11.2.2. Синерезис

Для студней, образованных полимерами, характерно ещё одно явление  синерезис (или, иначе, отмокание), то есть самопроизвольное выделение жидкой дисперсионной среды из ячеек пространственной структуры. Синерезис сопровождается увеличением числа контактов между макромолекулами, уплотнением структурной сетки и уменьшением объёма студня. При этом первоначальная форма образца студня обычно сохраняется или подвергается относительно небольшим искажениям. Синерезис можно рассматривать как процесс, обратный набуханию. Вместе с тем синерезис является формой старения студней. В гелях, отличающихся от студней значительной жёсткостью каркаса, синерезис или вообще не проявляется, или проявляется в незначительной степени.

Синерезис используют в технологии синтетических материалов (в частности при получении искусственного каучука), пищевых продуктов (получение творога, сыра). Но во многих случаях синерезис является нежелательным, так как нарушает свойства материалов (резин, пластмасс, линолеума, бумаги и т. д.), вкусовые и потребительные качества пищевых продуктов (черствение хлеба, сыра, кондитерских изделий, «отдача» сыворотки простоквашей, кефиром). Синерезис желатиновых капсул для лекарственных веществ затрудняет их растворение и высвобождение лекарственных веществ. «Усыхание» организма человека и животных при старении, появление морщин на коже  тоже является проявлением синерезиса живых тканей.

11.2.3. Диффузия в гелях и студнях

Твёрдые структурные элементы пространственного каркаса гелей неспособны к диффузии, так же, как и макромолекулы ВМВ в студнях. Поэтому в данном случае речь идёт о диффузии низкомолекулярных веществ, растворённых в дисперсионной среде гелей и студней.

Изучение диффузии в студнях и гелях лекарственных соединений, солей, аминокислот и других веществ помогает понять фармакокинетические механизмы, особенности обмена веществ, а также других процессов, происходящих в живых организмах.

Диффузия молекул и ионов низкомолекулярных веществ в гелях зависит с одной стороны от природы и концентрации диффундирующего вещества, а с другой – от концентрации элементов каркаса геля и его структуры. В студнях, полученных из низкоконцентрированных растворов ВМВ, скорость диффузии веществ с малой молярной массой практически не отличается от её скорости в растворах. Например, диффузия NaCl в студне желатина или arap-arapa с концентрацией их до 2 % протекает с той же скоростью, что и в воде. Очень существенно, что внутри гелей и студней диффузия происходит без перемешивания, т. е. в «чистом» виде, без осложнений, вызванных конвекцией. Это обстоятельство позволяет по скорости продвижения внутри студня (геля) определять коэффициенты диффузии многих низкомолекулярных веществ, которые совпадают с таковыми для жидких водных сред.

Более концентрированные связнодисперсные системы замедляют скорость диффузии молекул и ионов, в особенности крупных. Поэтому с помощью студней и гелей с заданными размерами ячеек пространственной структуры – «молекулярных сит» - можно даже сортировать молекулы диффундирующих веществ по размерам. На этой способности гелей задерживать очень крупные молекулы и замедлять диффузию менее крупных основан метод разделения веществ, называемый гельфильтрацией или гельхро­ма­то­графией.

На принципе гель-фильтрации, в частности, основана рекуперация растворителей. При прокачивании воздуха нефтеперерабатывающих, спиртовых заводов и других химических предприятий через молекулярные сита происходит задерживание молекул углеводородов, спирта, ацетона и других летучих жидкостей. В качестве молекулярных сит обычно используются природные цеолиты или синтетические материалы с подобной структурой, керамика и т. п. В результате рекуперации выбрасываемый в атмосферу в воздух значительной мере очищается. Задержанные растворители могут быть выделены из молекулярных сит, например, нагреванием с перегонкой, и возвращены в производство.