Dynamique des chaînes libres dans les nanocomposites polymères

La dynamique des chaînes polymères enchevêtrées dans un polymère rempli de nanoparticules est étudiée au moyen de simulations de dynamique moléculaire d’un système modèle. L’objectif principal est d’étudier dans quelle mesure la reptation des polymères non en contact direct avec les charges est modifiée par rapport au matériau pur. À cette fin, deux systèmes sont considérés : Un matériau régulier chargé dans lequel l’affinité charge-polymère est contrôlée, et un système dans lequel les billes en contact avec la charge au début de la phase de production de la simulation sont attachées à la surface de la charge. Ce deuxième système représente le cas limite d’un long temps d’attachement polymère-charge. Dans ce cas, l’attention est portée sur les chaînes libres de la masse fondue. La dynamique dans les deux modèles est différente. Dans le système rempli, un ralentissement uniforme pour tous les modes de Rouse est observé. L’effet varie de façon monotone avec l’affinité charge-polymère. Jusqu’à saturation, ce comportement peut être capturé par les modèles habituels avec un coefficient de friction effectif dépendant de l’affinité. Dans le système avec des chaînes greffées, la dynamique de Rouse de la chaîne libre est identique à celle du matériau pur, sauf pour les modes les plus longs qui sont significativement ralentis. Plus intéressant encore, la dynamique des chaînes libres dépend de manière non monotone de l’affinité polymère-charge, bien que les chaînes libres ne soient pas en contact direct avec la charge. Cet effet est dû à de petits changements dans la structure de la brosse polydispersée lors de la modification de l’affinité. Plus précisément, la densité de la brosse et la quantité d’interpénétration des chaînes libres et greffées dépendent de l’affinité charge-polymère. L’utilisation d’un modèle de reptation avec un diamètre de tube modifié pour capturer ce comportement est discutée.