丁基丙烯酸酯与异构丁醇体系的分子相互作用：声学、黏度及光谱学的多温区实验与理论研究

本研究通过测量丁基丙烯酸酯(butyl acrylate)与四种异构丁醇(1-butanol/2-butanol/2-methyl-1-propanol/2-methyl-2-propanol)二元混合物在不同温度下的声速(u)和黏度(η)，计算了超额参数(如κs E 、Lf E 等)，揭示了分子间相互作用强度顺序为1-丁醇>2-丁醇>2-甲基-1-丙醇>2-甲基-2-丙醇，并通过FT-IR验证了氢键作用机制，为工业溶剂设计提供了理论依据。

　　

在化学工业与材料科学领域，丁基丙烯酸酯作为一种重要的丙烯酸酯单体，广泛应用于涂料、粘合剂和纺织品处理剂的生产。然而，其与溶剂（特别是具有氢键能力的醇类）的分子相互作用机制尚未被系统研究，这直接影响了溶剂体系的优化设计。与此同时，丁醇异构体作为生物燃料和工业溶剂的关键组分，其与丙烯酸酯的相容性对产品性能至关重要。现有文献缺乏对这类体系声学与黏度行为的温度依赖性研究，更缺乏理论模型与实验数据的系统性验证。

针对这一科学问题，来自国内的研究团队在《The Journal of Chemical Thermodynamics》发表了创新性研究。该工作通过多温区(293.15-318.15 K)实验测量结合理论计算，首次揭示了丁基丙烯酸酯与四种异构丁醇的分子相互作用规律。研究采用脉冲回波法测定声速(u)，乌氏黏度计测量黏度(η)，并基于密度数据计算超额函数（如超额等熵压缩率κ_s
^E
）。通过Jouyban-Acree模型关联温度与组成依赖性，结合FT-IR光谱解析氢键作用特征，最终建立了分子结构-相互作用强度的定量关系。

实验方法
研究使用经气相色谱验证纯度(>99%)的丁基丙烯酸酯和异构丁醇，通过脉冲回波技术测定声速（精度±0.1 m/s），乌氏黏度计测量黏度（精度±0.001 mPa·s）。采用Karl Fischer法控制水分含量(<100 ppm)。利用Van der Waals和Nomoto理论计算声速理论值，并通过Redlich-Kister方程拟合超额参数。FT-IR光谱在4000-400 cm^-1
范围采集，分析羟基伸缩振动峰位移。

结果与讨论

1. 声学与黏度行为：实验数据显示所有混合物的u和η均随温度升高而降低，且偏离理想混合行为。1-丁醇混合物的u^E
   正值最大(1.23 m/s at x₁
   =0.5, 298.15 K)，表明其分子间作用最强。
2. 超额函数分析：κ_s
   ^E
   和L_f
   ^E
   的负值证实了氢键网络破坏与偶极-偶极作用的竞争，其绝对值顺序与醇类支链化程度呈反比。
3. 无限稀释参数：K°_s,m,2
   显示2-甲基-2-丙醇的疏水效应使其在低浓度下更易破坏丙烯酸酯的偶极有序结构。
4. FT-IR验证：在3500 cm^-1
   处游离OH峰强度的变化证实了醇-酯氢键的形成，其强度与声学参数排序一致。

结论与意义
该研究首次建立了丁基丙烯酸酯-丁醇体系的分子结构-热力学性质关系图谱，证明相互作用强度受醇类羟基可及性与空间位阻共同调控。理论模型与实验数据的吻合度为工业溶剂筛选提供了可靠预测工具，而FT-IR与声学参数的协同分析策略为复杂液体体系研究提供了新范式。这些发现对优化涂料流变性能、生物燃料添加剂设计具有直接指导价值。