崔思荣, 杨莹, 陈杰, 李文. 生物基异氰酸酯固化剂分子结构对天冬聚脲涂层防腐性能影响的分子动力学模拟研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 10.11902/1005.4537.2026.254.
, , , Wen Li. Molecular Dynamics Simulation Study on the Effect of Molecular Structure of Bio-based Isocyanate Curing Agents on the Anti-corrosion Performance of Aspartic Polyurea Coatings[J]. Journal of Chinese Society for Corrosion and protection, 0, (): 0-.

摘要 相关文章 Metrics 全文: PDF(1520 KB)   摘要: 在“双碳”战略与绿色化工背景下，开发生物基固化剂以替代传统石化基异氰酸酯固化剂，已成为天冬聚脲涂层领域的重要发展方向。为明确固化剂分子结构与天冬聚脲涂层性能内在构效关系，本文采用分子动力学模拟方法，对比分析了石化基六亚甲基二异氰酸酯三聚体（HDI-T）、生物基五亚甲基二异氰酸酯三聚体（PDI-T）及脲甲酸酯改性PDI（PDI-T-M）三种固化剂类型对天冬聚脲涂层防护性能及抗剪切性能影响的分子机制。结果表明：三种体系的涂层致密性与内聚能密度均呈现PDI-T-M>PDI-T>HDI-T的变化规律，脲甲酸酯基团引入的分子间氢键是提升涂层分子堆砌紧密程度与内聚作用的重要因素；氯离子在PDI-T-M体系中的均方位移与扩散系数最低，涂层对腐蚀离子的阻隔性能最优；剪切性能方面，含刚性环的PDI-T体系剪切模量最高，而PDI-T-M体系凭借氢键的动态能量耗散效应，具有更优的剪切强度。本研究可为绿色防腐聚脲材料的分子设计及固化剂选型提供理论依据。 关键词 ： 生物基,  固化剂,  天冬聚脲,  分子动力学模拟     Abstract：Under the background of the “Dual Carbon” strategy and green chemical industry, developing bio-based curing agents to replace traditional petrochemical-based isocyanate curing agents has become a vital development direction in the field of aspartic polyurea coatings. To clarify the intrinsic structure-activity relationship between curing agent molecular structure and the properties of aspartic polyurea coatings, this paper adopts molecular dynamics simulation to comparatively analyze the molecular mechanisms of three curing agent types—petrochemical-based hexamethylene diisocyanate trimer (HDI-T), bio-based pentamethylene diisocyanate trimer (PDI-T) and allophanate-modified PDI (PDI-T-M)—on the protective performance and shear resistance of aspartic polyurea coatings. The results demonstrate that the coating compactness and cohesive energy density of the three systems all follow the order of PDI-T-M>PDI-T>HDI-T. The intermolecular hydrogen bonds introduced by allophanate groups serve as a key factor in improving the molecular packing density and intermolecular cohesion of the coating. Chloride ions show the lowest mean square displacement and diffusion coefficient in the PDI-T-M system, corresponding to the optimal corrosive ion barrier performance. In terms of shear properties, the PDI-T system containing rigid rings features the highest shear resistance, while the PDI-T-M system achieves superior shear strength by virtue of the dynamic energy dissipation effect of hydrogen bonds. This study can provide a theoretical basis for the molecular design of green anti-corrosion polyurea materials and curing agent selection. Key words： bio-based    curing agent    aspartic polyurea    molecular dynamics simulations 收稿日期: 2026-08-09      基金资助:陕西省科学技术厅项目(2018GY-092); 山东省高等学校青年创新团队发展计划(2023KJ033) 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 崔思荣 杨莹 陈杰 李文 44.8K 链接本文: https://www.jcscp.org/CN/10.11902/1005.4537.2026.254      或      https://www.jcscp.org/CN/Y0/V/I/0 [1] 白瑞雨, 黄维安, 贾江鸿, 张燕明, 刘云峰, 王增宝. 基于DFT与分子动力学模拟多尺度计算揭示含环类氨基酸缓蚀机制[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2026, 46(1): 261-272. [2] 夏渊, 廉兵杰, 程佳, 李文. 聚天冬氨酸酯聚脲胺基组分分子结构对涂层微观结构及腐蚀介质扩散行为影响的分子动力学模拟研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2025, 45(4): 975-982. [3] 程学雨, 叶桓, 郭程皓, 卢立新, 李伟哲. 苯骈三氮唑与苯甲酸钠在气相防锈膜中扩散机理的分子动力学模拟研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2024, 44(5): 1323-1331. [4] 陈昊, 樊志彬, 陈志坚, 周学杰, 郑鹏华, 吴军. Cl-与HSO3-对建筑用439不锈钢腐蚀行为的影响[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2022, 42(3): 493-500. [5] 孙伟松, 于思荣, 高嵩, 姚新宽, 徐海亮, 钱冰, 王冰姿. 水分子在石墨烯增强环氧树脂防腐涂层扩散的分子动力学模拟[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2021, 41(3): 411-416. [6] 张晨, 陆原, 赵景茂. CO2/H2S腐蚀体系中咪唑啉季铵盐与3种阳离子表面活性剂间的缓蚀协同效应[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2020, 40(3): 237-243. [7] 吕祥鸿,张晔,闫亚丽,侯娟,李健,王晨. 两种新型曼尼希碱缓蚀剂的性能及吸附行为研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2020, 40(1): 31-37. [8] 刘峥, 李海莹, 王浩, 赵永, 谢思维, 张淑芬. 分子动力学模拟水溶液中席夫碱基表面活性剂在Zn表面的吸附行为[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2018, 38(4): 381-390. [9] 彭晚军, 丁纪恒, 陈浩, 余海斌. 生物基缓蚀剂糠醇缩水甘油醚的缓蚀性能及机理[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2018, 38(3): 303-308. [10] 赵景茂,赵起锋,姜瑞景. 咪唑啉缓蚀剂在CO2/H2S共存体系中的构效关系研究[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2017, 37(2): 142-147. [11] 赵景茂,赵雄,姜瑞景. 在动态H2S/CO2体系中疏水链上的双键对咪唑啉衍生物缓蚀性能的影响[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2015, 35(6): 505-509. [12] 苏铁军, 罗运柏, 李克华, 李凡修, 邓仕英, 习伟. 苯并咪唑-N-曼尼希碱对盐酸中N80钢的缓蚀性能[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2015, 35(5): 415-422. [13] 冯丽娟,赵康文,杨怀玉,唐囡,王福会,上官帖. 混凝土模拟液中咪唑啉衍生物与四乙烯五胺间缓蚀协同效应[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2015, 35(4): 297-304. [14] 刘洁, 刘峥, 刘进, 谢思维. 3，5-二溴水杨醛-2-噻吩甲酰肼席夫碱缓蚀剂在油田水中对碳钢的缓蚀性能及分子动力学模拟[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2014, 34(2): 101-111. [15] 吴刚,耿玉凤,贾晓林,孙霜青,胡松青. 异恶唑衍生物缓蚀剂缓蚀性能的理论评价[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2012, 32(6): 513-519. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed