概要
最近北达科他州立大学的计算科学家发表了一篇论文，介绍如何使用ReaxFF分子动力学研究受水分污染的聚合环氧树脂网络的物理和化学降解。他们展示了一种使用 ReaxFF 模拟存在水分的交联聚合物网络的方法，对计算效率有显著提高，论文“Reactive Molecular Dynamics Study of Hygrothermal Degradation of Crosslinked Epoxy Polymers”发表于ACS Applied Polymer Materials杂志。该项目的研究团队由 Bakhtiyor Rasulev 教授和 Wenjie Xia 教授领导，成员包括 Anas Karuth、Amirhadi Alesadi 和 Aniruddh Vashisth 教授。
交联环氧聚合物在各种应用场景中，经常暴露于高湿度环境，而环氧热固性树脂材料的吸水性，通常会导致其物理和机械性能的恶化。除了物理降解外，还可能发生不可逆的化学降解。作者应用ReaxFF分子动力学，对水分污染的环氧树脂的物理和化学降解进行了模拟。模拟结果表明，水分进入后，除塑化效应外，水分子与网络内的负电位点的多位点相互作用，还会使环氧树脂网络的机械性能和密度的有所恢复。此外，由于长期暴露于潮湿或由于开裂而导致的直接暴露，会导致环氧-胺网络发生不可逆的变化。应用ReaxFF 分子动力学，成功模拟出水分子的质子化，以及对环氧 – 胺网络中醚基团 C-O 键的亲核攻击。值得注意的是，模拟表明水分子对环氧网络中水解反应的选择性取决于网络的空间排列和空间位阻。
参考文献
A. Karuth, A. Alesadi, A. Vashisth, W. Xia, and B. Rasulev, Reactive Molecular Dynamics Study of Hygrothermal Degradation of Crosslinked Epoxy Polymers, ACS Applied Polymer Materials, 2022, 4, 6, 4411–4423