[发明专利]通过破碎液滴使乳液弹性玻璃化

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2007年1月19日提交的美国临时申请号60/881,161的优先权，该临时申请的全文内容通过引用并入本文。

背景技术

发明领域

本发明涉及从粘性材料制造弹性材料的方法和通过该方法制造的材料。

相关技术的讨论

在经历使其结构脱离热平衡态的高剪切应力时，胶体分散系可具有有趣而不同寻常的表现(W.B.Russel，D.A.Saville，and W.R.Schowalter，Colloidal Dispersions(Cambridge University Press，Cambridge，1989))。例如，剪切聚合物缠结溶液(entanglement solution)可使聚合物拉伸并甚至解缠，导致非牛顿剪切稀化行为；溶液的粘度η随剪切速率增加而降低(R.G.Larson，The Structure and Rheology of Complex Fluids(Oxford University Press，New York，1999))。其它分散系例如简单液体中的浓缩硬球可表现出剪切增稠的粘性(J.Bender，and N.J.Wagner，J.Rheol.40，899(1996))，并且随着剪切的增强，分散系的抗力逐渐增加：η随升高。硬球之间的吸引性流体动力学相互作用可导致形成拥挤并甚至可以过滤的球群，从而使η有效地分散(B.J.Maranzano，and N.J.Wagner，J.Chem.Phys.117，10291(2002))。这种η增加是可逆的；热力使球重新分布，从而恢复平衡颗粒结构。粘土聚合物“振摇凝胶(shake-gel)”在升高之后因为相互作用成分的结构变化而可暂时变得具有弹性(B.Cabane，K.Wong，P.Lindner，and F.Lafuma，J.Rheol.41，531(1997)；J.Zebrowski，V.Prasad，W.Zhang，L.M Walker，and D.A.Weitz，Colloids Surfaces A 213，189(2003)；and D.C.Pozzo，and L.M.Walker，Colloids Surfaces A 240，187(2004))。在流动停止之后，所有这些流动所致流变学变化在长的老化时间内不会持续。

通常尽管通过改变粘性液体中各种复杂分散系的组成来使它们变得具有永久弹性相对容易，但是，通过使初始性质类似于简单液体的排斥对象的分散系在不改变其组成的情况下经历一段时间的极度剪切来将其不可逆地转变成弹性固体通常是非常困难的。在制备蛋黄酱(水溶液中的油滴乳液，通过来自蛋黄的两亲脂质和蛋白质使之抗聚结而稳定化)时，通常通过强力搅拌下缓慢添加更多的油来获得弹性。搅拌使油通过表面张力σ驱使的毛细不稳定性从宏观尺度剪切破碎成微观液滴(J.M.Rallison，Ann.Rev.Fluid Mech.16，45(1984))。随着液滴体积分数φ增加和油滴开始挤在一起并变形，蛋黄酱产生强至足以克服重力的剪切弹性模量G’，并且乳液“定型”——它看起来变成了固体。弹性来源于使堆积成无序泡沫状结构的液滴进一步变形而必须克服表面张力所做的功(T.G.Mason，J.Bibette，and D.A.Weitz，Phys.Rev.Lett.75，2051(1995))。这个简单的例子表明，可以通过在剪切的同时升高φ来将液体状分散系转变成弹性体。通过用正弦波振幅变化流变测定所引入的适度剪切，已经使浓乳液变得稍微更具弹性(T.G.Mason，and P.K.Rai，J.Rheol.47，513(2003))。这种方法仅用于使液滴体积分数大于约φ＞0.5或更高的乳液发生适度粘弹性变化。这种局限表明，尚未找到一种在不改变乳液组成、尤其是在低于约φ＜0.5的较低液滴体积分数的情况下，通过经剪切或流动施加压力来将类似于简单粘性液体的乳液转变成类似于弹性固体的乳液的通用途径。