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本文用无皂乳液聚合的方法,通过使用不同的水溶性引发剂,合成了相同大小电荷相反的具有聚苯乙烯(PS)核,聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)壳的胶体粒子。以光学相差显微镜、动态激光光散射仪和流变仪为主要研究手段,改变两种胶体粒子的体积分数比和胶体粒子总体积分数,研究了带相反电荷的胶体粒子共混分散液的相行为及流变学性质。研究工作主要由两部分组成:
一.两种胶体粒子间聚集及溶胶-凝胶转变的研究。我们通过改变胶体粒子总体积分数和带异种电荷的胶体粒子的体积比,研究了混合分散液的不对称聚集和凝胶行为。虽然两种胶体粒子都是用水溶性引发剂通过无皂乳液聚合合成的,但是他们显示出不同的稳定性及不同的粒子间的相互作用。混合分散液中的粒子的组成比例不同,在稀分散液中会得到不同大小的不连续的聚集体。在某些浓分散液中,这些聚集体会发展成网络状结构,形成胶体凝胶。聚集体的大小和胶体凝胶的强度受到混合分散液中两种粒子的组成的影响。这种对于组分的敏感性是同种粒子和异种粒子的不同的反应能力造成的。
二.胶体凝胶-吸引型胶体玻璃转变研究。我们利用线性和非线性流变学测试手段研究了带正电胶体粒子和带负电胶体粒子的浓混合液的性质。固定带正电和带负电的胶体粒子体积分数比不变(1∶1),增加总的胶体粒子体积分数φ,我们研究的胶体分散液样品覆盖了φ=0.18的胶体凝胶到φ=0.53的胶体玻璃。在线性粘弹区内,储能模量G在φ较小和φ较大的情况下显示出不同的对φ的依赖性。当φ<0.46时,G与φ显示出指数关系:G~φ6.2±0.2;当φ≥0.46时,G与φ显示出e指数关系:G~exp[(13.8±0.6)φ]。这种差异性可以用来区分胶体凝胶和胶体玻璃。对于胶体凝胶,频率扫描曲线中的损耗模量G"在实验的频率范围内(10-1-102 rad/s)几乎没有频率依赖性。而对于吸引型胶体玻璃,频率扫描曲线中的G"对频率显示出一个弱的最小值。在非线性流变(大形变)测试中,φ<0.46的样品显示出一步屈服。φ≥0.46的样品显示出两步屈服,这与很多吸引型胶体玻璃的实验结果相符。第一步屈服是由于使聚集体互相连接的短程作用的破裂,第二步屈服是长程作用——通常是形成“笼子”(或形成玻璃)的作用——的破裂。用屈服行为区分的胶体凝胶和胶体玻璃与线性流变的结果相吻合。在我们的体系中胶体粒子间的作用力可以通过改变盐浓度来调节。改变体系中盐浓度的实验结果表明,当胶体粒子间的吸引力增强时,吸引型玻璃的两步屈服的值都向高应变振幅的方向移动且两个值大小相差变得越来越大。