Способы использования концепции трехмерного параметра растворимости
Для оценки растворимости пленкообразователей в различных растворителях сравнивают их параметры растворимости. При достаточно малой разнице этих величин полимер должен растворяться в данном растворителе. Хотя параметры растворимости и растворителя, и полимера выражаются вполне определенными значениями, растворимость полимера характеризуется довольно широкой областью значений параметров растворимости с центром, имеющим координаты параметра растворимости полимера.
Параметры растворимости пленкообразователей
| Пленкообразователь/Параметры растворимости (МДж/м3)1/2 | σ | σd | σp | σh | σa | Радиус сферырастворимости
(МДж/м3)1/2 |
| Акрилонитрил-бутадиеновыйэластомер | 21,4 | 19,0 | 9,2 | 4,1 | 10,0 | 9,6 |
| Алкид жирный | 19,2 | 17,3 | 5,1 | 6,1 | 8,0 | 11,2 |
| Алкид тощий | 21,4 | 18,8 | 9,2 | 5,3 | 10,6 | 10,2 |
| Ацетат целлюлозы | 25,9 | 19,0 | 12,2 | 12,2 | 16,9 | 8,8 |
| Гексаметоксимеламии | 23,9 | 19,4 | 8,2 | 11,2 | 13,9 | 14,3 |
| Изоцианат. блокированный фенолом | 24,7 | 19,0 | 12,6 | 9,6 | 15,9 | 8,6 |
| Канифоль | 22,8 | 19,2 | 6,5 | 6,3 | 12,2 | 10,2 |
| Кумароноиндеиовая | 19,6 | 18,0 | 5,5 | 5,5 | 8,0 | 8,2 |
| смола | ||||||
| Мочевниоформальдегидная смола | 24.7 | 19,4 | 8,2 | 13,1 | 15,3 | 9,6 |
| Нефтеполимериая смола | 18,0 | 16,9 | 3,1 | 3,7 | 4,7 | 5,3 |
| Нитрат целлюлозы | 22,0 | 14,3 | 14,3 | 8,8 | 16,7 | 11,2 |
| Пентаэритрнтовый эфир | 20,6 | 18,2 | 6,1 | 7,8 | 9,8 | 9,2 |
| канифоли | ||||||
| Полиамидный отвердитель (Версамид) | 20,8 | 16,7 | 1,6 | 11,6 | 11,7 | 11,8 |
| Полибутадиен | 18,8 | 18,0 | 5,1 | 2,4 | 5,7 | 7,8 |
| Поливииилацетат | 23,0 | 19,3 | 10,2 | 8,2 | 13,1 | 10,0 |
| Поливииилбутираль | 22,4 | 17,3 | 8,8 | 11,2 | 14,3 | 9,8 |
| Поливинилхлорид | 22,4 | 19,2 | 9,2 | 7,1 | 11,6 | 6,5 |
| Полиизобутилен | 17,5 | 15,9 | 2,0 | 7,1 | 7,3 | 8,2 |
| Полиизопрен | 18,0 | 17,3 | 3,1 | 3,1 | 4,3 | 6,9 |
| Полиметилметакрилат | 23,1 | 18,8 | 10,2 | 8,6 | 13,3 | 8,2 |
| Полистирол | 20,0 | 17,5 | 6,1 | 4,1 | 7,3 | 7,1 |
| Полиэтилметакрилат | 22,0 | 18,8 | 10,8 | 4,3 | 11,6 | 10,8 |
| Полиэфир для полиуретанов(Десмодур) | 25,5 | 18,0 | 14,3 | 11,2 | 18,2 | 12,2 |
| Стирол-бутадиеновый эластомер | 18,4 | 17,7 | 3,7 | 3,7 | 5,1 | 7,1 |
| Фенолоформальдегиднаяноволачиая смола | 23,1 | 18,4 | 8,2 | 11,2 | 13,9 | 13,1 |
| Фенолоформальдегиднаярезольная смола | 26,7 | 19,2 | 10,8 | 15,1 | 18,6 | 10,8 |
| Хлорированный полипропилен | 20,8 | 20,0 | 7,5 | 4,3 | 8,8 | 8,6 |
| Эпоксидиановая смола | 23,5 | 17,3 | 11,2 | 11,2 | 15,9 | 9,6 |
При использовании трехмерного параметра растворимости растворимость полимера выражается объемной областью. Хотя параметр растворимости можно получить расчетным путем, область растворимости полимера в настоящее время определяют только экспериментально, изучая растворимость данного полимера в растворителях с различными параметрами растворимости.
Для этой цели готовят объемные модели с осями координат, соответствующими тройным параметрам растворимости. Если число исследованных растворителей достаточно велико, можно ограничить в пространстве область растворимости данного полимера.
Приняв масштаб оси дисперсионного параметра в 2 раза меньше, чем осей дипольного и водородного параметров, Хансен показал, что область растворимости полимера может быть изображена в виде сферы радиуса R0.
Им была исследована растворимость 32 полимеров, что дало возможность определить координаты центра растворимости и радиус сферы R0 (табл. 1). Исходя из этого, полимер должен растворяться в данном растворителе в том случае, если
(4)
где Ra — расстояние от центра растворимости полимера до координат параметра растворимости растворителей; индексы 1 и 2 относятся к растворителю и полимеру соответственно.
Хансен отмечает, что отклонения в ту или иную сторону от этого правила незначительны: около 2,5 % исследованных растворителей растворяют полимеры в области Ro + 0,5 и примерно 2,5 % растворителей не растворяют полимер в области R0 — 0,5.
Для наглядности иллюстрирования области растворимости можно использовать проекции сферы растворимости на плоскости с осями σp — σh, σp-σd и σh — σd (рис. 2). Такое изображение области растворимости не всегда представляется удобным, так как пространственное восприятие затруднено, а для отражения на плоскости требуется три проекции. Поэтому Тиз предложил использовать для этой цели тройную диаграмму (треугольник Гиббса). Перевод тройных параметров растворимости в координаты на тройной диаграмме заключается в нахождении доли каждого параметра от их суммы:
Выраженные таким образом параметры дисперсионного, полярного и водородного взаимодействия
в сумме дают 100, а каждый растворитель может быть изображен точкой на плоскости треугольника. Пример изображения области растворимости полимера представлен на рис. 3.
Рис. 3. Область растворимости смолы ПСХ-ЛС.