Изучение процесса сварки материала на основе витримера: мезомасштабное моделирование
П.В. Комаров1,2, М.Д. Малышев1,2
1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
2 ФГБУН «Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН»
DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.435
Оригинальная статья
Аннотация: Рассматривается самовосстанавливающийся эпоксидный материал на основе диглицидилового эфира бисфенола A и отвердителя трикарбоновой жирной кислоты, относящийся к новому классу полимеров, называемых витримерами. Восстановление целостности таких систем при повреждениях происходит благодаря реакции обмена ковалентными связями между сомономерами, образующими
полимерную сетку. В нашей предыдущей работе мы разработали модель данного материала на основе метода реакционной диссипативной динамики частиц. В данной работе мы применяем нашу модель для изучения процесса сварки образцов витримера, разрезанного на две части. Контроль целостности структуры систем проводился с помощью топологического анализа посредством расчета распределений по длинам простых циклов и плотности числа несущих нагрузку цепей. Показано, что скорость восстановления целостности систем определяется концентрацией катализатора и степенью сшитости полимера. Полученные результаты также свидетельствуют, что в случае высокой степени сшитости полимера, а также низкой концентрации катализатора структура системы получается сильно неоднородной.
Ключевые слова: витримеры, сетчатые полимеры, мезоскопическое моделирование, диссипативная динамика частиц, реакция обмена связями
- Комаров Павел Вячеславович – д.ф.-м.н., доцент, кафедра общей физики, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет», ведущий научный сотрудник лаборатории физической химии полимеров ФГБУН «Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН»
- Малышев Максим Дмитриевич – ассистент кафедры физической химии, ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет», младший научный сотрудник лаборатории компьютерного моделирования макромолекул ФГБУН «Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН»
Ссылка на статью:
Комаров, П.В. Изучение процесса сварки материала на основе витримера: мезомасштабное моделирование / П.В. Комаров, М.Д. Малышев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 435-449. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.435.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Pandey, J.K. Recent advances in biodegradable nanocomposites / J.K. Pandey, A.P. Kumar, M. Misra // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. – 2005. – V. 5. – I. 4. – P. 497-526. DOI: 10.1166/jnn.2005.111.
2. Adeosun, S.O. Review of green polymer nanocomposites / S.O. Adeosun, G.I. Lawal, S.A. Balogun, E.I. Akpan // Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering. – 2012. – V. 11. – I. 4. – P. 483-514. DOI: 10.4236/jmmce.2012.114028.
3. Abioye, A.A. Review of the development of biodegradable plastic from synthetic polymers and selected synthesized nanoparticle starches / A.A. Abioye, O.O. Fasanmi, D.O. Rotimi et al. // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – V. 1378. – Art. № 042064. – 9 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1378/4/042064.
4. Capelot, M. Catalytic control of the vitrimer glass transition / M. Capelot, M.M. Unterlass, F. Tournilhac, L. Leibler // ACS Macro Letters. – 2012. – V. 1. – I. 7. – P. 789-792. DOI: 10.1021/mz300239f.
5. Capelot, M. Metal-catalyzed transesterification for healing and assembling of thermosets / M. Capelot, D. Montarnal, F. Tournilhac, L. Leibler // Journal of the American Chemical Society. – 2012. – V. 134. – I. 18. – P. 7664-7667. DOI: 10.1021/ja302894k.
6. Demongeot, A. Coordination and catalysis of Zn2+ in epoxy-based vitrimers / A. Demongeot, S.J. Mougnier, S. Okada et al. // Polymer Chemistry. – 2016. – V. 7. – I. 27. – P. 4486-4493. DOI: 10.1039/C6PY00752J.
7. Hammer, L. Dually crosslinked polymer networks incorporating dynamic covalent bonds / L. Hammer, N.J. van Zee, N. Renauld // Polymers. – 2021. – V. 13. – I. 3. – P. 396-421. DOI: 10.3390/polym13030396.
8. Kolomiets, E. Double dynamers: molecular and supramolecular double dynamic polymers / E. Kolomiets, J.-M. Lehn // Chemical Communication. – 2005. – V. 2005. – I. 5. – P. 1519-1521. DOI: 10.1039/B418899C.
9. Малышев, М.Д. Мезоскопическое моделирование витримера на основе диглицидилового эфира бисфенола А / М.Д. Малышев, П.В. Комаров // Вестник Тверского государственного университета. Серия: Химия. – 2021. – № 4 (46). – С. 105-117. DOI: 10.26456/vtchem2021.4.13.
10. Groot, R.D. Dissipative particle dynamics: bridging the gap between atomistic and mesoscopic simulation / R.D. Groot, P.B. Warren // The Journal of Chemical Physics. – 1997. – V. 107. – I. 11. – P. 4423-4435. DOI: 10.1063/1.474784.
11. Gavrilov, A.A. Thermal properties and topology of epoxy networks: a multiscale simulation methodology / A.A. Gavrilov, P.V. Komarov, P.G. Khalatur // Macromolecules. – 2015. – V. 48. – I. 1. – P. 206-212. DOI: 10.1021/ma502220k.
12. Komarov, P.V. Magnetoresponsive smart nanocomposites with highly cross-linked polymer matrix / P.V. Komarov, P.G. Khalatur, A.R. Khokhlov // Polymer for Advanced Technologies. – 2021. – V. 32. – I. 10. – P. 3922-3933. DOI: 10.1002/pat.5354.
13. Sun, H. Ab initio calculations and force field development for computer simulation of polysilanes / H. Sun // Macromolecules. – 1995. – V. 28. – I. 3. – P. 701-712. DOI: 10.1021/MA00107A006.
14. Flory, P.J. Thermodynamics of high polymer solutions / P.J. Flory // Journal of Chemical Physics. – 1941. – V. 9. – I. 8. – P. 660–664. DOI: 10.1063/1.1723621.
15. Huggins, M.L. Solutions of long chain compounds / M.L. Huggins // Journal of Chemical Physics. – 1941. – V. 9. – I. 5. – P. 440-440. DOI: 10.1063/1.1750930.
16. Kriksin, Y.A. Directed assembly of block copolymers by sparsely patterned substrates / Y.A. Kriksin, P.G. Khalatur, I.V. Neratova et al. // Journal of Physical Chemistry C. – 2011. – V. 115. – I. 51. – P. 25185- 25200. DOI: 10.1021/JP204629K.
17. Olejnik, O. Self-healable biocomposites crosslinked with a combination of silica and quercetin / O. Olejnik, A. Masek, M.I. Szynkowska-Józwik // Materials. – 2021. – V. 14. – I. 14. – Art. no. 4028. – 14 p. DOI: 10.3390/ma14144028.
18. Paolillo, S. Intrinsic self-healing epoxies in polymer matrix composites (PMCs) for aerospace applications / S. Paolillo, R.K. Bose, M.H. Santana, A.M. Grande // Polymers. – 2021. – V. 13. – I. 2. – Art. no. 201. – 32 p. DOI: 10.3390/polym13020201.
19. Buaksuntear, K. Non-covalent interaction on the self-healing of mechanical properties in supramolecular polymers / K. Buaksuntear, P. Limarun, S. Suethao, W. Smitthipong // International Journal of Molecular Sciences. – 2022. – V. 23. – I. 13. – Art. no. 6902. – 30 p. DOI: 10.3390/ijms23136902.
20. Sadovnichy, V. «Lomonosov»: Supercomputing at Moscow state university / V. Sadovnichy, A. Tikhonravov, V. Voevodin, V. Opanasenko // In book: Contemporary high performance computing: from petascale toward exascale; ed. by J.S. Vetter. – London: CRC Press, 2013. – Ch. 2. – P. 283-307. DOI: 10.1201/9781351036863.