模型高分子环形链的构象统计理论

模型高分子环形链的构象统计理论吴大诚，杜鹏，康健（成都科技大学纺织工学院，成都，６１００６５）关键词高分子构象，环形链，随机行走在前文中［１，２］我们曾较系统地讨论过模型高分子尾形链的构象统计学，假定高分子链的两端都被某一界面物理吸附或化学结合，所形...     

端基附壁高分子链的构象统计理论——Ⅲ.NRW环形链

当线形高分子链两端被固体壁吸附后,形成了“环形链”。采用半空间格点中的普通随机行走(NRW)模型讨论了环形链构象的统计理论。在NRW尾形链构象分布函数的基础上,容易推导出NRW环形链构象数的公式。当链长N→∞时,环形链构象数与自由链构象数之比随N~(-3/2)而变化。用递归方程也导出了同样的结果。环形链的均方末端距(?)与均方键长l~2之比为2N/3,与长度相同的自由链比较,有一定收缩。所导出的基本关系得到了精确计数和Monte Carlo模拟的支持。     

端基附壁高分子链的构象统计理论——Ⅱ.SAW尾形链

研究了SAW尾形链,采用精确计数和Monte Carlo模拟方法求得d维(d=2,3)SAW尾形链的构象数C_1~d和均方末端距[h_1~d(N)]~2及其分量随链长N的变化关系.发现它们与自由SAW链一样都服从标度律,从模拟数据拟合求出了这些SAW尾形链的临界指数.还表明短链SAW在壁的法向与NRW尾形链一样有所伸展,均方末端距的法向分量几乎是平行分量的2倍;但随N→∞,链自回避效应对壁的作用有所屏蔽,这与NRW尾形链有明显不同.     

界面层中模型高分子链构象的统计理论

高分子自由链在溶液、熔体或固体中的构象有完整的理论和实验工作 ,已是成熟的知识[1～ 4] .近年来 ,受限大分子构象的探索已成为新的热点[5] .界面是一种最简单的限制 ,将对其附近的高分子产生显著的影响 .除理论家的重视以外 ,界面附近高分子构象问题还与许多应用领域相关 .例如 ,液体高分子的表面张力 ,固体高分子的粘附 ,滑移 ,磨蚀等力学特性 ,甚至它们的光学和电学性质都与界面上的组成和分子构象相关[6] .ｄｅＧｅｎｎｅｓ[7] 最早强调界面附近的分子链构象问题的重要性 .他首先从理论上猜测长链的链端若与界面有强吸引作用 ,则它们…     

模型高分子尾型链的构象统计理论

基于金刚石格点上受限于半空间的随机行走，借概率论中的反射原理推导出了模型高分子尾型链的构象分布．得到了链长为Ｎ的模型尾型链的允许构象数Ｃ１（Ｎ）和末端距分布函数．在四选择模型中，发现Ｃ１（Ｎ）／４Ｎ与Ｎ－１／２成正比．模型尾型链在与壁正交方向上的均方末端距分布与平行方向比较扩张至２倍，而后者与自由链对应的分量相等．这些解析结果得到了精确计数和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟计算机“实验”的支持．     

金刚石格点上自避行走尾形链的构象统计理论

研究了金刚石格点上自避随机行走（ＳＡＷ）尾形链，采用精确计数和ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟方法求得该ＳＡＷ尾形链的构象数Ｃ（Ｄ）１（Ｎ）和均方末端距［ｈ（Ｄ）１（Ｎ）］２及其分量随链长Ｎ的变化关系．发现它们与自由ＳＡＷ链一样都服从标度律，从这些量的计算机实验数据拟合求出了金刚石格点上ＳＡＷ尾形链的临界指数和格点指数．计算结果还表明短链ＳＡＷ在壁的法向与ＮＲＷ尾形链一样有所伸展，均方末端距的法向分量几乎是平行分量的２倍；但随Ｎ→∞，链自回避效应对壁的作用有所屏蔽．这些都与简立方格子模型上得到的结果一致．     

聚合物链构象的Monte Carlo模拟:单链的构象熵

本工作提出了一种新的直接用Monte Carlo模拟方法计算聚合物链构象熵,我们称这种方法为构象计数法。在本文中首先叙述了这个方法的计算原理,然后将它应用到简单立方格子中的无规自避行走问题上。具体计算了短链(链步数n=7～19)和长链(n～2100)时的熵在短链下所得到的熵数据与准确值相比偏差在0.04％以内(2000个样本)。在长链下所得到的熵数据与重整化群理论的结果相比,误差在0.8％左右(样本数为300)。同时本文还计论了限制在边长为2的立方体内,最大链步数n=26的受限链的构象熵。由本方法所求得的数据和用直接计算构象数得到的熵准确值也符合得很好。偏差在0.6％以内(2000个样本)。本文还对权重因子进行了讨论,提出改进数据准确度的方法。     

聚乙烯型尾形链构象统计的Monte Carlo研究

以聚乙烯型尾形链为例 ,根据链的实际键长、键角和Θ条件下每一链段处于不同旋转异构态的条件概率 ,用MonteCarlo模拟方法生成样本链分子 ,计算了尾形链的均方末端矩及其分量、构象数 ,并与完全计算法及理论推导值作了比较 ,讨论了尾形链构象数和沿边界方向及法线方向均方末端矩分量随链段数n及键角Φ的变化 .     

链分子的构象弹性理论

研究基于旋转异构态模型、用末端距与构象能描述的链构象分布函数、以及链构象态在体系形变中的消失规则,发展了一个链分子的构象弹性理论.用该理论描述的理想形变行为,支持天然橡胶在大形变时应力陡然上翘归因于链构象变化的观点在物理上的合理性.该理论能够区别不同化学结构高分子所具有的不同形变行为,能够预报高分子形变中熵项与内能项各自的贡献.预报了天然橡胶形变中内能的贡献约为13%, 与实验相符.     

聚肽分子链构象转变研究

聚肽分子链在一定的条件下可发生右旋分子链构象与左旋分子链构象间的构象转变 .文中提出了一个有关这一现象的统计理论解释 ,理论包含了两个重要的参数γ、ρ .γ与右旋和左旋分子链构象间能量差别有关 ;ρ与在左旋分子链段中启始一个右旋构象的结构单元所需能量有关 .进一步考虑了体系中酸分子存在对构象转变的影响 ,以解释新近发现的聚肽左、右旋多重分子链构象转变现象 .此外 ,运用核磁共振 (NMR)手段还对这一现象做了进一步的研究 .通过与实验结果和文献中报告的数据比较 ,证明这一理论可以很好地解释聚肽分子链中发生的左、右旋分子链构象转变     

近壁模型高分子链的计算机模拟

采用简立方格点上的普通无规行走 (NRW)和自避行走 (SAW )为模型链 ,研究了不可穿透的刚性壁附近高分子的构象性质 ,得出近壁链的构象熵和尺寸随一端点与壁之间距离z0 的变化 .所用的计算机模拟技术包括精确计数和MonteCarlo模拟 .数值结果表明 ,近壁链的构象熵降低遵循一种简单规律 ,即当链长愈长或一端愈接近于壁时 ,与长度相同的自由链相比 ,链因壁限制所致构象熵的降低愈大 .当链十分接近于壁时 ,其均方末端距〈R2 〉(尤其是与壁垂直的分量〈R2z〉)大于自由链的相应值 ;随z0 增大 ,〈R2 〉及〈R2z〉开始减小 ,通过某一极小值 ,然后上升 ;当z0 →∞时 ,趋于自由链的极限值 .换言之 ,近壁模型链的线团经历一个收缩再逐渐扩张的过程     

端基附壁高分子模型链的塌缩转变

借MonteCarlo和模拟退火方法研究了端基附壁高分子尾形链在不同温度下的形态变化 ,链的模型采用有最近邻相互吸引作用的自避行走 .计算机实验结果表明 ,对于端基附壁的高分子尾形链 ,与自由链一样 ,当温度逐渐降低时高分子链会发生从松散的无规线团到紧密球体的塌缩转变 .计算机模拟得到了端基附壁链的均方末端距及其分量 ,均方回转半径及分布随温度的变化 .由于刚性壁的影响 ,使得有限链长的高分子尾形链与自由链相比 ,其表示链尺寸 温度关系的曲线要稍低 .模拟还发现 ,在高温时壁对链形状的影响比较大 ,壁垂直方向上尺寸明显大于平行方向的尺寸 ,后者接近于自由链的尺寸分量 .然而 ,低于θ温度时 ,尤其是完全塌缩之后 ,壁对链形状的影响已经很小 .     

POSTGRAFTING OF HYPERBRANCHED DENDRITIC POLYMER FROM TERMINAL AMINO GROUPS OF POLYMER CHAINS GRAFTED ONTO SILICA SURFACE

This paper describes postgrafting of hyperbranched dendritic polyamidoamine initiated from terminal amino groups of polymer chains grafted onto ultrafine silica surface in order to modify the silica surface. Surface grafting of polymer having terminal amino groups as initiator sites was performed by a reaction of terminal diamine-type polyoxyethylene with epoxy groups previously introduced onto the surface by 3-glycidoxypropyltri-methoxysilane treatment. The postgrafting reaction of dendritic polyamidoamine from the terminal amino groups was achieved by repeating the Michael addition of methyl acrylate to amino groups followed by amidation of the resulting ester moieties with ethylenediamine or hexamethylenediamine. Both the amount of amino groups and the percentage of postgrafting of the resulting polyamidoamine increased with an increase in the number of generations: the amino group content increased from 0.40 mmol/g to 2.68 mmol/g, and the percentage of postgrafting reached 61.0% after the 12th generation by using ethylenediamine in amidation. These values, however, were considerably smaller than the theoretical values. This indicates that the postgrafted polyamidoamine was a hyperbranched polymer but not a precise dendrimer. Ethylenediamine as a reactant in amidation was more effective than hexamethylenediamine, and a low content of initial amino groups was also preferred to a large amount of them probably because of steric hindrance in the propagation of hyperbranched dendritic polyamidoamine. The average particle size of hyperbranched dendritic polyamido-amine-postgrafted silica measured by light scattering photometry increased with an increase in the number of generations of the resulting polyamidoamine.     

SHAPE OF POLYMER CHAINS ON A TETRAHEDRAL LATTICE*

The shape of unperturbed polymer chains was studied using the Monte Carlo technique on a tetrahedral lattice.The asphericity A, the ratios/and/ were calculated for different values of polymer chain length n,conformational energy ε (ε≥0) and temperature T. The asphericity A decreases with the increase of chain length and tends toreach its limiting value rapidly with the decrease of γ(γ=ε/k_BT). For large n, A is about 0.525±0.005, the ratios/ and/ are about 2.7 and 12.0, respectively, and are almost independent of γ, but for short chains, theydepend on γ.     

流场驱动高分子链迁移穿过微通道的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学模拟方法研究了高分子链在流场驱动作用下迁移穿过微通道过程中的链构象变化和动力学行为.在足够大的流场力驱动作用下,高分子链在沿着流场方向逐渐被拉伸,从而能够穿过管径小于其自身尺寸的微通道.耗散粒子动力学模拟结果表明高分子链的迁移过程主要分为3个步骤:(1)在流场驱动作用下,高分子链漂移并逐渐靠近微通道入口;(2)高分子链逐渐调整自身构象,并使其部分进入微通道;(3)高分子链成功穿过微通道.同时,模拟还发现当高分子链尺寸大于微通道细管道管径时,高分子链穿过微通道所需的平均迁移时间随着流量的增加而逐渐减小.此外,为了研究高分子链刚性对高分子链穿过微通道的影响,模型中还引入了蠕虫状高分子链模型.模拟结果发现,高分子链的链刚性越强,其迁移穿过微通道的时间越长.     

简立方格点自避行走所模拟的高分子链吸附和塌缩

采用复合Markov链法 ,针对简立方格点上的自避行走模型 ,研究了同时具有对壁的吸附作用ε1 和最近邻相互作用ε2 的高分子链的热力学性质 .相互作用能量参数ε1 和ε2 分别联系于参数α和 β .令链长N=10 0 ,由这种MonteCarlo方法可得出链的自由能FN(α ,β) ,热容2 FN(α ,β) /2 α和2 FN(α ,β) /2 β ,吸附点平均数〈m〉/N ,最近邻相互作用对平均数〈n〉/N和均方末端距对壁的垂直分量RZ2 .除已有方法由热容数据可绘出α β相图外 ,建议由结构参数〈m〉/N ,〈n〉/N和RZ2 绘制相图 ,并发现二者基本一致 .所得相图表明 ,存在 4个相区 ,分别是解吸 膨胀相 (DE) ,吸附 膨胀相 (AE) ,解吸 紧密相 (DC)和吸附 紧密相 (AC) .在伸展区和塌缩区 ,随着吸附作用的增强 ,会出现吸附相转变 .在解吸区和吸附区 ,随着自相互作用的增大 ,也将出现塌缩相转变 .相图出现了两个三相点 ,即AE AC DC三相点和AE DE DC三相点     

简立方格点自避行走所模拟的高分子链吸附和塌缩

采用复合Markov链法,针对简立方格点上的自避行走模型,研究了同时具有对壁的吸附作用ε1和最近邻相互作用ε2的高分子链的热力学性质.相互作用能量参数ε1和ε2分别联系于参数α和β.令链长N=100,由这种Monte Carlo方法可得出链的自由能FN (α ,β),热容2FN(α,β)/2α和2FN(α,β)/2β,吸附点平均数〈m〉/N,最近邻相互作用对平均数〈n〉/N和均方末端距对壁的垂直分量RZ2.除已有方法由热容数据可绘出α-β相图外,建议由结构参数〈m〉/N ,〈n〉/N和RZ2绘制相图,并发现二者基本一致.所得相图表明,存在4个相区,分别是解吸-膨胀相(DE),吸附-膨胀相(AE),解吸-紧密相(DC)和吸附 -紧密相(AC).在伸展区和塌缩区,随着吸附作用的增强,会出现吸附相转变.在解吸区和吸附区,随着自相互作用的增大,也将出现塌缩相转变.相图出现了两个三相点,即AE-AC-DC三相点和AE-DE-D C三相点.     

聚合物共混物脆韧转变性能研究 Ⅱ准韧性聚合物共混物脆韧转变的几何模型

给出了分散相粒间基体层厚度Ｔ与分散相粒径（ｄ）、粒径分散度（σ）和分散相体积分数（）的定量关系式．发现σ对Ｔ的影响与有关，不仅Ｔ随σ的增大而增大，而且越大，这种影响越显著．用计算机图像分析仪直接测定了聚氯乙烯／丁腈橡胶、聚丙烯（ＰＰ）／三元乙丙橡胶、ＰＰ／乙烯 醋酸乙烯酯共聚物共混物的Ｔ，发现这三种共混物的Ｔ近似于对数正态分布．理论预示与实验结果很好符合．