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2种受阻酚类防老剂对天然橡胶热氧老化防护效果多尺度分子模拟及实验研究

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热带作物学报 2022年第11期43卷 2224-2234页

作者：曹献超袁晓钦马艳彬于人同赵艳芳陈永平廖建和海南大学材料科学与工程学院海南海口570228

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... 详细信息

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CH_(3)OO·的反应过渡态,发现防老剂425的过渡态能垒(E_(barrier))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P_(NR)>P_(NR/2246)>P_(NR/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。

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

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感性耦合Ar/O2等离子体的放电特性研究

感性耦合Ar/O2等离子体的放电特性研究

作者：赵欣茜辽宁科技大学

学位级别：硕士

Ar/O感性耦合等离子体被广泛应用于材料加工过程中,为了更深入地分析材料经等离子体处理的实验现象,为实际工艺优化提供理论依据,本文针对感性耦合Ar/O等离子体建立了二维流体模型,对不同气体比例及腔室材质下的等离子体放电特性进行了... 详细信息

Ar/O感性耦合等离子体被广泛应用于材料加工过程中,为了更深入地分析材料经等离子体处理的实验现象,为实际工艺优化提供理论依据,本文针对感性耦合Ar/O等离子体建立了二维流体模型,对不同气体比例及腔室材质下的等离子体放电特性进行了系统研究。首先,通过对比仿真与实验的电子密度和电子温度与气体比例的函数关系,得到了一致的变化趋势,从而验证了模型的可靠性。随后,采用该模型研究了300 W,30 m Torr时,Ar含量分别为95%和10%时活性粒子的密度空间分布及主要反应机制。结果表明:随着Ar分数的降低,带电粒子的密度峰值明显向线圈方向移动。95%Ar含量时,Ar与O/O之间的电荷交换为O和O的主要产生方式;而10%Ar含量时,O和O主要由O/O的电离产生。此外,正离子最重要的损失途径为在器壁处的损耗。对于中性粒子,结果表明:随着Ar含量的降低,O和O两种粒子的密度始终呈梯度分布。激发态粒子O和O主要由O的激发反应生成;而Ar则主要在Ar（4p）的辐射跃迁过程中产生。最后,研究了300 W,30 m Torr,10%Ar时不锈钢、阳极氧化铝和铜腔室对Ar/O ICP放电的影响。结果发现:在z=6 cm的径向上,Ar、O和O密度在铜腔室内最高,在不锈钢腔室内最低;O、O和O的密度则呈现出相反的现象。此外,在不锈钢腔室内,所有活性粒子的密度均随着功率的增加而增大;而O的密度峰值随气压的增大先降低后增加。

关键词： Ar/O2等离子体感性耦合等离子体二维流体模型黏附系数化学反应机制

不同受阻酚类防老剂对天然橡胶的热氧老化防护机理研究及多尺度分子模拟

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不同受阻酚类防老剂对天然橡胶的热氧老化防护机理研究及多尺度分...

作者：曹献超海南大学

学位级别：硕士

天然橡胶(NR)由于自身独特的特性如拉伸结晶、弹性好、强度高等,在民用领域、航空航天领域等有大量应用,但由于其在使用过程中需长期暴露在空气、水、光照、臭氧及外力因素下等外界环境等,导致橡胶制品在使用过程中性能劣化,大幅缩减使... 详细信息

天然橡胶(NR)由于自身独特的特性如拉伸结晶、弹性好、强度高等,在民用领域、航空航天领域等有大量应用,但由于其在使用过程中需长期暴露在空气、水、光照、臭氧及外力因素下等外界环境等,导致橡胶制品在使用过程中性能劣化,大幅缩减使用寿命。众多老化类型中热氧老化占比最大,因此选择适合预防热氧老化的方法尤为重要,在NR内填入防老剂是提升耐老化性最普遍的方式。因此,对防老剂的防护机理和改善防护效果的众多因素进行深入研究非常重要。本课题采用实验与多尺度分子模拟结合的方式,针对两种受阻酚类防老剂2246、425的热氧防护机理及防护效果因素进行研究,研究内容主要分为两大部分。采用拉力试验机、邵尔A硬度计、交联密度仪(MR-XLD)、傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)以及动态热机械分析仪(DMA),对比研究了防老剂2246与防老剂425对NR的热氧老化防护效果,监测分析了两种防老剂/NR复合体系在老化前后的基团变化。结果表明,相较于防老剂2246,含防老剂425的NR复合体系具有较优秀的力学性能保持率、较低的交联密度、较慢的氧碳摩尔比增长率以及较低的Tg。表明防老剂425能提供更有效地热氧防护效果。采用多尺度分子模拟对受阻酚类防老剂的防护机理与防护效果因素进行了深入探究,QM模拟结果表明,防老剂425的O-H键具有更低的解离反应自由能并且与过氧自由基CHOO·反应的过渡态能垒E最低,证明防老剂425能更快捕获在NR体内产生的过氧自由基,有效延缓NR分子链的热氧老化速率。MD模拟结果表明,防老剂425与NR之间δ更接近,NR/425复合体系之间的结合能更大,相图中防老剂425的旋节线更低,综上表明防老剂425与NR基体的相容性更好。并计算了O在NR内的扩散系数(D)发现防老剂425/NR复合体系的D最低,证明防老剂425能有效的阻碍O在NR基体扩散率。MC模拟结果表明,O在NR/425复合体系内的溶解系数(S)最小并计算渗透系数(P)最小,证明防老剂425阻碍O渗透效果最好。通过多尺度分子模拟在化学反应机制及物理防护机制上定量解释了受阻酚类防老剂425的防护效果优于防老剂2246的多种因素,并与实验结论一致性很高,证明多尺度分子模拟在橡胶热氧老化领域研究及防老剂性能预测方面能够提供很大帮助。

关键词：天然橡胶热氧老化受阻酚类防老剂多尺度分子模拟化学反应机制物理防护机制

生物质热解气及其成分气再燃还原NO的数值模拟与机制分析

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中国电机工程学报 2009年第35期29卷 7-14页

作者：徐莹孙锐栾积毅吴少华哈尔滨工业大学燃烧工程研究所黑龙江省哈尔滨市150001

采用Chemkin4.1化学动力学软件,基于详细反应机制的柱塞流反应模型对生物质热解气及其成分气再燃还原NO反应过程进行机制分析和数值模拟研究。给出再燃燃料不同成分气CH4、CO、H2反应还原NO的特性和主要反应,得出CH4具有NO最佳还原效率... 详细信息

采用Chemkin4.1化学动力学软件,基于详细反应机制的柱塞流反应模型对生物质热解气及其成分气再燃还原NO反应过程进行机制分析和数值模拟研究。给出再燃燃料不同成分气CH4、CO、H2反应还原NO的特性和主要反应,得出CH4具有NO最佳还原效率,并给出最佳反应温度。由于秸秆更高的气相产率和热解气中更多的CH4含量,一定反应条件下,秸秆的热解气脱硝率比稻壳高。入口烟气中的氧气含量对脱硝率具有重要影响,氧量较高时对NO还原影响大的反应活化基团将大量被氧化而减少,使脱硝率降低。计算结果表明,热解气成分中对再燃还原NO起主要作用的是CH4,而CO和H2等成分影响较弱。通过敏感性分析得出:生物质热解气反应中,O和OH为诱导反应发生的主要自由基,CHi+NO和HCCO+NO为消耗NO的主要途径。

关键词：再燃 NO消减生物质热解气化学反应机制

丁烷层流预混火焰多环芳烃生成化学动力学模拟

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中国电机工程学报 2012年第8期32卷 71-77,151页

作者：曹玉春冯珍珍李晓东常州大学石油工程学院江苏省常州市213016 郑州大学化工与能源学院河南省郑州市450001 能源清洁利用国家重点实验室(浙江大学) 浙江省杭州市310027

近年来,随着环保要求的不断提高,碳氢燃料燃烧过程中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)形成、生长和氧化的详细反应动力学研究成为热点。该文通过更新的层流预混火焰中描述丁烷热分解、氧化,苯的形成,多环芳烃生成及氧... 详细信息

近年来,随着环保要求的不断提高,碳氢燃料燃烧过程中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)形成、生长和氧化的详细反应动力学研究成为热点。该文通过更新的层流预混火焰中描述丁烷热分解、氧化,苯的形成,多环芳烃生成及氧化等过程的详细机制反应模型,对层流预混C4H10/O2/Ar稳态火焰中芳香烃和多环芳烃的形成和生长进行动力学模拟计算,获得火焰中反应区和燃尽区反应物、主要燃烧产物、中间组分及PAHs的浓度分布,同时采用敏感系数分析法确定了丁烷火焰中影响PAHs生成的主要基元反应。研究结果表明:采用的更新机制模型能够很好地预测丁烷火焰中大多数低分子量的脂肪烃、燃烧副产物、中间组分及PAHs的浓度分布;丙炔基(H2CCCH)的化合反应是苯环生成的主要反应序列;萘(C10H8)生成的主要步骤是环戊二烯基(c-C5H5)的化合反应,活化分子茚基与c-C5H5反应可以形成大量的菲(C14H10);同时模型更近一步论证了PAHs生成的"脱氢加乙炔"机制。

关键词：丁烷预混火焰多环芳烃化学反应机制动力学模拟

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化学性服务组合

计算机科学 2013年第6期40卷 16-20,56页

作者：邓广宏曹万华李俊黄友澎程雄哈尔滨工程大学计算机科学与技术学院哈尔滨150001 武汉数字工程研究所系统科研部武汉430074

为解决嵌入式系统服务化集成过程中服务的动态组合和重组等应用问题,借鉴化学合成、分子裂解、化学置换、分子复制等化学反应机制,设计了一套化学性服务组合模型。形式化描述了服务组合过程中服务合成、分解、替换、复制等服务行为及其... 详细信息

为解决嵌入式系统服务化集成过程中服务的动态组合和重组等应用问题,借鉴化学合成、分子裂解、化学置换、分子复制等化学反应机制,设计了一套化学性服务组合模型。形式化描述了服务组合过程中服务合成、分解、替换、复制等服务行为及其相应的运算演化机制,并在此基础上结合petri网方法给出了服务演化模型,描述了多服务并行和依赖情况下的复合组合过程。最后以指控系统自适应服务组合应用需求为背景,实现了面向任务的服务组合系统,对化学性服务组合模型的应用效果和性能进行了验证和分析。实验结果表明,化学性服务组合模型满足了指控系统自适应服务组合的应用需求,增强了系统的灵活性、可重构性。

关键词：服务组合化学反应机制服务行为模型

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电子束辐照再生丁基橡胶

橡塑资源利用 2005年第3期 7-9,15页

作者：杨景田清华大学科技园北京100084

电子辐射法再生废丁基橡胶,是利用丁基胶对射线的敏感性特征,借助电子加速器产生的高能电子束对废丁基硫化胶制品产生的化学断键——解聚效应,使之获得再生的工艺过程,再生胶可直接或与许多品种的原胶共混后,应用于汽车、自行车的内胎... 详细信息

电子辐射法再生废丁基橡胶,是利用丁基胶对射线的敏感性特征,借助电子加速器产生的高能电子束对废丁基硫化胶制品产生的化学断键——解聚效应,使之获得再生的工艺过程,再生胶可直接或与许多品种的原胶共混后,应用于汽车、自行车的内胎、胶囊、水胎、外胎填充等橡胶制品中,掺和了丁基再生胶的胶料可缩短硫化时间,改善加工性能和提高制品的抗撕裂性和抗老化性等。项目的基础研究和中试试验曾得到联合国开发计划署(UNDP)和联合国工业发展组织(UNIDO)援助,清华大学科技园在上述两国际组织和中国政府支持下,系统地研究了辐射法再生丁基胶的基本理论,加工工艺及应用过程中的诸多问题,并进行了批量再生丁基胶的生产,获得了丰富实践经验和两项发明专利。该项研究还获得过前苏联一些专家的合作和大力支持。

关键词：丁基橡胶辐射法加工工艺化学反应机制制品性能技术特征

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海底烟囱的化学反应机理及对氧气起源的启示

矿产与地质 2015年第6期29卷 844-846页

作者：杨雁童中南大学附属实验中学湖南长沙410083

现代海底烟囱按温度和成分可分为黑烟囱、白烟囱和低温喷口3种类型,它们相互伴生并构成了一种天然电解反应系统。黑烟囱与低温喷口是该系统的阴、阳两极,H+带正电而向阴极移动和聚集,导致黑烟囱喷出的热液呈酸性,OH-带负电而向阳极移动... 详细信息

现代海底烟囱按温度和成分可分为黑烟囱、白烟囱和低温喷口3种类型,它们相互伴生并构成了一种天然电解反应系统。黑烟囱与低温喷口是该系统的阴、阳两极,H+带正电而向阴极移动和聚集,导致黑烟囱喷出的热液呈酸性,OH-带负电而向阳极移动和聚集,导致低温喷口的热液呈碱性。在阴极—黑烟囱附近发生的主要反应之一是SO2-4的还原与黄铁矿和闪锌矿等硫化物矿物的结晶反应。在阳极—低温喷口附近,部分OH-消耗在碳酸盐矿物的结晶反应中,部分OH-离子则放电并放出O2。大地电磁场为海底烟囱环境下水的电离和地球上初始氧气的产生提供了条件和动力。初始氧气改变了大气圈、水圈及地壳浅部岩石圈的地质和物理化学环境,促进了生命起源和进化的进程。

关键词：海底烟囱化学反应机制大地电磁场水的电解氧气起源

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新书介绍

环境化学 1982年第3期 252-251页

大气化学(Atmospheric Chemistry) 作者:*** 译者:吴景学、宇振东、王传珏、陶澍、李景韩。湖南科学技术出版社,1981年出版。该书收集了近几年来大气化学工作者所测得的大量数据和研究成果,内容丰富,观点明确。书中把污染物在大气中... 详细信息

大气化学(Atmospheric Chemistry) 作者:*** 译者:吴景学、宇振东、王传珏、陶澍、李景韩。湖南科学技术出版社,1981年出版。该书收集了近几年来大气化学工作者所测得的大量数据和研究成果,内容丰富,观点明确。书中把污染物在大气中的化学反应机制、频率、生态影响和控制方法有机地结合起来,作了简明的论述,它是一本专门论述环境污染物在大气中发生的一系列反应的专著。

关键词：城市气溶胶内容丰富译者吴景大气化学环境化学化学反应机制新书介绍