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引入多尺度分子模拟技术对比研究了2种受阻酚类防老剂2,2°-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)（防老剂2246）与防老剂2,2°-亚甲基双(4-乙基-6-叔丁基苯酚)（防老剂425）对天然橡胶（natural rubber, NR）的热氧老化防护效果。量子力学模拟（QM）结果表明,2种防老剂的O-H键解离反应自由能（ΔG）均低于NR的C-H键ΔG,且防老剂425在其解离位置h处的O-H键ΔG最低,为250.08 kcal/mol,搜索2种防老剂或NR与过氧自由基CH3OO·的反应过渡态,发现防老剂425的过渡态能垒（Ebarrier）最低,为5.31 kcal/mol,证明其能更快速地捕获过氧自由基,有效延缓NR分子链的氧化反应,表明了其防老剂化学反应防护机制。分子动力学（MD）模拟结果表明,防老剂425与NR之间的溶解度参数（δ）更接近,扩散系数（D）更低,即防老剂425与NR分子链更易相容,迁移性更低。蒙特卡洛（MC）模拟结果表明,氧气在3种体系中的渗透系数（P）大小顺序为PNR>PNR/2246>PNR/425,即防老剂425更容易阻隔氧气渗透,表明了其防老剂物理防护机制。为验证分子模拟结论的准确性,对不同NR复合体系进行0~7 d的热氧老化实验,采用拉力试验机、邵尔A硬度计、傅里叶红外变换光谱仪研究2种防老剂对NR的热氧老化防护效果,发现NR/425体系的力学性能保持率最好,红外图谱结果显示,防老剂425/NR复合体系的氧碳摩尔比增长率最低,表明防老剂425对NR的防护效果更好,与分子模拟结论一致,证明多尺度分子模拟有助于防老剂的选取。 相似文献
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天然橡胶（NR）具有优异的综合性能而广泛应用于各个领域,但较差的耐热、耐老化性能影响了NR制品的使用寿命。天然橡胶与顺丁橡胶（BR）共混可改善制品的拉伸强度、耐磨性、抗撕裂性能,提高制品的使用寿命和耐低温性能,二者共混常用于轮胎制造。NR与BR共混,二者的相容性对共混物的相结构和性能具有重要影响。本研究利用Material Studio软件构建模型,采用分子动力学（MD）和耗散粒子动力学（DPD）模拟方法在分子尺度和介观尺度上对室温下NR/BR共混的相容性进行探讨。通过MD模拟,确定了NR和BR在模拟过程的最小聚合度均为20;构建10/90、30/70、50/50、70/30、90/10的NR/BR共混物模型,并计算每个NR/BR共混模型的相互作用参数χ,发现在NR/BR共混体系中NR与BR分子间的相互作用参数χNR-BR始终比临界相互作用参数χC小;分析了不同质量比NR/BR共混物分子间的径向分布函数,发现NR与BR分子间的径向分布函数ginter(r)始终高于NR与NR、BR与BR同种分子间的径向分布函数,表明共混物中不同种类分子间（NR与BR）的相互作用比同种类分子间（NR与NR、BR与BR）的相互作用要强;DPD模拟得到不同质量比NR/BR共混物的介观形貌,发现共混物分散相的相畴尺寸会随着分散相含量的增加而增加,但均未出现宏观相分离的情况。上述模拟结果表明,NR和BR在室温下以不同质量比混合时,始终表现出良好的相容性。为验证模拟结论是否准确,制备了NR/BR共混物试样,并采用动态热机械分析仪对样品进行测试,结果证实了NR/BR共混体系的混溶性。模拟结论与实验结果相匹配,证明分子模拟研究和预测共混物相容性是可行的,可为共混实验提供可靠的参考和指导。 相似文献
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