溶解度参数

出处:按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《塑料粘接技术手册》第6页(1470字)

胶粘剂和被粘体的亲和性(或相容性)与粘接性有着密切的关系,高分子物质之间互溶或互相扩散必须具备一定的条件。首先是热力学的可能性问题,一个过程只有在体系的自由能降低的情况下才有可能进行,体系自由能的变化可用下式表示:

△F=△H-T△S

式中 △F——自由能的变化

△H——热焓的变化

△S——熵的变化

T——绝对温度

若△F≤0,这个过程可能发生;若△F≥0,这个过程不可能自发进行。溶解过程中体系的熵值是增大的,若△H为负值,或者△H≤T△S,则△F≤0可以满足。

两组分都是高分子时,△H为负值,仅是像硝化纤维素和聚醋酸乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯的组合、丁腈橡胶和PVC的组合那样,分子间为强极性结合或氢键结合和当分子间力弱的情况,根据Hildebrand给予下式:

式中vm——混合体系的全体积

γ1γ2——成分1、2的体积分率

δ1δ2——各成分的溶解度参数

从式中得知:△H通常为正值,当δ12时,△H值最小,此时△F≤0的可能性存在,两相相容,粘接也好,δ或SP称为溶解度参数。在绝大多数情况下不同种类的高分子是不能互溶的。

SP作为表示物质的相容性的参数是重要的,但例外的情况也不少。SP可作为某些聚合物选择活性溶剂、增塑剂或具有相容性的其它聚合物,以及选择优良粘接性能的胶粘剂时的依据之一。例如图1-4表示用各种不同δ值的胶粘剂粘接聚酯薄膜的剥离强度。

图1-4 相容性和粘接的关系(聚酯/胶粘剂/聚酯)

♂=凝集破坏

*剥离强度lbf/in=4.45N/2。5mm。

由图可知第1~10号胶粘剂虽然都能完全浸润聚酯薄膜,但粘接强度不高,聚酯的溶解度参数是,只有溶解度参数和聚酯接近的第11~13号胶粘剂(δ=10~11之间)才能产生很高的粘接强度,剥离时聚酯薄膜本身发生破坏。测定聚酯薄膜粘接后的剥离强度所使用的胶粘剂如表1-2所示。

表1-2 测试聚酯薄膜剥离强度使用的胶粘剂

SP用内聚能密度(CED)的平方根表示。内聚能密度、表面张力都是分子间力和极性大小的表示。即SP大,极性大。SP和rσ之间有如图1-5所示那样的直线关系。这种相互关系,从低能量的氟树脂到高能量的聚酰胺树脂,对表示聚合物的表面性质和内部性能都是非常重要的。表1-3列出了部分聚合物的SP值。

图1-5 的关

表1-3 聚合物的溶解度参数δ值

注;1cal=4.1868J

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