DisCollection.ru

Авторефераты и темы диссертаций

Поступления 07.09.2008

Материалы

загрузка...

Моделирование методом монте-карло трёхмерной свободно-радикальной полимеризации тетрафункциональных мономеров

Гайсин Фанил Рафакович, 07.09.2008

 

Гайсин Фанил Рафакович

МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО ТРЁХМЕРНОЙ СВОБОДНО-РАДИКАЛЬНОЙ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ ТЕТРАФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МОНОМЕРОВ

02.00.04 – физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Бирск 2008 Работа выполнена в лаборатории «Математического моделирования полимеризационных процессов и механики сплошных сред» АН РБ при Бирской государственной социально-педагогической академии

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор Усманов С.М.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук,

профессор Янборисов В.М.

доктор физико-математических наук,

Мустафина С.А.

Ведущая организация:

Уфимский государственный нефтяной технический университет

Защита диссертации состоится « 03 » июля 2008 года в 16 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.013.10 при Башкирском государственном университете по адресу: 450074, г. Уфа, ул. Фрунзе, 32, химический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Башкирского государственного университета.

Автореферат разослан « 02 » июня 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор химических наук,

профессор Ю.А. Прочухан Актуальность проблемы. Трёхмерные полимеры широко используют в народном хозяйстве для создания конструкционных материалов и получения покрытий, клеёв, герметиков, связующих в армированных и наполненных материалах.

Весь комплекс свойств трёхмерных полимеров определяется их химической природой, степенью сшивания макроцепей (как химической, так и физической природы), морфологией структуры и режимом изготовления образца полимера. Взаимосвязь химической структуры трёхмерных полимеризатов со степенью сшитости цепей и комплексом их свойств, влияние последних на релаксационные процессы, механические и другие свойства трёхмерных полимеров разных классов, достаточно изученаы.

При выявлении предельных механических свойств трёхмерных полимеров олигоэфир(мет)акрилатов было установлено, что для них типичны низкие технические, по сравнению с теоретически ожидаемыми, значения этих свойств (к примеру, предельное значение напряжения при растяжении находится на уровне 40-100 мПа, что не менее чем на порядок ниже теоретического значения). Для объяснения этого была предложена гипотеза об изогельном строении структуры трёхмерных полимеров. В настоящее время развиты сфероколлоидная, сетчатоагрегатная и другие структурные модели, суть которых сводилась к представлению морфологии структуры трёхмерных полимеров в виде микронеоднородной структуры, включающей микроглобулы (или структурные элементы) повышенной плотности, связанные между собой редкими макроцепями.

Действительно, электронно-микроскопические, рентгенографические и другие исследования показали, что микронеоднородный характер структуры трёхмерных полимеров обусловлен множеством структурных элементов разного размера и различной геометрии, особенности которых зависят от химической природы исходных тетрафункциональных мономеров и режима их получения, причем основным первичным элементом являются микроглобулы диаметром нескольких десятков и сотен ангстрем. Макротело трёхмерного полимера представляет собой набор связанных друг с другом множеством трехмерных структурных элементов (называемых разными авторами микрогелями, сетчатыми микроагрегатами, микрозёрнами и др.), т. е. реализуется случай полидиктичного строения тела. Позднее моделирование перколяционным и другими методами трёхмерной полимеризации мономера подтвердило формирование микронеоднородной структуры полимерного тела.

Однако пока еще остаётся открытым вопрос о том, что представляют собой структурные трёхмерные элементы. Получение ответа на этот вопрос сопряжено с трудно преодолимыми экспериментальными препятствиями познания сути структурных элементов.

Получению ответа на вопрос о строении единичного структурного элемента трёхмерного полимера могли бы помочь результаты, полученные при изучении кинетики формирования структурного элемента, но таких экспериментальных данных нет, так как в этом случае нужно получить кинетическую информацию на уровне чувствительности 10-20 (или выше) по регистрируемому параметру (обычно чувствительность экспериментальных установок, в самом лучшем случае, находится на уровне 0,01-2%).

Целью работы является моделирование трехмерной свободно-радикальной полимеризации тетрафункциональных мономеров с помощью метода Монте-Карло, выявление топологических и кинетических характеристик на уровне единичного трехмерного структурного элемента (ТСЭ).

Научная новизна. Автором впервые:

- разработаны модель и алгоритм выполнения численного эксперимента, основанные на статистическом методе Монте-Карло, позволяющие имитировать кинетику свободно-радикальной трехмерной полимеризации тетрафункциональных мономеров на решётках различной геометрии и размерности;

- получены кинетические и топологические зависимости, сопровождающие формирование единичного трехмерного структурного элемента;

- выявлено влияние длины мономерной молекулы на характер кинетических зависимостей;

- выявлены особенности проявления гранулометрического распределения (ГМР) в полимеризате.

Практическая значимость результатов работы. Полученные результаты:

а) объясняют причины низких значений технической прочности макротела трехмерного полимера;

б) позволяют сделать выбор по нахождению более оптимального режима полимеризации тетрафункциональных мономеров;

в) доказывают необходимость фракционирования микроглобул (микрогелей) ввиду наличия ГМР с целю отделения нереакционноспособных микрогелей от реакционноспособных микрогелей.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей.