膠態

什麼是膠體？一般人認為膠體是一種粘糊的膠狀的物質，例如動物膠、瓊脂等，這是一種片面的認識。“膠體”這個名詞首先是由英國科學家Graham於1861年提出的。他在研究物質的擴散性和滲透性時發現，有些物質如蔗糖、食鹽和無機鹽類在水中擴散很快，能透過羊皮紙；而另一類物質如明膠、蛋白質和氫氧化鋁等在水中擴散很慢，很堆或甚至不能透過羊皮紙。前者在溶劑蒸發后成晶體析出，後者則不成晶體而成粘糊的膠狀物質。因此，當時Graham根據這些現象，將物質分成兩類，前者稱晶體（crystal），後者稱膠體（colloid）。後來經過大量的試驗，發現Graham將物質絕對地分成晶體和膠體兩類的做法是不合適的。俄國科學家Веймарн於1905年間先後用了近200多種物質進行試驗，結果證明任何典型的晶體物質在適當條件下，例如降低其溶解度或選用適當介質，也能製得具有上述特性的膠體。例如，食鹽是典型的晶體物質，溶在水中則成溶液，其中氯化鈉分子（離解成鈉離子和氯離子）具有擴散快，易透過羊皮紙的特性，但是食鹽也可設法被分散在適當有機溶劑中（如酒精或苯等），則所形成的體系中的氯化鈉粒子具有擴散慢，不能透過羊皮紙的特性。因此，實質上，膠體只是物質以一定分散程度存在的一種狀態，稱為膠態（colloidal state），猶如氣態、液態和固態，而不是一種特殊類型的物質。

蛋白質是高分子化合物，由於其粒子大小已達到1~100mμ的範圍，所以與水生成膠態溶液。人體內的蛋白質與水和其它許多化學成分構成了複雜的膠態體系。例如，在血液、淋巴液和消化液中的蛋白質都是以溶解的狀態存在，能夠自由流動，在各種器官中的蛋白質是以半固體狀態存在，因而使各種器官具有一定的形狀及彈性，至於象骨，毛髮和指甲中的蛋白質，則接近於固體狀態。

蛋白質在水溶液中，由於本身顆粒很大，不能透過半透膜，但是一般分子量較小的無機物和有機物都能透過半透膜，通常我們就是利用蛋白質不能透過半透膜的這一膠態性質來提純蛋白質。方法是用半透膜制，成一個小袋，把含有低分子雜質的蛋白質溶液放進袋中，再將它浸於流動的水中，經相當時間后，低分子的雜質滲出到半透膜的外面，高分子的蛋白質仍留在半透膜裡面，從而達到分離雜質，提純蛋白質的目的。這種方法稱為透析法。

膠態分散體由兩相或更多相組成，其界面積與體積之比較大。在兩相體系組成的分散體中，分散相以小粒子形式分佈在稱之為分散介質（或連續相）中。在分散相和連續相中，固體，液體和氣體之間存在著不同的結合方式，本次討論內容僅涉及固體在液體中的分散。另外，為了方便起見，將蠟和聚合物熔融體皆看作為液體。

固體粒子分散在液體中形成“懸浮體”當固體粒子的大小範圍為1nm～1μm時，溶於或分散於液體介質組成的體系稱為“膠體”。粒子可以是原子分子等的聚集體，只要其大小範圍符合膠體的特性。膠體具有簡單的真溶液或塊狀材料所不具有的特性。

按分子大小，即小分子分子聚集體或分子簇以及大分子膠體可分為3類；①膠態分散體；②締合膠體；③大分子溶液。用於膠乳配合物的氧化鋅或硫在水中的分散體是膠態分散體的例子。皂或表面活性劑溶液乃是締合膠體的實例這些物質在特定濃度下締合形成膠狀聚集體，締合粒子大小為4nm到1μm以上。大分子溶液則由聚合物分子組成其大小與膠體的尺寸相符。芳烴溶脹橡膠形成的凝膠便是一例。

Herman Staudinger（1881-1965）指出由大分子構成的橡膠其重複單元系由主價鍵結合在一起。當線型聚合物溶解於低分子量的溶劑時它們具有與膠體特徵相反的分子特性。然而，這樣的溶液並不是理想的它們不遵循拉烏爾定律，其偏差源於聚合物-溶劑的相互作用。但是，溶液粘度仍然是測定聚合物分子量有用的方法。

膠體可按膠體粒子對介質的親和性分類，例如：

疏液的——具有憎液性；

親液的——對液體有親和性；

疏水的——具有憎水性；

親水的——對水有親和性；

大分子溶液屬於親液類型。表面活性材料的分子兼有親水和親液（對油親和）鏈段。

L.Mc Donald提出一種含有膠態氧化硅的洗滌劑組成來提高其去污能力，水溶性的或分散性的鹼金屬硅酸鹽同各種陰離子洗滌劑有機酸（如C~C的脂肪酸或烷基芳基磺酸）反應成溶膠。膠態氧化硅的鹼性氧化物同二氧化硅之比為1:4~1:2000或更多一些。這樣形成的溶膠有助於提高洗滌劑組成抗污垢再沉澱的能力。膠態二氧化硅還有可以替代磷酸鹽的優點。

鹼金屬硅酸鹽如鋰、鈉和鉀的結晶性和水溶性無定形硅酸鹽多年來已用作清潔劑成分之一，經常作為助劑。它們具有防腐蝕和緩衝作用，即在洗滌時維持穩定的pH直至耗盡。這種硅酸鹽在清潔組成中能提供鹼度，活化固-液界面的污垢促使其與織物脫離，還能幫助污垢絮散和防止污垢再沉積，然而為了維持這種硅酸鹽的活化形式而pH大多限制在11.2以上。

一般膠態氧化硅是難溶於水或分散於鹼金屬脂肪酸皂或有機的無皂洗滌劑的水溶液中的，然而按上述那樣處理而形成的膠態氧化硅溶膠就能同洗滌劑組成配合，而顯示其優異的性能。由於膠態鹼金屬硅酸鹽粒子大部分是二氧化硅組成，因此這種膠態粒子有時就作為膠態氧化硅。

鹼金屬硅酸鹽同上述的有機酸反應形成膠態氧化硅溶膠，在pH7.2~11.0範圍內是穩定的。另外，溶膠的二氧化硅在洗滌劑組成中含量高達7%或以上亦是穩定的。膠態氧化硅一般含有非水組成5~25%。鹼金屬硅酸鹽同有機酸之間認為是複分解反應，包含從水溶性硅酸鹽中去除部分鹼金屬。這些鹼金屬同有機酸結合成鹽類，膠態氧化硅溶膠連續形成而膠體氧化硅的氧化鈉含量降低，二氧化硅含量增加。氧化鈉和二氧化硅之比為1:4~1:2000，膠態氧化硅粒子大部分是聚合狀態的。

O.W.Burke開發了一種含有水合氧化硅色素沉澱和鹼金屬碳酸鹽和/或碳酸氫鹽的混合組成，可與肥皂和/或其他陰離子和/或非離子洗滌劑和/或聚合乳化劑配用。通過濃縮乾燥可成為濃縮液、漿狀、條狀和粉狀（最好用噴霧乾燥）的洗滌劑組分。

徠膠態成型是首先將陶瓷粉末採用各中穩定機制製成固相含量儘可能高，流動性好、穩定性高的陶瓷漿料，再釆用不同的辦法使其固化而獲得陶瓷坯體的成型工藝；古老的注漿成型工藝就屬膠態成型，在此基礎上發展起來的離心注漿成型和壓力注漿成型，以及最近幾年誕生的凝膠澆注成型、直接凝固成型等均屬膠態成型方法。