Свойства гелей и студней

Классификация и применение гелей и студней

ГЛАВА 11

ГЕЛИ И СТУДНИ

Ранее (в п. 10.9) было описано застудневаниерастворов ВМВ. В его результате образуются студни, - структурированные системы полимер - растворитель, характеризующиеся отсутствием текучести. Студни могут возникать и при сильном набуханииполимеров. При коагуляционном структурообразованиив коллоидных системах (золях, суспензиях, пастах) образуются подобные структурированные системы - гели. Так как в образовании и в свойствах студней и гелей много общего, понятия «гелеобразование» и «застудневание» (желатинирование) обычно употребляют в качестве синонимов. Аналогичным образом часто считается, что «гели» и «студни» также представляют собой одни и те же системы, хотя между ними и имеются заметные различия.

Студни являются гомогенными системами, структурный каркас в которых образован макромолекулами (макроионами) ВМВ, тогда как гели - гетерогенные системы, относимые к классу Т/Ж, каркас которых состоит из твёрдых частиц дисперсной фазы. Гели могут быть подвергнуты высушиванию, при котором твёрдый пространственный каркас теряет жидкую дисперсионную среду, но при этом сохраняет прежние объём и форму, а также прочность. Во многих случаях прочность гелеобразной структуры при высушивании или при прокаливании даже во много раз возрастает. Высушенный гель при погружении в воду или в другую жидкость может поглощать её, снова превращаясь в лиогель. Студни после высушивания теряют форму и объём, хотя при набухании могут снова приобрести студнеобразные свойства.

Гели с сохраняющейся в ячейках каркаса жидкой дисперсионной средой называются лиогелями. В зависимости от природы этой жидкой среды различают гидрогели( с водной средой), органогели (со средой на основе органических жидкостей, например, углеводородной, спиртовой и т. п.). Лиогели широко распространены в природе. Ими являются почвы, грунты, увлажнённые глины и аргиллиты. Типичным гидрогелем является минерал опал. Глиняное тесто, применяемое для изготовления керамической посуды, в том числе фарфоровой и фаянсовой, а также строительной керамики – кирпича, черепицы и т. п., цементный и известковый строительные растворы, смешанный с водой строительный гипс («алебастр») тоже представляют собой гидрогели. Гелеобразную структуру имеют кости и зубы человека и животных. Имеются гелеобразные лекарства, причём в их названиях обычно присутствует слово «гель», например, «Альмагель», «Маймагель», «Фосфалюгель» и т. п. Следует отметить, что эти лекарственные средства представляют собой гели с очень непрочной пространственной структурой, легко разрушающиеся при встряхивании.

Вместе с тем многие применяемые в быту чистящие, косметические и лекарственные средства, в рекламных целях называемые гелями, такие, как «Фастум-гель», «Вольтарен-гель» и др., на самом деле могут и не являться гелями, а представлять собой густые мази или высококонцентрированные эмульсии.

Гели, в результате высушивания потерявшие жидкую среду, называются аэрогелями или ксерогелями.

Это хрупкие микропористые тела, которые используются в качестве сорбентов и носителей (например, в хроматографии и катализе), а также поглотителей влаги. Примером широко используемых в химии и фармации поглотителей влаги могут служить силикагель (ксерогель кремниевой кислоты) и синтетические и природные цеолиты. Ксерогелями являются керамические материалы – кирпич, черепица, фарфоровые и фаянсовые изделия и др.

Студни отличаются от гелей эластичностью, а также способностью к набуханию. Поэтому их часто называют эластичными или набухающими гелями. Студни очень широко используются в самых разнообразных отраслях промышленности и в быту. Так, студнеобразную структуру имеют каучук, резина, целлулоид, различные клеи, желатин, светочувствительный слой фотоматериалов, цитоплазма, растительные и животные ткани, а также большинство продуктов пищевой промышленности - макаронные изделия, хлеб, различные желе и заливные блюда, сыры, кисломолочные продукты – простокваша, кефир, йогурты и т. п. Существуют студни, содержащие очень мало (1 - 2 % и менее) сухого вещества, например, кисель, студень, простокваша, а наряду в ними и студни со значительным содержанием дисперсной фазы - сыры, макаронные изделия, основа хлеба и других выпечных изделий, заключённая между пузырьками воздуха.

Студни применяются в медицине и в фармации. Так, студни агар-­ага­ра и желатина используются в микробиологии в качестве питательной среды для микроорганизмов. Существуют желатиновые капсулы, облегчающие дозировку при приёме и маскирующие неприятный вкус многих лекарств. Эти капсулы, в особенности мягкие, имеют студнеобразное строение. При фармакологических исследованиях следует помнить, что проникновение лекарственных и биологически активных веществ в ткани и клетки подчиняется особенностям и закономерностям диффузии в студнях.

Поскольку студни и гели образуются из других систем – из растворов высокомолекулярных веществ или из сухих полимеров при их набухании, из коллоидных растворов, суспензий и паст, они во многом сохраняют присущие этим исходным системам свойства. Так, гомогенные студни, полученные из растворов ВМВ, обладают теми же оптическими свойствами, что и эти растворы – прозрачностью, опалесценцией и т. п. Напротив, гели, как и исходные суспензии и пасты непрозрачны. Хотя в природе имеются примеры относительно прозрачных или просвечивающих гелей, примером которых могут служить многие разновидности опала. Так как гели являются связнодисперсными системами, при прохождении через них постоянного электрического тока наблюдается электрооосмос, а при продавливании сквозь них воды можно зарегистрировать возникновение потенциала протекания. По той же причине связнодисперсности применительно к гелям, а также и к гомогенным студням неприменимы понятия седиментационной и агрегативной устойчивости. Седиментация частиц дисперсной фазы и макромолекул в них вообще невозможна, а агрегативная устойчивость была потеряна гелями уже на стадии их формирования. Следует только отметить, что наиболее прочные пространственные каркасы гелей образуются при полном снятии факторов агрегативной устойчивости. А если частицы сохраняют какие-либо из этих факторов – гидратированность, электрокинетический потенциал и др., - связь между частицами в каркасе соответственно будет менее прочной, вплоть до того, что многие гели при механических воздействиях способны к разрушению структуры.

Наряду с этим гели и студни обладают рядом специфических свойств, о которых говорится ниже.

Дата добавления: 2013-12-12