分子动力学（MD）模拟多采用全原子模拟等方式，从构建贴合实际的加氢石油树脂分子模型入手，结合合适的力场与系综，能在原子尺度揭示其熔融过程中微观结构、动力学特性及热力学性质的变化规律，为优化其加工工艺提供理论支撑，以下是具体的模拟流程与核心研究内容：
模拟前期关键准备工作
分子模型构建：加氢石油树脂类型多，如C5、C9加氢树脂，模型构建需贴合原料与加氢程度。先依据聚合单体（如C5馏分中的环戊二烯、C9馏分中的苯乙烯衍生物）搭建基础聚合链，再通过加氢修饰饱和分子链中的不饱和双键；对于不同加氢度的树脂，可通过调控分子链中残留双键比例来体现，同时需控制数均分子量等参数贴合实际产品，比如日本某聚合加氢石油树脂数均分子量为880，建模时需匹配该分子量范围的链长分布。
力场与系综选取：力场方面，全原子分子动力学（FAMD）模拟常选用通用力场如COMPASS 或PCFF，这类力场可精准描述树脂分子中C-C、C-H等化学键的键长、键角及分子间范德华力、氢键等相互作用，契合加氢石油树脂饱和烃为主的结构特征。系综选择上，模拟熔融过程常用正则系综（NVT）控制温度梯度，结合等温等压系综（NPT）维持体系压力稳定，以此模拟实际加热熔融时的热力学环境。
体系预处理：对构建的初始模型进行能量最小化，消除分子间不合理的空间构型；随后进行弛豫模拟，使分子链充分舒展，形成稳定的初始固态体系，避免初始结构缺陷对熔融过程模拟结果的干扰。
熔融过程的核心模拟结果与分析
微观结构演变：加氢石油树脂固态时分子链通过弱相互作用形成局部有序的聚集结构。MD模拟显示，随着温度升高，体系逐渐熔融，这一过程中分子链的局部有序畴不断减少，长程无序特征愈发显著。温度低于熔点时，分子链仅在固定位置小幅振动；当温度接近120-150℃（贴合其软化加工区间），分子热运动加剧，分子链间的范德华力被削弱，链段开始自由滑移，原本规整的聚集结构逐渐瓦解，形成短程有序、长程无序的熔体结构。对于加氢石油树脂与HDPE的共混体系，模拟还发现熔融状态下二者会形成三维双连续网络结构，且网络尺寸随温度与共混比例变化。
动力学特性变化：动力学参数是反映熔融状态的关键指标。一是扩散系数，固态时加氢石油树脂分子受晶格限制，扩散系数极低；熔融后分子链束缚解除，扩散系数呈数量级增长，且加氢度越高，分子链越规整，扩散系数提升越显著。二是黏度，模拟得出的黏度变化与实验数据高度契合，如150℃时加氢石油树脂熔融黏度介于500-3000mPa・s，且温度升高时，分子间相互作用减弱，黏度持续下降，这一结果可指导热熔胶等应用中加工温度的调控。此外，模拟还能捕捉到分子链的运动模式从固态的振动转变为熔融后的链段爬行与整体滑移。
热力学性质规律：通过模拟可获取熔融焓、热容等关键热力学数据。加氢石油树脂熔融焓对应其分子链解聚与聚集结构破坏所需的能量，模拟显示其熔融焓与加氢度正相关，因高加氢度树脂分子链间作用力更强，破坏有序结构需更多能量。同时，熔融过程中等容热容会出现突变，该突变对应的温度可作为树脂的模拟熔点，与差示扫描量热法（DSC）测得的实验熔点偏差通常较小，验证了模拟的可靠性。另外，当温度超过250℃时，模拟可观测到分子链出现轻微解聚迹象，与实验中该温度下树脂易发生π键断裂的现象一致。
模拟的实际应用价值
该模拟可指导加氢石油树脂的加工与改性。比如在与EVA、HDPE等材料共混制备功能材料时，通过模拟不同温度下共混体系的熔融行为，能确定最佳熔融温度与共混比例，避免因温度过高导致树脂降解，或温度过低造成混合不均。此外，针对加氢石油树脂作为增粘剂的应用场景，模拟其熔融黏度随温度的变化规律，可优化热熔胶的涂布温度与速率，提升产品加工效率与质量稳定性。同时，模拟还能预测不同加氢度、分子量的树脂熔融性能，为定向合成特定加工性能的加氢石油树脂提供理论依据。
本文来源：河南向荣石油化工有限公司 http://www.upresinchem.com/