Dynamics of free chains in polymer nanocomposites

Dynamikę splątanych łańcuchów polimerowych w polimerze wypełnionym nanocząstkami bada się za pomocą symulacji dynamiki molekularnej układu modelowego. Podstawowym celem jest zbadanie, w jakim stopniu reptacja polimerów niebędących w bezpośrednim kontakcie z napełniaczami jest modyfikowana w stosunku do czystego materiału. W tym celu rozpatruje się dwa układy: Regularny materiał napełniany, w którym powinowactwo napełniacz-polimer jest kontrolowane, oraz układ, w którym kulki mające kontakt z napełniaczem na początku fazy produkcyjnej symulacji są przywiązane do powierzchni napełniacza. Ten drugi układ reprezentuje graniczny przypadek długiego czasu przyłączenia polimeru do napełniacza. W tym przypadku uwaga skupiona jest na swobodnych łańcuchach stopu. Dynamika w tych dwóch modelach jest różna. W układzie z napełniaczem obserwuje się równomierne spowolnienie dla wszystkich modów Rouse’a. Efekt ten zmienia się monotonicznie wraz z upływem czasu. Efekt ten zmienia się monotonicznie wraz z powinowactwem napełniacz-polimer. Do momentu nasycenia zachowanie to może być uchwycone przez zwykłe modele z efektywnym, zależnym od powinowactwa, współczynnikiem tarcia. W układzie z zaszczepionymi łańcuchami dynamika swobodnego łańcucha Rouse’a jest identyczna jak w czystym materiale, z wyjątkiem najdłuższych modów, które ulegają znacznemu spowolnieniu. Co ciekawsze, dynamika swobodnych łańcuchów zależy w sposób niemonotoniczny od powinowactwa polimer-wypełniacz, mimo że swobodne łańcuchy nie wchodzą w bezpośredni kontakt z napełniaczem. Efekt ten jest spowodowany niewielkimi zmianami w strukturze polidyspersyjnej szczotki po zmianie powinowactwa. W szczególności od powinowactwa napełniacz-polimer zależy gęstość szczotki oraz wielkość przenikania łańcuchów wolnych i szczepionych. Omówiono zastosowanie modelu reptacyjnego ze zmodyfikowaną średnicą rurki do uchwycenia tego zachowania.