通過表面張力估算法測定低芳淺色礦物油的溶解度參數(shù)。以溶解度參數(shù)定義為基礎，結合溶解度參數(shù)實驗經驗公式和表面張力與液滴大小的關系，推導出表面張力與溶解度參數(shù)的擬合關系式。通過與11種含弱極性鍵的有機溶劑溶解度參數(shù)的文獻值進行對比計算，得到溶解度參數(shù)的表面張力表達式的各個系數(shù)。利用溶解度參數(shù)表面張力表達式，計算29種常見的低芳淺色礦物油的溶解度參數(shù)。計算結果表明，29種低芳淺色礦物油的溶解度參數(shù)計算值為14.40～16.07（J/cm3）1/2，經與文獻值對比證明了擬合公式的準確性。

溶解度參數(shù)作為衡量物質之間相容性的重要參數(shù)之一，在眾多領域廣泛應用，如多組分體系相平衡計算、乳化體系的穩(wěn)定性研究、高聚物增塑體系的研究與選擇、高聚物溶解性的預測與研究、高聚物共混物相容劑的研究、油田化學品溶解性研究、溶劑萃取和氣體在液體中的溶解研究及膜滲透等。在橡膠和涂料工業(yè)中，溶解度參數(shù)作為溶劑選擇的依據(jù)，無論在高分子溶液理論研究，還是在聚合物的增塑、加工和改性等方面，都起著十分重要的作用。

礦物油在眾多工業(yè)領域均有應用，如用于橡塑行業(yè)中的增塑體系、潤滑油復配方劑、涂料和橡膠行業(yè)中的溶劑等。如能較為準確地知道礦物油的溶解度參數(shù)，對于選擇膠種配伍使用、添加劑復配及涂料的配方設計等都具有非常重要的意義。但礦物油是混合物，估算溶解度參數(shù)的公式大多適用于純凈物；同時礦物油溶解度參數(shù)的相關文獻數(shù)據(jù)少，測試油品溶解度參數(shù)的實驗較為繁瑣。梁曉菲等研究了減壓渣油的溶解度參數(shù)，并在文獻的基礎上得到了減壓渣油萃余殘渣的溶解度參數(shù)。王本力等研究了潤滑劑基礎油的溶解度參數(shù)，但未給出具體的礦物油溶解度參數(shù)計算方法。建立一種簡單的礦物油溶解度參數(shù)計算方法對油品研究具有重要意義。

本工作通過理論分析和實驗室研究，根據(jù)石油石化行業(yè)標準和國家標準，測試礦物油關鍵數(shù)據(jù)，通過擬合公式計算礦物油的溶解度參數(shù)。

1實驗部分

1.1原料和儀器

29種常見的低芳淺色礦物油：取自國內主要煉油廠的潤滑油基礎油，包括主要的石蠟基基礎油和環(huán)烷基基礎油，不包括深色高芳烴礦物油；從精制程度看，包括高壓加氫深度精制油品，也包括溶劑精制和白土精制工藝精制油品；從碳型結構看，包括芳環(huán)碳（CA）含量為零的油品，也包括CA含量小于10%（w）的油品。礦物油的理化性質見表1。

表1礦物油的理化性質

采用Mettler Toledo公司DE40型自動密度測定儀在20℃下測試礦物油的密度；采用芬蘭Kibron公司全自動表面張力儀在20℃下測試試樣的表面張力；采用Mettler Toledo公司RE400型自動折光測定儀在20℃下測試試樣的折光率；采用美國Cannon公司CAV2200型自動黏度測定儀測試試樣的運動黏度。

1.2溶解度參數(shù)估算方法的推導

1.2.1溶解度參數(shù)的定義

溶解度參數(shù)（δ）由Hildebrand等提出，定義為物質內聚能密度的平方根，表示分子所有吸引力的總和，計算公式見式（1）：

式中，e為內聚能密度，J/m3；ΔrUm為內聚能，J/mol；Vm為摩爾體積，m3/mol；ΔE為摩爾汽化熱，J/mol。

溶解度參數(shù)是表示物質結構特點的參數(shù)，但只適用于非極性液體混合物。Hansen認為液體的內聚能為色散力、極性力和氫鍵3種分子間作用力的貢獻之和，從而將溶解度參數(shù)推廣到極性系統(tǒng)和締合系統(tǒng)之中，建立了三維溶解度參數(shù)體系。淺色礦物油屬于非極性液體混合物，完全適用于公式（1）。

1.2.2現(xiàn)有溶解度參數(shù)估算法

對于純物質的溶解度參數(shù)可通過文獻查閱、基團貢獻計算法和液體熱力學關系式計算。而礦物油為混合物，很難查到或者估算它的溶解度參數(shù)。文獻提供了一種溶解度參數(shù)的估算法：稱量10～20滴液體，然后計算每滴液體的平均質量；另取2種已知溶解度參數(shù)的非揮發(fā)性液體作為參照，通過做圖大致計算出液體的溶解度參數(shù)。實驗需保持恒溫。分別通過內徑為0.916 mm的10 mL移液管和內徑為0.705 mm的巴斯德移液管移取液滴，得到兩條溶解度參數(shù)與液滴質量的關系曲線。內聚能對液滴質量的影響見圖1。由圖1可見，液滴的質量與液體溶解度參數(shù)成線性關系。該估算方法可用來計算混合液體的溶解度參數(shù)，適用于礦物潤滑油溶解度參數(shù)的計算。雖然估算方法過于粗糙，但為估算礦物油等復雜混合物的溶解度參數(shù)提供了思路。文獻介紹了液滴的大小與液體表面張力有關。由此可見，溶解度參數(shù)與表面張力存在一定的關系。

圖1內聚能對液滴質量的影響

1.2.3利用表面張力估算溶解度參數(shù)

液體表面張力是作用于液體表面，使液體表面積縮小的力，實質為表面層分子受到的內聚力與其他物質分子作用力的不均衡而產生的力差，取決于液體表面分子受液體自身內聚力與界面接觸另一物質分子之間作用力的差。當液體與空氣接觸時，由于液體分子間作用力遠大于與空氣接觸的作用力，所以空氣的氣體分子對液體的作用力可以忽略不計。因此，表面張力就是分子內聚力的函數(shù)。由溶解度參數(shù)公式可得出，溶解度參數(shù)與分子內聚力的冪指數(shù)成正比，與摩爾體積冪指數(shù)成反比。通過表面張力產生的機理分析，表面張力可寫為分子內聚力的冪指數(shù)函數(shù)的形式。于是，可得到用表面張力和摩爾體積來表示的溶解度參數(shù)的表達式，見式（2）：

式中，γ為表面張力，mN/m；x，y，z為指數(shù)常數(shù)；A和B為常數(shù)。

當表面張力為零時，溶解度參數(shù)也為零；當摩爾體積無限大時，溶解度參數(shù)同樣為零。所以，推斷公式中的常數(shù)項B為零。對式（2）進行數(shù)學方法整理得式（3）：

只要通過已知化合物計算出式（3）中的x，y，z，A，就可通過測定表面張力和摩爾體積計算出混合物質的溶解度參數(shù)。由于混合物的摩爾體積無法直接測出，可通過測定密度和估算平均摩爾質量的方法進行計算，見式（4）：

式中，M為摩爾質量，kg/mol；ρ為密度，kg/m3。

礦物油主要由烴類組成，包括環(huán)烷烴、石蠟烴和芳香烴，其他雜質含量極少，可忽略不計。由礦物油的組成看，均屬于弱極性鍵，所以選取了11種含弱極性鍵的有機溶劑作為標準試樣，用來求解公式中的常量和驗證擬合公式計算值和真實值的吻合度。

常用溶劑的理化性質見表2。

表2常用溶劑的理化性質

將表2中的數(shù)據(jù)帶入式（3），得到x，y，z，A的近似解：x≈2.326，y≈1.002，z≈0.333 3，A≈1.412。由此得到由表面張力估算的溶解度參數(shù)表達式，見式（5）：

表面張力估算法測定29種常見低芳淺色礦物油的溶解度參數(shù)——實驗部分

表面張力估算法測定29種常見低芳淺色礦物油的溶解度參數(shù)——結果與討論、結論