11.2. Свойства гелей и студней

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.

11.2.1. Тиксотропия

Это свойство присуще в большей степени гелям, чем студням. Как уже говорилось, при гелеобразовании некоторые факторы устойчивости (например, сольватные оболочки, двойной электрический слой, адсорбционные слои поверхностно-активных веществ) могут быть не уничтожены полностью, а сняты лишь частично. Поэтому при механических воздействиях  вибрации, тряске, сильном давлении и др.  связи между элементами пространственной структуры таких гелей могут довольно легко разрушаться, что приводит к появлению текучести (см. п. 10.10). При снятии внешних воздействий структура геля вновь восстанавливается. Такой обратимый переход золь  гель или суспензия  гель и называется тиксотропией. Тиксотропными свойствами обладают строительные материалы (известковый раствор, незатвердевшие цемент и бетон), лакокрасочные материалы, консистентные смазки, многие пищевые продукты (сметана, простокваша, пюре и др.). Типичными тиксотропными системами являются болотный ил, зыбучие пески, плывуны. Многие тиксотропные грунты, в обычных условиях вполне твёрдые, способны разжижаться при нагрузках и вибрациях, связанных с работой машин, интенсивным движением транспорта и др., что может явиться причиной оползней.

Тиксотропия часто совершенно необходима. Например, глинистый раствор, служащий смазкой при бурении скважин, является жидким при вращении труб, но при остановках практически сразу же становится достаточно плотным гелем, препятствующим изгибанию труб, осыпанию и обрушению стенок скважин, а также оседанию крошек измельчённой породы и заклиниванию ими бурового инструмента. При возобновлении вращения колонны глинистый раствор из-за тиксотропных свойств снова довольно легко разжижается. Тиксотропные свойства паст шариковых авторучек препятствуют вытеканию их из ампулы при прекращении письма, но при первых же движениях шарика паста разжижается и равномерно подаётся на бумагу. Общеизвестно, что кисломолочные продукты, сметана, кетчупы и т. п. при стоянии заметно снижают свою текучесть, которая восстанавливается при размешивании. Аналогично ведут себя многие лекарственные и косметические мази, суспензии, высококонцентрированные эмульсии.