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HSPiP Hansen Solubility Parameter in Practice(HSPiP)HSP統合ソフトの本家HP

ハンセン溶解度パラメータ・ソフトウエアー(HSPiP)の購入方法とインストール

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Last Update
27-May-2017

アプリケーション・ノート#3
ポリマー:ハンセン溶解度パラメータ(HSP)とパッキンの膨潤性:特にパッキンに使われるようなポリマーであれば、どんな溶媒に使えて、どんな溶剤には使えないかの情報は豊富に存在するだろう。しかし、あるものでは貧溶媒なのに、貧溶媒同士が組み合わさると良溶媒になってしまうケースに付いては、他の溶解度理論ではお手上げになってしまう。そのような場合でもHSPは良好なガイドラインを示すことができるため、広く応用されている

2010.5.26

HSPiP Team Senior Developer, 非常勤講師 山本博志

 

この記事に関しての詳しい内容は
化学工業社、化学工業2010年8月号をご覧ください。ここには抜粋を置きます。

化学工学の分野では、様々なパッキンが使われています。そうしたパッキンがどのような溶媒で使えるかは、Packing landなどでも詳しく紹介されています。しかし混合溶媒を使った時の耐溶剤性などについては情報はほとんどありません。
今回はこうしたゴムの耐溶剤性をHSPを使って評価する方法を紹介します。

ハンセン溶解度パラメータ(HSP)

ハンセンの溶解度パラメータ(HSP)は、ある物質がある物質にどのくらい溶けるのかを示す溶解性の指標です。ヒルデブランドのSP値と異なり、溶解性を多次元のベクトルで表し、そのベクトルが似ているもの同士は溶解性が高いと判断します。”似たものは似たものを溶かす”、”似たものは似た所にいたがる”というのがHSPの基本です。このベクトルは[分散項、極性項、水素結合項]で表されます。分散項はファンデルワールスの力、極性項はダイポール・モーメントの力、水素結合項は水、アルコールなどが持つ力です。(さらに水素結合項をドナー、アクセプターに分割すると4次元になります。)


”似たものは似たものを溶かす”と言う単純な考え方で、ポリマー、医薬品などがどんな溶剤に溶けるか? 高分子の添加剤がどれだけポリマー中に居やすいか? 匂い物質が鼻の嗅覚細胞にどのくらい溶けるか? 医薬品がレセプターにどのくらい溶けるか? ガスクロやHPLCの充填剤にどのくらい溶解しやすいか? 化粧品の皮膚への溶解性は?などを理解するのに役立っています。

PirikaのHSPを計算するJAVAアプレットのデモ、HSPLightはこちらから。
最新の研究はパワーツールで紹介しています。どのような方向に進化しているのか知りたければ覗いてみてください。

データは次の資料から得ました。ネットで検索すればすぐにダウンロードできるでしょう。

DuPont Dow Elastomers, Technical Information Kalrez
VitonGeneralInfo_05-Jul.PDF、Viton05.pdf

正確には分からないのですが、この溶解度のデータはViton Aのものだと思います。これはvinnylidene fluoride と Hexafluoro propylene の共重体です。
(PVdFについてはこちらも参照
ここでは50%以上膨潤するものをscore 1とおいてみます。

そして,表を作り、HSPiPで読み込み、球を計算します。

HSPiP(Hansen Solubility Parameters in Practice)

HSPを効率的に扱えるように、ハンセン先生とアボット先生がHSPiPというWindows用のソフトウエアー、データベース、電子書籍の統合パッケージを開発されました。これを使うと溶解性に関する様々な疑問に答えてくれます。もちろん材料設計は溶解性だけで決まるほど単純ではありません。そこで、Y-MBという分子を自動的に分割し、様々な物性を推算する機能が付け加えられました。Y-MBはver.4 からはY-Predictというパワーツールとしても提供されています。

概要についてはこちらをお読みください。(2013.1.22)
機能についてはWhat Newをお読みください。
自分が使いたい化合物が計算できるかは使用できる官能基のリストで確認ください。
HSPiPの購入とインストール方法をまとめてあります。
他の会社はどんな使い方をしているのか? 特許をまとめてみました

 

ハンセンの溶解球

ある溶質を溶解する溶媒と、溶解しない溶媒のハンセンの溶解度パラメータを3次元空間(ハンセン空間、HSP空間)にプロットすると、溶解する溶媒は似たところに集まっている。そして、その集まっている溶媒はハンセンの溶解球と呼ばれる球を構成する。

その球の中心を溶質の溶解度パラメータと定める。球の半径を相互作用半径(R0)と呼び、半径が長いものは多くの溶媒に溶けやすく、半径の短いものは溶かす溶媒が少ない。溶解球が2個あるとして解析を行うDouble Spheresという拡張機能がV3.1.xから搭載された。

Pirikaの溶解球を見る、HTML5アのプレットはこちら。
このSphereを見るHTML5のプログラム、SphereViewerがHSPiP ver. 4からパワーツールとして提供されている。

するとViton AのHSPは [14.63, 9.98, 1.59] そして相互作用半径は 8.8とたちどころに求まります。

2011.4.22

Drag=回転, Drag+Shift キー=拡大、縮小, Drag+コマンドキーかAltキー=移動。

もしChrome、Safari (iPad/iPhoneのMobile Safari)、FireFox4などのHTML5対応のブラウザーをお使いなら、上にキャンバスが現れるだろう。もし、溶媒をクリックすれば溶媒の名前が現れる。

ポリマーのHSP値と相互作用半径が求まれば、後はどんな混合溶媒に強く膨潤してしまうかは簡単に計算できます。混合溶媒のHSPは下式で簡単に計算できます。

混合溶媒のHSP

[dDm, dPm, dHm]=[(a*dD1+b*dD2), (a*dP1+b*dP2),(a*dH1+b*dH2)]/(a+b)

混合比率は体積で計算する。

Pirikaの混合溶媒を設計するJAVAアプレット・デモ、GSDはこちら。
dHをdHdo,dHacに分割した混合溶媒の探索は最新の研究はPowerToolsのプログラムで紹介している。どのような方向に進化しているのか知りたければ覗いてみて欲しい

そして、この [dDm, dPm, dHm]とポリマーのHSP距離が8.8以下であれば50%以上膨潤すると判断されます。

例えば、Viton Aは ethanol[15.8, 8.8, 19.4](5-20% 膨潤 B ランク) そして isooctane [14.1, 0, 0](5%以下, A ランク) はどちらも貧溶媒です。しかし、エタノールとガソリンを混ぜたガホールはVitonAを強く膨潤させる事が知られています。

 

2011.4.22


もしChrome、Safari (iPad/iPhoneのMobile Safari)、FireFox4などのHTML5対応のブラウザーをお使いなら、このSphereを見ることができる。 もし、溶媒をクリックすれば溶媒の名前が現れる。

エタノールの比率を変えながら混合溶媒のHSPを計算し、先ほど求めたViton AのHSPからの距離をプロットしてみると、エタノールの比率が15−35%で50%以上膨潤する相互作用半径(8.8)以下になる事がわかります。

第3成分を入れる時にも、このようにHSPの3次元ベクトルで考えると非常に効率よくパッキンを設計できます。

2011.4.16 パッキン用のポリマーの設計者になってみよう。 下のプログラムは、このフッ素系のパッキンに使われるモノマーの比率を入れて計算ボタンを押すと、そのポリマーのモノマー・シーケンス(並び順)を答えてくれるソフトです。いろいろな値を入れてどんなポリマーができるか、試してみてください。

VdF(A) mol%
HFP(B) mol%
TFE(C) mol%
Ety(D) mol%
Pro(E) mol%



シーケンス解析の、古いJAVAのバージョンはこちらを参照

 

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