Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Cấu trúc vi mô và tính chất nở của polyethylene glycol đan xếp trong nước
Tóm tắt
Trong bài báo này, chúng tôi trình bày nỗ lực của mình trong việc mô hình hóa và mô phỏng polyethylene glycol được đan xếp với isocyanate tHDI. Polymer, bản chất của nó là ưa nước và có tương tác liên kết hydro mạnh với nước. Các mô phỏng được thực hiện ở quy mô hạt thô bằng cách sử dụng phương pháp động lực học hạt phân tán tiêu tán (DPD). Tác động của liên kết hydro giữa nước và các hạt polymer đến cấu trúc của cấu trúc polymer ưa nước đan xếp được nghiên cứu. Polymer được quan sát có hiện tượng phân tách pha với nước trong trường hợp không có liên kết hydro trong các mô phỏng DPD. Ngược lại, trong trường hợp liên kết hydro được đưa vào rõ ràng trong các mô phỏng DPD, polymer trộn lẫn với nước. Hành vi này được nghiên cứu bằng cách vẽ đồ thị mật độ. Hơn nữa, hành vi nở thể tích trong các hỗn hợp với các hàm lượng nước khác nhau được ước lượng từ các mô phỏng và ngoại suy bằng phương pháp khớp đa thức để so sánh với các thí nghiệm. Kết quả cho thấy tỷ lệ nở dự đoán phù hợp tốt với các đo lường thực nghiệm.
Từ khóa
#polyethylene glycol #isocyanate tHDI #mô phỏng #động lực học hạt phân tán tiêu tán #liên kết hydroTài liệu tham khảo
Drelich, J, Chibowski, E, Meng, DD, Terpilowski, K, “Hydrophilic and Superhydrophilic Surfaces and Materials.” Soft Matter, 7 (21) 9804–9828 (2011)
Peppas, NA, Hilt, JZ, Khademhosseini, A, Langer, R, “Hydrogels in Biology and Medicine: From Molecular Principles to Bionanotechnology.” Adv. Mater., 18 (11) 1345–1360 (2006)
Chawla, K, Lee, S, Lee, BP, Dalsin, JL, Messersmith, PB, Spencer, ND, “A Novel Low-Friction Surface for Biomedical Applications: Modification of Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) with Polyethylene Glycol (PEG)-DOPA-Lysine.” J. Biomed. Mater. Res. Part A, 90a (3) 742–749 (2009)
Veronese, FM, Mero, A, “The Impact of PEGylation on Biological Therapies.” Biodrugs, 22 (5) 315–329 (2008)
Elbert, DL, Hubbell, JA, “Surface Treatments of Polymers for Biocompatibility.” Ann. Rev. Mater. Sci., 26 365–394 (1996)
Chen, SF, Li, LY, Zhao, C, Zheng, J, “Surface Hydration: Principles and Applications Toward Low-Fouling/Nonfouling Biomaterials.” Polymer, 51 (23) 5283–5293 (2010)
Asatekin, A, Kang, S, Elimelech, M, Mayes, AM, “Anti-Fouling Ultrafiltration Membranes Containing Polyacrylonitrile-Graft-Poly (Ethylene Oxide) Comb Copolymer Additives.” J. Membrane Sci., 298 (1–2) 136–146 (2007)
Banerjee, I, Pangule, RC, Kane, RS, “Antifouling Coatings: Recent Developments in the Design of Surfaces That Prevent Fouling by Proteins, Bacteria, and Marine Organisms.” Adv. Mater., 23 (6) 690–718 (2011)
Shirafkan, A, Woodward, EG, Port, MJA, Hull, CC, “Surface Wettability and Hydrophilicity of Soft Contact-Lens Materials, before and after Wear.” Ophthal. Physiol. Opt., 15 (5) 529–532 (1995)
Dikic, T, Ming, W, van Benthem, RATM, Esteves, ACC, de With, G, “Self-Replenishing Surfaces.” Adv. Mater., 24 (27) 3701–3704 (2012)
Esteves, ACC, Lyakhova, K, van der Ven, LGJ, van Benthem, RATM, de With, G, “Surface Segregation of Low Surface Energy Polymeric Dangling Chains in a Cross-Linked Polymer Network Investigated by a Combined Experimental-Simulation Approach.” Macromolecules, 46 (5) 1993–2002 (2013)
Esteves, ACC, Lyakhova, K, van Riel, JM, van der Ven, LGJ, van Benthem, RATM, de With, G, “Self-replenishing Ability of Cross-Linked Low Surface Energy Polymer Films Investigated by a Complementary Experimental-Simulation Approach.” J. Chem. Phys., 140 (12) 124902 (2014)
Lyakhova, K, Esteves, ACC, van de Put, MWP, van der Ven, LGJ, van Benthem, RATM, de With, G, “Simulation-Experimental Approach to Investigate the Role of Interfaces in Self-Replenishing Composite Coatings.” Adv. Mater. Interfaces, 1 (3) 1400053 (2014)
Hoogerbrugge, PJ, Koelman, JMVA, “Simulating Microscopic Hydrodynamic Phenomena with Dissipative Particle Dynamics.” Europhys. Lett., 19 (3) 155–160 (1992)
Chen, S, Guo, C, Hu, GH, Liu, HZ, Liang, XF, Wang, J, Ma, JH, Zheng, L, “Dissipative Particle Dynamics Simulation of Gold Nanoparticles Stabilization by PEO-PPO-PEO Block Copolymer Micelles.” Coll. Polym. Sci., 285 (14) 1543–1552 (2007)
Yildirim, E, Yurtsever, M, Kenarli, B, Demirel, AL, “Microphase Separation of Phenylene Oligomers with Polymeric Side Chains: A Dissipative Particle Dynamics Study.” Macromol. Theor. Simul., 20 (5) 340–349 (2011)
Can, H, Kacar, G, Atilgan, C, “Surfactant Formation Efficiency of Fluorocarbon-Hydrocarbon Oligomers in Supercritical CO2.” J. Chem. Phys., 131 (12) 124701 (2009)
Guskova, OA, Seidel, C, “Assembly of Nano-Particles on Diblock Copolymer Brushes: Toward Laterally Nano-Structured Composites.” Soft Matter, 8 (10) 2833–2843 (2012)
Kacar, G, Peters, EAJF, de With, G, “A Generalized Method for Parameterization of Dissipative Particle Dynamics for Variable Bead Volumes.” EPL, 102 (4) 40009 (2013)
Vishnyakov, A, Talaga, DS, Neimark, AV, “DPD Simulation of Protein Conformations: From alpha-Helices to beta-Structures.” J. Phys. Chem. Lett., 3 (21) 3081–3087 (2012)
Kacar, G, de With, G, “Hydrogen Bonding in DPD: Application to Low Molecular Weight Alcohol-Water Mixtures.” Phys. Chem. Chem. Phys., 18 (14) 9554–9560 (2016)
Kacar, G, “Dissipative Particle Dynamics Parameterization and Simulations to Predict Negative Volume Excess and Structure of PEG and Water Mixtures.” Chem. Phys. Lett., 690 133–139 (2017)
Groot, RD, Warren, PB, “Dissipative Particle Dynamics: Bridging the Gap Between Atomistic and Mesoscopic Simulation.” J. Chem. Phys., 107 (11) 4423–4435 (1997)
Español, P, Revenga, M, “Smoothed Dissipative Particle Dynamics.” Phys. Rev. E, 67 (2) 021907 (2003)
Kacar, G, Peters, EAJF, de With, G, “Mesoscopic Simulations for the Molecular and Network Structure of a Thermoset Polymer.” Soft Matter, 9 (24) 5785–5793 (2013)
Flory, PJ, Principles of Polymer Chemistry. Cornell University Press, Ithaca, New York (1953)
Plimpton, S, “Fast Parallel Algorithms for Short-Range Molecular-Dynamics.” J. Comput. Phys., 117 (1) 1–19 (1995)
LAMMPS MD package, http://lammps.sandia.gov (2015)
Hoover, WG, “Canonical Dynamics: Equilibrium Phase-Space Distributions.” Phys. Rev. A, 31 (3) 1695–1697 (1985)
Albers, PTM, et al. “To be published.”
Molecular Modeling Pro, Norgwyn Montgomery Software Inc. (1992)
Murugesan, T, Perumalsamy, M, “Densities and Viscosities of Polyethylene Glycol 2000 + Salt + Water Systems from (298.15 to 318.15) K.” J. Chem. Eng. Data, 50 (4) 1290–1293 (2005)
Flory, PJ, Rehner, J, “Effect of Deformation on the Swelling Capacity of Rubber.” J. Chem. Phys., 12 (10) 412–414 (1944)
Gnanou, Y, Hild, G, Rempp, P, “Molecular-Structure and Elastic Behavior of Poly(Ethylene Oxide) Networks Swollen to Equilibrium.” Macromolecules, 20 (7) 1662–1671 (1987)