[发明专利]一种聚氨酯树脂玻璃化温度的高通量计算分析方法

说明书

本发明涉及一种聚氨酯树脂玻璃化温度的高通量计算分析方法，先通过Mater i a l s Stud i o软件构建出待测聚氨酯表面晶胞模型，然后再利用Matc l oud+中的LAMMPS模块对构建出待测聚氨酯的表面晶胞模型进行进一步优化，并最后迅速建立起聚氨酯结构与玻璃化温度的对应关系，减少不必要的物理实验，可有针对性的进行聚氨酯树脂实验研发，并且与实验真实值对比发现，该高通量计算方法具有较好的预测准确性，通过独特的高通量计算方式还可以实现多种原料成分体系聚氨酯的计算，大大节约实验的时间和成本。

技术领域

本发明属于高分子材料模拟技术领域，具体涉及一种聚氨酯树脂玻璃化温度的高通量计算分析方法。

背景技术

聚氨酯树脂优异的性能取决于其复杂的化学结构，传统的实验方法如FTIR、XPS、SEM很难对其分子结构特征、排列方式、交联结构进行精确表征，以实验方法建立树脂基体结构与性能的对应关系有周期长、效率低、成本高的缺点。

玻璃化温度作为聚氨酯树脂的一个重要热力学性能指标，尤其在研发低温固化聚氨酯树脂的过程，需要从玻璃化温度出发系统研究树脂低温成膜效果，因此准确计算玻璃化温度对于探究其分子结构与其宏观性能关联关系有重要意义。目前聚氨酯树脂玻璃化温度的测试，多是采用多个树脂的物理实验，再通过热分析仪等设备进行玻璃化温度的测试，无法同时对不同树脂结构进行快速筛选。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明的提供了一种聚氨酯树脂玻璃化温度的高通量计算分析方法，能够解决现有技术中的实验分析方法分析聚氨酯树脂玻璃化温度原材料成本高、无法短时间进行多种聚氨酯树脂制备并高效完成玻璃化温度测试的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种聚氨酯树脂玻璃化温度的高通量计算分析方法，包括以下步骤：

步骤1、采用Materials Studio软件搭建聚氨酯表面晶胞模型；

1.1、采用Materials Studio的3D Atomistic组件建立羟基组分与异氰酸酯组分的摩尔比为1:1的聚氨酯分子链；

1.2、采用Materials Studio中的Amorphous Cell模块进行聚氨酯表面模型的构建；其中密度：1.05，精度：Ultra-fine，力场选择Dreiding，电荷配置选择Change usingGasteiger，结构优化算法选择Conjugate gradient，能量收敛标准选择0.00002，力场收敛标准选择0.001，不选择优化晶胞，选取5条聚氨酯分子链进行填充，最终将得到聚氨酯表面晶胞模型保存为CIF文件；

步骤2、将搭建好的聚氨酯表面晶胞模型输入到Matcloud+中的LAMMPS模块，并利用LAMMPS模块对搭建好的聚氨酯表面晶胞模型进行进一步的优化；

2.1、采用Matcloud+中的LAMMPS模块，使用高通量玻璃化温度计算工作流，然后导入不同的聚氨酯表面晶胞模型；

2.2、对聚氨酯表面晶胞模型进行力场分配；其中，力场类型选择Molecular,使用Gasteiger方法计算电荷，范德华相互作用的截断距离设置为12，选择AutoAssign；

2.3、对2.2中分配好力场的聚氨酯表面晶胞模型进行结构优化；

2.4、对2.3中结构优化后的聚氨酯表面晶胞模型进行多次升温和退火；

2.5、对在2.4中升温和退火的基础上继续对聚氨酯表面晶胞模型进行动力学模拟；

步骤3、在LAMMPS模块中计算优化后的聚氨酯表面晶胞模型的玻璃化温度；

3.1、在2.5中动力学计算的基础上，对聚氨酯表面晶胞模型进行玻璃化温度计算；