(1) 触变循环曲线法
此方法使用较为普遍,是指对样品在一段时间内将剪切速率从0升到一个较大的数值,在用相同的时间使其剪切速率从刚刚的最大数值降回为0。在测量的过程中剪切速率可以连续增加,也可以分成一系列的阶梯式增加。最终得到的剪切应力与剪切速率的曲线被称作是滞后环。正触变性的触变循环曲线为顺时针[20]、负触变性的触变循环曲线为逆时针[21],当剪切往返的的曲线产生一个交点时则该样品表现为复合触变性[20]。测量的样品类型不同滞后环形状和面积也不同,即使测量同一体系,触变循环曲线的面积也受到测量条件的影响,但如果可以使得测量条件完全一致,触变循环曲线仍可成为一种相对触变性的测量方法。触变循环曲线的面积可以作为触变性强度的标准,触变循环曲线的面积越大,触变性越强[17,22,23]由于考虑到当样品的粘度差巨很大时,触变循环曲线面积无法正确的表现出触变强度的变化,这是因为粘度较高的样品,即使触变循环曲线的面积很小,但计算得到的触变强度也有可能较大,所以研究者们提出了一个相对触变强度(SR)的概念,并且定义之前的触变强度为绝对触变强度(ST):
(1.16)
其中,SD为触变循环曲线上方的曲线与X轴所围成的面积。
虽然确定了测量条件的一致,但触变循环曲线还是有一些缺陷[118],例如:①形成触变循环曲线的原因还包括了样品的不可逆剪切转变;②很重要的一个缺点是触变循环曲线的实验中剪切速率与时间一同发生改变,而触变性体系与剪切速率的大小和作用时间均有关;③粘弹性材料也可能存在触变循环曲线,但只需较短的剪切时间。
⑵稳态剪切测量法
稳态剪切法消除了触变循环曲线法中的主要缺陷,这种方法是比较传统而又简单的方法来测定触变性。通常的测定过程为:在较高的剪切速率(或剪切应力)下充分破坏体系的结构,然后突然降低剪切速率(或剪切应力),在该恒定剪切速率(或剪切应力)下测得粘度随时间的变化。随时间的增加而粘度逐渐增加,则体系表现为正触变性;如果粘度随时间逐渐降低,则表现为负触变性;如果粘度随时间先增加后降低或先降低后增加,则表现为复合触变性[24]。文献也报道了另一种测试方法::首先使样品长时间静置,测试在固定剪切速率下体系粘度随时间的变化[25]。这两种方法与触变性的定义一致。随着研究的深入,研究者们提出了更加复杂的剪切过程——切速或应力阶梯型变化[17]。这种方法使得样品在固定的剪切速率下达先到平衡状态,然后突然增加或降低剪切速率,测试粘度随时间的变化。
(3) 振荡剪切测量法
在高切速率(或剪切应力)下使得体系结构被破坏,然后在其线性粘弹区内使用振荡模式对体系施加较小的剪切应力,测得体系的弹性模量或动态粘度随时间的恢复,使用这种方法既简单又灵敏。以本方法为例,触变强度θ可以表示为:
其中, 为任意时间的动态粘度, 为初始动态粘度。
1.3亲水凝胶的流变特性
1.3.1亲水凝胶的种类
1.3.1.1亲水凝胶的概念及历史
凝胶按类型可分为三类分别是亲水性凝胶、亲脂性凝胶和乳剂型凝胶,其中亲水性凝胶应用的最多也最为广泛。制备胶凝的所用的原料基本都是是高分子化合物主要有三种类型,其中包含天然高分子材料、半合成高分子材料和合成高分子材料。属于天然高分子材料的有海藻酸钠和明胶等;属于半合成高分子材料的有壳聚糖和纤维素衍生物如HPMC和羧甲基纤维素钠等;而合成类的高分子材料则包括了PVP-K30、聚乙烯醇124和丙烯酸聚合物如Carbopol等[28]。本课题中所用来制备凝胶的聚合均为合成高分子材料。