JP2017049807A - 架橋高分子のパラメータを算出する方法、装置及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
予め設定された架橋高分子モデルデータ及び溶媒分子モデルデータを用い、前記架橋高分子モデルと前記溶媒分子モデルとを混合させた混合モデルを、濃度を異ならせて複数設定するステップと、
予め定めた温度および圧力を含む解析条件のもとで平衡状態における前記混合モデルの分子動力学計算の計算結果に基づき、溶液状態の溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]を濃度毎に算出するステップと、
複数の濃度における前記溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]の算出結果を式(4)で近似し、式(4)における有効分子鎖密度Neを決定するステップと、
を含む、架橋高分子のパラメータを算出する方法。
ただし、μ溶媒(溶液)は、溶液状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、μ溶媒(純溶媒)は、純溶媒状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、kBはボルツマン定数を示し、Tは温度を示し、φは高分子体積分率を示し、χは、高分子と溶媒分子の相互作用パラメータを示し、v溶媒は溶媒分子体積を示し、V架橋高分子は膨潤前の架橋高分子の体積を示す。
予め設定された架橋高分子モデルデータ及び溶媒分子モデルデータを用い、前記架橋高分子モデルと前記溶媒分子モデルとを混合させた混合モデルを、濃度を異ならせて複数設定するモデル設定部と、
予め定めた温度および圧力を含む解析条件のもとで平衡状態における前記混合モデルの分子動力学計算の計算結果に基づき、溶液状態の溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]を濃度毎に算出する溶媒化学ポテンシャル算出部と、
複数の濃度における前記溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]の算出結果を式(4)で近似し、式(4)における有効分子鎖密度Neを決定する近似部と、
を備える、架橋高分子のパラメータを算出する装置。
ただし、μ溶媒(溶液)は、溶液状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、μ溶媒(純溶媒)は、純溶媒状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、kBはボルツマン定数を示し、Tは温度を示し、φは高分子体積分率を示し、χは、高分子と溶媒分子の相互作用パラメータを示し、v溶媒は溶媒分子体積を示し、V架橋高分子は膨潤前の架橋高分子の体積を示す。
以下、本発明の第1実施形態を、図面を参照して説明する。
第1実施形態の装置2は、ゴム等の架橋高分子モデルと溶媒分子モデルを用いた分子動力学計算によって、架橋高分子のパラメータ(有効分子鎖密度Ne及び膨潤度φ飽和)を算出する装置である。
ただし、μ溶媒(溶液)_iは、濃度iについて溶液状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、Nは着目分子を除く溶媒の粒子数を示し、Λは溶媒分子の熱ドブロイ波長を示し、Pは圧力を示し、Tは温度を示す。
ただし、μ溶媒(溶液)は、溶液状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、μ溶媒(純溶媒)は、純溶媒状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、kBはボルツマン定数を示し、Tは温度を示し、φは高分子体積分率を示し、χは、高分子と溶媒分子の相互作用パラメータを示し、v溶媒は溶媒分子体積を示し、V架橋高分子は膨潤前の架橋高分子の体積を示す。
ただし、μ溶媒(溶液)は、溶液状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、μ溶媒(純溶媒)は、純溶媒状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、kBはボルツマン定数を示し、Tは温度を示し、φは高分子体積分率を示し、χは、高分子と溶媒分子の相互作用パラメータを示し、v溶媒は溶媒分子の体積を示し、V架橋高分子は膨潤前の架橋高分子の体積を示す。
図1に示す装置2を用いて、架橋高分子のパラメータ(有効分子鎖密度Ne、膨潤度φ飽和)を算出する方法について、図3を用いて説明する。
予め設定された架橋高分子モデルデータM10及び溶媒分子モデルデータM2を用い、架橋高分子モデルM10と溶媒分子モデルM2とを混合させた混合モデルM13を、濃度を異ならせて複数設定するステップ(ST12)と、
予め定めた温度および圧力を含む解析条件のもとで平衡状態における混合モデルM13の分子動力学計算の計算結果に基づき、溶液状態の溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]を濃度毎に算出するステップ(ST14)と、
複数の濃度における溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]の算出結果を式(4)で近似し、式(4)における有効分子鎖密度Neを決定するステップ(ST15)と、
を含む。
予め設定された架橋高分子モデルデータM10及び溶媒分子モデルデータM2を用い、架橋高分子モデルM10と溶媒分子モデルM2とを混合させた混合モデルM13を、濃度を異ならせて複数設定するモデル設定部21と、
予め定めた温度および圧力を含む解析条件のもとで平衡状態における混合モデルM13の分子動力学計算の計算結果に基づき、溶液状態の溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]を濃度毎に算出する溶媒化学ポテンシャル算出部23と、
複数の濃度における溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]の算出結果を式(4)で近似し、式(4)における有効分子鎖密度Neを決定する近似部24と、
を備える。
第1実施形態の装置2において、近似部24が決定した有効分子鎖密度Neを用いて式(5)により膨潤度φ飽和を算出する膨潤度算出部25を更に有する。
第1実施形態では、式(4)に用いる純溶媒状態の溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(純溶媒)]及び高分子と溶媒の相互作用パラメータχを予め設定している。第2実施形態では、双方のパラメータを分子動力学計算により算出している。第2実施形態を図4、図5を用いて説明する。
図4に示すように、第2実施形態の装置2’は、第1実施形態の構成に対して、高分子と溶媒の間の相互作用パラメータを算出する構成を加えている。具体的には、装置2’は、更に、初期設定部10と、モデル設定部11と、分子動力学計算実行部12と、溶媒化学ポテンシャル算出部13と、近似部14と、を有する。これら各部10〜14は、CPU、メモリ、各種インターフェイス等を備えたパソコン等の情報処理装置において予め記憶されている図示しない処理ルーチンをCPUが実行することによりソフトウェア及びハードウェアが協働して実現される。
ただし、μ溶媒(溶液)_iは、濃度iについて溶液状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、Nは着目分子を除く溶媒の粒子数を示し、Λは溶媒分子の熱ドブロイ波長を示し、Pは圧力を示し、Tは温度を示す。
ただし、μ溶媒(溶液)は、溶液状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、μ溶媒(純溶媒)は、純溶媒状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、kBはボルツマン定数を示し、Tは温度を示し、nは高分子鎖長を示し、φは高分子体積分率を示し、χは、高分子と溶媒分子の相互作用パラメータを示す。
図4に示す装置2’を用いて、高分子と溶媒の相互作用パラメータを算出する方法について、図5を用いて説明する。
M2…溶媒分子モデルデータ
M13…混合モデル
21…モデル設定部
23…溶媒化学ポテンシャル算出部
24…近似部
25…膨潤度算出部
Claims (9)
- 予め設定された架橋高分子モデルデータ及び溶媒分子モデルデータを用い、前記架橋高分子モデルと前記溶媒分子モデルとを混合させた混合モデルを、濃度を異ならせて複数設定するステップと、
予め定めた温度および圧力を含む解析条件のもとで平衡状態における前記混合モデルの分子動力学計算の計算結果に基づき、溶液状態の溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]を濃度毎に算出するステップと、
複数の濃度における前記溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]の算出結果を式(4)で近似し、式(4)における有効分子鎖密度Neを決定するステップと、
を含む、架橋高分子のパラメータを算出する方法。
ただし、μ溶媒(溶液)は、溶液状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、μ溶媒(純溶媒)は、純溶媒状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、kBはボルツマン定数を示し、Tは温度を示し、φは高分子体積分率を示し、χは、高分子と溶媒分子の相互作用パラメータを示し、v溶媒は溶媒分子体積を示し、V架橋高分子は膨潤前の架橋高分子の体積を示す。 - 前記溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]を算出するステップは、自由エネルギー摂動法により前記溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]を算出する、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記決定するステップは、最小二乗法を用いて、前記複数の濃度における前記溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]の算出結果と式(4)の算出結果との残差の二乗和が最小となるように、前記有効分子鎖密度Neを決定する、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 予め設定された架橋高分子モデルデータ及び溶媒分子モデルデータを用い、前記架橋高分子モデルと前記溶媒分子モデルとを混合させた混合モデルを、濃度を異ならせて複数設定するモデル設定部と、
予め定めた温度および圧力を含む解析条件のもとで平衡状態における前記混合モデルの分子動力学計算の計算結果に基づき、溶液状態の溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]を濃度毎に算出する溶媒化学ポテンシャル算出部と、
複数の濃度における前記溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]の算出結果を式(4)で近似し、式(4)における有効分子鎖密度Neを決定する近似部と、
を備える、架橋高分子のパラメータを算出する装置。
ただし、μ溶媒(溶液)は、溶液状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、μ溶媒(純溶媒)は、純溶媒状態の溶媒化学ポテンシャルを示し、kBはボルツマン定数を示し、Tは温度を示し、φは高分子体積分率を示し、χは、高分子と溶媒分子の相互作用パラメータを示し、v溶媒は溶媒分子体積を示し、V架橋高分子は膨潤前の架橋高分子の体積を示す。 - 前記溶媒化学ポテンシャル算出部は、自由エネルギー摂動法により前記溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]を算出する、請求項5又は6に記載の装置。
- 前記近似部は、最小二乗法を用いて、前記複数の濃度における前記溶媒化学ポテンシャル[μ溶媒(溶液)]の算出結果と式(4)の算出結果との残差の二乗和が最小となるように、前記有効分子鎖密度Neを決定する、請求項5〜7のいずれかに記載の装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の方法をコンピュータに実行させるプログラム。
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