Хрупкие и эластические гели. Застудневание. Свойства студней. Синерезис.

Хрупкие гели получаются из жестких коллоидных частиц, благодаря чему объем гелей от высушивания или оводнения мало изменяется. Поэтому такие гели называют также ненабухающими. Сюда следует отнести: коагели - структуры, образовавшиеся в результате коагуляции золей; осадки в астабилизованных коллоидных системах.  

Хрупкие гели образуются коллоидными частицами SiO2, TiO2, SnO2, Fe A, V2O5, бензопурпурина и др.; типичным примером является гель кремниевой кислоты. Благодаря жесткости частиц и всего каркаса хрупкого геля его объем при высушивании или оводнении мало изменяется, поэтому хрупкие гели называют также ненабухающими.  

Хрупкие гели имеют сильнопористую структуру с множеством узких жестких капилляров диаметром до 20 - 40 А.  

Хрупкие гели не набухают и способны к неспецифическому поглощению паров жидкостей в результате образования адсорбционных сольватных слоев и капиллярной конденсации. Эластичные гели могут сильно набухать при избирательном поглощении жидкостей.

Хрупкие гели образуются коллоидными частицами SiC2, ГЮг, SnCb, Fe203, V2O5, бензопурпурина и др.; типичным примером является гель кремнекислоты. Благодаря жесткости частиц и всего каркаса хрупкого геля, его объем при высушивании или оводнении мало изменяется, поэтому хрупкие гели называют также ненабухающими.  

Хрупкие гели характеризуются сильно пористой структурой с наличием узких капилляров.  

Хрупкие гели образуются коллоидными частицами SiCb, TiO2, SnO2, РеаОз, V2Os - Типичным представителем является гель кремниевой кислоты. Благодаря жесткости частиц и каркаса, который они образуют, хрупкие гели не набухают. Хрупкие гели имеют сильно пористую структуру с множеством узких жестких капилляров. Такие системы могут поглощать большие количества воды и других смачивающих стенки капилляров жидкостей. При постепенном оводнении высушенного хрупкого геля первые порции воды или другой жидкости, смачивая стенки капилляров, образуют на их поверхности тонкие молекулярные слои жидкости с низким давлением пара; при дальнейшем оводнении давление пара растет и происходит капиллярная конденсация.

Хрупкие гели имеют жесткий и достаточно прочный скелет, получающийся в результате агрегации коллоидных мицелл. Этот скелет-каркас, напоминающий конструкцию жесткой фермы в механике, может в какой-то степени противостоять механическим воздействиям.  

Хрупкие гели образуются коллоидными частицами Si02, Ti02, SiiO. Благодаря жесткости частицы и всего каркаса хрупкого геля его объем при высушивании или оводнении мало изменяется, вследствие чего хрупкие гели называют также ненабухаю-щ и ми. Хрупкие гели имеют сильно пористую структуру с множеством узких жестких капилляров диаметром до 20 - 40 А.  

Хрупкие гели получаются из жестких коллоидных частиц, благодаря чему объем гелей от высушивания или оводнения мало изменяется. Поэтому такие гели называют также ненабухающими. Сюда следует отнести: коагели - структуры, образовавшиеся в результате коагуляции золей; осадки в астабилизованных коллоидных системах.

Чем отличаются хрупкие гели от студней.  

После высушивания хрупкие гели имеют сильнопористую структуру с множеством жестких капилляров. Образование хрупких гелей из лиофобных золей Ребин-дер рассматривает как один из видов коагуляционного структуро-образования. Хрупкие гели относятся к двухфазным гетерогенным системам.  

В противоположность хрупким гелям студни, образующиеся при набухании органических высокополимеров или при структурировании их растворов, относятся к классу эластичных.  

В противоположность хрупким гелям студни, образующиеся при набухании органических высокополимеров или при структурировании их растворов, относятся к классу эластичных.  

Конденсационно-кристаллизационные структуры ( хрупкие гели) образуются за счет химических связей между - частицами либо путем сращивания кристалликов твердой фазы. Таким образом, между частицами дисперсной фазы возникают непосредственные фазовые контакты. Эти структуры жестки и хрупки; они не способны к набуханию и в них не происходит синерезис. Прочность таких структур выше, чем коагуляционных, однако после механического разрушения химические и кристаллизационные связи не восстанавливаются самопроизвольно. Вследствие этого в таких системах отсутствуют тиксотропные свойства, а также эластичность и пластичность. Типичным представителем конденсационных структур является гель кремниевой кислоты. Кристаллизационные структуры образуются при твердении минеральных вяжущих материалов: цементов, гипса, извести.

Эластичные гели в форме тонких мембран играют важную роль в живом организме. Различные белковые, белковолипоидные и другие мембраны способствуют избирательному поглощению и переносу различных веществ, пространственной организации процессов обмена веществ, использованию и превращению различных форм энергии.  

Эластичные гели, называемые студнями, получаются благодаря действию молекулярных сил сцепления между макромолекулами органических полимеров, например каучука, желатина, поливинилаи. Эластичные студни, набухая или теряя растворитель, легко и обратимо изменяют свой объем. Так как поглощение растворителей значительно увеличивает объем студней, то их называют также набухающими гелями.  

Эластичные гели или студни образуются цепными молекулами желатины, агара, каучука и других полимеров и поэтому по своим свойствам во многом отличаются от хрупких гелей. Благодаря гибкости цепей в пространственной сетке, эластичные гели сравнительно легко могут изменять свой объем при поглощении или отдаче растворителя, а при высушивании сохраняют свою эластичность. Поэтому в зависимости от природы поглощенной жидкости различают гидрогели, алкогели, глицерогели и др., тогда как для хрупких гелей эта терминология обычно не применяется.  

Эластичные гели ( студни) получаются благодаря действию молекулярных сил сцепления между макромолекулами органических полимеров, например, каучука, желатина, поливи-нилацетата и др. Такие гели, набухая или теряя растворитель, легко и обратимо изменяют свой объем.  

Эластичные гели, называемые студнями, получаются благодаря действию молекулярных сил сцепления между макромолекулами органических полимеров, например каучука, желатина, поливинилацетата и др. Эластичные студни, набухая или теряя растворитель, легко и обратимо изменяют свой объем. Так как поглощение растворителей значительно увеличивает объем студней, то их называют также набухающими гелями.

Эластичные гели, или студни, образуются цепными молекулами желатины, агара, каучука и других полимеров и поэтому по своим свойствам во многом отличаются от хрупких гелей. В отличие от хрупких гелей, студни являются однофазными системами.

Эластичные гели, или студни, образуются цепными молекулами желатина, агар-агара, каучука и других полимеров и по своим свойствам отличаются от хрупких гелей. Эластичные гели поглощают не все смачивающие их жидкости, а только некоторые, которые сходны с ними по своему химическому составу или в которых вещество студня может существовать также в виде жидкого раствора. Поглощение жидкости эластичным студнем сопровождается сильным увеличением объема. Это явление, как известно, получило название набухания. По этой причине эластичные гели иначе называют набухающими гелями. Причем объем набухающего студня может в десятки раз превосходить собственный объем полимера.

Эластичные гели, или студни, образованные цепными макромолекулами желатины, агар-агара, каучука и других полимеров, по свойствам во многом отличаются от хрупких гелей. Благодаря гибкости цепей в пространственной сетке, эластичные гели сравнительно легко могут изменять свой объем при поглощении или отдаче растворителя, а при высушивании сохраняют свою эластичность. Эластичные гели поглощают только те жидкости, которые по отношению к ним могут являться растворителями.

Эластичные гели, образованные полимерами с гибкими макромолекулами, в аналогичных условиях ведут себя иначе. Благодаря гибкости пространственной сетки студень при высушивании легко деформируется, сжимается, так что можно высушиванием получить совершенно сухой полимер ( ксерогель), который сохраняет эластичность. Он снова способен набухать в подходящем растворителе. Процесс обратим и может быть повторен неоднократно.

Эластичные гели, в свою очередь, делятся на ограниченно набухающие и на неограниченно набухающие. Ограниченно набухающие гели поглощают воду до известного предела. К неограниченно набухающим относится гуммиарабик; набухая, он переходит из геля в раствор. Так же ведет себя сырой каучук в бензоле. Элас-тичные гели при высыхании сильно уменьшаются в объеме, превращаясь в плотное твердое вещество.  

Эластичные гели ( студни) характерны в основном для высокомолекулярных полимеров. Такие гели поглощают не все смачивающие их жидкости, а только те, которые имеют химическое сходство по составу. Поглощение жидкости эластичным гелем сопровождается увеличением объема - набуханием.  

Эластичные гели, или студни, образуются цепными молекулами, например, желатины, агар-агара, каучука и других полимеров, и поглощают не все смачивающие их жидкости, а только некоторые, сходные с ними по химическому составу, или такие, в которых вещество студнг может существовать также в виде жидкого раствора. Поглощение жидкости эластичлым студнем сопровождается сильным увеличением объема. Это явление, как известно, получило название набухания.

Эластичные гели, или студни, образуются цепными молекулами желатина, агар-агара, каучука и других полимеров и по свойствам отличаются от хрупких гелей. Эластичные гели поглощают не все смачивающие их жидкости, а только некоторые, которые сходны с ними по своему химическому составу или в которых вещество студня может существовать также в виде жидкого раствора.

Эластичные гели или студни образуются высокомолекулярными соединениями и в отличие от хрупких гелей являются однофазными системами. Из-за гибкости цепей в пространственной сетке эластичные гели сравнительно легко изменяют свой объем при поглощении и отдаче дисперсионной среды. Эластичные гели способны к набуханию с увеличением объема в десятки раз по сравнению с собственным объемом полимера.  

Эластичные гели, или студни, образованные цепными макромолекулами желатины, агар-агара, каучука и других полимеров, по свойствам во многом отличаются от хрупких гелей. Благодаря гибкости цепей в пространственной сетке эластичные гели сравнительно легко могут изменять свой объем при поглощении или отдаче растворителя, а при высушивании сохраняют свою эластичность. Эластичные гели поглощают только те жидкости, которые по отношению к ним могут являться растворителями.

Застудневание

Застудневание, студнеобразование, гелеобразование, желатинирование, желатинизация, превращение легко подвижной или вязкотекучей жидкости в твердообразное (т. е. лишённое текучести) тело, обладающее эластичностью, пластичностью, хрупкостью. Застудневание характерно для растворов высокомолекулярных соединений и коллоидно-дисперсных систем. Оно обусловлено возникновением пространственной структурной сетки (каркаса), пронизывающей весь объём жидкости и лишающей её подвижности. В растворах полимеров такая сетка образуется из макромолекул, соединённых силами межмолекулярного взаимодействия или химическими связями (см. Студни), в коллоидных системах — из сцепленных частиц дисперсной фазы (см. Гели, Дисперсная структура). Застудневание может быть вызвано повышением или понижением температуры, увеличением концентрации растворённого или диспергированного вещества, изменением состава системы вследствие химического взаимодействия её компонентов или введения специальных реагентов. Иногда застудневание обратимо, т. е. с изменением условий система многократно может переходить из жидкого состояния в твердообразное и наоборот. Однако при глубоких химических или физических изменениях в системе застудневание происходит необратимо.

Застудневание часто наблюдается и играет важную роль во многих природных и производственных процессах. Жидкий слой краски, лака, клея, фотографической эмульсии застудневает прежде, чем окончательно высохнуть. Застудневание происходит при введении электролитов в каучуковый латекс, при отверждении синтетических смол в производстве пластмасс, при охлаждении растворов желатины и крахмального клейстера, при свёртывании крови и т.п.

Многие органические и неорганические вещества естественного и искусственного происхождения при определенных условиях могут образовывать студни. В студнях частицы дисперсной фазы связаны между собой в сетчатый каркас, а дисперсионная среда заключена в промежутках между ними. Студни - это структурированные системы со свойствами эластичных твердых тел. Студнеобразное состояние вещества можно рассматривать как промежуточное между жидким и твердым состоянием. Студнями являются многие пищевые продукты (хлеб, мясо, джем, желе, мармелад, кисель, сыр, творог, простокваша). Студни высокомолекулярных веществ могут быть получены в основном двумя путями: методом образования студней из растворов полимеров и методом набухания сухих высокомолекулярных веществ в соответствующих жидкостях. Процесс перехода раствора полимера или золя в студень называется студнеобразованием. Студнеобразование связано с увеличением вязкости и замедлением броуновского движения и заключается в объединении частиц дисперсной фазы в форме сетки или ячеек и связывании при этом всего растворителя. На процесс студнеобразования существенно влияет природа растворенных веществ, форма их частиц, концентрация, температура, время процесса и примеси других веществ, особенно электролитов.
На основании свойств студни делят на две большие группы:

а) эластичные, или обратимые, получаемые из высокомолекулярных веществ;

б) хрупкие, или необратимые, получаемые из неорганических гидрофобных золей.

Свойства гелей и студней

1Тиксотропия

Многие гели и студни под влиянием механических воздействий при перемешивании, встряхивании и т.д. способны разжижаться, переходить в золи или растворы полимеров, а затем, при хранении в покое, с большей или меньшей скоростью вновь застудневать. Если вновь полученный гель или студень вновь перемешать, то он снова разжижается, вязкость его уменьшается до вязкости исходного золя или раствора полимера. Но стоит оставить полученную систему в покое, как она через некоторое время снова превращается в гель или студень.

Такое повторное разрушение студня и геля протекает изотермически и называется тиксотропией (от греческих слов тиксис - встряхивание и тропос - изменяться):

Тиксотропия - одно из доказательств того, что структурообразование в таких системах происходит за счет сил Ван-дер-Ваальса. Обратимость тиксотропных изменений иногда нарушается, если природа геля или студня или условия их хранения дают возможность одновременно развивать структурообразование и за счет сил главной валентности (например, вулканизация студней каучука). В таком случае переход студня в раствор уже не может быть осуществлен механическими воздействиями.

В тиксотропных превращениях частицы дисперсной фазы не сливаются друг с другом, не укрупняются, т.е. степень дисперсности не изменяется, а получаемые золи имеют одинаковую вязкость.

Тиксотропные гели образуются преимущественно в системах, частицы дисперсной фазы которых имеют удлиненную или пластинчатую форму. Это и обуславливает получение структур, легко разрушающихся при размешивании и встряхивании.

Для количественной оценки тиксотропии обычно определяют скорость студне- и гелеобразовании и прочность получаемых гелей и студней.

Однако явление тиксотропии наблюдается в относительно узкой области концентраций золей и растворов, а также электролитов-коагуляторов. Тиксотропия нарушается при развитии в системе процессов структурирования (за счет сил главной валентности) и синерезиса.

 

2Старение. Синерезис

При хранении гелей и студней в системах происходят изменения, связанные с агрегацией частиц, повышением твердости и эластичности, с гидратацией и т. д. Изменение свойств гелей и студней в процессе их хранения связывают со старением систем. При старении гелей и студней некоторые процессы протекают частично или полностью необратимо.

Особенно важное значение имеет процесс разделения геля или студня на две фазы, названный синерезисом. Обычно при хранении гелей и студней на их поверхности появляются капельки жидкости, размер и число которых постепенно увеличиваются, и, наконец, они сливаются в сплошную массу. Одновременно с выделением жидкости сам гель или студень уменьшается в объеме и обычно становится менее прозрачным.

Интересно, что гели и студни, сжимаясь в процессе синерезиса, сохраняют форму того сосуда, куда были налиты в виде жидкости до застудневания.

Большое влияние на синерезис оказывают примеси, т. к. некоторые из них, изменяя степень гидратации коллоидных частиц, способствуют синерезису. Механические воздействия на гели и студни также оказывают влияния на синерезис. Так, например, гели и студни под влиянием давления или встряхивания уже способны выделять жидкую фазу. Жидкая фаза, выделяющаяся при синерезисе, не является чистым растворителем, она представляет собой тот же золь или раствор полимера, но меньшей концентрации.

У студней ВМС процесс часто обратим. Иногда достаточно повысить температуру для того, чтобы систему, претерпевшую синерезис, вернуть в исходное состояние.

Если при хранении гелей и студней возникают химические процессы, то процесс синерезиса усложняется и его обратимость теряется.

Благодаря большой вязкости броуновское движение в гелях и студнях почти отсутствует, поэтому процессы уплотнения и упорядочения структуры в стареющих студнях протекают замедленно, что затрудняет синерезис.

Синерезис весьма распространен в технологических процессах производства промышленных и особенно продовольственных товаров. Так, например, студни каучука или нитроклетчатки при хранении, выделяя большое количество органических растворителей, приобретают новые свойства и не могут быть применены в производстве «маканных» резиновых изделий или искусственной кожи. Крахмальный клейстер с течением времени отдает воду, сокращается в объеме и, утрачивая в значительной степени клеящую способность, становится непригодным для производства изделий.

Синерезис наблюдается в мыловаренном, лакокрасочном производстве, при изготовлении вискозного, ацетатного и медноаммиачного шелка и т. д. Из-за синерезиса черствеют хлебобулочные изделия. Из-за него сильно ухудшается качество некоторых кондитерских изделий («отмокают» мармелад, желе, фруктовые джемы, карамели).

Синерезис развивается даже в живых клетках. Известно, что мясо молодых животных сочнее и нежнее, чем старых. Это объясняется тем, что с возрастом ткани животных из-за синерезиса и дегидратации становятся более жесткими, отвердевают.

В течение геологических эпох в природе идет процесс:

Свежеприготовленные студни с течением времени подвергаются изменениям, так как процесс структурирования в студне продолжается. При этом на поверхности студня начинают появляться капельки жидкости, которые, сливаясь, образуют жидкую среду. Образующаяся дисперсионная среда является разбавленным раствором полимера, а дисперсная фаза – студнеобразная фракция. Такой самопроизвольный процесс разделения студня на фазы, сопровождающийся изменением объема студия, называет синерезисом (отмоканием).

Синерезис рассматривается как продолжение процессов, обусловливающих образование студня. Скорость синерезиса различных студней различна и зависит в основном от температуры и концентрации.

Синерезис у студней, образованных полимерами, частично обратим. Иногда достаточно нагревания, чтобы студень, претерпевший синерезис, вернуть в исходное состояние, В кулинарной практике этим способом пользуются, например, для освежения каш, пюре, черствого хлеба. Если при хранении студней возникают химические процессы, то синерезис усложняется и его обратимость теряется, происходит старение студня. При этом студень теряет способность удерживать связанную воду (черствение хлеба). Практическое значение синерезиса довольно велико. Чаще всего синерезис в быту и промышленности нежелателен. Это черствение хлеба, отмокание мармелада, желе, карамели, фруктовых джемов.

 

 

⇐ Предыдущая567891011121314

Поделиться: