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非水溶劑對高聚物、油垢等的溶解,既包括使被溶解的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成分子狀態(tài)的溶解過程,也包括使被溶解物質(zhì)溶脹和分散為更小顆粒狀態(tài)的過程。其溶解能力的大小可由多種方法和指標(biāo)判斷。常用的有極性相似相溶原則、溶解度系數(shù)、KB值一貝殼松脂丁醇值和苯胺點(diǎn)等。
1.極性相似相溶原則
極性小的物質(zhì)易溶解于極性小的溶劑中;極性大的物質(zhì)易溶解于極性大的溶劑中。例如,屬于非極性的常用溶劑有苯、甲苯、汽油等,可以考慮用其溶解天然橡膠,尤其是未經(jīng)硫化的橡膠,無定型聚苯乙烯和硅樹脂等。
屬于中等極性的常用溶劑有酯、酮、鹵代坯等??梢匀芙猸h(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、氯丁烯橡膠、聚氯乙烯和聚氨基甲酸酯等。
屬于極性的常用溶劑有醇、酚以及水等,可以溶解或溶脹聚醚、聚乙烯醇、聚酰胺、聚乙烯醇縮醛等。
當(dāng)高聚物分子中含有不同極性的基團(tuán)時,宜采用由含有不同極性的溶劑組成的混合溶劑。例如,由強(qiáng)極性的乙醇和非極性的苯的混合溶劑,可以溶解和清除含二醋酸纖維素的聚合物垢,二醋酸纖維素分子中既含有極性較小的醋酸脂基,又含有強(qiáng)極性的輕基,釆用單一溶劑不易于溶解。
當(dāng)高聚物處于晶態(tài)時,其溶解的過程先是破壞結(jié)晶,這是一個吸熱過程,所以,加熱有利于其完成;然后再被溶劑分散、溶解。其極性晶態(tài)高聚物若被加熱到熔點(diǎn)附近,比較容易被溶劑溶解。極性的晶態(tài)高聚物進(jìn)入極性溶劑以后,分子中的無定形部分可以和溶劑分子相互作用,在分子間形成極性鍵,并放出熱,有利于補(bǔ)償破壞晶格所需要的能量。因此,在常溫下,極性高聚物可以溶解于極性溶劑中。例如,極性的聚酰胺等能溶解于極性的甲酚中。
2.溶解度系數(shù)6相似原則
溶解度系數(shù)5又稱為溶解度參數(shù),是將單位體積(1cm3或1m3)的物質(zhì)分子分散所需的能量。它代表物質(zhì)分子間相互吸引和作用力的大小。溶解度參數(shù)和分子的極性有關(guān)。溶解度參數(shù)大的物質(zhì),其分子極性強(qiáng),分子間的作用力大。溶劑和溶質(zhì)的溶解度參數(shù)越相近,越易于相互溶解,符合相似相溶的規(guī)律。表3-18列出了部分溶劑的溶解度參數(shù)。
表3-18部分溶劑的溶解度參數(shù)
表格P102頁
高聚物也有一定的溶解度參數(shù),見表3-19=例如,聚苯乙烯的溶解度參數(shù)為9.1,按照相似相溶的規(guī)律,可從表中查出溶解度參數(shù)與之相近的溶劑是醋酸乙酯9.1、苯9.2、甲苯9.0、二甲苯9.2、氯仿9.2和甲乙酮9.3等,當(dāng)然不可以采用丙酮9.8,苯胺11.3等作為溶劑。
表3-19高聚物的溶解度參數(shù)
表格P103頁
如果在現(xiàn)有的溶劑中找不到溶解度參數(shù)相近者,可以采用混合溶劑。
混合溶劑的溶解度參數(shù)(ó總)是兩種溶劑的溶解度參數(shù)(ó)與相應(yīng)溶劑在混合溶劑中的體積分?jǐn)?shù)(Φ)的乘積之和。
公式P103頁
例如,溶解度參數(shù)為11的硝化纖維素,不溶解于溶解度參數(shù)為7.4的乙醚、溶解度參數(shù)為14.1的甲醇或溶解度參數(shù)為12.7的乙醇等,但是,可溶解于按一定比例組成的,使溶解度參數(shù)接近于11的任何兩種溶劑的混合物中。混合溶劑的溶解能力比單一溶劑的強(qiáng)。
溶解度參數(shù)可由不同的方法測算出,例如,高聚物的溶解度參數(shù)是由表面張力法、滲透壓法與溶脹法等測出的;而溶劑的溶解度參數(shù)一般是由摩爾蒸發(fā)能求出的。
用溶劑溶解高聚物的能力大小,除了考慮溶解度參數(shù)是否接近以外,還應(yīng)該考察與溶解有關(guān)的其他因素。例如,高聚物的結(jié)晶度、是否有氫鍵存在等。在結(jié)晶度比較低的高聚物中,無定形結(jié)構(gòu)的比例大,分子鏈之間的間隙大,溶劑分子的滲透比較容易,有利于高聚物的溶解。結(jié)晶度較高的高聚物則反之。溶解度參數(shù)相近相溶的規(guī)律,僅適用于非極性體系,不適用于極性高聚物以及能生成氫鍵的體系。
表3-20表明混合溶劑對高聚物的溶解能力明顯超過單一溶劑。
表3-20混合溶劑對某些高聚物的溶解能力
表格P104頁
3.KB值一貝殼松脂丁醇值
貝殼松脂丁醇值是評價溶劑溶解能力的另一個指標(biāo)。主要應(yīng)用于涂料工業(yè),評價涂料及相關(guān)產(chǎn)品在溶劑中的溶解能力。溶劑的KB值越高,表明其對極性有機(jī)化合物的溶解能力越強(qiáng)。
在測定貝殼松脂丁醇值中,要使用貝殼松脂丁醇溶液。
貝殼松脂丁醇溶液的配制方法:取400g貝殼樹王古王巴樹脂,研磨,置于3L的燒瓶中,邊劇烈攪拌,邊加入2kg正丁醇(沸點(diǎn)116?118°C),攪拌至樹脂全部溶解;也可以在55°C左右的水浴中攪拌48h使之溶解,或者在回流裝置中,用蒸汽加熱以后,靜置48h,用布氏漏斗過濾,除去不溶物。所得濾液即為貝殼松脂丁醇溶液。
貝殼松脂丁醇值的測定方法:在25°C的條件下,取貝殼松脂丁醇溶M(20±0.1)cm3置于250cm3三角燒瓶中,用標(biāo)準(zhǔn)甲苯溶劑滴定。當(dāng)溶液開始變混時為滴定終點(diǎn)。記錄所用標(biāo)準(zhǔn)甲苯溶劑的體積A(cm3)。再用甲苯:正庚烷的體積比=25:75的混合溶劑,對20cm3貝殼松脂丁醇溶液進(jìn)行滴定,至溶液產(chǎn)生渾濁為終點(diǎn)。記錄所用甲苯一正庚烷混合溶劑的體積B(cm3)0然后釆用與上述相同的方法,用待測溶劑滴定20cm3貝殼松脂丁醇溶液,記錄所用待測溶劑的體積C(cm3)。
被測溶劑的KB值=[65(C—B)]/(A—B)—40
式中:A——所加標(biāo)準(zhǔn)甲苯溶劑的體積,cm3;
B——所加甲苯一正庚烷混合溶劑的體積,cm3;
C——待測溶劑的體積,cm3。
當(dāng)溶液的溫度偏離25°C時,應(yīng)對溶液的體積量進(jìn)行校正。
把等體積的苯胺與待測定溶解能力的溶劑均勻混合,逐漸降低溫度,觀察該體系即將發(fā)生渾濁的最低溫度,即為該溶劑的苯胺點(diǎn)(°C)。
苯胺點(diǎn)越低,表明該溶劑對苯胺的溶解能力越強(qiáng)。由于苯胺是極性有機(jī)化合物,因此苯胺點(diǎn)的高低,表征溶劑對極性有機(jī)化合物的溶解能力。
飽和脂肪鏈烴溶劑的苯胺點(diǎn)(70°C左右)>脂環(huán)族飽和姪溶劑的苯胺點(diǎn)(50°C左右)>芳香烴溶劑的苯胺點(diǎn)(10°C左右)。這一順序表明三者對極性有機(jī)化合物的溶解能力依次增強(qiáng)。
對于苯胺點(diǎn)很低的溶劑,由于在常溫下很難測到其苯胺點(diǎn),必須以混合苯胺點(diǎn)表示。
混合苯胺點(diǎn)是把待測溶劑、苯胺和一定純度的正庚烷以1:2:1的體積比均勻混合,測定其即將渾濁的最低溫度。加入正庚烷可使苯胺在低溫下的溶解性增大,把苯胺點(diǎn)提高到室溫以上,便于測定。
混合苯胺點(diǎn)=(苯胺點(diǎn)+正庚烷的苯胺點(diǎn)69)/2
在測出混合苯胺點(diǎn)以后,即可應(yīng)用上面的公式計(jì)算出相應(yīng)的苯胺點(diǎn)。
苯胺點(diǎn)主要用在石油工業(yè)中,評價各種溶劑的溶解能力。表3-21列出部分炷類溶劑的苯胺點(diǎn)。
表3-21怪類溶劑的苯胺點(diǎn)
表格P105頁
①為混合苯胺點(diǎn)
在工業(yè)應(yīng)用中,石油繪類溶劑油一般是脂肪烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴的混合物,因此,由其苯胺點(diǎn)的高低可以判斷該溶劑的大致組成。顯然,苯胺點(diǎn)高的溶劑油,所含脂肪烷烴的比例比較大;相反,苯胺點(diǎn)較低的溶劑油,所含的芳香烴比例較大。
溶劑的貝殼松脂丁醇值越大,其溶解能力越強(qiáng);相反,溶劑的苯胺點(diǎn)越高,其對極性有機(jī)化合物的溶解能力越弱。
KB值和苯胺點(diǎn)的定量關(guān)系:
KB值=84.3-0.37×苯胺點(diǎn)
苯胺點(diǎn)=228-2.7×KB值
一般而言,非極性溶劑的KB值小,苯胺點(diǎn)高;極性溶劑的KB值大,苯胺點(diǎn)低。因此,清除極性污垢,如動植物油脂的污垢,宜選擇苯胺點(diǎn)低、KB值高的溶劑;清除非極性污垢,如礦物油垢,應(yīng)選擇苯胺點(diǎn)高、KB值低的溶劑。
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