高分子材料积分方程理论研究
关于材料微观结构与宏观性质的研究,高分子积分方程理论具有独特的优势,已成为化学与材料工程领域理论研究的热点之一。本文基于统计力学原理,将高分子积分方程理论与高分子链构象统计理论及静电长程重整化处理方法相结合,提出了准确获取各类高分子体系分子内及分子间相关函数的方法,同时基于相关函数,进一步研究了高分子体系的结构及性质,主要研究内容包括:
1、全面分析了高分子参考作用点模型(polymer referenceinteraction site model,PRISM)积分方程理论的整体框架和构建,深入讨论了获取分子内结构因子的不同模型、生成矩阵方法与实际高分子链结构的关系、求解方程闭合条件,详细推导了高分子混合体系的静电重整化方法,简要给出了PRISM方程数值求解的有效计算方法与Fourier变换等数学技巧,为研究各类复杂高分子体系奠定了必要理论基础。
2、应用PRISM理论,研究了具有复杂苯环结构的无规聚苯乙烯分子内各基团间相互关系,提出了基于六个相互作用点的自由连接链模型,描述了聚苯乙烯分子内各作用点间直接相互作用及不同分子间的相互关系,进而从分布函数角度刻画了整个体系的精细微观结构和相关热力学性质。
3、基于高分子链构象统计理论,充分考虑了分子链内作用点的物理特性(直径、键长、键角、相互作用能、键能等),利用生成矩阵方法并结合Koyama分布函数,建立了具有复杂苯环结构的无规聚苯乙烯分子内相关函数的半自由链模型；根据分子内与分子间各基团间相互关系,描述了整个体系的微观结构和X.光散射强度等性质。在整个理论模型建立及求解过程中,无需引入任何经验参数,为高分子积分方程理论深入研究复杂高分子体系的微观结构和宏观性质提供了新的思路和手段。
4、应用上述半自由链模型,建立并求解了小分子一聚合物体系的PRISM方程,获得了小分子在高分子内的结构分布；结合定标粒子理论,由结构分布导出了小分子一聚合物体系新的状态方程,计算了不同气体在聚苯乙烯中的吸附量,分析了高压下二氧化碳所诱导的聚苯乙烯的膨胀性质,计算结果与实验数据相吻合,这在一定程度上拓展了PRISM理论的适用范围,为其进一步向工程应用转化奠定了坚实的基础。
5、采用多作用点半自由链模型,结合生成矩阵法及Koyama分布函数,对含氢键缔合作用的聚合物中静电作用,建立了静电长程重整化处理方法,描述了聚乙二醇水溶液的微观结构,为深入研究氢键缔合作用对复杂聚合物结构及性质的影响创造了必要条件。
6、提出了描述高分子的3D-PRISM理论,给出了该理论模型的完整数学表述和计算方法,同时选取水作为模型简化的研究对象,计算了水的三维空间结构信息,给出了体系分子间相互作用的丰富空间形貌,为PRISM理论研究聚合物的三维空间结构打下了坚实的基础。
高分子材料;积分方程;生成矩阵法;半自由链模型;氢键缔合;3D-PRISM理论
北京化工大学
博士
化学工程与技术
密建国
2011
中文
TB324;O175.5
145
2011-08-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）