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许多类型的聚合物可以用 COSMO-RS/SAC 理论来描述。然而,计算 σ-profile 的典型流程(ADF 几何优化→单点 COSMO 计算→处理表面点以形成 σ-profiles)中,对于聚合物的 σ-profile 来说效率太低、代价太大了。不过,聚合物的 σ-profile 可以表示为“单体”的 σ-profile 乘以一个因子,得到一个抽象的“平均单体”的 σ-profile 来代表聚合物的 σ-profile。这样处理虽不完美,但实现了 COSMO-RS/SAC 对于聚合物的方便处理。
有许多可能的方法来生成“平均单体”的 σ-profile,在 2019 版 ADFCRS 聚合物数据库中,生成单体的方法如下:
这种方法提供了单体的 σ-profile,单体两侧各有一个拷贝。在确定“平均单体”时,也可能会考虑更长的聚合物链,但发现三聚体模型,对计算各种热力学性质来说已经足够准确了,而且在 ADF 步骤中也不会过于昂贵。在三聚体模型不能很好地代表聚合物行为时,可以采用以下替代方案:
如上所述,COSMO-RS 中的聚合物是使用单体 σ-profile 一定比例缩放得到的。但由于聚合物有许多不同的长度,因此需要相应地调整单体 σ-profile 的缩放比例。这可以通过平均分子量M$^N$这个参数来完成,定义如下: \[M^{N} = \frac{\sum_j n_j w_j}{\sum_j n_j}\]
其中,j 是溶液中聚合物的所有不同长度的指标,w$_j$ 是其分子量,n$_j$ 是溶液中 j 型分子的数量。因为这个参数是可调的,所以相同的单体 σ-profile,可以用到不同长度聚合物的计算中。请注意,如果没有输入,则COSMO-RS/SAC将使用默认值 10000 g/mol。
因为典型的聚合物由许多不同长度的聚合物链组成,所以聚合物的摩尔分数的定义非常明确。在COSMO-RS程序中,定义了两种摩尔分数:
\[R_i = \frac{M_{i}^N}{M(monomer)_i}\] 其中 M(monomer)$_i$ 表示单体的摩尔质量。使用 R$_i$ 定义 x(polymer)$_i$: \[x(polymer)_i = \frac{ x(monomer)_i / R_i }{ \sum_j x(monomer)_j / R_j }\] 其中 j 指标遍历所有不同组分,假设所有相同类型的聚合物的长度为R$_i$。
由于聚合物溶液的摩尔分数定义不清,文献中经常以重量或体积分数的形式报道活性系数,其中包含聚合物的 COSMO-RS 计算也有报道。重量或体积分数形式的活度系数,是根据每个物种的活度来定义的: \[a_i = \gamma_i x(polymer)_i\] 其中 γ$_i$ 是与聚合物摩尔分数相关的活性系数。注意:这是聚合物计算中 γ$_i$ 的默认值。
重量分数活度系数(Ω$_i$)可计算为: \[\Omega_i = \frac{a_i}{w_i}\] 其中 ω$_i$ 是组分 i 的重量分数。
体积分数活度系数 \(\gamma^{\phi}_i\) 定义如下: \[\gamma^{\phi}_i = \frac{a_i}{\phi_i}\] 其中 ϕ$_i$ 是组分 i 的体积分数。