Un gel è un sistema colloidale costituito da una fase solida continua che racchiude o intervalla una fase liquida (spesso acqua). Si comporta come un solido ed è elastico, anche se è costituito principalmente da liquido. I gel si formano grazie alla reticolazione di polimeri o particelle colloidali, che formano una rete tridimensionale che racchiude il liquido.
I gel sono fluidi non newtoniani, il che significa che le loro proprietà di flusso non seguono le leggi della classica viscosità newtoniana. A differenza dei fluidi newtoniani, la cui viscosità rimane costante, i fluidi non newtoniani come i gel reagiscono in modo diverso alle forze di taglio. La loro viscosità può cambiare sotto stress meccanico, come la pressione o lo stiramento. Di conseguenza, i gel presentano proprietà viscose in caso di deformazione lenta, ma tendono a comportarsi in modo più solido o elastico in caso di sollecitazione rapida o forte.
Il legame nella parte liquida gli conferisce il carattere macroscopico di “solido”. I gel sono disponibili in vari tipi e forme e sono spesso utilizzati in campo farmaceutico o come adesivi.
Una variante speciale dei gel è rappresentata dai cosiddetti xerogel, dai quali vengono solitamente rimossi gli agenti gonfianti. Esempi di xerogel sono il gel di silice essiccato o la gelatina.
I gel possono essere facilmente analizzati con calorimetria a scansione differenziale (Calorimetria Differenziale a Scansione – DSC), come spesso avviene nel controllo qualità.
La curva mostra un’analisi DSC di nanoparticelle di ossido di alluminio in matrice gel, riscaldate a una velocità di riscaldamento lineare di 10 K/min in atmosfera di azoto.
Il segnale mostra due effetti significativi durante la corsa che vale la pena di osservare più da vicino:
Nell’intervallo fino a 120 °C, si verifica una perdita di acqua causata dalla variazione di massa del campione.
variazione di massa
del campione causata dalla variazione di
Variazione di Cp
causata dalla variazione di massa del campione porta a uno spostamento della linea di base.
Come risultato di questo effetto, rimane una matrice di gel secco contenente nanoparticelle, il cosiddetto xerogel. A circa 200 °C si verifica una transizione di fase delle nanoparticelle dalla struttura ordinata a quella amorfa dell’ossido di alluminio, che può essere osservata come un piccolo picco netto.
Questi due effetti sono riproducibili e caratterizzano bene il gel nanoparticellare.
