分子模擬研究小分子氣體在常用包裝聚合膜中的擴(kuò)散行為.pdf

1、本文通過分子動(dòng)力學(xué)法和巨正則蒙特卡洛法相結(jié)合的方法，利用Materials Studio軟件對(duì)氧氣和水分子在幾種常用包裝聚合膜中的擴(kuò)散進(jìn)行了分子模擬。
　　 首先基于COMPASS力場進(jìn)行建模。為了使模擬體系接近真實(shí)體系，模型的構(gòu)建采用三維周期性邊界條件，選取能量最低、體系最穩(wěn)定的周期邊界作為初始構(gòu)型。然后對(duì)聚合物模擬體系進(jìn)行能量優(yōu)化和退火處理，使得體系達(dá)到平衡狀態(tài)。利用MS軟件中的吸附模塊根據(jù)巨正則蒙特卡洛法吸附一定數(shù)量的氣體

2、分子，形成聚合物和氣體的混合體系。對(duì)混合體系進(jìn)行多次NVT系綜和NPT系綜的MD模擬后，直至混合體系達(dá)到平衡狀態(tài)，最后進(jìn)行NVE系綜的分子動(dòng)力學(xué)模擬以便得到氣體在聚合物內(nèi)的擴(kuò)散過程和運(yùn)動(dòng)軌跡，分析氣體分子在聚合物內(nèi)的均方位移曲線，根據(jù)Einstein方程得到氧氣和水分子在聚合膜中的擴(kuò)散系數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
　　 (1)利用分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算小分子氣體在包裝聚合膜中的擴(kuò)散系數(shù)是可行的。氧氣和水分子在聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和聚氯乙烯中

3、的擴(kuò)散系數(shù)隨著溫度的升高而增大，隨著聚合度的增大而減小。
　　 (2)研究了壓強(qiáng)對(duì)氧氣和水分子在聚合膜中擴(kuò)散的影響，發(fā)現(xiàn)壓強(qiáng)對(duì)氣體在不同聚合膜中的擴(kuò)散影響不同。
　　 (3)氧氣在聚乙烯中的擴(kuò)散系數(shù)受濕度的影響顯著，相對(duì)濕度100％時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)比相對(duì)濕度0％時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)大得多。
　　 (4)探討了氧氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w在聚乙烯中的擴(kuò)散，發(fā)現(xiàn)氧氣在聚乙烯中的擴(kuò)散系數(shù)因氮?dú)獾拇嬖诙龃蟆?br>　　 (5)經(jīng)過計(jì)算發(fā)