乳液聚合方法在高分子合成工业领域占有重要地位,其产品广泛应用于橡胶、粘合剂、生物医学等各个领域。另外由于水乳型产品代表了当今发展的方向,其市场潜力巨大、应用广阔,所以世界各国竞相致力于乳液聚合物的研究、开发和应用。作为描述高分子聚合物特性的重要指标,分子量和分子量分布一直是乳液聚合学术领域和工业领域的科学家们关注的重要课题。影响乳液聚合分子量和分子量分布的因素有很多,包括:水相与乳胶粒中的各个反应、单体浓度、表面活性剂、引发剂浓度和活性等等。探索乳液聚合机理以及聚合体系组分对分子量和分子量分布的影响规律,从而达到改变材料性能的目的,对聚合物材料的设计有着十分重要的意义。涉及微观机理的细节描述,计算机模拟技术是一个很重要的手段,因为计算机模拟方法可以通过改变单一因素对某一性质的变化进行考察,可以直接给出这些物理现象的直观图像,帮助人们从本质上理解和认识其规律。本论文利用耗散粒子动力学模拟(DPD)方法,对乳液聚合进行了细致深入地研究。在DPD方法中,粒子之间的受力包括三部分——保守力、耗散力、和随机力,每一部分相互作用力都是成对出现的,使得体系的动量保持守恒。由于这些力都是非常软的相互作用力,因此DPD中积分步长可以选得很长,模拟的时间尺度可达到毫秒级。也正是因为这种软相互作用势,我们可以把微观尺度上的几个分子甚至是高分子链中的若干个片段粗粒化成DPD模型中的一个粒子,从而使DPD方法可以用来描述在微米级别上的体系。目前,这个方法已经被成功地应用到高聚物共混物、嵌段共聚物微观相分离、两亲性分子自组装成膜,仿生囊泡的形成和分裂等诸多方面,这些成果为DPD方法应用于乳液聚合的研究打下基础。另外,结合MC方法建立的DPD聚合反应模型已经出现,这样通过结合胶束模型与聚合反应模型使得DPD方法研究乳液聚合反应成为可能。本文利用反应的耗散粒子动力学模拟方法来考察表面活性剂链长、单体浓度、引发剂浓度、以及聚合反应速率对聚合物分子量及其分布的影响,其中DPD反应模型只考虑链增长和链终止反应,链引发过程忽略不计。主要研究内容包括以下几个方面:1.在模拟的开始阶段,我们首先要考察不同组分间的相互作用参数以控制自组装胶束的结构和稳定性。涉及的相互作用参数分别为水(W)和表面活性剂亲水端A之间的相互作用参数αWA,水和表面活性剂疏水端B的相互作用参数αWB,以及水与单体(M)的相互作用参数αWM。通过对以上三个相互作用参数的考察我们得出结论:表面活性剂的亲水端A在控制胶束尺寸方面起到了决定性的作用,增大表面活性剂疏水端B和单体的疏水性能够改进胶束中单体的包裹性。鉴于这些结论,在乳液聚合模拟中,我们设置αWA= 24,αWB= 30,αWM= 100来同时实现胶束具有好的分散性和胶束中单体粒子具有好的包裹性。2.研究了单体浓度、引发剂浓度、聚合反应速率、表面活性剂链长四种不同的因素对乳液聚合过程中分子量分布规律的影响。我们发现:(1)单体浓度的影响:在相同的单体浓度下,多分散指数PDI随单体转化率的增大而增大。而在不同的转化率下,不同的单体浓度下PDI值变化并不十分一致。当转化率非常低时,各个单体浓度下的PDI值差异性不大。随着转化率的增大,PDI值随着单体浓度的增大递增明显。随着单体浓度的增加,生成的长链高分子数量所占的比例越大,分子量分布变宽,在乳液聚合过程中,要想得到高分子量的聚合物,提高单体浓度是有效途径之一。(2)引发剂浓度的影响:引发剂浓度是控制分子量的一个有效因素,引发剂浓度越高,所得聚合物平均分子量越低,分子量分布越宽。这是由于增大引发剂浓度意味着产生更多的自由基,更多的自由基聚合则会导致最终生成的高分子链数目增加,在相同单体转化率下,随着高分子链数目增加,短链分子数目所占的比例增大,长链分子所占的比例降低,进而数均分子量与重均分子量同时下降。(3)引发活性的影响:随着引发活性的增加,中链分子数目所占比例增加,分子量分布变窄。变窄的分子量分布是由于中链分子比例增加的直接结果。(4)表面活性剂链长的影响:在不同的表面活性剂链长下,重均分子量、数均分子量和分子量分布并没有统一的变化规律,但是与胶束尺寸变化一致。这说明表面活性剂的链长直接决定了胶束尺寸,胶束尺寸在这一考察对象中完全依赖于表面活性剂链长和表面活性剂浓度,所以选择有效的表面活性剂从而得到合适的胶束尺寸是必要的。