Temperature-Transferable Coarse-Grained Models for Volumetric Properties of Poly(lactic Acid)

二面角 三聚体 玻璃化转变 分子动力学 热力学 材料科学 二聚体 聚合物 膨胀的 单体 化学物理 化学 计算化学 分子 复合材料 物理 有机化学 氢键 抗压强度
作者
Chaofu Wu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.3c07026
摘要

A new coarse-grained (CG) model, for which each monomer is mapped as one bead at its center of mass, was developed for simulating the volumetric properties of the polylactide (PLA) bulk. The three bonded CG potentials are first parametrized against the strain energies of the dimer, trimer, and tetramer, and the nonbonded CG potentials are then optimized to match the melt densities of the decamer. With the derived CG potentials, molecular dynamics (MD) simulations are found to reproduce thermal expansion and glass transition. By rescaling the dihedral and nonbonded potentials with temperature-independent factors, the glass transition temperature (Tg) is also satisfactorily restored with little modifications on the volumetric expansive coefficients at both rubbery and glassy states. Therefore, the finally optimized CG potentials exhibit excellent temperature transferability, as rationalized by the Simha-Boyer relation. Furthermore, it is confirmed that the dihedral torsions and nonbonded interactions play key roles in glass transition. Also, the simulated bulk moduli and conformational properties in a wide temperature range compare well with the referenced data. The proposed multiscale scheme has great potential in simulating thermo-mechanical properties of PLA and other polymers.

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