مطالعه پليمرشدن راديكالي انتقال اتم استيرن با در نظر گرفتن اثر ژل به روش شبيه سازي مونت‌كارلو

Study of Atom Transfer Radical Polymerization of Styrene and Its Gel Effect by Monte Carlo Simulation Method

پليمرشدن استيرن به روش ATRP در دماي °C105 انجام و با استفاده از روش شبيه‌سازي مونت كارلو بررسي شد. تغييرات درجه تبديل، غلظت شروع‌كننده، وزن مولكولي و توزيع وزن مولكولي با پيشرفت واكنش و با در نظر گرفتن اثر ژل به دست آمد و انطباق مناسبي ميان نتايج تجربي و شبيه‌سازي مشاهده شد. با توجه به نتايج درجه تبديل با در نظر گرفتن اثر ژل افزايش بيشتري نشان مي‌دهد. هم چنين، غلظت شروع‌كننده در زمان‌هاي اوليه واكنش به شدت كاهش يافته و به مقدار صفر نزديك مي‌شود و ثابت سرعت اختتام با در نظر گرفتن پديده ژل و با افزايش درجه تبديل كاهش مي‌يابد. هم چنين نمودار تغييرات متوسط عددي و وزني وزن مولكولي تا درجه تبديل‌هاي نسبتاً زياد خطي است كه بيان‌گر ماهيت زنده پليمرشدن است. توزيع وزن مولكولي نيز با پيشرفت واكنش باريك‌تر مي‌شود، به نحوي كه شاخص پراكندگي از مقادير بزرگ تر از 2 شروع و در انتهاي واكنش به حدود 3/1 مي‌رسد. توزيع باريك وزن مولكولي حاصل از شبيه‌سازي، شاخص پراكندگي بسيار كم پليمر حاصل را نشان مي‌دهد.

Atom transfer radical polymerization (ATRP) of styrene was carried out at 105°C and a Monte Carlo simulation was employed to model the system. The variations of monomer conversion, the initiator concentration, average molecular weight, and molecular weight distribution were evaluated as the reaction proceeded. According to the results obtained, for similar reaction time, monomer conversion is higher when gel effect is taken into account. Also, the concentration of initiator suddenly drops at the initial stages of polymerization, and finally reaches zero. In addition, in the presence of gel effect, bimolecular termination rate constant decreases during the polymerization. Moreover, number- and weight-average molecular weights linearly rise as the polymerization progresses; this also is a confirmation to the living nature of the polymerization. Finally, the molecular weight distribution of polymers synthesized narrows at high monomer conversion. In effect, polydispersity index decreases from about 2 (at the onset of polymerization) to around 1.3 (towards the end of polymerization).