不同氢化度氢化丁腈橡胶的结构表征与分子模拟

doi:10.7503/cjcu20120591

高等学校化学学报 ›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (4): 1027.doi: 10.7503/cjcu20120591

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不同氢化度氢化丁腈橡胶的结构表征与分子模拟

吴丝竹, 胡涛, 周浩, 高悦凯, 岳冬梅

北京化工大学, 有机无机复合材料国家重点实验室, 北京 100029

收稿日期:2012-06-20 出版日期:2013-04-10 发布日期:2013-02-27
通讯作者: 岳冬梅,女,博士,教授,博士生导师,主要从事聚合物合成,不饱和聚合物加氢改性及功能高分子聚合物设计与应用研究.E-mail:yuedm@mail.buct.edu.cn E-mail:yuedm@mail.buct.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号:50973007,51103006)资助.

Characterization and Molecular Simulation of HNBR with Different Hydrogenation Degree

WU Si-Zhu, HU Tao, ZHOU Hao, GAO Yue-Kai, YUE Dong-Mei

State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites at Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China

Received:2012-06-20 Online:2013-04-10 Published:2013-02-27

摘要/Abstract

摘要：

通过核磁共振波谱(¹H NMR)、红外光谱(IR)及热分析等方法研究了不同氢化度氢化丁腈橡胶(HNBR)分子结构之间的差异, 结果表明, 在丁腈橡胶(NBR)加氢过程中, 聚丁二烯上的乙烯基加氢速率最快, 其次是反式1,4结构, 顺式1,4结构的加氢速率最慢, 而腈基基本不发生氢化反应. 采用核磁共振谱法对不同氢化度HNBR中不同链段的含量进行定量分析, 依据此结果建模并进行分子模拟计算, 得到不同氢化丁腈橡胶的密度、内聚能密度(CED)和玻璃化转变温度(T_g)等参数, 模拟值与实验结果吻合. 实验结果表明, 随着氢化度的增加, HNBR的热氧化稳定性逐渐增加, 这主要是由于氢化度增加后分子链中双键含量逐渐减少而CED增加的缘故. 分子模拟可以有效地计算出多种结构参数, 为共聚橡胶材料的制备与加工提供基础数据及理论指导.

关键词: 分子模拟, 氢化度, 氢化丁腈, 结构与性能

Abstract:

By combining hydrogen nuclear magnetic resonance(¹H NMR), infrared(IR) spectroscopy and thermal analysis, the microstructures of hydrogenated nitrile rubber(HNBR) with different hydrogenation degree(HD) were investigated. The result indicated that the rates of hydrogenation reactions of different functional groups were different in the sequence of the highest rate of vinyl group in polybutadiene, the second rate of trans-1,4-unit group and the lowest rate of cis-1,4-unit group. The nitrile groups were almost stable during the hydrogenation process. By ¹H NMR experiment, the contents of various groups in HNBR with different HD were quantitatively analyzed. These results were introduced to construct proper polymer chains in molecular dynamics simulation(MD) which contributed to calculate various parameters such as density, cohesion energy density(CED), and glass-transition temperature(T_g), etc, agreed well with experimental results. The results showed that the improvement of thermal stability of HNBR with the increase of HD was due to the decrease of double bonds content and increase of CED. The good agreement between experimental and theoretical simulation results indicated that the MD can effectively calculate the structure parameters, provided fundamental data and theoretical direction for the preparation and processing of copolymerized rubber materials.

Key words: Molecular simulation, Hydrogenation degree, Hydrogenated nitrile rubber, Structure and performance

中图分类号:

O631.1⁺1

TrendMD:

吴丝竹, 胡涛, 周浩, 高悦凯, 岳冬梅. 不同氢化度氢化丁腈橡胶的结构表征与分子模拟. 高等学校化学学报, 2013, 34(4): 1027.

WU Si-Zhu, HU Tao, ZHOU Hao, GAO Yue-Kai, YUE Dong-Mei. Characterization and Molecular Simulation of HNBR with Different Hydrogenation Degree. Chem. J. Chinese Universities, 2013, 34(4): 1027.

参考文献

[1] Andrew R. L., Molecular Modelling: Principles and Applications, Prentice Hall, UK, 2001, 1—24

[2] Dorigo A. E., Houk K. N., J. Am. Chem. Soc., 1987, 109, 3698—3708

[3] Rappe A. K., Goddard W. A., J. Phys. Chem., 1991, 95(8), 3358—3363

[4] Dusan R., Capponi S., Alvarez F., Colmenero J., Barto J., J. Chem. Phys., 2009, 131(6), 064903-1—064903-10

[5] Chang K. S., Tung C. C., Wang K. S., Tung K. L., J. Phys. Chem. B, 2009, 113(29), 9821—9830

[6] Zhao Y. S., Hou R. Z., Zhang H. X., Zheng Q. C., Sun C. C., Chem. Res. Chinese Universities, 2010, 26(5), 833—837

[7] Wang S. M., Gao G. H., Yu Y. X., Wang X. L., Chem. J. Chinese Universities, 2005, 26(11), 2113—2116(王淑梅, 高光华, 于养信, 王晓琳. 高等学校化学学报, 2005, 26(11), 2113—2116)

[8] Qiao Z. W., Ren S. H., Zhou J., Chem. J. Chinese Universities, 2012, 33(4), 800—805(乔智威, 任树化, 周健. 高等学校化学学报, 2012, 33(4), 800—805)

[9] Jenkins M. J., Hay J. N., Comput. Theor. Polym. Sci., 2001, 11(4), 283—286

[10] Paola C., Arnaldo R., Massimo R., Macromol. Theory. Simul, 2006, 15(6), 457—468

[11] Ning S. M., Yang S. F., Wei X. P., Wang W. M., Zhang L. Q., Yue D. M., J. Appl. Polym. Sci., 2012, 123(2), 1040—1046

[12] Li J. S., Preparation, Structure and Properties of Hydrogenated Acrylonitrile-butadiene Rubber, Northwest Normal University, Lanzhou, 2006(李锦山. 氢化丁腈橡胶的制备、结构与性能, 兰州: 西北师范大学, 2006)

[13] Chaudury R. A., Hussein I. A., Amin M. B., Abu Sharkh B. F., J. Appl. Polym. Sci., 2005, 97(4), 1432—1441

[14] Chaudhry A., Bhowmick A. K., Polym. Eng. Sci., 2010, 50(7), 1432—1441

[15] Chen S. C., Rubber Industry, 1992, 39(10), 628-633(陈士朝. 橡胶工业, 1992, 39(10), 628—633)

[16] Wrana C., Reinartkz L., Hans R., Winkelbach., Macromol. Mater. Eng., 2001, 286(11), 657-662

[17] Huang A. M., Wang X. P., Jia D. M., Acta Polymerica Sinica, 2007, 1(12), 1154—1160(黄安民, 王小萍, 贾德民. 高分子学报, 2007, (12), 1154—1160)

[18] Zhang G. R., Lu Y. L., Gao Y. K., Wu S. Z., Acta Polymerica Sinica, 2012, (3), 272—277(张国荣, 卢咏来, 高悦凯, 吴丝竹. 高分子学报, 2012, (3), 272—277)

[19] Kaihiro K., Ohtani H., Kosugi Y., Tsuge S., Macromolecules, 1988, 21(10), 2918—2924

[20] Yang W. H., Nuclear Magnetic Resonance(NMR) Principle and the Application in Chemical Structure, Scientific and Technical Press, Fujian, 1988, 32—33(杨文火. 核磁共振原理及其在结构化学中的应用, 福建: 科学技术出版社, 1988, 32—33)

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Characterization and Molecular Simulation of HNBR with Different Hydrogenation Degree

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[1]	张咪, 田亚锋, 高克利, 侯华, 王宝山. 三氟甲基磺酰氟绝缘介质理化特性的分子动力学模拟[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220424.
[2]	叶成濠, 梁亨, 李恩民, 许丽艳, 李鹏, 陈广慧. 高通量虚拟筛选CDK2/Cyclin A2靶点抑制剂[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(10): 3135.
[3]	张继华,王超,皂伟涛,李莉,刘小艳,杨元,王昊. 利用静电界面制备高性能蒙脱石/氢化丁腈橡胶[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(4): 803.
[4]	陈晓锋, 宁贺佳, 杨犁, 彭昌军, 孙炜. 分子模拟研究微孔材料对光气吸附扩散性能的影响及材料筛选[J]. 高等学校化学学报, 2019, 40(2): 317.
[5]	李映图, 李理波, 周健. 分子动力学模拟多巴在自组装膜上的黏附性[J]. 高等学校化学学报, 2017, 38(5): 798.
[6]	张继华, 冯华东, 皂伟涛, 凌铭博, 刘小艳, 赵云峰. 原位聚合甲基丙烯酸盐/低温氢化丁腈橡胶的结构与性能[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(7): 1447.
[7]	王佳晨, 童敏曼, 单超, 肖刚, 刘大欢, 阳庆元, 仲崇立. 杂质对金属-有机骨架材料分离烟道气性能影响的分子模拟研究[J]. 高等学校化学学报, 2015, 36(2): 316.
[8]	张敏, 荆晶晶, 李成涛, 王慧, 马晓燕. 结合分子模拟探讨不同醚键PBS基共聚物的性能与酶催化降解[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(12): 2706.
[9]	乔智威, 李理波, 周健. 生物相容性金属-有机骨架材料负载药物的分子模拟[J]. 高等学校化学学报, 2014, 35(12): 2638.
[10]	胡桂香, 骆成才, 殷开梁, 邹建卫, 俞庆森. 溶剂效应对手性咪唑衍生物对映异构体与固定相相互作用的影响[J]. 高等学校化学学报, 2013, 34(6): 1497.
[11]	李文静, 胡艳云, 韩芳, 徐慧群, 宋伟, 吕亚宁, 郑平. 三唑酮分子印迹预组装体系的分子模拟与吸附性能[J]. 高等学校化学学报, 2013, 34(5): 1219.
[12]	郑成成. 新型类沸石金属-有机骨架材料用于天然气中CO₂的分离[J]. 高等学校化学学报, 2013, 34(11): 2574.
[13]	乔智威, 任树化, 周健. H₂S/N₂ 混合物在碳纳米管中吸附分离的分子模拟[J]. 高等学校化学学报, 2012, 33(04): 800.
[14]	薛芸蓉,张利锋,董智云,高国华. 2,6-二苯甲酰胺吡啶盐酸盐选择性识别氟离子[J]. 高等学校化学学报, 2011, 32(7): 1506.
[15]	郑璐丝, 解新安, 丁年平, 李雁. 淀粉乳液形成过程主要影响因素的耗散粒子动力学模拟与实验[J]. 高等学校化学学报, 2011, 32(11): 2657.