J-OCTA的溶解度模塊可根據超額化學勢值計算溶解度系數。

目的和方法

       溶解度系數是評估聚合物滲透率的一個重要因素。J-OCTA的溶解度模塊可以計算出超額化學勢 μex和分子溶解在聚合物中時的溶解度系數S。在計算超額化學勢時，該模塊中的采樣效率使用排除體積圖采樣（EVMS）法[1]。

s: 無量綱溶解度 即亨利常數

kB: 玻爾茲曼常數

T: 聚合物體系的溫度

T0: 標準條件溫度

p0: 標準條件下的壓力

       在本案例中，我們計算了三種聚合物（圖1）中的氣體分子（N2, O2, CO2和CH4）和水的溶解度系數。聚合物有50個單體單元，使用GAFF作為力場。氣體分子采用Dreiding力場，水分子采用SPC-FW模型。用NPT系綜對聚合物進行了3ns的MD模擬弛豫，并計算溶解度系數。

圖1   用于計算的聚合物

模擬結果

      我們計算了聚合物中氣體分子和水的溶解度系數，結果如圖2所示。在聚合物中，PS的溶解度較高。在氣體分子中，非極性N2和O2分子的溶解度較低，CO2分子溶解度較高，模擬結果與實驗結果基本吻合。

圖2   溶解度系數計算值與實驗值的比較

PE、PS、PB和水的實驗值分別取自文獻[2-5]。

參考文獻

[1] G. L. Deitrick,L.E.Scriven, and H.T.Davis, J. Chem. Phys., 90,2370 (1989)

[2] A. S. Michaels and H. J. Bixler, J. Polym. Sci., vol. 50, no. 154, pp. 393–412, 1961.

[3] W. R. Vieth, P. M. Tam, and A. S. Michaels, J. Colloid Interface Sci., vol. 22, no. 4, pp. 360–370, 1966.

[4] 聚合物手冊

[5] R. Sander, Atmos. Chem. Phys., vol. 15, no. 8, pp. 4399–4981, 2015.

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