Dynamic simulations of novel oligomers containing fluorinated segments

Abstract

ÖZET Günümüzde güzel uygulamaları olan birçok florlu polimer tasarlanmaktadır. Bu polimerlerin özelliklerini teorik açıdan anlamak için hesaplamasal çalışmalar önemli bir yer teşkil etmektedir. Bu tezde, düzgün ve graft polimerlere kuvantum, atomic ve mezo ölçeklerde bilgisayar simulasyonlan yapıldı. Yan deneysel kuvatum metodu polimerlerin yapışım potansiyel enerji yüzeyindeki global minimum seviyesine kadar optimize etmede başarısız bulunmuştur ve bu metod uzun zincirli polimerlerin konformasyonel araştırma analizleri için uygun değildir. Öbür taraftan yan deneysel kuvatum metotlar 13C kimyasal kaymalan ve oluşma enatlpilerini tahmin etmede kullanılabilir. Güçlü elektrik alammn polimerlein konformasyonel özellikleri üzerindeki etkilerini anlamak için bulk florlu polimer sistemlerine elektirik alanda MD simulasyonlan yapıldı. -CN fonksiyonel gruplannm polar özeliğinden dolayı elektrik alan doğrultusunda yöneldiler ve tam yönelim 1011 V/m mertebesinde gerçekleşti. Polarizasyonun sistemin özkütlesi ve uygulanan elektirik alanla arttığım gözlemledik. Graft ve düzgün polimerlerin polimerlerin değişik oranlardaki polimer-çözücü faz morfolojilerini anlamak için mezo ölçekli simulasyon metodlan kullanıldı (Dissipative Partide Dynamics ve Mesodyn). Çözücü içerisinde iki polimer de küresel morfolojilere sahip olduğu gözlendi, iki metod mezo ölçekte simulasyonlar için farklı yaklaşımlar kullanmasına rağmen benzer sonuçlar verdi ve birbirlerinin yerine kullanılabilirler.

ABSTRACT Nowadays, many fluorinated polymers are designed for novel applications. Computational studies are very important in understanding their properties from a theoretical point of view. In this thesis, we carry out computer simulations of linear and graft fluorinated polymers at the quantum level as well as the atomistic and mesoscopic scales. The semiempirical quantum mechanical approach can not optimize the structure of the polymers to their global minima of the potential energy surface and is not an appropriate method for conformational search analysis of the long chain polymers. On the other hand, it can be used to predict 13C chemical shifts and heats of formation. We performed MD simulations on bulk linear fluorinated polymers under external electric field to investigate the effects of strong electric field on the conformational properties of the polymers. Cyanide functional groups in the polymer are aligned along the applied electric field due to their polarity. A total alignment of the cyanide groups is observed only at electric fields on the order of 10 V/m. We observe that polarization increases with increased electric field and density of the system. We also used two mesoscale simulation methods, Dissipative Particle Dynamics (DPD) and MesoDyn, to simulate the polymer-solvent mesophase morphologies of the graft and fluorinated polymers at different concentrations. It is observed that both polymers have spherical morphology in an aprotic solvent. Although DPD and MesoDyn use different approaches for the simulation of mesoscale structures, they give similar results and can be used interchangeably to predict three-dimensional phase behaviour. We predict that the wettability of the linear polymers should be higher than that of the graft, and this is in accordance with experimental findings on these systems. IV