热带作物学报

作者：曹献超, 袁晓钦, 马艳彬, 于人同, 赵艳芳, 陈永平, 廖建和

单位：海南大学材料科学与工程学院，海南海口 570228

关键词：天然橡胶,防老剂425,防老剂2246,量子力学模拟,分子动力学模拟,蒙特卡洛模拟,化学反应机制,物理防护机制

基金：海南省重大科技项目(ZDKJ2016020),广东省重点领域研发计划项目(2020B020217001)

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。

来源：2022年第11期

《热带作物学报》期刊编辑部

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