分子動力學(xué)（MD）模擬多采用全原子模擬等方式，從構(gòu)建貼合實際的加氫石油樹脂分子模型入手，結(jié)合合適的力場與系綜，能在原子尺度揭示其熔融過程中微觀結(jié)構(gòu)、動力學(xué)特性及熱力學(xué)性質(zhì)的變化規(guī)律，為優(yōu)化其加工工藝提供理論支撐，以下是具體的模擬流程與核心研究內(nèi)容：

模擬前期關(guān)鍵準(zhǔn)備工作

分子模型構(gòu)建：加氫石油樹脂類型多，如C5、C9加氫樹脂，模型構(gòu)建需貼合原料與加氫程度。先依據(jù)聚合單體（如C5餾分中的環(huán)戊二烯、C9餾分中的苯乙烯衍生物）搭建基礎(chǔ)聚合鏈，再通過加氫修飾飽和分子鏈中的不飽和雙鍵；對于不同加氫度的樹脂，可通過調(diào)控分子鏈中殘留雙鍵比例來體現(xiàn)，同時需控制數(shù)均分子量等參數(shù)貼合實際產(chǎn)品，比如日本某聚合加氫石油樹脂數(shù)均分子量為880，建模時需匹配該分子量范圍的鏈長分布。

力場與系綜選?。毫龇矫?，全原子分子動力學(xué)（FAMD）模擬常選用通用力場如COMPASS 或PCFF，這類力場可精準(zhǔn)描述樹脂分子中C-C、C-H等化學(xué)鍵的鍵長、鍵角及分子間范德華力、氫鍵等相互作用，契合加氫石油樹脂飽和烴為主的結(jié)構(gòu)特征。系綜選擇上，模擬熔融過程常用正則系綜（NVT）控制溫度梯度，結(jié)合等溫等壓系綜（NPT）維持體系壓力穩(wěn)定，以此模擬實際加熱熔融時的熱力學(xué)環(huán)境。

體系預(yù)處理：對構(gòu)建的初始模型進(jìn)行能量最小化，消除分子間不合理的空間構(gòu)型；隨后進(jìn)行弛豫模擬，使分子鏈充分舒展，形成穩(wěn)定的初始固態(tài)體系，避免初始結(jié)構(gòu)缺陷對熔融過程模擬結(jié)果的干擾。

熔融過程的核心模擬結(jié)果與分析

微觀結(jié)構(gòu)演變：加氫石油樹脂固態(tài)時分子鏈通過弱相互作用形成局部有序的聚集結(jié)構(gòu)。MD模擬顯示，隨著溫度升高，體系逐漸熔融，這一過程中分子鏈的局部有序疇不斷減少，長程無序特征愈發(fā)顯著。溫度低于熔點時，分子鏈僅在固定位置小幅振動；當(dāng)溫度接近120-150℃（貼合其軟化加工區(qū)間），分子熱運(yùn)動加劇，分子鏈間的范德華力被削弱，鏈段開始自由滑移，原本規(guī)整的聚集結(jié)構(gòu)逐漸瓦解，形成短程有序、長程無序的熔體結(jié)構(gòu)。對于加氫石油樹脂與HDPE的共混體系，模擬還發(fā)現(xiàn)熔融狀態(tài)下二者會形成三維雙連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且網(wǎng)絡(luò)尺寸隨溫度與共混比例變化。

動力學(xué)特性變化：動力學(xué)參數(shù)是反映熔融狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)。一是擴(kuò)散系數(shù)，固態(tài)時加氫石油樹脂分子受晶格限制，擴(kuò)散系數(shù)極低；熔融后分子鏈?zhǔn)`解除，擴(kuò)散系數(shù)呈數(shù)量級增長，且加氫度越高，分子鏈越規(guī)整，擴(kuò)散系數(shù)提升越顯著。二是黏度，模擬得出的黏度變化與實驗數(shù)據(jù)高度契合，如150℃時加氫石油樹脂熔融黏度介于500-3000mPa・s，且溫度升高時，分子間相互作用減弱，黏度持續(xù)下降，這一結(jié)果可指導(dǎo)熱熔膠等應(yīng)用中加工溫度的調(diào)控。此外，模擬還能捕捉到分子鏈的運(yùn)動模式從固態(tài)的振動轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴诤蟮逆湺闻佬信c整體滑移。

熱力學(xué)性質(zhì)規(guī)律：通過模擬可獲取熔融焓、熱容等關(guān)鍵熱力學(xué)數(shù)據(jù)。加氫石油樹脂熔融焓對應(yīng)其分子鏈解聚與聚集結(jié)構(gòu)破壞所需的能量，模擬顯示其熔融焓與加氫度正相關(guān)，因高加氫度樹脂分子鏈間作用力更強(qiáng)，破壞有序結(jié)構(gòu)需更多能量。同時，熔融過程中等容熱容會出現(xiàn)突變，該突變對應(yīng)的溫度可作為樹脂的模擬熔點，與差示掃描量熱法（DSC）測得的實驗熔點偏差通常較小，驗證了模擬的可靠性。另外，當(dāng)溫度超過250℃時，模擬可觀測到分子鏈出現(xiàn)輕微解聚跡象，與實驗中該溫度下樹脂易發(fā)生π鍵斷裂的現(xiàn)象一致。

模擬的實際應(yīng)用價值

該模擬可指導(dǎo)加氫石油樹脂的加工與改性。比如在與EVA、HDPE等材料共混制備功能材料時，通過模擬不同溫度下共混體系的熔融行為，能確定最佳熔融溫度與共混比例，避免因溫度過高導(dǎo)致樹脂降解，或溫度過低造成混合不均。此外，針對加氫石油樹脂作為增粘劑的應(yīng)用場景，模擬其熔融黏度隨溫度的變化規(guī)律，可優(yōu)化熱熔膠的涂布溫度與速率，提升產(chǎn)品加工效率與質(zhì)量穩(wěn)定性。同時，模擬還能預(yù)測不同加氫度、分子量的樹脂熔融性能，為定向合成特定加工性能的加氫石油樹脂提供理論依據(jù)。

本文來源：河南向榮石油化工有限公司 http://m.jieqite.com/