Computational simulation of elastomer nanocomposites: Current progress and future challenges

Rubber Chemistry and Technology

Volumn 85, Issue 3, 2012, Pages 450-481

  Liu, Jun ^a   Zhang, Liqun ^a   Cao, Dapeng ^a   Shen, Jianxiang ^a   Gao, Yangyang ^a  

^a BEIJING UNIVERSITY OF CHEMICAL TECHNOLOGY   (China)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHAIN CONFIGURATION; CHAIN STRUCTURE; CHEMICAL CROSS-LINKING; COMPUTATIONAL SIMULATION; DISPERSION MECHANISMS; ENGINEERING APPLICATIONS; EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS; EXPERIMENTAL STUDIES; FILLER NETWORK; FUTURE CHALLENGES; HIGH FILLER; INTER-PARTICLE INTERACTION; INTERFACIAL BINDING; MANY-BODY; MECHANICAL REINFORCEMENT; MOLECULAR LEVELS; NANO SCALE; PAYNE-EFFECTS; POLYMER NANOCOMPOSITE; PRACTICAL GUIDELINES; REINFORCING FILLERS; SEGMENTAL DYNAMICS; SIMULATION RESEARCH; STRESS TRANSFER; STRUCTURE AND DYNAMICS; STRUCTURE PROPERTY RELATION;

ASSOCIATION REACTIONS; CARBON BLACK; CROSSLINKING; DYNAMICS; ELASTOMERS; FILLED POLYMERS; FILLERS; LOADING; MECHANICAL PROPERTIES; NANOCOMPOSITES; POLYMER MELTS; REINFORCEMENT; SILICA; STRESS ANALYSIS;

COMPUTER SIMULATION;

EID: 84868103209     PISSN: 00359475     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.5254/rct.12.87966     Document Type: Article

References (171)

1. M. Maiti, M. Bhattacharya, and A. K. Bhowmick, RUBBER CHEM. TECHNOL. 81, 384 (2008).
2. T. A. Vilgis, Polymer 46, 4223 (2005).
3. L. Q. Zhang, Y. P. Wu, Y. Q. Wang, and Y. Z. Wang, China Synth. Rubber Ind. 23, 71 (2000).
4. G. R. Hamed, RUBBER CHEM. TECHNOL. 73, 524 (2000).
5. A. C. Balazs, T. Emrick, and T. P. Russell, Science 314, 1107 (2006).
6. L. Bokobza, Polymer 48, 4907 (2007).
7. L. Karasek and M. Sumita, J. Mater. Sci. 31, 281 (1996).
8. R. A. Vaia and J. F. Maguire, Chem. Mater. 19, 2736 (2007).
9. P. Ghosh and A. Chakrabarti, Eur. Polym. J. 36, 1043 (2000).
10. L. C. Sim, S. R. Ramanan, H. Ismail, K. N. Seetharamu, and T. J. Goh, Thermochim. Acta 430, 155 (2005).
11. S. Kohjiya and Y. Ikeda, RUBBER CHEM. TECHNOL. 73, 534 (2000).
12. Y. Z. Wang, L. Q. Zhang, C. H. Tang, and D. S. Yu, J. Appl. Polym. Sci. 78, 1879 (2000).
13. L. Q. Zhang, Y. Z. Wang, Y. Q. Wang, Y. Sui, and D. S. Yu, J. Appl. Polym. Sci. 78, 1873 (2000).
14. Y. A. Kim, T. Hayashi, M. Endo, Y. Gotoh, N. Wada, and J. Seiyama, Scripta Materialia 54, 31 (2006).
15. G. Heinrich and M. Kluppel, Adv. Polym. Sci. 160, 1 (2002).
16. M. Kluppel, Adv. Polym. Sci. 164, 1 (2003).
17. S. Kohjiya, A. Katoh, J. Shimanuki, T. Hasegawa, and Y. Ikeda, Polymer 46, 4440 (2005).
18. Y. Ikeda, A. Katoh, J. Shimanuki, and S. Kohjiya, Macromol. Rapid Commun. 25, 1186 (2004).
19. S. Kohjiya, A. Katoh, T. Suda, J. Shimanuki, and Y. Ikeda, Polymer 47, 3298 (2006).
20. S. Kohjiya, A. Kato, and Y. Ikeda, Prog. Polym. Sci. 33, 979 (2008).
21. H. Luo, M. Kluppel, and H. Schneider, Macromolecules 37, 8000 (2004).
22. V. M. Litvinov and P. A. M. Steeman, Macromolecules 32, 8476 (1999).
23. J. L. Valentin, I. Mora-Barrantes, J. Carretero-Gonzalez, M. A. Lopez-Manchado, P. Sotta, D. R. Long, and K. Saalwachter, Macromolecules 43, 334 (2009).
24. J. Berriot, H. Montes, F. Martin, M. Mauger, W. Pyckhout-Hintzen, G. Meier, and H. Frielinghaus, Polymer 44, 4909 (2003).
25. Y. P. Wu, Q. X. Jia, D. S. Yu, and L. Q. Zhang, Polym. Testing 23, 903 (2004).
26. H. Huang, C. H. Liu, Y. Wu, and S. S. Fan, Adv. Mater. 17, 1652 (2005).
27. K. Kremer and G. S. Grest, J. Chem. Phys. 92, 5057 (1990).
28. B. Smit, K. Esselink, P. A. J. Hilbers, N. M. Vanos, L. A. M. Rupert, and I. Szleifer, Langmuir 9, 9 (1993).
29. S. J. Marrink, H. J. Risselada, S. Yefimov, D. P. Tieleman, and A. H. de Vries, J. Phys. Chem. B 111, 7812 (2007).
30. A. D. MacKerell, D. Bashford, M. Bellott, R. L. Dunbrack, J. D. Evanseck, M. J. Field, S. Fischer, J. Gao, H. Guo, S. Ha, D. Joseph-McCarthy, L. Kuchnir, K. Kuczera, F. T. K. Lau, C. Mattos, S. Michnick, T. Ngo, D. T. Nguyen, B. Prodhom, W. E. Reiher, B. Roux, M. Schlenkrich, J. C. Smith, R. Stote, J. Straub, M. Watanabe, J. Wiorkiewicz-Kuczera, D. Yin, and M. Karplus, J. Phys. Chem. B 102, 3586 (1998).
31. L. S. Lerman and K. Silverstein, Methods Enzymol. 155, 482 (1987).
32. J. Liu, L. Q. Zhang, D. P. Cao, and W. C. Wang, Phys. Chem. Chem. Phys. 11, 11365 (2009).
33. Q. H. Zeng, A. B. Yu, and G. Q. Lu, Prog. Polym. Sci. 33, 191 (2008).
34. G. Allegra, G. Raos, and M. Vacatello, Prog. Polym. Sci. 33, 683 (2008).
35. K. Binder, J. Baschnagel, and W. Paul, Prog. Polym. Sci. 28, 115 (2003).
36. Z. Chen and F. A. Escobedo, J. Chem. Phys. 113, 11382 (2000).
37. B. J. Banaszak and J. J. de Pablo, J. Chem. Phys. 119, 2456 (2003).
38. M. S. Ozmusul, C. R. Picu, S. S. Sternstein, and S. K. Kumar, Macromolecules 38, 4495 (2005).
39. P. J. Dionne, R. Ozisik, and C. R. Picu, Macromolecules 38, 9351 (2005).
40. Y. Termonia, Polymer 50, 1062 (2009).
41. F. M. Erguney and W. L. Mattice, Polymer 49, 2621 (2008).
42. Y. N. Pandey and M. Doxastakis, J. Chem. Phys. 136, 094901 (2012).
43. Q. Zhang and L. A. Archer, J. Chem. Phys. 121, 10814 (2004).
44. C. Abrams, L. Delle Site, and K. Kremer, in Bridging Time Scales: Molecular Simulations for the Next Decade, Vol. 605, Springer-Verlag, Berlin, 2002, Chapter 5.
45. C. Peter and K. Kremer, Faraday Discuss. 144, 9 (2010).
46. K. Kremer and F. Muller-Plathe, MRS Bull. 26, 205 (2001).
47. M. Praprotnik, L. Delle Site, and K. Kremer, Annu. Rev. Phys. Chem., 59, 545 (2008).
48. J. Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces, 2nd ed. Academic Press, London, 1985.
49. J. A. Pomposo, A. R. de Luzuriaga, A. Etxeberria, and J. Rodriguez, Phys. Chem. Chem. Phys. 10, 650 (2008).
50. M.E. Mackay, A. Tuteja, P.M. Duxbury, C.J. Hawker, B. Van Horn, Z.B. Guan, G.H. Chen, and R.S. Krishnan, Science 311, 1740 (2006).
51. J. S. Smith, D. Bedrov, and G. D. Smith, Composites Sci. Technol. 63, 1599 (2003).
52. D. Bedrov, G. D. Smith, and J. S. Smith, J. Chem. Phys. 119, 10438 (2003).
53. J. B. Hooper and K. S. Schweizer, Macromolecules 38, 8858 (2005).
54. J. B. Hooper and K. S. Schweizer, Macromolecules 39, 5133 (2006).
55. J. Liu, Y. G. Gao, D. P. Cao, L. Q. Zhang, and Z. H. Guo, Langmuir 27, 7926 (2011).
56. J. B. Hooper and K. S. Schweizer, Macromolecules 40, 6998 (2007).
57. R. Chakrabarti and K. S. Schweizer, J. Chem. Phys. 133, 144905 (2010).
58. L. M. Hall and K. S. Schweizer, J. Chem. Phys. 128, 234901 (2008).
59. L. M. Hall, A. Jayaraman, and K. S. Schweizer, Curr. Opinion Solid State Mater. Sci. 14, 38 (2010).
60. A. L. Frischknecht and A. Yethiraj, J. Chem. Phys. 134, 174901 (2011).
61. M. Goswami and B. G. Sumpter, J. Chem. Phys. 130, 134910 (2009).
62. X. Ye, M. Tian, and L.-Q. Zhang, J. Appl. Polym. Sci. 124, 927 (2012).
63. Z. H. Wang, Y. L. Lu, J. Liu, Z. M. Dang, L. Q. Zhang, and W. M. Wang, Polym. Adv. Technol. 22, 2302 (2011).
64. Z. H. Wang, Y. L. Lu, J. Liu, Z. M. Dang, L. Q. Zhang, and W. M. Wang, J. Appl. Polym. Sci. 119, 1144 (2011).
65. Q. X. Jia, Y. P. Wu, Y. L. Xu, H. H. Mao, and L. Q. Zhang, Macromol. Mater. Eng. 291, 218 (2006).
66. S. H. Wang, Y. Zhang, Z. L. Peng, and Y. X. Zhang, J. Appl. Polym. Sci. 99, 905 (2006).
67. S. H. Wang, Y. Zhang, Z. L. Peng, and Y. X. Zhang, J. Appl. Polym. Sci. 98, 227 (2005).
68. M. Messori, F. Bignotti, R. De Santis, and R. Taurino, Polym. Int. 58, 880 (2009).
69. A. Jayaraman and K. S. Schweizer, Macromolecules 41, 9430 (2008).
70. A. Jayaraman and K. S. Schweizer, Macromolecules 42, 8423 (2009).
71. S. E. Harton and S. K. Kumar, J. Polym. Sci., B, Polym. Phys. 46, 351 (2008).
72. D. M. Trombly and V. Ganesan, J. Chem. Phys. 133, 154904 (2010).
73. J. Kalb, D. Dukes, S. K. Kumar, R. S. Hoy, and G. S. Grest, Soft Matter 7, 1418 (2011).
74. J. X. Shen, J. Liu, Y. Y. Gao, D. P. Cao, and L. Q. Zhang, Langmuir 27, 15213 (2011).
75. G. D. Smith and D. Bedrov, Langmuir 25, 11239 (2009).
76. P. Akcora, H. Liu, S. K. Kumar, J. Moll, Y. Li, B. C. Benicewicz, L. S. Schadler, D. Acehan, A. Z. Panagiotopoulos, V. Pryamitsyn, V. Ganesan, J. Ilavsky, P. Thiyagarajan, R. H. Colby, and J. F. Douglas, Nature Mater. 8, 354 (2009).
77. N. Nair, N. Wentzel, and A. Jayaraman, J. Chem. Phys. 134, 194906 (2011).
78. N. Nair and A. Jayaraman, Macromolecules 43, 8251 (2010).
79. V. Kalra, F. Escobedo, and Y. L. Joo, J. Chem. Phys. 132, 024901 (2010).
80. F. W. Starr, J. F. Douglas, and S. C. Glotzer, J. Chem. Phys. 119, 1777 (2003).
81. G. Scocchi, P. Posocco, J. W. Handgraaf, J. Fraaije, M. Fermeglia, and S. Pricl, Chem. Eur. J. 15, 7586 (2009).
82. A. C. Balazs, C. Singh, and E. Zhulina, Macromolecules 31, 8370 (1998).
83. Y. Lyatskaya and A. C. Balazs, Macromolecules 31, 6676 (1998).
84. A. C. Balazs, C. Singh, E. Zhulina, and Y. Lyatskaya, Acc. Chem. Res. 32, 651 (1999).
85. J. Y. Lee, A. R. C. Baljon, R. F. Loring, and A. Z. Panagiotopoulos, J. Chem. Phys. 109, 10321 (1998).
86. J. Y. Lee, A. R. C. Baljon, and R. F. Loring, J. Chem. Phys. 111, 9754 (1999).
87. J. Y. Lee, A. R. C. Baljon, D. Y. Sogah, and R. F. Loring, J. Chem. Phys. 112, 9112 (2000).
88. A. R. C. Baljon, J. Y. Lee, and R. F. Loring, J. Chem. Phys. 111, 9068 (1999).
89. J. Liu, L. Q. Zhang, D. P. Cao, J. X. Shen, and Y. Y. Gao, unpublished (2012).
90. A. Sinsawat, K. L. Anderson, R. A. Vaia, and B. L. Farmer, J. Polym. Sci., B, Polym. Phys. 41, 3272 (2003).
91. R. B. Pandey and B. L. Farmer, J. Polym. Sci., B, Polym. Phys. 46, 2696 (2008).
92. A. L. Frischknecht, J. Chem. Phys. 128, 224902 (2008).
93. M. Vacatello, Macromolecules 35, 8191 (2002).
94. M. Vacatello, Macromolecules 34, 1946 (2001).
95. A. I. Nakatani, W. Chen, R. G. Schmidt, G. V. Gordon, and C. C. Han, Polymer 42, 3713 (2001).
96. A. Tuteja, P. M. Duxbury, and M. E. Mackay, Phys. Rev. Lett. 100, 077801 (2008).
97. Q. W. Yuan, A. Kloczkowski, J. E. Mark, and M. A. Sharaf, J. Polym. Sci., B, Polym. Phys. 34, 1647 (1996).
98. J. E. Mark, R. Abou-Hussein, T. Z. Sen, and A. Kloczkowski, Polymer 46, 8894 (2005).
99. A. L. Frischknecht, E. S. McGarrity, and M. E. Mackay, J. Chem. Phys. 132, 204901 (2010).
100. M. Alcoutlabi and G. B. McKenna, J. Phys. Condensed Matter 17, R461 (2005).
101. P. Rittigstein, R. D. Priestley, L. J. Broadbelt, and J. M. Torkelson, Nat. Mater. 6, 278 (2007).
102. J. Berriot, H. Montes, F. Lequeux, D. Long, and P. Sotta, Macromolecules 35, 9756 (2002).
103. H. Montes, F. Lequeux, and J. Berriot, Macromolecules 36, 8107 (2003).
104. S. Merabia, P. Sotta, and D. R. Long, Macromolecules 41, 8252 (2008).
105. R. B. Bogoslovov, C. M. Roland, A. R. Ellis, A. M. Randall, and C. G. Robertson, Macromolecules 41, 1289 (2008).
106. C. G. Robertson, C. J. Lin, M. Rackaitis, and C. M. Roland, Macromolecules 41, 2727 (2008).
107. C.G. Robertson, C.J. Lin, R.B. Bogoslovov, M. Rackaitis, P. Sadhukhan, J.D. Quinn, and C.M. Roland, RUBBERCHEM. TECHNOL. 84, 507 (2011).
108. C. G. Robertson and C. M. Roland, RUBBER CHEM. TECHNOL. 81, 506 (2008).
109. F. W. Starr, T. B. Schroder, and S. C. Glotzer, Macromolecules 35, 4481 (2002).
110. F. W. Starr, T. B. Schroder, and S. C. Glotzer, Phys. Rev. E 64, 021802 (2001).
111. P. G. Debenedetti, Metastable Liquids, Princeton University, Princeton, NJ, 1996.
112. D. Brown, P. Mele, S. Marceau, and N. D. Alberola, Macromolecules 36, 1395 (2003).
113. D. Brown, V. Marcadon, P. Mele, and N. D. Alberola, Macromolecules 41, 1499 (2008).
114. J. Liu, Y. Wu, J. X. Shen, Y. Y. Gao, L. Q. Zhang, and D. P. Cao, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 13058 (2011).
115. G. Milano, G. Santangelo, F. Ragone, L. Cavallo, and A. Di Matteo, J. Phys. Chem. C 115, 15154 (2011).
116. R. Bhowmik, K. S. Katti, and D. Katti, Polymer 48, 664 (2007).
117. L. D. Perez, E. Florez, J. E. Mark, and B. L. Lopez, Polym. Int. 58, 811 (2009).
118. S. A. Ban, K. Malek, C. Huang, and Z. S. Liu, Carbon 49, 3362 (2011).
119. J. B. Donnet, Composites Sci. Technol. 63, 1085 (2003).
120. R. Toth, A. Coslanich, M. Ferrone, M. Fermeglia, S. Pricl, S. Miertus, and E. Chiellini, Polymer 45, 8075 (2004).
121. F. Gardebien, A. Gaudel-Siri, J. L. Bredas, and R. Lazzaroni, J. Phys. Chem. B 108, 10678 (2004).
122. O. Borodin, G. D. Smith, R. Bandyopadhyaya, and E. Byutner, Macromolecules 36, 7873 (2003).
123. K. A. Smith, M. Vladkov, and J. L. Barrat, Macromolecules 38, 571 (2005).
124. G. D. Smith, D. Bedrov, and O. Borodin, Phys. Rev. Lett. 90, 226103 (2003).
125. D. Sikdar, D. R. Katti, K. S. Katti, and R. Bhowmik, Polymer 47, 5196 (2006).
126. W. Xu, Q. H. Zeng, A. B. Yu, and D. R. Paul, in Materials Science Forum, Vol. 654-656, Trans Tech Publications Ltd., Zurich, 2010, pp 1654.
127. Q. H. Zeng, S. M. Mrayed, and A. B. Yu, in Advanced Materials Research, Vol. 129-131, Trans Tech Publications Ltd., Zurich, 2010, pp 607.
128. G. Tanaka and L. A. Goettler, Polymer 43, 541 (2002).
129. B. Minisini and F. Tsobnang, Composites A, Appl. Sci. Manufacturing 36, 539 (2005).
130. A. Karatrantos, R. J. Composto, K. I. Winey, and N. Clarke, Macromolecules 44, 9830 (2011).
131. C. Y. Wei, D. Srivastava, and K. Cho, Nano Lett. 4, 1949 (2004).
132. C. Y. Wei, Nano Lett. 6, 1627 (2006).
133. W. Liu, C. L. Yang, Y. T. Zhu, and M. S. Wang, J. Phys. Chem. C 112, 1803 (2008).
134. M. Foroutan and A. T. Nasrabadi, J. Phys. Chem. B 114, 5320 (2010).
135. S. S. Tallury and M. A. Pasquinelli, J. Phys. Chem. B 114, 4122 (2010).
136. S. J. V. Frankland, A. Caglar, D. W. Brenner, and M. Griebel, J. Phys. Chem. B 106, 3046 (2002).
137. Q. B. Zheng, D. Xia, Q. Z. Xue, K. Y. Yan, X. L. Gao, and Q. Li, Appl. Surface Sci. 255, 3534 (2009).
138. K. Liao and S. Li, Appl. Phys. Lett. 79, 4225 (2001).
139. Q. B. Zheng, Q. Z. Xue, K. Y. Yan, X. L. Gao, Q. Li, and L. Z. Hao, Polymer 49, 800 (2008).
140. S. J. V. Frankland and V. M. Harik, Surface Science 525, L103 (2003).
141. S. C. Chowdhury and T. Okabe, Composites A, Appl. Sci. Manufacturing 38, 747 (2007).
142. Y. Li, Y. Liu, X. Peng, C. Yan, S. Liu, and N. Hu, Computational Mater. Sci. 50, 1854 (2011).
143. S. J. V. Frankland and V. M. Harik, in Nanomaterials for Structural Applications, Vol. 740, Materials Research Society, Warrendale, PA, 2003, pp 385.
144. G. Heinrich and M. Kluppel, Filled Elastomers Drug Delivery Syst. 160, 1 (2002).
145. E. Jaber, H. B. Luo, W. T. Li, and D. Gersappe, Soft Matter 7, 3852 (2011).
146. Y. Li, M. Kroger, and W. K. Liu, Polymer 52, 5867 (2011).
147. G. D. Smith, D. Bedrov, L. W. Li, and O. Byutner, J. Chem. Phys. 117, 9478 (2002).
148. O. Borodin, D. Bedrov, G. D. Smith, J. Nairn, and S. Bardenhagen, J. Polym. Sci., B, Polym. Phys. 43, 1005 (2005).
149. T. Kairn, P. J. Daivis, I. Ivanov, and S. N. Bhattacharya, J. Chem. Phys. 123, 194905 (2005).
150. V. Pryamitsyn and V. Ganesan, J. Rheology 50, 655 (2006).
151. J. D. Thomin, P. Keblinski, and S. K. Kumar, Macromolecules 41, 5988 (2008).
152. G. Raos, M. Moreno, and S. Elli, Macromolecules 39, 6744 (2006).
153. G. Raos and M. Casalegno, J. Chem. Phys. 134, 054902 (2011).
154. G. M. Odegard, T. C. Clancy, and T. S. Gates, Polymer 46, 553 (2005).
155. G. J. Papakonstantopoulos, K. Yoshimoto, M. Doxastakis, P. F. Nealey, and J. J. de Pablo, Phys. Rev. E 72, 031801 (2005).
156. G. J. Papakonstantopoulos, M. Doxastakis, P. F. Nealey, J. L. Barrat, and J. J. de Pablo, Phys. Rev. E 75, 031803 (2007).
157. J. Cho and C. T. Sun, Computational Mater. Sci. 41, 54 (2007).
158. S. Sen, J. D. Thomin, S. K. Kumar, and P. Keblinski, Macromolecules 40, 4059 (2007).
159. H. Yagyu and T. Utsumi, Computational Mater. Sci. 46, 286 (2009).
160. J. Liu, S. Z. Wu, L. Q. Zhang, W. C. Wang, and D. P. Cao, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 518 (2011).
161. Z. H. Wang, J. Liu, S. Z. Wu, W. C. Wang, and L. Q. Zhang, Phys. Chem. Chem. Phys. 12, 3014 (2011).
162. M. Song and L. Chen, Macromol. Theory Simulations 15, 238 (2006).
163. S. J. V. Frankland, V. M. Harik, G. M. Odegard, D. W. Brenner, and T. S. Gates, Composites Sci. Technol. 63, 1655 (2003).
164. M. Griebel and J. Hamaekers, Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 193, 1773 (2004).
165. Y. Han and J. Elliott, Computational Mater. Sci. 39, 315 (2007).
166. H. Liu and L. C. Brinson, Composites Sci. Technol. 68, 1502 (2008).
167. P. K. Valavala and G. M. Odegard, Rev. Adv. Mater. Sci. 9, 34 (2005).
168. S. Yu, S. Yang, and M. Cho, J. Appl. Phys. 110, 124302 (2011).
169. M. Alaghemandi, F. Muller-Plathe, and M. C. Bohm, J. Chem. Phys. 135, 184905 (2011).
170. T. C. Clancy and T. S. Gates, Polymer 47, 5990 (2006).
171. T. C. Clancy, S. J. V. Frankland, J. A. Hinkley, and T. S. Gates, Int. J. Thermal Sci. 49, 1555 (2010).