蒙特卡洛（MC）模擬研究加氫石油樹脂結晶過程，是通過隨機抽樣與統(tǒng)計力學方法，在分子層面模擬樹脂分子鏈從無規(guī)線團向有序晶態(tài)轉變的成核、生長全過程，核心流程與關鍵要點如下：

一、模擬體系構建

選取加氫石油樹脂的典型分子結構（如氫化茚滿、氫化萘滿及其烷基衍生物），構建含20~50個重復單元的分子鏈模型，采用旋轉異構態(tài)描述鏈段柔性?；跇渲瑢嶋H密度（0.90~0.95g/cm³）搭建三維周期性立方模擬盒，初始構象設為無規(guī)線團，分子鏈隨機分布。相互作用勢函數選用Lennard-Jones（L-J）勢描述鏈段間范德華力，含極性基團的改性樹脂需額外引入庫侖勢描述氫鍵作用，同時用諧振勢固定鍵長與鍵角。

二、核心模擬算法

采用鏈段位移、構象翻轉等抽樣方式驅動分子鏈運動，通過Metropolis準則判定構象是否接受——能量降低的構象直接接受，能量升高的構象以概率P=exp(-△E/k_BT) 接受。通過鍵取向序參數q_4與密度序參數判定結晶狀態(tài)：q_4≥0.6且區(qū)域尺寸大于臨界晶核（5~10個鏈段）時，定義為穩(wěn)定晶核；晶核形成后，周圍無序鏈段通過構象調整附著于晶核表面，實現晶粒生長。

三、模擬流程

先在樹脂熔融溫度以上（T_m+50℃）進行NVT系綜平衡模擬（10^6~10^7步），消除初始構象干擾；再通過線性降溫（速率10^4~10^6K/s）將體系冷卻至目標溫度，降溫過程中持續(xù)抽樣并統(tǒng)計有序參數、晶粒尺寸等數據；降溫結束后繼續(xù)模擬，直至結晶達到穩(wěn)定狀態(tài)。

四、關鍵影響因素與結果分析

模擬可定量揭示分子結構與外界條件對結晶的調控規(guī)律：分子鏈支鏈越少、規(guī)整度越高，結晶度越高；長鏈樹脂結晶誘導期長但晶粒生長速率快。冷卻速率越快，晶粒尺寸越小，可實現樹脂微晶化；含羥基、酯基的改性樹脂，分子間氫鍵可促進鏈段有序排列，顯著提升結晶度與晶體穩(wěn)定性。最終通過統(tǒng)計不同時刻的結晶度、晶粒尺寸分布，繪制結晶動力學曲線，結合差示掃描量熱儀（DSC）、X射線衍射（XRD）等實驗數據驗證模擬結果。

該方法可彌補實驗難以實時觀測微觀結晶過程的不足，為加氫石油樹脂的分子結構設計與加工工藝優(yōu)化提供理論依據。

本文來源：河南向榮石油化工有限公司 http://www.lagoufu.com/