以科学为基础的配方:HSP | 2019-10-10 | PCI杂志的力量

一些熟悉的任务而制定涂料包括寻找新涂料的溶剂混合,确保正确的所有组件的“幸福”水平的涂料,寻找最好的方法附着基质,以及更多。

这些和其他溶解度/兼容性问题。由于汉森溶解度参数(HSP),现在可以采用科学方法解决溶解度问题速度和理解。这是一个很好的机会,以避免小时无重点试验。

通过科学配方使用HSP更好的涂料

所以你需要找到一个新的溶剂混合,或者你需要把一个新的聚合物,或有人提出了一个新的色素或纳米承诺改进的属性。你如何用最小的努力,获得最大的平衡所需的属性?

显然,重要的是要理解不同的溶解度和组件之间的兼容性问题。你可以试着这样做通过模糊词疏水/亲水或极性/非极性,但这些还太模糊,无法使用。我们需要制定科学的数字,特别是,我们需要一个良好的“喜欢”或“不像”任何两个分子。得到一定程度的相似,我们必须从三个数字,描述每个化学、聚合物、粒子或添加剂用于我们的涂料配方。

为什么三个?因为两个太小,四个太复杂。不过,总有一个隐式的第四个参数,分子大小,这不是本文进一步讨论。本文描述了:

这三个数字是什么;
如何确定;
如何使用它们在三个具体领域的涂料:涂料聚合物,确保涂层的成分之间的兼容性,确保涂层和基材之间兼容性这棍子。

三个汉森溶解度参数是什么?

三个参数捕获的本质三个熟悉的任何分子的特点:

色散方面(dD);
极方面(dP);
氢键方面(dH)。

构建涂料可以随时欣赏极地和氢键方面。分散的部分是不使用,但仍是直观的。所有的分子都在一起通过范德瓦耳斯或分散力量,而这些力量不同的分子而有所不同。芳烃,例如,有一个广泛的电子云,所以他们self-interact比烷烃更强烈,有严格的云。构建许多人,包括我自己在内,都错不承认这显然无聊参数的重要性。

这三个数字,dD, dP和dH,汉森的溶解度参数,并通过观察一些常见溶剂的列表,你会发现HSP值不神秘,和同意的直觉和常识(表1)。

乙腈,例如,dP高价值因为- cn集团提供了一个高偶极矩。虽然它可以形成弱的氢键,自己的弱点意味着其dH价值不是很大。

乙醇相当极重要的dP值,但正如我们期望从这样一个强烈的氢键溶剂,它有一个更大的dH的价值。

乙腈、乙醇dD值相对较小,而苯和DMSO溶液都有更高的dD值,因为他们有大周围的电子云。苯的dD HSP占大多数,而DMSO溶液是一个相当特殊的溶剂高这三个参数的值。

己烷是一个低dD溶剂没有dP和dH、丙酮和乙酸乙酯中间派值。

衡量两个分子是“喜欢”

鉴于我们有HSP的价值观,我们将找到如何“喜欢”或“不像”两个分子。这是计算的“距离”,D,每一对之间在三维空间,通过著名的HSP公式3 D距离,,由于种种原因,特权dD的一个因素4:

D²= 4 (dD1-dD2)²+ (dP1-dP2)²+ (dH1-dH2)²。如果D分子间小于4然后他们合理的匹配。当D大于说8分子是一个贫穷的匹配。

中间值是一个判断的问题。我们可以使用这些D计算做出理性的选择。假设你有一个目标分子和分子的列表,因为其他原因,你想可能是有用的。你计算D值的目标,每个分子之间,然后排序从高(坏)低(好)。

你可以忽略所有high-D分子和低音d分子形式,满足您的其他需求,如成本或波动。这样一个过程的典型例子是如果目标是聚合物和溶剂分子。同样,HSP效果很好当目标是色素或纳米粒子和其目的是创建一个涂料或共混聚合物稳定。

如果没有匹配的分子你所有的涂料配方的要求吗?如果有一个分子,满足你所有的需求,这将是理想的。但是,在现实中,很少会出现这种情况。令人高兴的是,您可以创建一个理性的两个分子,其中每个D值和高是不合适的,但是你想用其他原因。

假设每个分子都有一个合理的匹配的弟弟和你的目标,但一个dP高和低dH,和其他低dP和高dH。混合的HSP是组件的加权平均。所以,在这种情况下,dP, dH的混合可以通过调优是非常接近你的目标。

因此,混合的分子,每一个都不能用,因为D高可用,可以工作。汉森在混合技巧,它是物质本身的成功的主要原因。

所以现在你需要HSP值的计算。你在哪里可以找到它们呢?

发现HSP的值

好消息是常用的溶剂,聚合物的新型绿色溶剂和添加剂,HSP值是已知的和在公共领域。为成千上万的涂料成分HSP数据可以在SpecialChem连同兼容产品的列表,由于贡献科学制定小组的成员,SBFG。*你自己的特殊化学、聚合物或添加剂?你怎么确定自己的HSP树脂、粒子或添加剂?答案是,HSP值可以通过两种方法测量(图1)。你可以内部或合同到那些提供商业服务。

第一种技术是基于你的判断你的材料是否“幸福”(溶性、膨胀性、分散等)或“不快乐”的一组溶剂你选择,因为他们等几大跨度空间。溶剂的“好”定义了一个球体,使HSP的中心和半径定义的范围溶剂兼容。

第二个技术使用反气相色谱(IGC),使用样本作为固定相,衡量强烈每一组探针分子相互作用,根据保留时间。标准的技术更广泛的应用。IGC技术是特别有用的寡聚物,表面活性剂和分散剂,和其他分子液体在室温下,标准测试给了太多的“好”溶剂和太少的“坏”的。

找到合适的溶剂(混合)

原则:给定HSP聚合物或颜料,你希望外套,很容易找到一个有效的溶剂的材料;获得溶剂HSP的列表值,计算材料,选择溶剂的距离最短的距离。但是现实生活不是这样的!

我们不希望只是一个有效的溶剂,我们想要一个可用的溶剂。所以成本、气味、VOC水平、风险评级等都成为我们的选择的重要因素。几乎总是,最好的溶剂的HSP是其他原因不满意,当我们沿着我们的列表的增加距离,我们可能无法找到一个令人满意的妥协。这是当HSP的力量是完全披露。

做一个“完美的溶剂”的两个“坏溶剂”

想象我们的溶质有HSP由绿色球体内部的绿点表示在图2中,我们有两个不良溶剂,根据定义,超出了范围。

在图中,那些坏的溶剂是完全相反的。现在50:50的混合。HSP的混合体积加权平均的两个组成部分,在这种情况下,将使这个完美的混合溶剂对溶质。如果你试试这个练习,你会发现你真的能成为一名优秀的溶剂从两个不良溶剂,或两个好的溶剂和创建一个很好的混合。

所有它需要的HSP是你的目标。随时能找到一个最佳的混合的合适溶剂通过人类的判断或计算机算法与权重因素诸如成本、绿色等。

微调的蒸发率

如果我们知道个人溶剂的相对蒸发率和个人的距离;我们甚至可以调整涂料在蒸发过程中会发生什么。当解决方案是相对稀释我们可以得到一个便宜,但不是很好的溶剂。涂层干,我们常常希望聚合物在溶液中保持尽可能长时间清爽光滑。这意味着更少的挥发性溶剂应仔细匹配。

图3显示了一个例子(Ra)的距离从5.2开始时(不是很好,但好)3乙酸乙酯挥发速度比环己酮。

HSP距离在溶剂混合过渡

如果你想要涂层(或组件)迅速崩溃,你调整混合,以便更好的溶剂是更加不稳定。

生产一个理性的“绿色”溶剂

溶剂混合尤为重要的一个领域是在有毒或环境友好的溶剂替代一个环保的选择。使用你当前的溶剂作为目标,可以采取任何方便的绿色溶剂列表,找到最接近的匹配。

通常是没有单一的溶剂是不够好,所以你必须产生一个合理的绿色溶剂的混合。这HSP的方法创建绿色混合多次被证明能对感冒生效——在实验室和在现实世界中清洗。例如,创建安全的溶剂清理后打印或涂层。有一次,我的一些运营商抱怨一个洗涤溶剂混合,他们问我使用它自己。这是可怕的在两个感觉:臭和不健康的,它是如此的不稳定,聚合物将re-deposit之前被正确删除。

使用HSP和被限制为更好的溶剂我们碰巧有内部,我很快就创建了一个愉快的,low-odor,低挥发分混合。当我们试过,它是无用的,如果之前清洗政权之后。但是,把它放到设备就需要清洗,其他工作并返回,我们仍然发现溶剂混合,有时间溶解聚合物。一个简单的擦拭去除大部分聚合物,与旧的混合快速清洁完成了过程。远为更好的工作成果,更安全。