短链烷烃添加剂对聚合物微球固化过程的影响机理研究

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空心聚合物微球的应用前景非常广泛。在能源领域,空心聚合物微球可以包裹相变材料从而制备相变微胶囊。相变微胶囊能有效解决相变材料的流动能力弱、互容性差和易腐蚀等问题,并且有传热面积大、传热速度快、易分散、应用性强等优点。此外,由于空心聚合物微球球壳与空气间的折光指数差异高,空心聚合物微球具备极强的遮光能力,可用于化妆品、纸张等。空心聚合物微球的广泛应用还需要一些技术上的突破。在乳液微封装法制备空心聚合物微球工艺中,烷烃添加剂可以延长双重乳液固化时间,有利于抑制双重乳液的变形。此外,缩短烷烃的链长可抑制双重乳液的变形,从而提高壳的球形度。结合上述实验结果,本文从微观层面研究了烷烃添加剂对双重乳液固化传质过程的影响机理。本文构建了含有不同浓度、不同链长的烷烃添加剂的油相体系,结合液滴蒸发理论和Widom插入法,探究烷烃添加剂对油相扩散的影响,对乳液干燥固化过程进行数值模拟。本文构建了双重乳液油/水界面体系,探究烷烃添加剂对双重乳液微观演化的影响。总的来说,本论文主要有以下结论:(1)本文综述几种稠密溶液体系的化学势计算方法的最新进展,包括探测体积偏置、模拟系综偏置、粒子插入偏置三类偏置方法。并且开发了用于双重乳液化学势计算的ODVO方法。此外,本文利用ODVO法正确计算了液体水、液氩的化学势,并计算了氯化钠水溶液和1,3丁二醇水溶液的化学势。ODVO法提高了对单个分子位形的计算精度,减少了获得准确化学势所需的分子位形数,进而提高了化学势计算效率。OVDO法是空心聚合物微球蒸发过程化学势研究的一种有效方法。(2)本文利用分子动力学模拟了双重乳液微观模型。对比纯氟苯和含有烷烃的氟苯溶液中氟苯的扩散系数计算可知,烷烃对氟苯扩散能力影响极弱。根据双重乳液界面分析可知,烷烃与聚苯乙烯间无显著作用力。此外,在双重乳液固化过程,油相中存在微量水分子团簇,会影响油相液滴的内部构造,最终导致整批微球品质不均匀。(3)结合氟苯化学势计算和固化早期数值模拟可知,氟苯的逸度是影响双重乳液蒸发的主要因素,烷烃添加剂的链长增加会使得氟苯的活度系数增加,从而提高双重乳液的蒸发能力。
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