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溶解度參數(shù)(solubility parameter,簡稱SP)是衡量液體材料(包括橡膠,因為橡膠在加工條件下呈液態(tài))相溶性的一項物理常數(shù)。其物理意義是材料內(nèi)聚能密度的開平方。
SP=(E/V)1/2
其中 ,SP是溶解度參數(shù),E是內(nèi)聚能,V是體積,E/V是內(nèi)聚能密度。
不同聚合物的溶解度參數(shù)大小不同,而且差別很大。一般聚合物的極性越大,其溶解度參數(shù)越大。掌握溶解度參數(shù),就是掌握了不同聚合物之間的相容程度,為能否成功并用提供依據(jù)。利用不同聚合物的溶解度參數(shù)值,可以作為選擇聚合物溶劑和共混組分的參考依據(jù)。
(1)小分子化合物
對于添加小分子組分,其溶解度參數(shù)差∣δA-δB∣<1.5,即視為相容性好,例如CCl4的δA =8.6,天然橡膠的δB =7.95,∣δA-δB∣<1.5,所以,天然橡膠可溶于CCl4中。
(2)高分子聚合物
高分子組分之間的相容規(guī)律為:∣δA-δB∣<0.5,且相對分子質(zhì)量越大,對其差值要求越小,也就是說相對分子質(zhì)量高的不同組分更不容易相容,例如PVC的δA為9.4~9.7,而NBR的δB =9.3~9.5,∣δA-δB∣<0.5,所以PVC/NBR相容性好,可用于PVC增韌體系;再如,PS與PB的溶解度參數(shù)差大于0.7,兩者的相容性差; PVC與PS的溶解度參數(shù)差大于1,兩者基本不相容。
兩種高分子材料的溶解度參數(shù)越相近,則共混效果越好。如果兩者的差值超過了0.5,則一般難以共混均勻,需要增加相容劑才可以。相容劑的作用是降低兩相的表面張力,使得界面處的表面被激化,從而提高相容的程度。相容劑往往是一種聚合物,起到橋梁中介的作用。
另外,在設計配方的時候,為某種膠選擇液態(tài)助劑的時候也必須考慮雙方的SP是否接近,以保證各組分分散均勻。
對于溶解度參數(shù)相近相容原則,只適合于非極性樹脂之間和非結(jié)晶樹脂之間合金的判斷原則,而不適合于極性樹脂之間和結(jié)晶樹脂之間合金的判斷原則。其原因為溶解度參數(shù)只表征了非極性分子之間的色散力,而未表征極性分子之間的偶極力和氫鍵,因此不能完金表征極性分子之間的作用力大小。對于極性樹脂,應選用三參數(shù)相近原則,即色散力相近、偶極力相近和氫鍵都相近原則。
各種常用高分子材料的溶解度參數(shù)如下:
不同品種溶劑的溶解度參數(shù):