Dynamica van vrije ketens in polymeer nanocomposieten

De dynamica van verstrengelde polymeerketens in een polymeer gevuld met nanodeeltjes wordt bestudeerd door middel van moleculaire dynamica simulaties van een modelsysteem. Het hoofddoel is te bestuderen in welke mate de reptatie van polymeren die niet in direct contact staan met vulstoffen wordt gewijzigd ten opzichte van het zuivere materiaal. Daartoe worden twee systemen beschouwd: Een gewoon gevuld materiaal waarin de affiniteit tussen vulstof en polymeer wordt gecontroleerd, en een systeem waarin de bolletjes die bij het begin van de productiefase van de simulatie in contact komen met de vulstof, aan het vulstofoppervlak worden vastgebonden. Dit tweede systeem vertegenwoordigt het limietgeval van een lange hechtingstijd tussen polymeer en vulstof. In dit geval wordt de aandacht gericht op de vrije ketens van de smelt. De dynamica in de twee modellen is verschillend. In het gevulde systeem wordt een uniforme vertraging voor alle Rouse modi waargenomen. Het effect varieert monotoon met de vulstof-polymeer affiniteit. Tot verzadiging kan dit gedrag worden gevat door gebruikelijke modellen met een effectieve, affiniteitsafhankelijke wrijvingscoëfficiënt. In het systeem met geënte ketens is de Rouse dynamica van de vrije keten identiek aan die van het zuivere materiaal, behalve voor de langste modi, die aanzienlijk worden vertraagd. Interessanter is dat de dynamica van de vrije ketens op een niet-monotone manier afhangt van de polymeer-vulstof affiniteit, hoewel de vrije ketens niet in direct contact komen met de vulstof. Dit effect is te wijten aan kleine veranderingen in de structuur van de polydisperse borstel bij wijziging van de affiniteit. Met name de dichtheid van de borstel en de mate van interpenetratie van vrije en geënte ketens hangen af van de affiniteit tussen vulstof en polymeer. Het gebruik van een reptatiemodel met gewijzigde buisdiameter om dit gedrag vast te leggen wordt besproken.