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Maria Grazia De Angelis

Professoressa associata

Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale e dei Materiali

Settore scientifico disciplinare: ING-IND/24 PRINCIPI DI INGEGNERIA CHIMICA

Coordinatrice del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria chimica e di processo

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Nuovo articolo su Macromolecules sulla simulazione dell'effetto della CO2 sulle properietà microscopiche e macroscopiche in un polimero

Un nuovo articolo è stato pubblicato, in collaborazione con la NTUA di Atene, Grecia, dal titolo Molecular Simulations and Mechanistic Analysis of the Effect of CO2 Sorption on Thermodynamics, Structure, and Local Dynamics of Molten Atactic Polystyrene

 Autori: Eleonora Ricci, Niki Vergadou, Georgios G. Vogiatzis, Maria Grazia De Angelis, Doros N. Theodorou

Una strategia di simulazione che comprende scale diverse è stata applicata allo studio sistematico degli effetti dell'assorbimento di CO2 sulle proprietà dei melts atattici di polistirene (aPS). L'analisi ha rappresentato l'influenza della temperatura tra 450 e 550 K, pesi molecolari polimerici (Mw) tra 2100 e 31000 g / mol e pressioni di CO2 fino a 20 MPa sulle proprietà volumetriche, gonfiore, strutturali e dinamiche del polimero come nonché sulla solubilità e diffusività della CO2 eseguendo simulazioni di dinamica molecolare (MD) del sistema in una rappresentazione completamente atomistica. È stato utilizzato uno schema gerarchico per la generazione dei sistemi polimerici Mw superiori, che consisteva nell'equilibrazione a un livello di rappresentazione a grana grossa attraverso efficienti simulazioni Monte Carlo che alterano la connettività, e la mappatura inversa alla rappresentazione atomistica, ottenendo le configurazioni utilizzate per successive simulazioni MD. Le isoterme di assorbimento e gli effetti di gonfiore associati sono stati determinati utilizzando una procedura iterativa che incorporava una serie di simulazioni MD nell'ensemble NPT e il metodo di inserimento delle particelle del test Widom, mentre i coefficienti di diffusione di CO2 sono stati estratti da lunghe serie MD nell'ensemble NVE. Solubilità e diffusività sono state confrontate favorevolmente con i risultati sperimentali e con le previsioni dell'equazione di stato di Sanchez – Lacombe, che è stata riparametrata per catturare la dipendenza Mw delle proprietà dei polimeri con maggiore precisione. Le caratteristiche strutturali della matrice polimerica sono state correttamente riprodotte dalle simulazioni e gli effetti della concentrazione di gas e Mw sulla struttura e sulla dinamica locale sono stati studiati a fondo. In presenza di CO2, si è verificata una significativa accelerazione della dinamica segmentale del polimero, più marcatamente a basso Mw. L'effetto di accelerazione causato dall'agente rigonfiante non si è limitato alle estremità della catena, ma ha interessato l'intera catena in modo simile.

Pubblicato il: 18 maggio 2020