基于流变学与DLVO分析的水基蒙脱石黏土溶胶-凝胶转变机制研究

《Fluids》：Apparent Hamaker Constants and Characteristic Interaction Distances Governing Sol–Gel Transitions in Aqueous Smectite Clay Dispersions

　　

摘要

水基蒙脱石黏土分散液在相对较低的黏土浓度下即可发生溶胶–凝胶转变并形成三维网络结构。然而，不同黏土种类发生凝胶化所需的黏土和电解质浓度存在显著差异，造成这些差异的物理机制尚不清楚。本研究基于流变学测量，构建了四种蒙脱石黏土的溶胶–凝胶状态图，并利用相应的zeta电位和Debye长度，对实验确定的溶胶–凝胶转变边界进行了DLVO分析。对于所有黏土，表观Hamaker常数 A_H,app 均随NaCl浓度的增加而减小。此外，ln(A_H,app/10^?20 J) 与Debye长度的倒数 1/L_D 呈近似线性关系，且在低盐和高盐区域表现出不同的趋势。定义了特征相互作用距离 H*，其值为拟合斜率的负值。在低盐区域，H* 较大且对黏土种类的依赖性更强；而在高盐区域，H* 则变小且对黏土种类的依赖性减弱。在约0.01–0.03 mol/L NaCl处观察到的H* 的转变点，与透光率下降的起始浓度以及先前报道的流变学变化所处的浓度范围一致。由于这些数据是在不同的黏土体积分数下获得的，因此这一吻合应当被视为定性的一致而非严格的一一对应关系。