Computer simulations of conformational behavior of block copolymers in selective solvents

Abstract

Bakalářská práce se věnuje studiu konformačního chování diblokových kopoly- merů v selektivním rozpouštědle. Polymerní roztoky byly studovány pomocí disi- pativní částicové dynamiky. Byl vytvořen originální program pro simulace po- mocí disipativní částicové dynamiky a nový programový software pro zpracování simulačních dat. Funkčnost programu byla otestována na dvou systémech. První systém byl zředěný roztok lineárního homopolymeru, na kterém byly ověřeny škálovací zákony pro homopolymer ve zředěném roztoku. Druhý systém odpovídal diblokovým kopolymerům v selektivním rozpouštědle, na kterém bylo pomocí programu zreprodukováno micelární chování podle Shenga et al. Nakonec byl simulován systém s dlouhými blokovými kopolymery v selektivním rozpouštědle, který modeloval kopolymer polymetakrylové kyseliny a polyetylen oxidu ve vodném roztoku při pH 1. Tento systém byl studován pro různé koncentrace polymeru. Výsledky těchto simulací kvalitativně popisují studovaný systém a jsou výchozím bodem pro jeho další studium, ve kterém bude do systému přidán surfaktant a systém bude simulován při dalších hodnotách pH, kde elektrostatické interakce nejsou již zanedbatelné.

The presented bachelor thesis deals with the study of the conformational be- haviour of diblock copolymers in the selective solvent. The polymer solution was modelled using a coarse-grained model and is simulated using dissipative particle dynamics (DPD). An original C-code for DPD simulations together with a new software package for processing of simulation data was developed. Functionality of the code and software were tested for two systems. The first system corre- sponded to a linear homopolymer in a solvent and the scaling laws for homopoly- mer in dilute solution were reproduced. The second system represented diblock copolymers in selective solvents and micellar behaviour simulated with the de- veloped code agreed with simulations by Sheng et al. Then, the self-assembly of long copolymer chains in selective solvents that mimics a block copolymer of poly(methacrylic acid) and poly(ethylene oxide) in aqueous solution at pH 1 was studied for different polymer concentrations. The simulation results provided valuable insight into the studied system and serve as a good starting point for DPD simulations of this system with added surfactants and at different values of pH, where the electrostatic interactions become important.