漢森通過理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)測定了幾十種聚合物在90種溶劑中的溶解度,并由此確定了一批樹脂的三維溶解度參數(shù)。
三維溶解度參數(shù)理論的基礎(chǔ)是熱力學(xué)定律,但在推導(dǎo)和使用中涉及若干假設(shè)和人為選擇,所以斷言其“理論上合理”可能會產(chǎn)生誤導(dǎo)。最多可認(rèn)為它是一種
已被證實(shí)的經(jīng)驗(yàn)方法
在尋找具有相似溶解性的混合溶劑時(shí)具有應(yīng)用價(jià)值。
人們也曾嘗試將溶解度參數(shù)用到其他問題上,但由于理論基礎(chǔ)不牢,結(jié)果也沒有規(guī)律,例如,當(dāng)用溶解度參數(shù)來預(yù)測一種聚合物在另一種聚合物中的溶解度(相容性)時(shí),常常會給出錯(cuò)誤的結(jié)果。
即使是三維溶解度參數(shù),也把涉及溶解度的復(fù)雜因素過度簡化了,困難至少是由兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的因素造成的,首先是忽略了熵變,其次是氫鍵溶解度參數(shù)結(jié)合了供體和受體兩種效應(yīng)。特別是在含氫鍵的體系中,熵的變化可能是顯著的。漢森曾建議,在某些情況下,需要增加溶解度氫鍵參數(shù)的權(quán)重。
隨分子量的升高,聚合物溶解的難度也增大,這是由于隨著分子量的增加,溶劑分子和聚合物分子之間的相互作用必須增大,才能克服聚合物與聚合物分子間的相互作用。此時(shí)分子內(nèi)相互作用也可能起一定作用,但在用基團(tuán)吸引常數(shù)來估算聚合物溶解度參數(shù)時(shí),沒有考慮分子量的影響。
聚合物的溶解行為似乎正好與小分子的溶解行為相反,小分子的溶解度有上限。例如25℃下100g水能溶解36.1g的氯化鈉,但通常聚合物的溶解度沒有上限。若少量的聚合物能完全溶于某一溶劑,則可以斷定,大量的聚合物也能溶于其中。
但是,聚合物的溶解度往往有一個(gè)下限,高濃聚合物溶液也許能溶于某些溶劑,但在稀釋時(shí),部分聚合物可能會沉淀出來,這種現(xiàn)象可用來對聚合物進(jìn)行分子量分級。最高分子量的組分首先析出,隨著稀釋的進(jìn)行,析出聚合物的分子量逐漸降低。在某些情況下,可根據(jù)樹脂的極性對其進(jìn)行分級,許多高濃度的醇酸樹脂溶液可溶于脂肪族溶劑中,但稀釋時(shí)又會部分析出,最先析出的是高分子量醇酸樹脂,且其羥基或羧基的數(shù)目大于平均數(shù)。
為了加深對這一現(xiàn)象的理解,我們可以把事情反過來想:對于一個(gè)聚合物-溶劑體系,一部分溶劑可溶于聚合物(樹脂)中,所有聚合物又都溶于由聚合物和溶劑組成的混合物中,形成穩(wěn)定的聚合物溶液。隨著溶劑量的增加,體系的溶解力發(fā)生變化,此時(shí)不溶于聚合物稀溶液的部分聚合物分子鏈發(fā)生卷曲,形成被溶劑高度溶脹的析出物。如乙二醇醚類能改變體系的表觀極性,根源在于其周圍環(huán)境的極性,在極性溶劑中,它們相當(dāng)于極性溶質(zhì),但在非極性溶劑中,它們會通過分子內(nèi)鍵合或分子間氫鍵形成低極性的二聚體;由此看來,對溶解度的預(yù)測經(jīng)常失敗也就不足為奇了,因?yàn)闃渲ǔJ嵌喾稚?、?span id="uemkqg6iqo" class="">官能度材料,帶有多個(gè)氫鍵供、受位點(diǎn)。
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