J-OCTA溶解度系数的计算

J-OCTA的溶解度模块可根据超额化学势值计算溶解度系数。

目的和方法

       溶解度系数是评估聚合物渗透率的一个重要因素。J-OCTA的溶解度模块可以计算出超额化学势 μex和分子溶解在聚合物中时的溶解度系数S。在计算超额化学势时，该模块中的采样效率使用排除体积图采样（EVMS）法[1]。

s: 无量纲溶解度 即亨利常数

kB: 玻尔兹曼常数

T: 聚合物体系的温度

T0: 标准条件温度

p0: 标准条件下的压力

       在本案例中，我们计算了三种聚合物（图1）中的气体分子（N2, O2, CO2和CH4）和水的溶解度系数。聚合物有50个单体单元，使用GAFF作为力场。气体分子采用Dreiding力场，水分子采用SPC-FW模型。用NPT系综对聚合物进行了3ns的MD模拟弛豫，并计算溶解度系数。

图1   用于计算的聚合物

模拟结果

      我们计算了聚合物中气体分子和水的溶解度系数，结果如图2所示。在聚合物中，PS的溶解度较高。在气体分子中，非极性N2和O2分子的溶解度较低，CO2分子溶解度较高，模拟结果与实验结果基本吻合。

图2   溶解度系数计算值与实验值的比较

PE、PS、PB和水的实验值分别取自文献[2-5]。

参考文献

[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] 聚合物手册

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

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