收藏本站
《暨南大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

塑料包装材料中迁移物扩散系数的分子动力学研究

王平利  
【摘要】:塑料食品包装材料中化学物迁移对食品安全的影响引起了人们的广泛关注。迁移物从塑料食品包装材料进入食品的过程可分为三个不同但内部相关的阶段:在聚合物中的扩散,在聚合物-食品界面上的溶解和在食品内的分散,分别对应于“扩散”、“溶解”和“分散”。对上述三阶段建立合理的假设,基于Fick第二定律求解便得到迁移数学模型。迁移数学模型中有一重要参数——扩散系数决定了迁移的动力学过程,数学模型的关键问题是求取迁移物在聚合物中扩散时的扩散系数。 为此,本文首先深入分析了扩散系数的影响因素:聚合物特性、迁移物特性、温度、聚合物与食品溶剂间的相互作用等,以聚烯烃为例深入分析了四种常见的扩散系数估测模型预测值与实验值间的差异,以非聚烯烃为例深入分析了Brandsch模型的适用性。介绍了扩散系数的迁移测试方法——与溶剂接触法和无溶剂接触法,无溶剂接触法的思想与采用分子动力学模拟获取扩散系数的思想相一致。 实验测试扩散系数非常困难,经验估算公式又存在参数难以确定等问题,都缺乏对聚合物微观结构和扩散机理的本质认识。近年来基于经典力学的分子动力学模拟已经成为研究聚合物材料结构及其扩散机理的工具。因此,本文概述了分子动力学发展历程、动力学原理、技术细节、分子力场等动力学基本理论,对小分子在聚合物中扩散的动力学模拟从扩散机理、影响因素和定量描述三个方面进行了总结,为随后的动力学模拟奠定基础。 通过构建不同的无定型聚合物模型考察了低聚物在高分子母体中扩散的影响因素,动力学模拟结果表明模拟体系的分子数越多,动力学平衡所需的时间呈几何级数增加。高分子链长增加导致低聚物在高分子母体中的扩散系数降低。低聚物浓度对其扩散系数没有显著影响,不同浓度间扩散系数的微弱差异可能由系数时系统误差引起。随聚合度增加,低聚物在高分子母体中的扩散系数迅速降低。 通过对Limonene分子在PP-H、PP-B、PP-R中扩散的动力学模拟,发现PP-R中均方位移值高于PP-B、PP-H,扩散系数随PP-H、PP-B、PP-R的顺序增加。采用Connolly表面计算了探针原子半径rp=0.9A、1.1 A、1.28 A、2.09 A时PP-H、PP-B、PP-R中可被探针原子访问自由体积,随着迁移分子半径增加聚合物基体中可被迁移分子访问的自由体积越来越少,PP-R元胞模型中可被探针分子访问的自由体积比PP-H、PP-B元胞模型不仅数量上多而且连成的自由体积区域面积大,这解释了迁移物在PP-R中的扩散系数大于迁移物在PP-H、PP-B中的扩散系数的原因。通过观察Limonene分子在PP-H、PP-B、PP-R元胞模型中的运动和扩散轨迹发现,跳跃扩散机理并不适合于解释Limonene分子在聚丙烯中的扩散行为。在相当长的模拟时间内Limonene分子在聚合物基体中作缓慢地蠕动,而不是跳跃。Limonene分子在PP-R和PP-B中扩散轨迹范围非常宽,说明Limonene分子在PP-R和PP-B中比PP-H中运动更活跃,这也与扩散系数的计算结果相吻合。 通过对13种迁移物分子在聚对苯二甲酸乙二酯中扩散的动力学模拟,发现动力学模拟得到的扩散系数与实验值很接近,模拟得到的活化能与实验活化能具有很好的一致性。采用Connolly表面方法定量计算PET-迁移物分子模型中的自由体积总量、自由体积分数和自由体积形态。利用球形探测原子方法计算自由体积分数时,探测原子半径rp对自由体积分数计算结果影响很大。随着rp增大时,自由体积分数迅速减小。随温度增加,模型中可容纳迁移物分子的自由体积增加。温度增加导致聚合物链段活性增强,链段活性越强连接自由体积空穴间的通道变化越快,很多较小的自由体积空穴有可能连接在一起而形成一个较大的空穴,恰好能够容纳迁移物分子,从而有利于迁移物分子在聚合物基体中扩散。观察迁移物在聚合物中的扩散轨迹,发现第一类分子在元胞模型中的扩散轨迹分布范围非常宽,分子在元胞模型中的运动非常活跃。第三类分子在元胞模型中的扩散轨迹密密麻麻地重叠在一起,分子在元胞模型中运动能力有限。第三类分子在元胞模型中的扩散轨迹介于第一类和第二类之间,轨迹分布范围宽,仍有部分重叠。这说明迁移物分子在元胞中的扩散轨迹强烈地依赖于分子形状和分子体积(分子质量),与扩散系数计算表现出的规律性相一致。
【学位授予单位】:暨南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB484.3

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高虹;赵良举;;局部晶序分析方法研究团簇沉积后的晶格结构[J];材料导报;2010年10期
2 刘娟芳;曾丹苓;蔡智勇;高虹;;扩散系数的分子动力学模拟[J];工程热物理学报;2006年03期
3 于坤千,李泽生,李志儒,孙家锺;寡聚物在高分子母体中的扩散──分子动力学模拟研究[J];高等学校化学学报;2002年07期
4 刘志刚;王志伟;;塑料包装材料化学物向食品迁移的模型研究进展[J];高分子材料科学与工程;2007年05期
5 刘志刚;胡长鹰;庞冬梅;王志伟;;塑料包装材料迁移物在食品内不稳定性的数值模拟[J];高分子材料科学与工程;2008年05期
6 吕宏凌;王保国;杨基础;;分子模拟预测小分子在高分子中扩散行为的研究进展[J];高分子材料科学与工程;2008年12期
7 黄宇;刘庆林;张新波;;含硅聚合物中小分子扩散行为的分子模拟[J];化工学报;2007年06期
8 刘志刚;王志伟;;塑料食品包装材料化学物迁移的数值模拟[J];化工学报;2007年08期
9 宋海华,尹小勇;模拟扩散系数的分子动力学方法[J];化学物理学报;2005年05期
10 任译,杨捷,吴德印,李泽荣,田安民;分子力场进展[J];化学研究与应用;1998年01期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 殷开梁;分子动力学模拟的若干基础应用和理论[D];浙江大学;2006年
2 蔡治勇;界面微观特性的分子动力学模拟研究[D];重庆大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 潘典坤;李萌崛;严正;;玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的疲劳性能研究[J];工程塑料应用;2011年10期
2 李倩;姚维尚;谭惠民;;分子动力学模拟叠氮热塑性弹性体的杨氏模量及其与硝酸酯的溶度参数[J];火炸药学报;2007年04期
3 李红霞;强洪夫;武文明;;丁羟推进剂黏结体系中增塑剂迁移的分子模拟[J];火炸药学报;2008年05期
4 焦东明;杨月诚;强洪夫;武文明;;基于渗透性能选择丁羟推进剂用键合剂的分子模拟研究[J];兵工学报;2009年08期
5 李世刚,刘辉,陈标华;超素数法长周期伪随机数发生器的应用算法[J];北京化工大学学报(自然科学版);2003年06期
6 傅正生,王长青,刘茂栋,陈洁;Molecular Properties在海藻糖分子构象分析中的应用[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2005年02期
7 欧阳能;陈淳;;芳纶纤维增强聚苯硫醚复合材料的界面行为的分子力学计算研究[J];玻璃钢/复合材料;2008年06期
8 李友爱;;塑料包装材料化学物向食品迁移的模拟[J];北京工商大学学报(自然科学版);2010年04期
9 刘志刚;胡长鹰;王志伟;;3种聚烯烃抗氧剂迁移的试验分析及数值模拟[J];包装工程;2007年01期
10 王正林;刘志刚;胡长鹰;王志伟;;聚烯烃抗氧剂1076和168在食用油中的迁移研究[J];包装工程;2007年06期
中国重要会议论文全文数据库 前5条
1 吴海燕;张道洪;;应用于挠性覆铜板上的HPPE-2/双酚A型环氧树脂固化体系的性能研究[A];第十一届中国覆铜板技术·市场研讨会论文集[C];2010年
2 刘艳芝;莫尊理;陈红;孙亚玲;;N、N-二羟乙基-3-胺基-2-甲基丙酸甲酯单体的合成及结构的分子模拟[A];甘肃省化学会第二十四届年会论文集[C];2005年
3 王宇光;史新元;乔延江;;介观分子动力学方法测定甘草皂苷临界胶束浓度[A];第十一届全国计算(机)化学学术会议论文摘要集[C];2011年
4 朱冬生;王长宏;王威;蒋翔;;蒸发冷凝过程界面传热传质的分子动力学模拟研究[A];中国制冷学会2007学术年会论文集[C];2007年
5 王宇;刘坤;张力;程刚;;精炼橄榄油全浸泡法测定食品接触材料的高温总迁移量[A];山东出入境检验检疫局专刊[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 任洪波;低密度SiO_2及其复合气凝胶的制备与特性研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 魏洪源;原子分子在δ-Pu上的吸附、离解与扩散过程研究[D];中国工程物理研究院;2010年
3 李蛟;PEDOT:PSS薄膜的掺杂改性及其在有机太阳能电池中的应用研究[D];中国海洋大学;2010年
4 董仕晋;分子动力学与介观动力学模拟在聚合物多相体系中的应用[D];吉林大学;2011年
5 刘万双;新型含硅、磷的脂环族环氧树脂合成及性能研究[D];大连理工大学;2011年
6 李冰;油品减阻剂分散系统关键技术的开发与油品减阻剂的性能拓展[D];山东大学;2011年
7 徐振;多种自组装膜及固体表面选择性吸附的理论研究[D];山东大学;2011年
8 于艳春;反胶束和高能体系的实验、QM和MD研究[D];南京理工大学;2010年
9 栾立醒;聚丙烯/天然海藻纤维复合材料的制备及性能研究[D];华东理工大学;2011年
10 田晓伟;新型高纯微电子封装材料的研究与开发[D];复旦大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马培鸽;微孔塑料气泡成核过程分子动力学分析[D];郑州大学;2010年
2 冯余其;聚合物微器件超声波联接机理与方法研究[D];大连理工大学;2010年
3 郑德立;镍/铝薄膜拉伸的分子动力学研究[D];湘潭大学;2010年
4 李燕;纳米碳管的盐水通道行为研究[D];中国海洋大学;2010年
5 李本军;港口散粮接收发放作业与中转仓容关系研究[D];河南工业大学;2010年
6 倪海芳;PET的电致发光与光致发光联合测量及其模拟仿真[D];哈尔滨理工大学;2010年
7 许刚;链状类及TATB含能分子材料的结构性能研究[D];武汉理工大学;2010年
8 罗辉甲;食品罐内涂料中双酚A(BPA)检测及迁移规律研究[D];北京印刷学院;2010年
9 燕晶;NaCl和Na_2SO_4在超临界水中溶解度的研究[D];太原理工大学;2011年
10 陈燕;东乌旗煤及不同化学组分热解动力学及其挥发分析出规律的研究[D];太原理工大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王志伟,孙彬青,刘志刚;包装材料化学物迁移研究[J];包装工程;2004年05期
2 蔡治勇;曾丹苓;刘娟芳;;分子动力学模拟中涨落对界面特性的影响[J];重庆大学学报(自然科学版);2007年01期
3 王遵敬,陈民,过增元;汽液界面动力学行为与热力学性质的分子动力学研究[J];工程热物理学报;2001年01期
4 曹炳阳,陈民,过增元;纳米通道滑移流动的分子动力学研究[J];工程热物理学报;2003年04期
5 刘娟芳;曾丹苓;蔡智勇;高虹;;扩散系数的分子动力学模拟[J];工程热物理学报;2006年03期
6 蔡治勇;曾丹苓;刘娟芳;;分子动力学模拟中的变截断半径算法[J];工程热物理学报;2006年04期
7 刘志刚;王志伟;;塑料包装材料化学物向食品迁移的模型研究进展[J];高分子材料科学与工程;2007年05期
8 吕宏凌,王保国;溶剂在高分子中的扩散系数—Vrentas-Duda模型及其发展[J];功能高分子学报;2005年02期
9 吕宏凌;王保国;;高分子聚合物中溶剂扩散系数的预测[J];化工学报;2006年01期
10 严六明,严琪良,刘洪来,戎宗明,胡英;模型溶液的分子动力学模拟及扩散系数计算[J];华东理工大学学报;1997年04期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王遵敬;蒸发与凝结现象的分子动力学研究及实验[D];清华大学;2002年
2 王德明;应用分形理论及分子动力学模拟方法对气液界面现象的研究[D];重庆大学;2004年
3 熊大曦;某些热现象的分子动力学研究[D];清华大学;1998年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王大放;黄柳宾;;碳酸钙水溶液结晶的MD模拟[J];科学技术与工程;2009年22期
2 陈磊;林鸿;陶文铨;;温度对质子交换膜扩散性能影响的分子动力学模拟[J];西安交通大学学报;2011年07期
3 央宗;;氧气在PDMS中扩散的分子动力学模拟[J];硅谷;2011年12期
4 谢虹;;化学反应理论中的一类半线性边值问题的多参数研究[J];东南大学学报(自然科学版);1985年03期
5 邵学军,夏震寰;悬浮颗粒紊动扩散系数的随机分析[J];水利学报;1990年10期
6 范宏;赵铁军;F H Wittmann;;基于氯离子分布的氯离子渗透参数计算的新方法[J];港工技术;2006年03期
7 李枝贤;鲁道荣;;锂离子电池正极材料Li_(1+x)V_3O_8的制备及动力学研究[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2007年08期
8 廖强;巴淑丽;朱陶;王永忠;;固定化细胞的制备以及性能实验研究[J];工程热物理学报;2007年S2期
9 李秀娟;邢新湖;刘斌;;混凝土中氯离子扩散系数的影响因素[J];山西建筑;2008年19期
10 张建明;;钢筋混凝土中氯离子扩散理论模型分析[J];中国科技信息;2009年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王绪伟;李战华;;纳米粒子布朗运动观测中的SPT方法[A];第七届全国实验流体力学学术会议论文集[C];2007年
2 任立宏;苏锡光;龙会遵;;锝在膨润土中吸附与扩散的研究[A];中国高放废物地质处置十年进展[C];2004年
3 乐仁昌;何志杰;卢宇;叶全意;洪锦泉;蔡思静;周宝庸;陈健俤;;氡及其子体水平扩散系数测量研究[A];第二届全国核技术及应用研究学术研讨会大会论文摘要集[C];2009年
4 苏树强;肖洪海;华泽钊;陶乐仁;;冻干升华干燥过程中传质计算分析[A];上海市制冷学会二○○一年学术年会论文集[C];2001年
5 赵长伟;马沛生;何明霞;;激光全息干涉法测定L-抗坏血酸水溶液扩散系数的实验研究[A];第三届全国传质与分离工程学术会议论文集[C];2002年
6 刘东元;殷学锋;张磊;;用芯片毛细管电泳测定分子的扩散系数和检测器时间常数[A];第三届全国微全分析系统学术会议论文集[C];2005年
7 张世武;赵越喆;;声学扩散体的基本特征及其评价参量[A];全国环境声学学术讨论会论文集[C];2007年
8 刘百军;李建刚;;联苯分子在Al_2O_3膜中扩散行为的研究[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(下)[C];2007年
9 何岩;张敏华;;夹带剂—超临界CO2体系的扩散性质和微观结构的分子动力学研究[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2006年
10 何岩;张敏华;;夹带剂-超临界CO_2体系的扩散性质和微观结构的分子动力学研究[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 江其勤 范明;石勘院成功改造扩散系数测定仪[N];中国石化报;2011年
2 ;薄膜阻隔性的决定参数[N];中国包装报;2005年
3 膜康;聚合物的渗透率、溶度和扩散率测试技术回顾及应用[N];中国包装报;2006年
4 孙树 苏祖平 欧阳华林 杨海华;聚羧酸系高性能减水剂在杭州湾跨海大桥工程海工高耐久性混凝土中的应用[N];中国建材报;2008年
5 ;压差法透气性测试的科学性和严谨性[N];中国包装报;2007年
6 黎明;采用超临界流体萃取技术须仔细论证[N];中国医药报;2005年
7 杨玉良;从肥皂泡到生命过程[N];文汇报;2004年
8 ;聚碳酸酯透氧量检测数据报告[N];中国包装报;2006年
9 记者 武炳明;超临界二氧化碳印染技术获突破[N];中国化工报;2007年
10 廖建国;关于气孔构造对焦炭反应粉化影响的研究[N];世界金属导报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王平利;塑料包装材料中迁移物扩散系数的分子动力学研究[D];暨南大学;2010年
2 赵长伟;药物类水溶液扩散系数及相关热力学性质的测定与研究[D];天津大学;2004年
3 元强;水泥基材料中氯离子传输试验方法的基础研究[D];中南大学;2009年
4 李嵩;多元合金化对Zr基Laves相贮氢合金相结构和电化学性能的影响[D];大连海事大学;2004年
5 陈斌;长江口附近海域三维悬浮泥沙的数值模拟研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2008年
6 吴昌聚;微/纳结构牺牲层腐蚀及其模型研究[D];浙江大学;2006年
7 范宏;混凝土结构中的氯离子侵入与寿命预测[D];西安建筑科技大学;2009年
8 乐仁昌;氡及其子体的释放和运移规律及机理研究[D];成都理工大学;2001年
9 赵福君;大型储油设施安全防护涂层性能研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
10 米万良;多孔陶瓷负载碳纳米管膜的制备及其气体渗透性能[D];天津大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 秦晓;非恒定流环境水体温排水二维数值模拟[D];中国水利水电科学研究院;2007年
2 宋吉彬;含共溶剂超临界CO_2系统的溶解特性研究[D];大连理工大学;2008年
3 李绍新;动态光散射技术在生物大分子测量上的应用[D];华南师范大学;2004年
4 秦星;微孔中流体扩散系数的分子动力学模拟研究[D];浙江大学;2005年
5 温月丽;电极过程双电层及扩散特性的计算机模拟[D];太原理工大学;2005年
6 周家祥;高温低拉应力下2.25Cr1Mo钢中P原子的晶界偏聚[D];武汉科技大学;2006年
7 胡旭宇;磁共振扩散成像结合MRI动态增强对原发性肝癌血供的评价[D];东南大学;2005年
8 王欣;SCF环境下聚合物中吸附及传质特性研究[D];大连理工大学;2007年
9 张韬;光致聚合物中全息光栅形成的机理研究[D];北京工业大学;2008年
10 陈莉;高温低压应力下2.25Cr1Mo钢中P的晶界贫化及晶界脆性研究[D];武汉科技大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026