（物理化学专业论文）粘土mgalmmh混合悬浮体的流变学性能.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名日期：z 胂手。兰j z 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：翟堑堕兰毒师签名：堡氆鍪圣日期：至竺! ：墨多 山东大学砸 学位论义 摘要 近年来，粘土分散体系的流变学一直是胶体化学研究的热点内容之一。以往 的研究虽然考察了电荷多分散性的影响，但研究的体系多是带相同电荷的、单 胶体颗粒的体系。对带相反电荷的混合胶体体系的研究，大多限于稀体系中聚沉 动力学的研究。随着体系中粒子浓度的增加，体系中颗粒间形成的聚集体将相互 关联而形成遍布空间的网架结构，颗粒虽然聚集但难以聚沉。因此，从微观结构 和宏观性能的相互关系入手研究带相反电荷的片状胶体颗粒的混合胶体体系，将 有助于揭示电荷相反的片状胶体颗粒间的相互作用及其对混合胶体体系微观结 构的影响，对了解分散体系的胶体和流变性质与粒子间的相互作用机理是非常有 益的。许多研究人员利用光散射以及流交仪等手段研究分散体系的胶体性质，但 是关于带相反电荷胶体体系的流变学性质的系统研究迄今为止鲜有报道。 本文采用液相共沉淀法合成了镁铝型混合金属氢氧化物 ( ( m a g n e s i u m a l u m i n i u m - m i x e dm e t a lh y d r o x i d e s ，简写为m g - a i m m h ) 纳米颗粒或溶 胶，并运用流变学，粒度分布，透射电子显微镜( t e m ) ，红外( i r ) ，电泳和电 动电位等实验手段对m m h 、蒙脱土以及合成锂皂石在水中形成的单一分散体系 和m m h 蒙脱土、m m h 合成锂皂石等混合悬浮体的结构和流变学性质进行了表 征。 通过z e t a s i z e r3 0 0 0 粒度分布仪研究了m m h 和粘土分散体系的粒度分布， 结果表明m m h 颗粒大小在1 4 0 h m 左右，而粘土颗粒的粒度分布较宽。t e m 照 片显示m m h 分散体系中粒度分布较均匀，其颗粒大小为6 0r i m 左右。t e m 所 显示的颗粒大小与z e t a s i z e r3 0 0 0 粒度分布仪所得到的结果有差别是因为粒度分 仰仪是依据动态光散射原理测定颗粒的流体力学半径，相当于等效球半径，而不 是颗粒的真实半径，其大小与粒子布朗运动有关；t e m 法的原理是依据样品颗 粒对入射电子的散射作用成相，两种测定手段的基本原理不同，因而所得半径不 一样，以t e m 法所测半径较小、结果较真实。 使用稳念和动念实验方式对分散体系进行流变学实验，发现， 1 对于单组分的分散体系，无论是阴离子粘土还是阳离子粘土分散体系， 随固含量的增加，分散体系逐渐从牛顿型流体向非牛顿型流体转变，但转变浓度 山东人学硕二l 学位论文 随物质类别、p h 以及离子强度的改变而不同。其中又以单分散的合成锂皂石f 直 径约为2 5 n m ，厚度约为l n m ) 分散体系的转变浓度最低。 2 运用流变学手段确定了m m h 分散体系的二元相图，发现，在低粒子浓 度时，分散体系在较高的离子强度下形成凝胶结构，离子强度进一步增加，分散 体系絮凝：m m h 浓度增加，发生溶胶凝胶转变的浓度减小，最终m m h 浓度在 2 0 2 2 范围内形成溶胶凝胶转变浓度区间，浓度进一步增大，分散体系形成 排斥型凝胶结构。当离子强度高于o 0 5 m o l k g 1 时，所有的分散体系均絮凝。 3 单组分分散体系的胶体和流变学性质与带相反电荷的m m h 粘土混合分 散体系的胶体和流变学性质有着明显的不同，单组分分散体系中由于颗粒带有同 种电荷，随分散相浓度的增加，颗粒间的距离减小，其双电层逐渐发生重叠，产 生静电排斥作用，使分散体系形成“排斥型”凝胶；而荷相反电荷的m m w 粘土 混合分散体系由于m m h 带有永久正电荷、粘土颗粒带有永久负电荷，m m h 颗 粒与粘土颗粒之间存在较强的静电引力，分散体系最终形成结构强度较大的“吸 引型”凝胶结构。 4 通过研究离子强度对分散体系流变学性质的影响发现，对2 6 的m m h 分敞体系，随离子强度的增加，m m h 颗粒的双电层厚度逐渐减小，颗粒间的斥 力减弱，使分散体系所形成的排斥型凝胶的结构强度逐渐减弱，相应地流变学参 数如弹性模量g 、粘性模量g ”和屈服值等均减小，发生凝胶溶胶转变：离子强 度继续增加，颗粒之间的距离减小，范德华引力逐渐成为颗粒之间的主要相互作 用，分散体系又重新形成凝胶结构；离子强度进一步增加，颗粒间的范德华吸引 作用变大，体系所形成的凝胶结构进一步增强；当离子强度为0 0 1 m o l k g “时， 分散体系形成的凝胶结构甚至比没有添加盐时的凝胶结构还要强。 5 研究p h 对分散体系的胶体和流变性质时的影响时发现，当m m h 的质 量分数较低( 3 ) 时，分散体系为溶胶体系，体系的p h 升高，发生从溶胶到凝 胶的转变，其原因主要有二：1 ) p h 升高，颗粒表面吸附o h 。，颗粒虽还带有永 久正电荷，但z e t a 电位下降；2 ) p h 升高，分散体系的离子强度增加，颗粒删 的双电层厚度减小，相应地斥力减弱，同时颗粒间的距离减小。综合以上两个因 素，随p h 升高，分散体系颗粒间的相互作用逐渐从排斥力向吸引力转变，最终 使分散体系形成吸引型凝胶结构。 山东大学硕士学位论文 6 对带相反电荷的粘土m m h 混合悬浮体进行研究发现，在较低质量分数 的m m h 溶胶分散体系中加入粘土，分散体系逐渐形成吸引型凝胶结构，其结构 强度较大。使用小幅震荡剪切方式研究该混合分散体系的恢复时发现，随粘土含 量的增加，分散体系的结构恢复逐渐加快，是因为单组分的分散体系在高速剪切 后的结构恢复，开始时较快，一段时间后，由于体系中结构的形成阻碍了颗粒的 恢复，类似于玻璃态聚合物的老化过程，使体系表现出协同的自衰减过程。但对 于混合悬浮体，由于颗粒之间为静电吸引相互作用，分散体系在剪切后的恢复较 快。 论文主题词：蒙脱土分散体系 合成锂皂石m m h 流变学性质 山东大学礤卜学 芷论义 a b s t r a c t r e c e n t l y , r h e o l o g i c a lp r o p e r t i e s o fc l a y d i s p e r s i o n s h a v e b e e no n eo ft h e i n t e r e s t i n gf i e l d so fc o l l o i d a ic h e m i s t r y m o s tr e s e a r c h e sh a db e e nt b c u s e do f t t h e i n f l u e n c e so f c h a r g e p o l y d i s p e r s i t yo f d i s p e r s i o n so f s i n g l ec h a r g e d c o l l o i d a lp a r t i c l e s ， a n df o rm i x e dc o l l o i d a ld i s p e r s i o n s ，m o s tw o r k sw e r ec o n c e n t r a t e do na g g r e g a t e d y n a m o so fd i l u t e ds y s t e m s w i t h t h ei n c r e a s eo f p a r t i c l e c o n c e n t r a t i o n ，t h e t h r e e d i m e n s i o n a ln e t w o r ka l lo v e rt h ew h o l ed i s p e r s i o nw a sg r a d u a l l yf o r m e dd u e t o p a r t i c l ea g g r e g a i o n ，t h o u g hp a r t i c l e sa g g r e g a t e db u ti m p o s s i b l et o s e d i m e n t a t i o n h e n c et o i n v e s t i g a t e t h e p r o p e r t i e s o fm i x e dc o l l o i d a l d i s p e r s i o n sc o n t a i n i n g o p p o s i t e l yc h a r g e dp a r t i c l e sw i l lg e tb e t t e ru n d e r s t a n do f t h ei n f l u e n c e s 。fo p p o s i t e l y c h a r g e dp a r t i c l e so np a r t i c l e si n t e r a c t i o n sa n dd i s p e r s i o nm i c r o s t r u c t u r e su n d e rh i g h p a r t i c l ec o n c e n t r a t i o n s 。t h o u g hm a n y r e s e a r c h e sh a v e 皤琏g r e a ta t t e n t i o nt oc o l l o i d a l p r o p e r t i e su s i n gl i g h ts c a t t e r i n ga n dr h e o m e t y ，t h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so fm i x e d d i s p e r s i o n sc o m p o s e d o f o p p o s i t e l yc h a r g e dp a r t i c l e s h a v en o th i t h e r t ob e e n t h o r o u g h l ys y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t e d 。 i nt h i sp a p e r ，m g a 1 一m m h ( m a g n e s i u m a l u m i n i u m - m i x e dm e t a lh y d r o x i d e s ) s o lw a ss y n t h e s i z e db yan o n s t e a d yc o p r e c i p i t a t i o nm e t h o d ，a n dt h es h a p e ，s i z e ， c r y s t a ls t r u c t u r ea n dt h e o l o g i c a lp r o p e r t i e so fd i s p e r s i o n so f m m h ，m o n t m o r i l l o n i t e 1 a p o n i t e ，m m h m o n t m o r i l l o n i t e ，l a p o n i t e m m hw e r es t u d i e dw i t hr s 7 5r h e o m e t r y , i r p o w d e rx * r a yd i f f r a c t i o n ( x r d ) ，t r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p e ( t e m ) e l e c t r o p h o r e s i sa n d z e t a s i z e r3 0 0 0 t h es i z ed i s t r i b u t i o nw a ss t u d i e db yz e t a s i z e r t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h es i z eo f m m h p a r t i c l e sw a sa b o u t1 4 0n m ，a n d t h ep o l y d i s p e r s i t yo fm o n t m o r i l l o n i t ec l a yw a s m u c hh i g h e rt h a nm m h d i s p e r s i o n s t e mm i c r o g r a p h si n d i c a t e dt h a t t h es i z eo f m m hw a sa b o u t6 0r i ma n dt h ep a r t i c l e sw e r ep l a t e l i k e + t h e r ew a ss o m ed i f f e r e n c e b e t w e e nt h er e s u l t so f t e ma n dz e t a s i z e r3 0 0 0 d u et ot h e i rm e a s u r e m e n t p r i n c i p l e s t h em a i n l yr e s e a r c hr e s u l t so ft h i st h e s i sa r ea st b l l o w s ： 1 t h er h e o l o g i c a lr e s p o n s e so fs i n g l ec o m p o n e n td i s p e r s i o n sg r a d u a l l yc h a n g e d f r o mn e w t o n i a nf l u i dt on o n n e w t o n i a nf l u i dw i t ht h e i n c r e a s eo fw e i g h tf r a c t i o n 4 山东人学硕士学位论文 w i t h o u tr e s p e c to fe i t h e ra n i o nc l a yo rc a t i o nc i a y , b u tt h et r a n s i t i o n a lc o n c e n t r a t i o n s v a r i e dw i t ht h ed i f f e r e n ts p e c i e s ，p h ，i o n i cs t r e n g t h ，a n ds oo n 。 2 t h ep h a s ed i a g r a mo fm m h d i s p e r s i o n sw a sd e t e r m i n e du s i n gt h er h e o l o g i c a l m e t h o d s f r o mt h ep h a s ed i a g r a m ，i tc a l lb es e e nt h a tt h e d i s p e r s i o nf o r m e d t h e t h r e e d i m e n t i o n a l g e l s t r u c t u r ei nr e l a t i v e h i g h e r i o n i c s t r e n g t h a tl o w e rm m h c o n c e n t r a t i o n ，w i t ht h ei n c r e a s eo fi o n i cs t r e n g t h ，m m hd i s p e r s i o n sf l o c c u l a t e d ，a n d t h et r a n s i t i o n a lm m h c o n c e n t r a t i o n ss h i f t e dt oi o w e rv a l u ew i t ht h ef u r t h e ri n c r e a s e o fm m h c o n t e n t s ，f i n a l l y , at r a n s i t i o nr e g i o n b e t w e e nt h ed i l u t er e g i o no f n e w t o n i a n b e h a v i o ra n day i e l d i n gt y p eo f r e s p o n s eo c c u r r e da ta p p r o x i m a t e l y2 0 2 2 t h e h i g h e rt h em m hc o n c e n t r a t i o n ，t h es t r o n g e rt h eg e ls t r u c t u r e t h er e s e a r c hs t u d i e s i n d i c a t e dt h a tw h e nt h ei o n i c s t r e n g t h w a sh i 垂e rt h a n0 ，0 5 t o o l + k g 4 a l lt h e d i s p e r s i o n sf l o c c u l a t e dw i t h o u t t h em m hc o n c e n t r a t i o n 3 。t h ec o l l o i d a la n d r h e o l o g i c a lp r o p e t n t i e so f s i n g l e c o m p o n e n td i s p e r s i o n sw e r e v e r yd i f f e r e n tf r o mt h o s eo fd i s p e r s i o n sc o m p o s e do fo p p o s i t e l yc h a r g e dc o l l o i d a l p a r t i c l e s 。i ns i n g l e c o m p o n e n td i s p e r s i o n s ，w i t ht h ei n c r e a s eo f c l a yc o n c e n t r a t i o nt i l e d i s t a n c e sa m o n g p a r t i c l e sw e r ed e c r e a s e d a n dt h ed i f f u s el a y e r sg r a d u a l l y o v e r l a p p e d s ot h ed i s p e r s i o nt b r m e dr e p u l s i v eg e ld u et ot h ee l e c t r o s t a t i cr e p u l s i v ei n t e r a c t i o n s ， b u tt h eo p p o s i t e l yc h a r g e dd i s p e r s i o n sf i n a l l yf o r m e da t t r a c t i v eg e ls t r u c t u r eb e c a u s e o ft h es t r o n g e re l e c t r o s t a t i ca t t r a c t i v ef o r c e so f o p p o s i t e l yc h a r g e dp a r t i c l e s 4 f r o mt h er e s u l t so ft h ee f f e c to fi o n i cs t r e n g t ho nt h er h e o l o g i c a lp r o p e r t i e s ，i t c a nb eo b t a i n e dt h a tw h e ni n c r e a s i n gi o n i cs t r e n g t h ，t h er h e o l o g i c a lp a r a m e t e r so f 2 6 m m h d i s p e r s i o n s ，s u c h a sy i e l ds t r e s s ，g a n dg ”f i r s td e c r e a s e dt oam i n i m u m ， t h e ni n c r e a s e d s l o w l y t oa h i g h e r v a l u et h a nt h a tw i t h o u tn a c l t h e s er e s u l t s i n d i c a t e dt h a tt h ef i n a l l yo b t a i n e dm m h g e td i s p e r s i o nh a dv e r yi o w i o n i cs t r e n g t h a n dh a day i e l ds t r e s so f9 18p ai n d i c a t i n gt h ee x i s t e n c eo fs t r o n g r e p u l s i v e i n t e r a c t i o n sa m o n gp a r t i c l e s w h e na d d i n gv e r ys m a l la m o u n to fn a c it om m h d i s p e r s i o n s ，t h e e f f e c t i v er a d i id e c r e a s e db e c a u s eo ft h ec o m p r e s s i o no fe l e c t r i c d o u b l e l a y e r s ，t h e r e f b r et h er e p u l s i v e f o r c e sw e r ew e a k e n e d 。s ot h ey i e l ds t r e s s d e c r e a s e da sw e l la sg a n dg ”w i t hf u r t h e ri n c r e a s i n gt h ei o n i cs t r e n g t h ，am i n i m u m c a nb eo b t a i n e dd u et ot h ea t t e n u a t i o no ft h et h i c k n e s so fe l e c t r i cd o u b l el a y e r b u t ；f 5 山采夫学 磺七学位避文 t h ei o n i cs t r e n g t hr i s e dm u c hh i 幽o r , t h er e p u l s i v ed o u b l el a y e rp o t e n t i a lw a sa l m o s t s c r e e n e da n dv a nd ew a l i sa t t r a c t i v ef o r c e sd o m i n a t e dt h ew h o l ed i s p e r s i o n t h e h i g h e rt h ei o n l es t r e n g t h , t h es t r o n g e rt h ev 8 强d ew a l l sa t t r a c t i v ef o r c e s ，u i t i m a t e t y w h e nt h en a c ic o n c e n t r a t i o nw a go ，0 1 t o o l k g “i n2 6 m m hd i s p e r s i o n ，t h eg e i s t r u c t u r a ls t r e n g t hw a sh i g h e rf t t a nt h a tw i t h o u ts a l ta n ds t r o n ge n o l l g ht ow i t h s t a n d 辫 a v i t a t i o n a s t r e s s e sa n dc a nb e a r t h e i ro w n w e i g h t ，i n d i c a t i n gt h a tt h es t r u c t u r eo f d i s p e r s i o nc h a n g e d f r o m r e p u l s i v eg e l 媳a t t r a c t i v eg e l u n d e rv e r yh i g hi o n i cs t r e n g t h 5 t h ee f f e c to fp ho nt h e o l o g i c a lp r o p e r t i e sw a sa l s oi a v e s t i g a t e d - w i t h i n c r e a s i n gp ho f3 m m hd i s p e r s i o n 8s o 堍e lt r a n s i t i o na p p c m e d t h e r ew e r e m a i n l yt w or e a s o n s ：t ) z e t ap o t e n t i a ld e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fp 飘d u et ot h e a d s o r p t i o no f o h 4o nm m h p a r t i c l e s 2 ) t h ei o n i cs t r e n g h i n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s e 龌蚤 ，s ot h ee l e c t r i cd o u b l el a y e r 、髂t h i n n e d , a n da c c o r d i n g l yt h er e p u l s i v et h r e e s w e a k e n e d 。t h ed i s t a n c e so fp a r t i c l e sd e c r e a s e d ，t i n a l l yv a n d ew a a l sa t t r a c t i v et h r e e s d o m i n a t e dt h ew h o l ed i s p e r s i o n s ，c o n s i d e r i n ga l lt h e s et w of a c t o r s ，t h ed i s p e r s i o n f o r m e da e m e f i v eg e ts t r u c t u r ed u e 舒t h e p a r t i c l ei n t e r a c t i o n sc h a n g e d f r o mr e p u l s i v e f o f e e st oa 娃r a e t i v ef o r c e sw i t ht h ei n c r e a s eo f p h 6 t h em i x e dc l a y m m hs u s p e n s i o n sf o r m e da t t r a c t i v eg e ts t r u c t u r ea t r e l a t i v e l o wc o n c e n t r a t i o n sd u et ot h ep a r t i c l ei n t e r a c t i o n sc h a n g e df r o mr e p u l s i v ef o r c e st o a t t r a c t i v ef o r c e sa n dt h eg e ts t r u c t u r es t r e n g t hw a sh i g h e rt h a ns i n g l ec o m p o n e n t d i s p e r s i o n s t h e r e c o v e r yp r o c e s s e s w e r e i n v e s t i g a t e du s i n g s m a l lm a g n i t u d e o s c i l l a t o r yt e s t t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h es t r u c t u r er e c o v e r yw a sg r a d u a l l yq u i c k e r w i t ht h ei n c r e a s eo fc l a yc o n c e n t r a t i o na tm m hd i s p e r s i o n s 。t h er e o r g a n i z a t i o no f s i n g l ec o m p o n e n td i s p e r s i o n s 燃b ei n t e r p r e t e d a sa c o o p e r a t i v es e l l = d e l a y i n g p r o c e s ss i m i l a rt ot h ea g i n go fg l a s s yp o l y m e r so rp r e c i p i t a t i o nf r o ms u p e r s a t u r a t e d s o l i ds o l u t i o n s 、b u t 孙rm i x e de l a y m m hd i s p e r s i o n s t h er e c o v e r y p r o c e s s w a s q u i c k e rt h a ns i n g l e - c o m p o n e n t c l a yo rm m hd i s p e r s i o n s d u et ot h ee l e c t r o s t a t i c a t t r a c t i v ei n t e r a c t i o n so f o p p o s i t e l yc h a r g e dp a r t i c l e s k e y w o r d s ：m o n t m o r i i l o n i t e l a p o n f f ed i s p e r s i o n m m h r h e o l o g i c a lp r o p e r t i e s 6 山东大学顾l 学位论立 一前言 1 1 流变学简介 1 1 1 流变学简史 流变学( r h e o t o g y ) 是研究物质的形变和流动的科学研究物质对所施加 的应力或者形变的响应。“流变学”这一术语是美国印地安纳州l a f a y e t t e 学院的 教授e u g e n ec b i n g h a m 于1 9 2 8 年提出。所有的物质都具有流变学性质。 1 9 2 9 年，美国成立流变学会时，采用该定义，标志流变学成为一门独立的 学科。并于1 9 2 9 年出版了第一期流变学杂志。 1 9 4 5 年1 2 月国际科学联合会( i n t e r n a t i o n a lc o u n c i lo f s c i e n t i f i cu n i o n s ) 组 织了一个流变学联合委员会，1 9 4 7 年在冯卡门主席的主持下举行了第一次会议。 1 9 7 3 年，国际流变学委员会被接纳为国际纯粹和应用化学联合会的分支机 构。 1 9 7 4 年被接纳为国际理论和应用力学联合会的分支机构。 1 1 2 流变学的主要研究内容 流变学属于多学科交叉的学科，到现在已经成为科学研究的一个重要领域， 研究范围非常广泛，研究范畴涉及物理、化学、材料等学科。对分散体系，流变 学研究在许多领域如理论研究、工业生产和日常生活( 化妆品，农用化学品，油 阳化学品等) 中有重要应用。分散体系流变性质是体系的微观结构及内部相互作 用的宏观表现，流变学主要研究体系的剪切致稀( 稠) 、粘弹性、触变性等流变 性质。 1 1 2 1 分散体系按流变曲线的类型不同主要分为以下四类，图1 1 e 孙： 1 牛顿流体，是指液体的流动曲线是一条直线，即粘度不随剪切应力或剪 切速率的改变而变化。 2 假塑性流体，指剪切速率增大时变稀的流体。 3 胀流性流体，指剪切速率增大时粘度变大的流体。 4 具有屈服值的假塑性流体，指剪切应力增大到某一值之后，体系才丌始 流动，并且流动过程中体系的粘度不变，体系表现出“屈服值”特性。 除牛顿流体外，其余均为非牛顿流体。 1 1 2 2 粘弹性 山东夫学颧上学位论文 分散体系的粘弹性质怒流变学研究的主要内容之一。粘弹性是指某一物质或 体系嗣时是有霾 奉蒡鞋滚 奉款性展，糙弹。戆的表，匹通常是在线性糙弹区内遴芎亍躲。 线性粘弹区悬指当施加一应力时，体系产生成比例的形变。蓿选择很高的应力， 则产生非线性应变，这时测得的参数就不是样品的特性常数，而与施加的实验条 传毒关 3 1 。理想霆俸只冥有弹性，理憋液体i g 气体只具专糕性。 k 餐 疆 丑 鏊 越 耀 图1 1 不溺流体静流变曲线： 牛顿涟体，假塑陡流体，胀滤性流体，具糟摧服傻的假塑性流体 确定线性糖弹嚣的方法很多，常用的流交实验方法不是德秘懂定的应力产生 稳态溅动( s t e a d yf l o w ) ，两是给旗弹性榉晶施加振荡应力或皮变。如用正弦函数 的方式施加应变y ，记录产生的威力t ，进而求得弹性模量g ( s t o r a g e m o d u l u s ) ， 与粘髓模量g ”( 1 0 s sm o d u l u s ) 躐复合摸量g ( c o m p l e xm o d u l u s ) 。当g 开始 下黪露对应懿体系彤变，则为线性糙弹区豹边界。b a r u t 等“。认为，体系的弹性 模量更能准确地反应体系结构的变化，因而常以弹性模量的变化作为线性粘弹区 判定的标准。 鬟滚变仪迸嚣线性糕撵速憨溅定瓣，转予不再帮一个方翅连续旋转，霹是融 正弦函数的方式左右交替一个小角度，样品被强制地以同样的正弦函数的方式产 生应变y ，在样品中产生应力t ，7 与t 之间的楣位角为6 。夏合模董g = td 孙 h 表示在振荡实验中掰热正弦波应力懿摄辐，y ：为应交振幅。在这种动态实验 中，施加的应力在线性粘弹区内，使样品内部结构不被破坏，几乎在静止状态下 接受流变学测定口4 - 7 j 。 山东大学硕上学位论c = g + = g + i g ” g k fg 。c o s 6 g + = ( g 。2 + g ”2 ) 。2 g 2 g fs i n 6 g 表示以弹性形式贮存于体系内的能量的大小，g ”表示流体流动部分能量 的大小。当g g ”，表示该物质表现为类固体行为：当g 5 m m ) 非胶体粒子，其流变行为受控于流体力学相兀作月。 体积分数的影响 体积分数是影响流变学性质的主要因素之一。般认为，对带电胶体粒子的 分散体系在低体积分数时，由于颗粒间的距离较远，颗粒双电层之间没有发生 重叠，颗粒之问的相互作用较小，表现在宏观流变学性质为牛顿型流体，随着体 积分数的增大，颗粒之间的双电层之间发生交叠，颗粒之间产生静电排斥相互作 用，形成凝胶结构。体积分数进一步增大，颗粒白j 静电排斥相互作用增大，凝胶 结构强度更大 3 , 2 0 , 2 5 - 2 7 j 。 对合成锂皂石分散体系进行研究发现 2 6 ，如图1 2 ，在低浓度时，分散体系 中由于颗粒之间的相互作用较弱，分散体系表现为溶胶，随合成锂皂石颗粒浓度 的增加，不同颗粒间的双电层发生重叠，产生静电排斥作用，使分散体系形成凝 胶结构。浓度越大，结构强度越大。 s h e a rr a t e s 。 幽1 2 合成锂皂石分散体系的流变曲线 i l a p o n ir e ；= o 勰( ) ，0 7 5 ( ) 1 ( ) ， 图1 3 温度对分散体系流变| 生质的影响 ( 2 0 ) 口( 2 2 ) ( 2 4 ) 0 ( 2 6 。c ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) ( 3 0 ) 温度的影响 当颗粒表面覆盖高聚物分子时，体系温度的变化将改变聚合物分子的构象， 颗粒间的作用力因此而改变，体系的流变学相应地发生变化泌3 0 1 。y a n e z 2 ”等研 究改性氧化铝己醇体系在不同温度下的储能模量时，发现，随温度的降低， 体系逐渐以粘性响应为主向弹性响应为主转变。 图1 3 是表面覆盖着一层二氧化硅的絮凝分散体系在十六烷中的弹性模量 j 2 9 j 。可见，温度降低到3 0 。c 以下会使分散体系形成具有弹性的网状结构，因为 山东大学硕上学位论文 在3 0o c 平n2 9 。c 之制，分散体系性质会发生急剧变化，由粘性响应为主向弹性响 应为主转变。进一步降低温度会使粒子间引力继续增大，导致弹性模量继续升高。 在给定体积分数下，弹性模量或剪切模量随粒子体积减小而增大，是因为随粒子 体积减小，单位体积内粒子与粒子之间的碰撞机会增加。 r a m s a y 等口叫研究了温度对合成锂皂石分散体系凝胶化过程的影响。在应变较 小条件下研究分散体系凝胶化过程的弹性模量变化，温度( 1 6 3 2 。c ) 稍微增加 就会使凝胶化速率迅速增加。虽然在低温时凝胶化过程要比高温时长得多，但是 弹性模量的平衡值却非常接近。 p h 的影响 p h 是影响分散体系流变学性质的另一主要因素 3 1 - 3 7 1 。由于粘土表面独特的 电性质，在不同的环境中分散体系会具有不同的分散状态，从而表现出不同的流 变学性质。粘土分散体系中，粘土颗粒一般有如下几种缔合结构 5 1 ： d 图1 - 4 粘土在水中的不同结构”( a ) 分散( b ) 面一面( f - f ) 堆积 ( c ) 边一面( e - f ) 连接( d ) 边一边( e e ) 连接 p h 值的大小影响粘土颗粒表面的带电符号。k e r e n 等【3 3 1 等测定在不同的p h 值时水介质中n a + 一蒙脱土浓度为o 1 ( w w ) 时的临界絮凝值，发现p h 分别为5 ， 7 5 ，8 5 ，和9 8 时n a c l 的临界絮凝值为1 0 ，1 3 ，3 l ，和4 4m m o l 1 。表明粘土 颗粒侧边负电荷密度随p h 值的升高而减少：而p h 值降低将导致絮凝值降低， 同时使带负电的侧边和表面以e e 和e f 方式的缔合增加。在p h 9 8 时低浓度 ( 0 1 w w ) 的n a + 一蒙脱土分散体系形成的三维空间结构，其中以f f 缔合方 式为主，而以e f 和e e 方式缔合，拥有比低p h 值时更高的捕获层间水的能力。 b r a n d e n b u 3 4 j 基于浓n a 十一蒙脱土分散体系流变数据认为颗粒侧边f 电荷密度 较低导致在p h 值范围为5 7 5 时e e 缔合被破坏。 t o r r a n c e 等【3 5 1 研究了p h ( 4 8 ) 对粘土屈服值的影响，发现p h 降低，屈服 山东大学硕 学位论文 值增加，p h = 5 5 时，屈服值最大，之后，屈服值降低，认为最大屈服值处的 p h 为等电点( i e p ) 。t a d r o s 等 3 6 】研究了n a + 蒙脱土分散体系的粘弹性，测定 了p h = 3 1 0 范围内分散体系的剪切模量和屈服值( 外推法) ，在p h = 7 时呈最 大值，认为是边面缔合。d h 大于7 ，侧边正电荷的降低导致了流变参数的减小： p h 小于7 ，流变参数的降低是由于可用于建立“卡片房子”的颗粒数目的减少。 b e n n a 等【3 7 】研究了p h 对n a + 蒙脱土分散体系的流变学性能的影响，发现其 固有的p h 为中性或弱酸性，当p h 增加时，屈服值先降低，达到一最低值后迅 速增加：当p h 减小时，屈服值增加，在弱酸性时达到最大值，随p h 的进一步