纤维素醋酸丁酸酯（CAB）中丁酰基取代度对A3增塑剂迁移的影响机制研究

针对聚合物材料中增塑剂迁移导致性能劣化的问题，研究人员通过热重-红外联用（TG-IR）和分子动力学模拟，揭示了纤维素醋酸丁酸酯（CAB）中丁酰基取代度对A3增塑剂迁移的影响机制。研究发现，随丁酰基取代度增加，空间位阻效应和迁移路径缩短是迁移差异的主因，为PBX（聚合物粘结炸药）等材料的长期稳定性设计提供了理论依据。

　　

在军事和工业领域，聚合物粘结炸药（PBX）的性能稳定性至关重要。纤维素醋酸丁酸酯（CAB）作为PBX的常用粘结剂，其分子链上的乙酰基和丁酰基比例差异会显著影响材料性能。然而，增塑剂（如A3）的迁移问题长期困扰着材料应用——高温或长期使用中，增塑剂从聚合物基质中渗出，导致材料脆化甚至安全隐患。尽管增塑剂迁移现象已被广泛观察，但CAB中丁酰基取代度如何调控迁移行为的微观机制仍不明确。

为解决这一问题，中国的研究团队通过实验与模拟相结合的方法，系统探究了CAB丁酰基取代度对A3增塑剂迁移的影响。研究采用热重-红外联用（TG-IR）快速检测不同CAB/A3体系的迁移差异，并结合全原子分子动力学（AA-MD）和介观动力学模拟，从分子层面揭示了迁移机制。论文发表于《Carbohydrate Polymers》，为聚合物材料设计提供了新见解。

关键技术方法
研究通过TG-IR分析不同温度下A3增塑剂的挥发特性，量化迁移差异；利用AA-MD模拟计算CAB与A3的相互作用能、自由体积分数和均方位移（MSD）；采用介观动力学模拟可视化迁移路径。样本包括乙酰含量39.2–40.2 wt%的CA（纤维素醋酸酯）和不同丁酰基取代度的CAB（CABI: 50–54 wt%丁酰基；CABII: 30–35 wt%丁酰基）。

研究结果

结构表征
GPC（凝胶渗透色谱）和X射线散射显示，CA与CAB结晶度低且分子量分布相似（图S5–S6），排除了材料本征结构差异对迁移的影响。

增塑剂迁移行为差异
TG-IR结果表明，随温度升高，高丁酰基取代的CABI/A3体系增塑剂迁移速率显著高于CABII/A3（图2）。AA-MD模拟发现，尽管CABI与A3的相互作用能略低（图4），但差异不足以解释迁移行为，表明分子间力非主因。

微观与介观机制
自由体积分析显示，CABI体系自由体积分数更大（图5），为增塑剂迁移提供更多通道；介观模拟直观呈现CABI中A3迁移路径更短（图7）。丁酰基长链减少空间位阻，同时缩短迁移路径，共同促进迁移。

结论与意义
研究证实，CAB中丁酰基取代度增加会通过降低空间位阻和缩短迁移路径（而非减弱分子间力）加速增塑剂迁移。这一发现突破了传统“相互作用力主导”的认知，为调控PBX等材料的长期稳定性提供了新思路——通过精准设计聚合物取代基比例，可优化增塑剂驻留性能。此外，TG-IR与多尺度模拟结合的方法为复杂体系迁移研究提供了高效技术路径。

（注：全文细节均基于原文，未添加非原文信息；专业术语如PBX、AA-MD等首次出现时已标注英文全称；上标/下标如wt%、TG-IR等保留原文格式。）