Çözünürlük, farklı uygulamalar için proses yağı seçerken göz önünde bulundurulması gereken en önemli özelliklerden birisi olduğu için Nynas araştırmacılarının özel olarak odaklandığı bir konudur. Fakat yağın çözücülük gücünü ölçmek için kullanılan mevcut yöntemler çok iyi olmadığı için araştırmacılar alternatif arıyor.
Araştırmacı Pär Wedin, “Mineral yağların çözünürlük üzerinde farklı etkileri olan binlerce farklı hidrokarbon moleküllerinden oluşuyor olması nedeniyle, mineral yağların farklı reçineler, plastikleştiriciler, polimerler ve çözücüler ile uyumluluğunu ölçmek pek de kolay bir iş değil,” diye açıkladı.
Yağın çözücülük gücü, yağın anilin noktası, Kauri-bütanol sayısı, karbon tipi dağılımı ve viskozite-yer çekimi sabitine dayanan iyi tasarlanmış yöntemler kullanılarak ölçülebilir. Çözünürlük parametrelerinin belirlenmesi, moleküller arası etkileşimlerin anlaşılmasına dayalı olarak geliştirildi.
En yaygın olarak kullanılan yöntemler sırasıyla Hansen ve Hildebrand’dır. Hansen’in çözünürlük parametreleri, bir maddenin çözünürlüğü bilinen farklı çözücülerle
karıştırılmasıyla deneysel olarak belirlenir.
Madde için çözünürlük parametreleri, hangi çözücülerin madde ile uyumlu olduğunu ve hangilerinin uyumlu olmadığı analiz edilerek belirlenebilir. Reçineler ve polimerler gibi maddeler için bu basit ve kolay uygulanabilir bir yöntemdir.
Genellikle dikkatle seçilmiş 35 ila 50 çözücü yeterli olacaktır. Pär Wedin, “Ancak Nynas’ta yürütülen çalışma, mineral yağlar için Hansen çözünürlük parametrelerinin belirlenmesi
için yüzden fazla çözücüye ihtiyaç duyulduğunu gösterdi. Kullanılan çözücülerin sayısına rağmen halen bazı veriler eksik ve bu da eksiksiz ve doğru bir sonuca ulaşmayı engelliyor,” diyor.
Hildebrand yöntemi, parametrelerini maddenin kohezif enerji yoğunluğundan alır. Bu yöntem polar olmayan maddeler için iyi işlerken, polar maddelerin uyumluluğunu ölçmek için pek uygun değildir.
Wedin, “Hildebrand parametreleri, buharlaşma ısısından belirlenebildiği için pratiktir. Öte yandan, Hansen’in yöntemi maddedeki moleküller arası etkileşimin farklı türleri üzerine daha faydalı bilgiler sağlar. Ancak bu yöntem yoğun emek gerektirir ve kullanılan çözücülerin çoğu sağlık ve emniyet açısından sorunludur,” dedi.
Bu nedenle, çözünürlük parametrelerini belirlemek için daha emniyetli ve hızlı yöntemler
araştırılıyor ve bu alanda uluslararası düzeyde çok fazla çalışma yapılması gerekiyor.
Çözünürlüğü Kalorimetri İle Ölçmek
Hildebrand’ın çözünürlük parametreleri, maddenin buharlaşma ısısını ölçen kalorimetrik yöntemler kullanılarak hesaplanabilir. Aşağıdaki şekilde, bir baz yağın çözünürlük parametresini belirlemek için eşzamanlı termal analizin sonuçları görülebilir.
Tablo, üç baz yağın Hildebrand çözünürlüğünü gösteriyor. Biyojenik baz yağ ve GTL (gazdan sıvıya) baz yağlar benzer kimyasal bileşime sahiptir ve yalnızca izoparafinler içerir. Naftenik baz yağlar daha güçlü moleküller arası etkileşime sahiptir ve bu da izoparafinlerden daha yüksek çözünürlük parametrelerine ve dolayısıyla daha yüksek çözünürlük gücüne sahip
olmaları anlamına gelir.
Wedin, “İkili çözücüler belirli polimerler için başarıyla kullanılıyor. Daha hızlı bir yöntem olarak kromatografinin potansiyeli araştırılıyor. Moleküler modelleme ve yapısal optimizasyon için COSMO-RS (gerçek solüsyonlar için iletken benzeri tarama modeli) ile birlikte yoğunluk fonksiyonel teorisinin kullanılması, malzeme uyumluluğunu ölçmek için
yararlı bir araç olabilir,” diye belirtti.
Araştırma Müdürü Elena Minchak, “Nynas Araştırma Departmanı olarak yağların çözünürlüğü ve malzemeler arasındaki etkileşim düzeyi arasındaki ilişki hakkındaki bilgimizi sürekli olarak artırıyoruz çünkü bunun yeni, sürdürülebilir baz yağların geliştirilmesi için kilit önemde olduğuna inanıyoruz,” şeklinde ekledi.
