有機分子在聚乙烯膜中溶解擴散過程的分子模擬.pdf

1、隨著量子力學、分子力學等理論學科的迅速發(fā)展，分子模擬技術在當前諸多領域的科學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，是合成樹脂中應用最廣泛的品種，可廣泛用于食品包裝、工業(yè)品包裝、化學品包裝、農用膜和建筑用膜等。運用分子模擬手段研究有機分子在聚乙烯膜中的溶解擴散過程，可以在分子層面上模擬分子的結構和行為，從微觀角度了解溶解擴散的機理。
　　 本文采用分子模擬的方法，利用Mat

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

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

4、數隨著分子量的增加逐漸減小；對于同種有機分子，其在聚乙烯膜中的擴散系數隨著溫度的升高逐漸增大。獲得了分子在膜內的擴散位移圖，得到了分子運動的真實軌跡，軌跡結果顯示有機小分子在聚乙烯膜內的擴散并不是連續(xù)擴散，而是跳躍式擴散的模式。
　　 3.有機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算了苯、甲苯、乙苯三種有機分子在聚乙烯膜中的溶解度系數，建立了合理的模型，正確描述了有機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定的步數內已經到達平衡，模擬結果具有可靠性；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集中吸附的區(qū)域；從能量分布情況圖可以看出有機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識可以

6、對物理實驗的不足進行補充。
　　 (2)模擬結果表明：在相同溫度下，隨著分子量的增加，有機分子在聚乙烯膜中的溶解度系數逐漸減??；對于同種有機分子，其在聚乙烯膜中的溶解度系數隨著溫度的升高可能逐漸減小。
　　 (3)對所得的苯、甲苯、乙苯的擴散系數及溶解度系數進行運算，結果表明：在相同溫度下，苯、甲苯、乙苯三種有機分子的滲透系數的大小依次減?。徊煌瑴囟认?，同種有機分子的滲透系數隨著溫度的升高而減小。這與溶解度系數的變化趨勢