Нелинейность гелевых оксигидратных систем

Гелевые оксигидратные системы (ГОС) редкоземельных элементов, а также оксиды-гидроксиды некоторых d – элементов, таких как цирконий, ниобий, титан и других, являясь весьма труднорастворимыми, склонны к диссоциации по кислотно-основному механизму, а, следовательно, к проявлению ионообменных и адсорбционных свойств.

Гелевые оксигидратные системы в определенной мере обладают фрактальными, а, следовательно, мезофазоподобными свойствами, то есть близки к жидкокристаллическому состоянию (хотя, вероятно, и не полностью тождественны ему).

Полимерно - конформационное разнообразие энергетически близких гелевых фрагментов, которые непрерывно трансформируются под действием, например, тепла диссипации системы, является исходным положением исследования о пульсационно-периодическом характере существования (движения) гелевых организаций даже в воздушно сухом состоянии.

Можно полагать, что гелевые оксигидратные системы тяжелых металлов (титана, циркония, РЗЭ и других) являются системами «живущими». Действительно, при выдерживании таких гранулированных гелей, например, под слоем воды в полимерных матрицах развиваются процессы, которые приводят к некоторому направленному формообразованию последних, то есть гели развиваются во времени.

Прежде всего - это явления Оствальдова структурирования геля, которые осуществляются через мицеллярную жидкую фазу путем позвенной деструкции гелевых фрагментов (протонирование геля), перехода “легких” (мономерных) фрагментов в раствор, последующей их диффузии к активным гелевым центрам полимеризации (образование активного комплекса), вторичной направленной сополимеризации с матрицей геля. Названные явления развиваются в условиях, далеких от равновесия.

Эти процессы идут, когда раствор взаимодействует с твёрдой фазой, и некоторые структурные фрагменты геля переходят из раствора в твёрдую фазу наоборот.[11]

Реология

Реология – наука о деформациях и текучести сплошных сред, обнаруживающих упругие, пластические и вязкие свойства в различных сочетаниях. Упругие деформации возникают в теле при приложении нагрузки и исчезают, если нагрузки снять; пластические деформации появляются только в том случае, когда вызванные нагрузкой напряжения превышают известную величину – предел текучести; они сохраняются после снятия нагрузки; вязкое течение отличается тем, что оно возникает при любых сколь угодно малых напряжениях, с ростом напряжений увеличивается скорость течения, и при сохранении напряжений вязкое течение продолжается неограниченно. Еще одно свойство, которым могут обладать среды, изучаемые реологией, – это высокоэластичность, характерная, например, для резины, когда резиновая лента допускает десятикратное растяжение, а после снятия нагрузки практически мгновенно восстанавливает первоначальное состояние.

Типичный реологический процесс – это сравнительно медленное течение вещества, в котором обнаруживаются упругие, пластические или высокоэластические свойства. Само слово реология происходит от греческого rew– течение; афоризм «все течет» по-гречески звучит pantarei – (па'нтаре'и). Реологические явления проявляются во многих природных процессах и в большом числе технологических.[12]

Термин деформация означает относительное смещение точек системы, при котором не нарушается его сплошность. По признаку зависимости или независимости вязкости от напряжения сдвига все текучие материалы (жидкости) принято делить на ньютоновские и неньютоновские.

Ньютоновскими (вязкими) называют материалы, вязкость которых не зависит от напряжения сдвига, т. е. является постоянным коэффициентом в законе Ньютона.

Неньютоновскими (аномально-вязкими) называют материалы, вязкость которых зависит от напряжения сдвига, т. е. является функцией скорости деформации (напряжения) в законе Ньютона.

Для глубоких реологических исследований неньютоновских жидкостей применяют структурный ротационный измеритель вязкости «Реотест 2» (рис. 1.4). Прибор позволяет проводить измерения касательного напряжения, вязкости и «перепада сдвига» (скорости деформации). Для реологического исследования оксигидратных гелей используется измерение вязкости при определенной скорости деформации, выраженной в мин^-1.

Вискозиметр состоит из цилиндрического измерительного устройства, измерительного механизма и приводного механизма.

Измерительное устройство (рис.3) представлено измерительным цилиндром (3) и измерительным баком. Измерительный бак разъемный, состоит из цилиндрической трубы (4), неподвижного измерительного цилиндра (5) и запорного кольца (6).

 

 

Рис. 1.4. Измеритель вязкости «Реотест 2»

 

4

7

6

5

3

 

Рис. 1.5. Комплект измерительного устройства

Запуск измерения производится с помощью измерительного блока (рис. 4). Регистрацию данных производят с помощью программы «Е270demo». Частота регистрации составляет 5 Гц (5 значений в секунду). Измерение проводят в течение 5 часов, получая 90 тыс. значений. [13]

 

 

 

Рис. 1.6. Измерительный блок.

 

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ