Сайт журнала "Промышленное и гражданское строительство

К 100-ЛЕТИЮ МИСИ-МГСУ
Возможности сочетания водопроницаемости с различными физическими свойствами полимеров
УДК 691.175 DOI: 10.33622/0869-7019.2021.09.39-46
Татьяна Анатольевна МАЦЕЕВИЧ¹, доктор физико-математических наук, доцент, зав. кафедрой прикладной математики, e-mail: matseevichta@mgsu.ru
Татьяна Владимировна ЖДАНОВА¹, аспирантка, e-mail: zhdanovatv@mgsu.ru
Илья Федорович АНДРЕЕВ¹, магистр, e-mail: yfyf@gmx.com
Андрей Александрович АСКАДСКИЙ^1,2, доктор химических наук, профессор, зав. лабораторией полимерных материалов, e-mail: andrey@ineos.ac.ru
¹ ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), 129337 Москва, Ярославское ш., 26
² ФГБУН «Институт Элементоорганических Соединений им. А. Н. Несмеянова Российской академии наук» (ИНЭОС РАН), 119334 Москва, ул. Вавилова, 28
Аннотация. Разработанная модель и соответствующая компьютерная программа обеспечивают построение диаграмм сочетания водопроницаемости с рядом физических характеристик полимеров. К ним относятся Ван-дер-Ваальсов объем, плотность, энергия когезии, температура стеклования и начала интенсивной термической деструкции. Построены диаграммы сочетаемости водопроницаемости с рядом перечисленных характеристик для создания строительных материалов. К таким полимерам относятся полиолефины, поликарбонаты, поливинилхлорид и его модификации, полиамиды, полиуретаны и др. Метод построения "диаграмм сочетаемости" позволяет выбрать полимеры, удовлетворяющие заданным величинам водопроницаемости и всем перечисленным характеристикам. Компьютерный синтез полимеров проводится с помощью мельчайших базовых фрагментов, присоединение которых друг к другу управляется специальной матрицей. При расширении интервалов водопроницаемости и увеличении числа базовых фрагментов в повторяющемся звене полимера количество структур достигает многих десятков тысяч. Исследование показало, что для ряда ароматических полимеров существует огромное количество структур, обладающих сравнительно низкой водопроницаемостью. В то же время выбор структур с высокой водопроницаемостью существенно ограничен. Для полимеров, которые синтезируются из двух базовых фрагментов (к ним относятся полиолефины и виниловые полимеры), небольшой выбор структур с любым интервалом водопроницаемости. Таким образом, проведенная работа показала возможность быстрого выбора полимерных структур разных классов, обладающих заданным интервалом водопроницаемости. Это существенно облегчает работу специалистов, разрабатывающих новые строительные материалы, а также химиков-синтетиков, синтезирующих новые полимеры с заданными свойствами.
Ключевые слова: компьютерный синтез полимеров, водопроницаемость, температура стеклования, энергия когезии, температура начала интенсивной термической деструкции, полиолефины, виниловые полимеры, поликарбонаты, сложные полиэфиры.
ЛИТЕРАТУРА
1. Askadskii A. A. Computational materials science of polymers [Компьютерное материаловедение полимеров]. Cambridge, International Science Publ., Cambridge, 2003. 695 p.
2. Davris T., Lyulin A. V., Baljon A. R. C. et. al. Linear viscoelasticity of polymers and polymer nanocomposites: molecular-synamics large amplitude oscillatory shear and probe rheology simulations [Линейная вязкоупругость полимеров и полимерных нанокомпозитов: молекулярно-динамическое моделирование сдвиговых колебаний большой амплитуды и зондовая реология]. The Scaling of Relaxation Processes. Advances in Dielectrics. Cham, Springer Publ., 2018, pp. 375-404. Available at: https://doi.org/10.1007/978-3-319-72706-6_12 (accessed 01.06.2021).
3. Nazarychev V. M., Lyulin A. V., Larin S. V. et al. Molecular dynamics simulations of uniaxial deformation of thermoplastic polyimides [Молекулярно-динамическое моделирование одноосной деформации термопластичных полиимидов]. Soft Matter, 2016, no. 12, pp. 3972-3981.
4. Glova A. D., Melnikova S. D., Mercurieva A. A. et al. Grafting-induced structural ordering of lactide chains [Структурное упорядочение лактидных цепей, вызванное привитой сополимеризацией]. Polymers, 2019, vol. 11(12), no. 2056, pp. 1-18. Available at: https://doi.org/10.3390/polym11122056 (accessed 01.06.2021).
5. Gavrilov A. A., Chertovich A. V. Computer simulation of random polymer networks: Structure and properties [Компьютерное моделирование беспорядоченных полимерных сеток: Структура и свойства]. Polymer Science - Series A, 2014, vol. 56, no. 1, pp. 90-97.
6. Крыжановский В. К., Бурлов В. В. Прикладная физика полимерных материалов. СПб : СПбГТИ(ТУ), 2001. 261 с.
7. Schlick T. Molecular modeling and simulation. Interdisciplinary applied mathematics [Моделирование и конструирование молекул. Междисциплинарная прикладная математика]. Berlin, Springer Publ., 2010. 34 p.
8. Кузуб Л. И., Иржак В. И. Эффективное время релаксации как метод характеристики релаксационных спектров полимеров // Высокомолекулярные соединения. 2004. Серия А.46. № 2. C. 304-313.
9. Japan association for chemical innovation. Computer simulation of polymeric materials [Компьютерное конструирование полимерных материалов]. Singapore, Springer Publ., 2016. 400 p.
10. Mahmoudi P. Entropic segregation at surfaces of polymer melts [Энтропийный механизм сегрегации на поверхностях полимерных расплавов]. Waterloo, University of Waterloo Publ., 2018. 119 p.
11. Khattab I. Al., Sinapius M. Multiscale modelling and simulation of polymer nanocomposites using transformation field analysis (TFA) [Мультиразмерное моделирование и конструирование полимерных нанокомпозитов с использованием анализа поля трансформации]. Composite Structures, 2018, vol. 209, pp. 981-991.
12. Иванов В. А., Рабинович А. Л., Хохлов А. Р. Методы компьютерного моделирования для исследования полимеров и биополимеров. M. : ЛИБРОКОМ, 2009. 696 с.
13. Аристов В. М., Аристова Е. П. Математическое моделирование изменения структурной неоднородности и свойств полимеров при технологических процессах их термообработки // Пластические массы. 2018. № 5-6. C. 35-37.
14. Buthaina A., Ibrahim Kadum K. M. Influence of polymer blending on mechanical and thermal properties [Влияние смешения полимеров на механические и термические свойства]. Modern Applied Science, 2010, vol. 4, no. 9, pp. 157-161.
15. Мацеевич Т. А. Релаксационные и барьерные свойства полимерных материалов строительного назначения. Дис : д-ра физ.-мат. наук. М., 2017. 388 с. URL: https://search.rsl.ru/ru/record/01006662207 (дата обращения: 01.06.2021).
16. Иванов В. А., Мартемьянова Ю. А., Родионова А. С., Стукан М. Р. Компьютерное моделирование жесткоцепных полимеров // Высокомолекулярные соединения. 2013. Серия C. T. 55. № 7. C. 808-828.
17. Matthew D., Eaton L., Brinson C., Kenneth R. S. Temperature dependent fracture behavior in model epoxy networks with nanoscale heterogeneity [Механизм разрушения в зависимости от температуры в модельных эпоксидных сетках с наноразмерными неоднородностями]. Polymer, 2021, vol. 221, art. 123560.
18. Аскадский А. А., Мацеевич С. В., Мацеевич Т. А. Подбор структурных фрагментов сетчатых полимеров, применяемых в строительстве // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. Вып. 3. C. 347-359.
19. Askadskii A. A., Zhdanova T. V., Andreev I. F. et al. Connection of water permeability with a number of physical properties of polymers [Связь водопроницаемости с рядом физических свойств полимеров]. E3S Web of Conferences, 2021, vol. 263, art. 01022.
20. Аскадский А. А., Афанасьев Е. С., Мацеевич Т. А [и др.]. Расчетная схема для оценки проницаемости воды через полимеры и сополимеры // Высокомолекулярные соединения. 2015. Серия А.57. № 6. С. 582-604.
Для цитирования: Мацеевич Т. А., Жданова Т. В., Андреев И. Ф., Аскадский А. А. Возможности сочетания водопроницаемости с различными физическими свойствами полимеров // Промышленное и гражданское строительство. 2021. № 9. C. 39-46. DOI: 10.33622/0869-7019.2021.09.39-46.