凝膠化現象

凝膠化(英文名稱gelatinization;gelation)一般是指一些溶液在冷卻時,會逐漸變得粘稠,最後失去流動性而成為具有彈性的膠凍,膠凍能承受較大的壓力,這種現象叫做凝膠化現象。凝膠又稱為“膠凍”,溶膠或溶液中的膠體粒子,或高分子聚合物在一定條件下互相連線,形成空間網狀結構,結構的空隙中充滿了作為分散介質的液體(在乾的凝膠中也可以是氣體),這樣一種分散體系粘稠並失去流動性能。例如:

1、動物明膠是一種非均勻的多肽混合物,分子量在10000~70000,不溶於冷水,可吸收5~10倍重量的水。將明膠溶於熱水,製成10~15%濃度的溶液,冷卻到10℃下保溫一段時間,溶液就成為不能流動的膠凍。這是由於明膠分子在溶液冷卻時吸收了大量的水而形成膠凍。當膠凍失去水分後,體積顯著縮小,重新吸水後又膨脹起來,這種凝膠化現象顯然是物理變化。
2、多官能團單體聚合到某一程度,得到的仍含有活性官能團的線性聚合物,在一定的條件下由於分子間的交聯反應使體系的粘度驟然增大而產生凝膠(即不熔不溶的體形聚合物),漸漸失去流動性,也是一種凝膠化現象。顯然這是化學變化,是不可逆的。在剛出現凝膠化現象時的反應程度叫做凝膠點(Gel Point)或凝膠溫度。此時聚合體系分為兩部分,即巨型網狀結構的凝膠,不溶於聚合體系的任何溶劑,小分子的聚合物,籠罩在網狀結構中。
在聚合反應過程中凝膠作用何時會發生,可以通過理論估算或試驗測定凝膠溫度的方法來確定。凝膠溫度基本上決定於聚合度,聚合度越高凝膠溫度越低,凝膠溫度也決定於濃度,溶液的濃度越高,凝膠溫度越低。聚合物的交聯化是以聚合過程中的凝膠化現象為標記。以體型縮聚反應為例,以P代表聚合度,Pc代表凝膠點,當P<Pc為甲階預聚階段,聚合物仍有良好的溶、熔性能。當P=Pc時乙階聚合物,溶解性能變差,仍能熔融;當P>Pc丙階聚合物,不熔不熔。

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