Dinamica delle catene libere nei nanocompositi polimerici

La dinamica delle catene polimeriche aggrovigliate in un polimero riempito di nanoparticelle è studiata per mezzo di simulazioni di dinamica molecolare di un sistema modello. L’obiettivo primario è quello di studiare in che misura la retrazione dei polimeri non in contatto diretto con i riempitivi è modificata rispetto al materiale puro. A tal fine, vengono considerati due sistemi: Un materiale riempito regolare in cui l’affinità filler-polimero è controllata, e un sistema in cui le perle in contatto con il filler all’inizio della fase di produzione della simulazione sono legate alla superficie del filler. Questo secondo sistema rappresenta il caso limite di un lungo tempo di legame polimero-filler. In questo caso l’attenzione è focalizzata sulle catene libere del fuso. La dinamica nei due modelli è diversa. Nel sistema riempito si osserva un rallentamento uniforme per tutti i modi Rouse. L’effetto varia monotonicamente con l’affinità filler-polimero. Fino alla saturazione, questo comportamento può essere catturato da modelli usuali con un coefficiente di attrito effettivo, dipendente dall’affinità. Nel sistema con catene innestate, la dinamica della catena libera Rouse è identica a quella del materiale puro, tranne che per i modi più lunghi che sono significativamente rallentati. Più interessante è il fatto che la dinamica delle catene libere dipende in modo non monotono dall’affinità polimero-filler, anche se le catene libere non entrano in contatto diretto con il filler. Questo effetto è dovuto a piccoli cambiamenti nella struttura della spazzola polidispersa al variare dell’affinità. In particolare, la densità del pennello e la quantità di compenetrazione delle catene libere e innestate dipendono dall’affinità filler-polimero. Viene discusso l’uso di un modello di rettazione con diametro del tubo modificato per catturare questo comportamento.