ScCO2诱导相分离法制备多孔载体的分子动力学模拟

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超临界二氧化碳(ScCO2)诱导相分离技术是利用ScCO2较强的溶解能力、扩散能力和传质能力,从而诱发聚合物均相体系的相分离,将相分离与干燥过程恰当地融合为一体的连续过程。同时有效避免了多孔载体干燥过程中的孔结构塌陷等问题,且能实现有机溶剂的循环利用。ScCO2在聚合物分子中的溶解和扩散行为对ScCO2诱导相分离技术制备多孔载体有重要影响。本文对温度在310K-340K和压力在8MPa-11MPa范围内的ScCO2分子与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)分子体系、ScCO2分子与不同聚合物分子体系、ScCO2分子与不同端基改性的聚乳酸(PLA)分子体系、ScCO2分子与不同单体比例构造的聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)分子体系进行了分子动力学模拟,导出了ScCO2与聚合物分子体系中分子间的径向分布函数曲线和均方位移函数曲线,计算了ScCO2与聚合物分子体系的自由体积分数和相互作用能。考察了温度和压力、聚合物分子种类、分子链末端基、分子链组成对自由体积分数、各分子间的相互作用能、ScCO2分子运动能力的影响规律,对影响ScCO2分子与聚合物分子相容性的主导因素进行了分析。结果表明,ScCO2和PMMA的相互作用随温度升高而减弱,随压力升高而增强。ScCO2分子在PMMA分子中的扩散系数和ScCO2/PMMA体系中的自由体积分数与温度的关系都呈正相关,与压力的关系都呈负相关。与ScCO2相互作用最好的是PLA,即二者的相互作用能最大,其次是PMMA和聚乙烯醇(PVA),最差的是聚乙二醇(PEG)。硅氧基改性的PLA分子较未改性前与ScCO2相互作用增强的幅度最大,醛基次之,酰胺基改性对PLA分子与ScCO2的相互作用没有明显影响,羟基改性并不会增强PLA分子与ScCO2的相互作用。不同分子链结构的PLGA分子与ScCO2分子的相互作用方式类似,二者之间主要作用方式为范德华力作用,且随着乳酸单体比例的增加,PLGA分子与ScCO2分子的相互作用得以增强。研究结果可以指导ScCO2诱导相分离技术制备多孔载体原材料的选择,为优化ScCO2制备聚合物多孔载体的工艺过程提供理论依据。
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