二元自缩合乙烯基聚合反应体系的统计热力学

应用统计力学原理对二元自缩合乙烯基聚合反应体系(由单体和引发单体组成)的统计热力学特征予以研究.首先从两种不同的角度给出与聚合反应相应的配分函数,据此得到反应体系的平衡自由能、质量作用定律以及超支化高分子的数量分布函数,进而计算了体系的比热和等温压缩系数等热力学量.进一步研究了超支化高分子的空间尺度,给出反应体系k次均方回转半径的递推公式,计算了各种不同溶剂条件下的均方回转半径,指出引发单体分数、反应程度和溶剂效应对超支化高分子空间尺度的影响.     

加核自缩合乙烯基聚合反应体系的热力学特征

从统计力学角度出发,对加核二元自缩合乙烯基聚合反应体系的热力学特征进行了研究.给出了引发核与引发单体间的配料比、反应物的体积分数及引发核的官能度等因素与反应体系热力学统计特征之间的定量关系,重点讨论了内能、比热、多分散性指数和均方回转半径等物理量随反应条件的变化规律.结果表明,通过调控反应温度、改变反应物的浓度(体积分数)和配料比以及选取合适的引发核等方法可制备出具有预期结构和性能的超支化高分子.     

非等活性加核自缩合乙烯基聚合体系回转半径的Monte Carlo模拟

利用Monte Carlo模拟方法研究了加核自缩合乙烯基聚合反应体系中超支化高分子的二次回转半径随双键转化率的变化情况. 在模拟中, 重点考察了两类活性基团的反应活性差异、 引发核的配比及基团数等因素对超支化高分子均方回转半径的影响. 结果表明, 上述因素对于超支化高分子的尺度有着显著影响, 从而可为调控体系中高分子的空间尺度提供有效途径.     

ABg型超支化反应体系的平衡统计特征

应用统计力学原理, 从两种不同角度对ABg型超支化反应体系中的平衡特征进行研究, 得到该体系平衡自由能以及反应程度与热力学量之间关系的解析表达式. 进一步指出获得超支化高分子数量分布函数的两种新方法, 并结合改进的高分子格子流体理论探讨了聚合反应对体系状态方程的影响.     

AB_g型超支化聚合反应中的环化效应

研究了ABg型超支化聚合反应中的环化效应,给出高分子代数生长的微分动力学方程,并通过环化反应的内在特征确定了环化反应与分子间反应的速率常数.进而利用Monte Carlo模拟方法得到了树状高分子和含环高分子的数量、环的尺寸分布以及高分子数均和重均分子量等,讨论了环化效应对聚合体系平均特征的影响.结果表明,环化效应取决于单体体积分数、溶剂效应和官能度之间的协同作用,其中单体的体积分数在环化反应中起着主导作用,而溶剂效应和官能度之间则相互竞争.     

三元非等活性自缩合乙烯基聚合体系的Z均回转半径

利用Monte Carlo模拟方法研究了由单体、引发单体和引发核组成的三元自缩合乙烯基聚合反应体系. 重点考察了两类活性基团反应活性的差异、引发单体分数、引发核的配比及活性基团数等因素对体系中无核和有核两类超支化高分子Z均回转半径的影响. 结果表明, 这些因素对超支化高分子的结构和尺度影响显著, 因而通过调节有关参数可以实现对超支化高分子结构和尺度的调控.     

连锁聚合反应的动态Monte Carlo模拟及其浓度效应

用动态Monte Carlo方法和键长涨落模型相结合分别对自由基聚合、离子聚合动力学过程进行了计算机模拟, 在三维空间中统计了转化率、聚合度、分子量的数量和重量分布, 并将模拟结果和理论预测进行了对比分析, 同时得到不同浓度下均方回转半径与平均链长的标度关系, 说明三维空间中标度指数与浓度的相关性. 还初步考察了扩散对反应体系分子量的影响. 说明动态Monte Carlo方法用于研究连锁聚合反应动力学过程是有效的, 而且能够同时得到经典的聚合反应Monte Carlo模拟方法所难以得到的链构象、分子扩散等空间相关的信息.     

Af+AB星型聚合体系的统计热力学

应用统计力学和热力学原理研究了 A_f+AB星型聚合体系的性质. 首先从两种不同的角度给出了与聚合反应相应的配分函数, 并据此得到反应体系的平衡自由能、质量作用定律及数量分布函数, 进而得到了体系的平衡状态方程和比热. 在此基础上, 以反应体系的回转半径为例研究了溶剂效应对星型高分子空间尺度的影响.     

自缩合乙烯基聚合体系中的环化效应

基于超支化高分子的生长代数模型,利用Monte Carlo模拟方法研究了不同溶剂条件下自缩合乙烯基聚合(SCVP)体系的环化效应.根据SCVP体系的反应机理给出含环反应的微分动力学方程,并通过环化反应的内在特征确定了分子间反应和内环化反应的速率常数.在此基础上,利用Monte Carlo模拟方法得到了高分子的数量分布函数、重均分子量、环数以及含环分子的链段分数等相关物理量,分析了环化效应对于体系平均物理量的影响.进一步根据模拟结果对单体浓度和溶剂效应等对内环化反应的影响予以分析.结果表明,环化效应取决于单体浓度和溶剂效应之间的协同作用,其中单体浓度在环化反应中起着主导作用.     

超支化聚合反应的多尺度模拟

超支化聚合物具有与树枝状大分子相似的物理和化学性质,其具有合成简单、分子量分布宽等突出特点,超支化聚合物分子的结构形成取决于聚合反应过程,本文介绍了超支化聚合反应模拟研究的最新进展.首先介绍了八位置键涨落粗粒化格子模型在超支化聚合反应模拟中的应用,该方法考虑了聚合物分子空间位阻效应、分子内成环和反应点活性等影响因素,从而可以模拟不同类型的超支化聚合反应;为了定量描述单体和聚合物分子结构,研究者进一步发展了杂化多尺度超支化聚合反应模拟方法,该方法通过玻尔兹曼反演迭代方法获取单体和聚合物特异性粗粒化力场,然后通过粗粒化分子动力学方法结合反应性Monte Carlo方法对特异性超支化聚合反应进行定量模拟.多尺度聚合反应模拟不仅可以精确计算超支化聚合物分子量、多分散性指数和支化度等一般性聚合物参数,还可以获取分子成环率、超支化大分子构象等重要分子结构信息,在超支化聚合反应基础研究与预测方面具有重要应用价值.     

缩聚反应的统计力学和反应动力学理论

以两类典型的缩聚反应为例,研究了缩聚反应的统计理论和反应动力学理论之间的内在联系,给出反应程度与平衡反应动力学常数以及聚合反应自由能之间的关系.在此基础上,借助于聚合反应平衡常数使一些平均高分子物理量的表征得以简化.从热力学角度进一步研究了温度和压力等热力学量对反应体系的影响.     

分批投料模式下加核自缩合乙烯基体系的Monte Carlo模拟

通过Monte Carlo 模拟方法对加核自缩合乙烯基体系在分批投料模式下的聚合行为进行研究, 考察了引发核的加入时间及分批投料方式对超支化高分子的重均分子量及多分散指数的影响. 研究结果表明, 不同的分批投料方式对超支化高分子的重均分子量和多分散性具有显著的调控作用. 通过调整投料方式、 投料次数、 引发核官能度和转化率等因素, 可以得到分子量较高且多分散性较好的超支化高分子.     

凝胶色谱与多角激光光散射联用研究聚氧化乙烯的扩展效应和链构象

采用凝胶色谱与多角激光光散射联用的方法,测定了一系列不同分子量的聚乙二醇(PEG)和聚氧化乙烯(PEO)在色谱柱中的扩展效应.扩展因子随PEG/PEO分子量的增加而增大,经扩展效应改正后得到了样品的准确分子量和分子量分布.同时建立了PEO的Z均回转半径Rgz与重均分子量Mw之间的单分散标度关系:Rgz=0.0272 Mw0.56,结果表明,长链PEO在水溶液中由于排除体积效应采取溶胀的无规线团构象.     

聚合物分子量的教学思考

聚合物的结构控制是高分子化学的主要研究课题和关键教学课题,而分子量的控制是其重要内容。聚合物的分子量以平均值来表示,与聚合度直接关联。数均聚合度有其基本的数学定义式,根据聚合方式的不同,聚合反应的数均聚合度采取了不同的数学处理方式,其根源在于聚合反应的本质,其结果为数均聚合度的具体表达式;后者表现出不同聚合反应的分子量变化的相应特征,同时具有确定的适用范围。     

二维高分子链形态的计算机模拟

介绍在“高分子物理实验”教学中新开设的又一个计算机模拟实验，即应用自编的改进型四位置模型，模拟二维空间中的自回避行走链和无规行走链，并验算均方末端距和均方回转半径与聚合度的标度关系，所得结果与de Gennes的理论符合良好。     

AB_g型超支化高分子反应的统计力学和反应动力学研究

以AB_g型超支化高分子反应为例,对该反应体系的反应动力学和统计力学进行了研究,并探讨了二者之间的关系.进一步给出反应体系的反应程度与体系的Gibbs自由能等热力学量间的解析表达式以及反应程度与浓度和时间等物理量之间的关系.     

在四官能团引发剂存在下的自缩合乙烯基聚合反应制备丙烯酸酯类超支化共聚物

超支化聚合物具有特殊的结构和性能 ,可通过一步法聚合直接制得 ,具有大规模工业应用前景 .近年来 ,超支化聚合物的研究已成为高分子科学的热门课题之一[1～ 3 ] .超支化聚合物的一个主要缺点是它的分子量分布比较宽 .Ｍ櫣ｌｌｅｒ[4] 等通过理论计算指出 ,在聚合体系中加入ｆ个功能基团的分子Ｂｆ[对自缩合乙烯基聚合反应 (ＳＣＶＰ) ,Ｂｆ为ｆ个引发基的引发剂 ;对ＡＢｘ 型单体的缩聚反应 ,为有ｆ个Ｂ官能团的分子 ],可以降低超支化聚合物的分子量分布 ,这一结果已被实验证实[5～ 7] .我们用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ方法模拟了在多官能团引…     

ABg型缩聚形成的超支化聚合物的支化度与分子形态

用聚合反应动力学模型, 详细分析了AB_g型缩聚体系中各种结构单元的演变, 对超支化聚合物支化度的各种定义作了比较, 并对AB_g型反应体系的支化度提出了一个改进的定义, 使得支化度随g的增加而增加, 当g从2增加到无穷大, 最大支化度相应地从0.5增加到1－e^－1. 对均方回转半径的数值计算表明, 在确定的A基团转化率(x), z-均均方回转半径几乎与g无关, 当x＝0.999时, 随着g从2增加到无穷大, z-均回转半径只增加0.1%. 但是, 同样的条件下, z-均聚合度增加到2倍. 这一现象表明在任何指定的A转化率, AB_g型缩聚中形成的超支化聚合物的分子轮廓与g无关, 随着g 增大而在超支化聚合物中增加的结构单元(或聚合度)必定分布在分子内部.     

存在初始分布时自缩合乙烯基聚合体系的统计理论

本文利用生成函数方法对存在初始分布的自缩合乙烯基聚合反应体系进行研究．首先在任意初始分布情形下,构造并通过反应体系的微分动力学方程导出对应的生成函数．进一步分别考察了均一初始分布和混合初始分布两种情形,利用生成函数获得反应体系的数均、重均和Z-均聚合度以及多分散指数等物理量．研究结果表明,利用生成函数方法不仅可以给出超支化高分子的数量分布函数,而且可以使平均高分子物理量的计算大为简化．同时发现,反应体系的统计特征与初始分布密切相关,相应的结果可为进一步研究分批投料、多组分及非等活性等更加复杂的自缩合乙烯基反应体系提供可能的基础．     

线形、梳形和星形高分子静态和动态性质的模拟

以梳形高分子为纽带,基于粗粒化分子动力学模拟方法,研究了线形、梳形和星形拓扑结构高分子的静态和动态性质,以揭示稀溶液中高分子链行为与链拓扑结构依赖关系的一般性规律.研究结果表明,随着线形-梳形-星形的链拓扑结构转变,回转半径的标度关系由仅依赖分子聚合度转变为同时依赖链聚合度与臂数或侧链数.分析了星形高分子和梳形高分子的静态和动态性质的特征规律.星形高分子的臂数增加使其尺寸迅速减小,形状则由长椭球形转变为类球形,且扩散系数也随之增加;其均方回转半径(〈R_g〉)和扩散系数(D)与分子聚合度(N)及臂数(f)的标度规律为〈R_g〉~N~(0.581)f~(-0.402),D~N~(-0.763)f~(0.227).梳形高分子的静态与动态性质与分子聚合度及侧链数的依赖关系为〈R_g〉~N~(0.597)f~(-0.212)(每个支化点只有一条侧链)和〈R_g〉~N~(0.599)f~(-0.316)(每个支化点有多条侧链).