更窄的聚合物,降低活性种存活的时间可以使反应前期突跃时分子量分布变窄。研究结果表明,本论文建立的单格点模型符合活性自由基聚合的动力学特点,可以用来研究活性聚合反应。 3.将聚合反应和自组装相结合,建立聚合诱导自组装的模型,观察了聚合诱导高分子自组装形成的微观结构。通过调控聚合反应概率,自组装的退火速率,链段与溶剂之间的相容性等参数,我们观察到诱导组装形成的球状和柱状胶束。通过计算机模拟,我们观察了聚集体结构随单体转化率变化的规律。模拟研究验证了实验中观察到的聚合诱导自组装现象,揭示了聚合诱导自组装的动力学过程。研究结果证明,建立的单格点Monte Carlo模拟方法,可以应用于研究聚合诱导高分子自组装相行为。使用计算机模拟研究方法可以观察各种胶束的形成过程,与实验研究相结合,有助于研究者深入探讨聚合诱导方法的机理和应用。