基于分子动力学的橡胶聚合物计算机辅助设计方法

聚合物分子设计的关键步骤是得到能够满足多种性质要求的重复单元结构。作为化学产品工程中的新型发展手段,计算机辅助分子设计(CAMD)技术可以通过基团贡献法生成满足约束条件的聚合物重复单元结构,分子动力学(MD)技术则可以在微观层面上进行计算机实验模拟系统性质。建立了聚合物的CAMD-MD通用设计方法,并进行轮胎橡胶聚合物的分子设计,首先基于基团贡献法进行重复单元的设计;其次,利用层次分析法确定多性质权重排名,并基于分子动力学方法探究候选结构的性质;最后将方法应用于实际橡胶结构中,模拟得到聚能密度、密度、玻璃化转换温度和热导率性质,验证了方法的可行性。     

计算机模拟技术在聚合物成型中的应用

介绍了计算机模拟技术在聚合物加工及成型中的应用，给出了国内计算机模拟技术在聚合物成型及加工中的应用实例。并展望了计算机模拟技术在聚合物成型加工中的应用前景。     

含氟聚合物改性丙烯酸酯乳液表面张力计算机模拟

引言 涂料是一种多组分的混合物,其性质和性能是各组分间相互作用的最终表现.多年来,研究工作者力图理解这些复杂的相互作用,从而推断或估计出涂料的某些最终的性质和性能,用理论模拟代替反复的、耗时费力的实验.     

石墨烯基聚合物复合材料热性能的分子动力学研究

在石墨烯上采用碳氢基链接枝的化学功能化法以提高石墨烯基聚合物复合材料的热性能。其中分子动力学模拟(MD)用于确定单层石墨烯和石墨烯基聚合物纳米复合材料的导热系数。采用非平衡分子动力学(NEMD)模拟研究了石墨烯的碳链功能化对石墨烯基聚乙烯纳米复合材料界面热导的影响,探讨了接枝密度(碳氢链数)对石墨烯和纳米复合材料导热性能的影响。     

聚合物材料力学性能的计算机模拟

聚合物材料的宏观力学性能与其微观结构具有密切的关系,计算机模拟是研究这种结构与性能关系的重要手段之一,近年来国内外学者已经发展了多种模拟方法并从不同尺度来模拟聚合物材料的力学性能。本文综述了不同方法在聚合物材料力学性能模拟研究中的应用,重点介绍了Monte Carlo模拟、分子动力学模拟和基于弹簧格子模型的多尺度模拟这3种常见模拟方法的应用情况,如在分子动力学模拟中重点关注无定形聚合物玻璃态、结晶聚乙烯和部分非均质体系,而在多尺度模拟中则重点关注复杂的非均质聚合物体系,并讨论了各种方法的应用前景及亟待解决的问题。     

聚合物加工中的计算机辅助工程

国际聚合物加工学会第5届年会于1989年4月11日至14日在日本京都举行。来自世界各国的500多名专家学者及工业界人士参加了会议。我国出席这次会议的有中国科学院上海有机化学研究所、南开大学、华东化工学院、上海交通大学、中国纺织大学、合肥工业大学、江苏化工学院、华南理工大学、广州化学所、华中理工大学、成都科技大学等单位13人。会议共交流了论文289篇,分     

凉水塔的计算机辅助设计方法

提供了一种通过建立数学模型,结合流体物性采用的凉水塔计算机辅助设计方法。     

橡胶拉伸行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法,在相同的全原子模型、聚合度及温度和压力条件下,对天然橡胶(NR)、杜仲橡胶[反式-1,4-异戊二烯橡胶(TPI)]和顺丁橡胶(BR)分子模型的拉伸行为进行模拟,研究拉伸过程中分子模型的应力-应变、能量、均方位移和均方回转半径的变化。结果表明:NR分子模型与TPI分子模型的拉伸性能基本一致,BR分子模型的应力响应较前两者更大;橡胶的拉伸性能与其分子中原子的流动性关联性很大。     

计算机辅助设计在玻璃钢夹砂管道设计中的应用

本文简要介绍了计算机辅助设计(CAD)在玻璃钢夹砂管道设计中的应用，并将其与传统设计方法进行了比较，指出了今后玻璃钢管道的设计方向。     

Challenges and opportunities in computer-aided molecular design

In this paper, the significant development, current challenges and future opportunities in the field of chemical product design using computer-aided molecular design (CAMD) tools are highlighted. With the gaining of focus on the design of novel and improved chemical products, the traditional heuristic based approaches may not be effective in designing optimal products. This leads to the vast development and application of CAMD tools, which are methods that combine property prediction models with computer-assisted search in the design of various chemical products. The introduction and development of different classes of property prediction methods in the overall product design process is discussed. The exploration and application of CAMD tools in numerous single component product designs, mixture design, and later in the integrated process-product design are reviewed in this paper. Difficulties and possible future extension of CAMD are then discussed in detail. The highlighted challenges and opportunities are mainly about the needs for exploration and development of property models, suitable design scale and computational effort as well as sustainable chemical product design framework. In order to produce a chemical product in a sustainable way, the role of each level in a chemical product design enterprise hierarchy is discussed. In addition to process parameters and product quality, environment, health and safety performance are required to be considered in shaping a sustainable chemical product design framework. On top of these, recent developments and opportunities in the design of ionic liquids using molecular design techniques have been discussed.     

基于MGASA的计算机辅助分子设计

采用改进的遗传模拟退火混合优化算法(MGASA),避免了单种算法的缺陷,很好地解决了CAMD中的组合爆炸问题;通过采取新的基团分类方法,可以比较容易地判断分子的完整性和稳定性,从而解决了分子合成问题;采用实际物系对本文提出的方法进行了检验,结果表明本文筛选出来的溶剂适应度普遍高于文献中溶剂,     

淤浆法聚乙烯低聚物的研究

对淤泺法聚乙烯（PE）的生产过程进行了分析,探讨了低聚物产生的原因和进入产品后对PE性能的影响,论述了降低产品低聚物含量和消除低聚物对产品性能影响的方法。     

CAMD技术在高分子领域应用的研究进展

以计算机辅助分子设计(CAMD)技术为基础,综述了CAMD技术的发展现状以及在高分子领域,特别是在高分子树脂领域应用的研究进展。基于基团贡献法的CAMD技术既可以预测分子的相关性质,还可以进行高分子的设计,但在解决基团自动组合形成实际分子的问题上还有很多不足。CAMD技术在高分子领域应用广泛,可以对高分子树脂的性能进行预测以及用于设计树脂基复合材料,但CAMD技术还有很多缺陷。在分析与总结CAMD技术存在问题的基础上,对其发展趋势进行了探讨。     

A computer-aided molecular design framework for crystallization solvent design

One of the key decisions in designing solution crystallization processes is the selection of solvents. In this paper, we present a computer-aided molecular design (CAMD) framework for the design and selection of solvents and/or anti-solvents for solution crystallization. The CAMD problem is formulated as a mixed integer nonlinear programming (MINLP) model. Although, the model allows any combination of performance objectives and property constraints, in the case studies, potential recovery was considered as the performance objective. The latter, needs to be maximized, while other solvent property requirements such as solubility, crystal morphology, flashpoint, toxicity, viscosity, normal boiling and melting point are posed as constraints. All the properties are estimated using group contribution methods. The MINLP model is then solved using a decomposition approach to obtain optimal solvent molecules. Solvent design and selection for two types of solution crystallization processes namely cooling crystallization and drowning out crystallization are presented. In the first case study, the design of single compound solvent for crystallization of ibuprofen, which is an important pharmaceutical compound, is addressed. One of the important issues namely, the effect of solvent on the shape of ibuprofen crystals is also considered in the MINLP model. The second case study is a mixture design problem where an optimal solvent/anti-solvent mixture is designed for crystallization of ibuprofen by the drowning out technique. For both case studies the performance of the solvents are verified qualitatively through SLE diagrams.     

分子模拟技术在脂肪酶性质及催化机理研究中的应用进展

脂肪酶是一种重要的生物催化剂,其来源广泛,可在水相甚至非水介质中催化多种反应,并表现出很高的立体选择性和催化活性。有关脂肪酶的应用和基础研究备受重视,特别是脂肪酶催化机理和结构功能关系成为近年来研究热点,基于现代计算机技术的分子模拟计算在相关研究中扮演着越来越重要的角色。本文综述了计算机辅助分子模拟技术应用于脂肪酶性质及催化机理研究领域的3个发展阶段：早期的分子动力学模拟主要用于脂肪酶构象变化的研究;随后出现的柔性分子对接技术则可研究和预测脂肪酶的对映体选择性及简单的催化机理;近年来发展的运算时间更长的分子动力学和量子力学/分子力学（QM/MM）方法则可全面研究脂肪酶的酶学性质及催化机理。通过对上述技术发展的回顾与对比分析可以预见,分子模拟手段将在酶的性质及酶催化机理研究领域发挥更为重要的作用,并且多种模拟技术的综合应用和从头计算分子模拟技术的日益成熟,将为人们更加深入地认识蛋白质构效关系发挥不可替代的作用。     

基于分子动力学模拟的轮胎橡胶气相热解产物反应机理

运用分子动力学的方法,对轮胎橡胶的热解过程进行了模拟,并结合模拟结果和密度泛函数对其气相产物的反应路径进行推测计算。模拟结果表明,热解过程主要分为两个阶段,低温热解阶段发生的主要反应是橡胶长链断裂形成单体,主要产物为异戊二烯、苯乙烯和1,3-丁二烯;高温热解阶段发生的主要反应是单体进一步生成小分子气体,产物中CH₄、H₂、C₂H₄占大部分,还有少量C₂H₆、C₃H₆。其中CH₃·攻击异戊二烯和苯乙烯单体夺取特定位置的H·是生成CH₄的最优路径,H·攻击苯乙烯单体夺取特定位置的H·是生成H₂的最优路径,CH₂CH·攻击1,3-丁二烯单体夺取特定位置的H·是生成CH₂CH₂的最优路径。本文还将热解产物分别跟天然橡胶单独热解和天然橡胶与丁苯橡胶共热解的热解产物做对比,为废旧轮胎橡胶热解得到特定的气相产物和催化热解提供理论依据。     

烃类水合物导热特性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法Green-Kubo理论计算了263.15 K、3 MPa,sⅠ乙烷水合物、乙烯水合物的导热,给出密度和热导率值。从主客体分子和晶体结构（致密性、规整程度）对导热的影响等角度研究了烃类水合物（甲烷水合物、乙烷水合物、乙烯水合物）导热的特性。结果显示化学性质相似、分子量相差不大的烃类形成的水合物,其导热具有相似的温度压力依赖关系和晶体结构相关关系。对于sⅠ型水合物,水分子对水合物导热的影响远远超过客体分子对导热的影响。水合物的分子量越大,水合物密度越大,热导率越大。水合物晶体越致密、晶格越规整,热导率越大。     

基于分子表面电荷密度分布与机器学习的混合物设计方法研究

由于混合物性能的可调控性,当前市场对其关注与日俱增。对于这类产品,基于模型的设计方法由于具有高效性以及普适性,相较于其他产品设计方法得到了更快的发展。但是对于很多性质,如气味、颜色等,准确且普适的模型尚不可得。因此,本文提出了一种基于分子表面电荷密度分布描述符（S描述符）和机器学习模型的混合物设计方法,采用描述符表征产品、再通过机器学习模型将其与性质关联,直接用于混合物产品设计。具体地,根据给定的产品性质需求,机器学习模型直接预测/设计混合物产品的S描述符;然后以欧几里德距离为指标,在给定的数据库中筛选出S描述符满足要求的候选混合物组成。最后,对候选混合物及其组分性质进行实验验证,完成设计。本文以香精的混合替代物设计作为算例,设计得到丙酸叶醇酯的两种混合香精替代物,通过实验对混合物进行了验证。结果表明,混合替代物的气味及其组分的各理化性质均与丙酸叶醇酯相近,证实本文所提出方法的有效性。