【分析实例】聚合物膜中相分离过程的模拟

使用平均场模型评估NIPS(非溶剂诱导相分离)过程

溶剂蒸发和相分离是聚合物膜生产中的重要过程。模拟被用于评估相互作用、初始条件等对膜内部结构的影响。在J-OCTA和OCTA案例中，耗散粒子动力学(DPD)、粗粒化MD和平均场方法应用于定向自组装(DSA)[1]、电极浆料涂层[2]和旋转涂层[3]。NIPS(非溶剂诱导相分离)是一种生产细多孔膜的技术。在近期发表的几篇论文中，考虑了流体力学效应[4]、DPD[5]、SCFT[6]、聚合物组分的玻璃化转变[7,8]、粘弹性[9]和嵌段共聚物[10]的多尺度计算，详见文末的参考文献。本文给出了MUFFIN模块中平均场的2D样例：本例基于Flory Huggins自由能模型，参数取自参考文献[4][6]。如图1所示，计算域的上半部分为非溶剂，下半部分为含有聚合物、溶剂和非溶剂混合物的膜。当动力学计算开始时，非溶剂渗透到膜的下半部分；而膜中的溶剂扩散到上半部分。由于聚合物可溶于溶剂，但不溶于非溶剂，因此会发生相分离。以这些计算结果为基础，就能将参考文献中讨论的效应考虑在内。

图1.考虑NIPS过程的聚合物膜中相分离的时间演变，绿色和蓝色区域分别代表聚合物和非溶剂组分

参考文献：

[1] https://www.j-octa.com/cases/caseA26/

[2] https://www.j-octa.com/cases/caseA36/

[3] https://octa.jp/components/muffin/

[4] Soft Matter,13, 3013, (2017)

[5] J. Membrane Sci., 599, 117826, (2020)

[6] (日文版) https://unit.aist.go.jp/cd-fmat/ja/c-dmd/ja/freport/contents/fr220118_3-07.pdf

[7] ACS Macro Lett., 9, 1617-1624, (2020)

[8] J. Membrane Sci., 619, 118779, (2021)

[9] J. Chem. Phys., 154, 104903, (2021)

[10] ACS Appl. Mater. Interfaces, (2023) https://doi.org/10.1021/acsami.3c03126

（文章来源：转载自J-Octa官网）

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