Исследование золь-гель перехода реологическими методами. Часть I. Методы проведения экспериментов

В настоящей работе были проведены реологические исследования процесса гелеобразования. Для исследования реологии гелеобразования нами был разработан измерительный комплекс, состоящий из нескольких измерительных ячеек типа Вейлера-Ребиндера, системы автоматического регулирования состава среды и системы термостабилизации. Данный комплекс предназначен для измерения зависимости величины предельного напряжения сдвига от времени, с момента начала золь-гель перехода до полного превращения золя в гель. Разработанная установка имеет широкий диапазон измеряемых величин предельных напряжений сдвига τ0 = (0,05÷50000) дин/см2. Использование разработанного прибора позволило установить вид начального участка кривой τ0 = f(t) и разработать методику более точного определения времени гелеобразования. С использованием разработанного метода было установлено, что классический метод определения времени начала золь-гель перехода по точке пересечения касательной к линейной части кривой τ0 = f(t) дает значительно искаженные результаты. Обнаружено новое явление, которое заключается в том, что кинетические кривые в координатах уравнения Аврами-Ерофеева-Боголюбова имеют точку перегиба, которая разделяет кинетическую кривую на две части, начальную и конечную. Было обнаружено, что константа k в уравнении Аврами-Ерофеева-Боголюбова не зависит от температуры и одинакова, как для начальной, так и конечной части кине- тической кривой. Она зависит только от химической природы реагирующей системы. Было обнаружено, что для начального участка кинетических кривых величина параметра n в уравнении Аврами-Ерофеева-Боголюбова составила n = 23,4±2,8 и, в отличие от конечного участка реологической кривой, не зависит от температуры. Большая величина этого параметра может быть интерпретирована как среднее число направлений роста фрактального агрегата в процессе его роста. Величина этого параметра зависит от химической природы частиц золя, участвующих в процессе гелеобразования. Обнаруженное поведение кинетических кривых обусловлено изменением механизма процесса и уменьшением числа возможных направлений роста фрактальных агрегатов. При этом процесс роста агрегатов постепенно переходит от трехмерного роста к двухмерной поверхностной геометрии и даже к одномерной линейной. Как было показано, это обусловлено стерическими затруднениями, возникающими при агрегации оставшихся частиц золя в сформированном геле. Опираясь на реологические измерения, золь-гель переход можно классифицировать как фазовый переход II рода.