Введение
Параметры растворимости Хансена были разработаны Чарльзом М. Хансеном в его Ph. D в 1967 году как способ предсказания того, растворится ли один материал в другом и сформирует ли раствор. Они основаны на идее, что подобное растворяется подобно, где одна молекула определяется как "подобная" другой, если она связывается с собой аналогичным образом. В частности, каждой молекуле даются три параметра Хансена, каждый из которых обычно измеряется в MPa0,5: энергия от сил дисперсии между молекулами Энергия от диполярных межмолекулярных сил между молекулами Энергия от водородных связей между молекулами. Эти три параметра можно рассматривать как координаты для точки в трех измерениях, также известной как пространство Хансена. Чем ближе две молекулы в этом трехмерном пространстве, тем больше вероятность того, что они растворятся друг в друге. Для определения того, находятся ли параметры двух молекул (обычно растворителя и полимера) в пределах диапазона, веществу, которое растворяется, дается значение, называемое радиусом взаимодействия. Это значение определяет радиус сферы в пространстве Хансена, а ее центр - три параметра Хансена. Для расчета расстояния между параметрами Хансена в пространстве Хансена используется следующая формула: Комбинируя это с радиусом взаимодействия, получается относительная разница энергии системы (RED): Если молекулы одинаковы и будут растворяться Если система будет частично растворяться Если система не будет растворяться
The energy from dispersion forces between molecules
The energy from dipolar intermolecular forces between molecules
The energy from hydrogen bonds between molecules. These three parameters can be treated as co ordinates for a point in three dimensions also known as the Hansen space. The nearer two molecules are in this three dimensional space, the more likely they are to dissolve into each other. To determine if the parameters of two molecules (usually a solvent and a polymer) are within range, a value called interaction radius is given to the substance being dissolved. This value determines the radius of the sphere in Hansen space and its center is the three Hansen parameters. To calculate the distance between Hansen parameters in Hansen space the following formula is used:
Combining this with the interaction radius gives the relative energy difference (RED) of the system:
If the molecules are alike and will dissolve
If the system will partially dissolve
If the system will not dissolve
Теоретический контекст
HSP подверглись критике за отсутствие формального теоретического вывода параметров растворимости Хильдебранда. Все практические корреляции фазового равновесия включают в себя определенные допущения, которые могут или не могут применяться к данной системе. В частности, все теории, основанные на параметрах растворимости, имеют фундаментальное ограничение, что они применяются только к ассоциированным растворам (т. е. они могут предсказывать только положительные отклонения от закона Рауля): они не могут учитывать отрицательные отклонения от закона Рауля, которые возникают в результате таких эффектов, как сольвация (часто важная в водорастворимых полимерах) или образование комплексов акцепторов доноров электронов. Как и любая простая теория прогнозирования, HSP лучше всего использовать для скрининга с данными, используемыми для проверки предсказаний. Параметры Хансена использовались для оценки параметров Чи Флори Хэггинса, часто с разумной точностью. Фактор 4 перед дисперсионным членом в расчете Ra был предметом дискуссий. Существует некоторая теоретическая основа для коэффициента четыре (см. Глава 2 Реф. Однако существуют ясные системы (например, Bottino et al., "Способности растворимости поли[винилиденового фторида]" J. Polym. Наука. Часть B: Полимерная физика 26 ((4), 785 79, 1988) где области растворимости гораздо более эксцентричны, чем предсказывалось стандартной теорией Хансена. Эффекты HSP могут быть преодолены эффектами размера (маленькие молекулы, такие как метанол, могут давать "аномальные результаты"). Было показано, что можно рассчитать HSP с помощью методов молекулярной динамики, хотя в настоящее время параметры полярных и водородных связей не могут быть надежно разделены таким образом, чтобы они были совместимы с значениями Хансена.