聚合物材料的结构与性质积分方程理论研究

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1、北京化工大学博士研究生学位论文日期：二0一四年六月三日北京化工大学学位论文原仓lJ性声明㈣嬲本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：—雩逸L日期：秒t钐石．L关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留

2、并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。口论文暂不公开(或保密)注释：本学位论文属于暂不公开(或保密)范围，在年解密后适用本授权书。口非暂不公开(或保密)论文注释：本学位论文不属于暂不公开(或保密)范围，适用本授权书。作者签名：导师签名：5垒蛰m日期：z一。仁』，己学位论文数据集中图分类号TQ311学科分类号430．99论文编号1001020140084密级学位授予单位代码10010学位授予单位名称北京化工大学作者姓名徐孟进学号20

3、11400084获学位专业名称材料学获学位专业代码080502课题来源国家自然科学基金研究方向基础理论研究论文题目聚合物材料的结构与性质积分方程理论研究关键词积分方程理论，聚合物熔体，受限空间聚合物，复合材料论文答辩日期2014．5．25·论文类型基础研究学位论文评阕及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师评阅人1评阅人2评阅人3评阅人4评阅人5徽员蝴詹茂盛教授北京航空航天大学高分子材料答辩委员1李梅教授内蒙古科技大学高分子材料答辩委员2范琳教授中科院化学所高分子材料答辩委员3武德珍教授北京化工大学高分子材料答辩委员4励杭泉教授北京化工大学高分子材

4、料答辩委员5注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在镬中国图书资料分类法》查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745-9)《学科分类与代码》中查询聚合物体系的结构与性质积分方程理论研究摘要聚合物材料在宏观上所表现出来的属性与其微观结构直接相关。随着聚合物材料在各个领域的深入应用发展，研究其微观结构对宏观属性的影响机理，对设计具有特定功能的材料有着重要的意义。本文以建立在统计力学基础上的积分方程理论为基本理论框架，通过考虑体系不同基团化学特性和空间几何结构建立分子内和分子间的各种相关函数关系，求解方

5、程能得到体系的微观结构函数，然后从微观结构函数直接关联出宏观性质。主要研究内容包括：1．以气体分子在均相聚合物熔体中的溶解度为研究对象，探讨均相聚合物的精细微观结构对气体溶解度的影响，从而揭示其溶解机理。本文采用聚合物积分方程理论(PRISM)研究了二氧化碳(C02)在聚环氧乙烷(PEO)、聚环氧丙烷(PPO)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、聚碳酸乙烯酯(PEC)和聚碳酸丙烯酯(PPC)中的溶解行为。通过生成矩阵法，针对上述不同聚合物链来构建包含化学基团和几何特性等微观信息的分子链内相关函数，研究它们的堆积效应，通过比较理论和分子模拟得到的聚合物折合X光散射强

6、度来验证模型的准确性；由此出发，进一步考虑聚合物不同基团与C02不同基团之间的verderWaals和静电作用、空间构型，得Nc02各基团在聚合物不同基团周围的空间分布，由此可直观发现不同基团如醚基和羰基的吸附强度，解释聚醚和聚酯T北京化工大学博士学位论文体系亲C02的机理。通过C02微观结构关联得到气体溶解度的方法，计算和预测了C02在五种聚合物中的溶解度随温度变化曲线，并和实验值对比验证理了论模型的可靠性。2．将三维积分方程理论(3D—RISM)拓展应用于研究聚合物／流体界面性质。针对聚合物／流体界面的非均相特征，一方面从基团化学特性和几何结构确定聚合

7、物形成的微观粗糙表面形貌，另一方面改造均相3D—RISM方程，使之具有非均相属性，可用于研究界面流体的结构和性质。改造的方法是：在方程中引入用密度泛函表示的具有非均相属性的能量，以桥函数表示，通过泛函变分，实现非均相体系在三维空间的能量最小化，满足热力学第一性原则，同时建立非均相流体的能量计算方法。以水对聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯表面的润湿为研究对象，在方程中通过表面基团与水分子的相互作用，得到水在不同表面的密度分布、自由能分布，通过分析聚合物表面的化学特性和微观结构、水在表面的密度和能量分布、水在表面的铺展过程和接触角随温度变化的趋势等来揭示聚合物表面润湿

8、机理。通过理论预测的接触角与实验值比较，验证经过能量校正后的3D—