概 述
包裝材料優化
工業應用
商用化學品
挑戰
改善塑料包裝材料的性能
降低小分子從內至外或反向的不期望的遷移
模擬工作
創建包裝材料的雙模型
計算擴散系數
分析擴散與周圍條件的相關性
模擬結果
基于MD模擬計算得到的擴散系數對小分子在塑料包裝材料中的遷移進行研究。對溫度影響進行了預測。此外，還發現了聚合物基質中極性基團隊擴散行為的影響。
分 類
工業應用
大宗化學品
涂料
食品及添加劑
家庭及個人護理
軟件
CIassical
AMORPHOUS BUILDER
GROMACS
LAMMPS ATOMISTIC
Engineering
MAPS
性質
擴散系數
滲透性
溶解性
應用
聚合物
聚合物由于其性能及成本、耐久性常被用于包裝材料。通常情況下，包裝材料被用于阻止化學物質發生從內至外或反向的擴散。尤其在食品應用領域，塑料包裝材料必須符合嚴格的法規要求，例如，添加劑滲出并滿足終端用戶的需求，也需保證食品的品質及安全性。多層功能屏障有利于降低不期望的遷移。對此了解聚合物的滲透性極為關鍵。
挑戰
為保證產品的安全性及包裝材料的性能，降低內側與外側間不期望的交換極為重要。尤其是小分子如水、香氣化合物、添加劑或類似物質能夠遷移通過包裝材料。理解這些分子擴散通過聚合物基質的機制對包裝產品的改性及新產品開發至關重要。
模擬工作
在本研究案例中，我們對水及甲醇在由聚乙烯及丙烯酸乙基丁酯與聚乙烯構成的二元嵌段共聚物的聚合物基質中不同溫度下的擴散進行了考察。利用MAPS polymer 及MAPS Amorphous builder 構建結構模型。利用MAPS的LAMMPS 模塊進行分子動力學（MD）模擬。在3個不同的溫度下對水及甲醇在產品中的擴散進行研究，并分析了溫度對擴散的影響。通過計算水及甲醇的均方位移進而得到擴散系數D，對模擬結果進行分析?？紤]到水分子可形成氫鍵，對含水的案例將聚合物基質中的水團簇作為始態進行了附加模擬。
Figure 1：溫度與擴散系數的關系。甲醇（橙色），水（綠色）。
模擬結果
基于分子動力學模擬計算擴散系數，模擬了水及甲醇通過聚合物包裝材料的擴散。通過與已有數據對比驗證模擬的預測性能。模擬顯示溫度對甲醇的影響更為顯著。對基質與擴散分子間原子距離的分析顯示，聚合物的組成如基質中的極性聚合物對擴散過程存在顯著影響。
通過MD模擬對擴散進行研究不僅限于此類材料。該方法已被成功應用于眾多其他案例，如多孔電極材料中電解質的擴散或金屬有機骨架中的氣體擴散中。
Figure 2：各含有5個PE（黃色）及EBA（綠色）鏈及5個水分子（紅色）的盒子模型
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分析功能：自動從結果提取關鍵性質、粘度分析、密度分布分析、孔徑分析、徑向分布函數、均方根位移分析、擴散系數分析、相關函數分析、反應產物片段分析、基元反應分析。
