[发明专利]一种聚氨酯树脂粘度的高通量模拟计算方法

说明书

本发明公开了一种聚氨酯树脂粘度的高通量模拟计算方法，包括以下步骤：(1)选取羟基化合物和异氰酸酯化合物，确定羟基与异氰酸酯基的摩尔比；(2)根据羟基与异氰酸酯基的摩尔比建立聚氨酯分子链；(3)采用聚氨酯分子链、溶剂分子对晶胞进行填充，构建聚氨酯模型；(4)对聚氨酯模型先进行力场分配，再对分配好力场的聚氨酯模型进行几何优化；(5)对优化后的聚氨酯模型进行分子动力学模拟计算，使体系达到平衡状态；(6)在动力学计算的基础上对聚氨酯模型进行粘度计算。本发明提供的聚氨酯树脂粘度的高通量模拟计算方法可一次性对多种聚氨酯结构模型同时进行粘度计算，减少了繁重的实验工作量，同时显著降低实验成本。

技术领域

本发明涉及高分子树脂技术领域，尤其涉及一种聚氨酯树脂粘度的高通量模拟计算方法。

背景技术

聚氨酯是由异氰酸酯与含多元羟基化合物反应而得的具有氨基甲酸酯链节的聚合物，由于聚氨酯树脂的分子链中存在氨酯键结构，因此聚氨酯分子之间具有很强的氢键互相作用，这也导致了聚氨酯树脂的粘度较高，高粘度会给操作工艺方面带来很多不便之处，因此，在使用时需要优选相应结构和粘度的聚氨酯树脂，目前，由于聚氨酯树脂种类繁多、结构差异较大，对聚氨酯结构与粘度对应关系的研究主要局限于实验分析法，但这种方法需要采用原料将聚氨酯树脂合成后进行测试，原材料成本较高，实验耗时长，工作量繁重，这将消耗大量的人力物力，且研究效率低下。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种聚氨酯树脂粘度的高通量模拟计算方法以解决上述存在的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种聚氨酯树脂粘度的高通量模拟计算方法，包括以下步骤：

(1)选取羟基化合物以及异氰酸酯化合物，确定羟基化合物和异氰酸酯化合物中羟基与异氰酸酯基的摩尔比；

(2)根据步骤(1)的羟基化合物和异氰酸酯化合物中羟基与异氰酸酯基的摩尔比，采用Materials Studio的3D Atomistic组件建立聚氨酯分子链；

(3)采用Materials Studio中的Amorphous Cell模块，通过步骤(2)中的聚氨酯分子链、溶剂分子对晶胞进行填充，构建聚氨酯模型；

(4)将步骤(3)中的聚氨酯模型导入Matcloud+材料云计算平台的LAMMPS模块中，对聚氨酯模型先进行力场分配，再对上述分配好力场的聚氨酯模型进行几何优化，得到优化后的聚氨酯模型；

(5)对步骤(4)中优化后的聚氨酯模型进行分子动力学模拟计算，使体系达到平衡状态；

(6)在步骤(5)的动力学计算的基础上，利用公式1和公式2对聚氨酯模型进行粘度计算，公式1:

其中，P_xy(t)代表t时刻聚氨酯模型的的应力张量，下标i、j代表第i、j个粒子，x、y代表三维坐标；

公式2：

其中，η为粘度系数。

进一步地，所述步骤(1)中的含有羟基组分的化合物包括丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、正丁醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、聚醚二醇、聚己内酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇及聚碳酸酯二醇中的至少一种。

进一步地，所述步骤(1)中的含有异氰酸酯组分的化合物包括异氟尔酮二异氰酸酯、五亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。

进一步地，所述步骤(3)中的聚氨酯分子链的数目为5个，溶剂分子的数目为0-60个，所述溶剂分子丙酮、醋酸丁酯、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲苯及二甲苯中的一种。