Aluminum hydroxide gels were prepared from aluminum iso-propoxide under acidic and basic conditions by sol-gel method. The aluminum hydroxide gels exhibited different structures and properties in relation to their preparation conditins. The viscosity behavior of the solution peptized with excess HCl showed a stationary region during the sol-gel transition, which was ascribed to a phase transition of platelet boehmite particles from random aggregated state to ordered state with parallel orientation. This orientation was proved by the SEM observations of the dried gels.
In the TEM test for investigating wet gel structures, the basic gel showed a loose network of the boehmite particles interconnected with one another, while in acidic gel, it could not be seen the network structure but several aggregates. The differences of the wet gel structures brought the different microstructures of dried gels in SEM pictures. The acidic gel exhibited the pores much finer and more evenly distributed throughout the gel, because the boehmite particles were evenly dispersed and did not form the network structure in the wet gel. On the other hand, the basic gel showed larger microstructural features and appeared as a coagulation of particles. The larger particles observed in this gel were ascribed to the network structure of the wet gel.
Viscosities and yield stresses of aluminum hydroxide sols were measured to investigate the effect of acidity on the rheological properties during the sol-gel transition. The acidic solution obtained by peptizing with HCl showed a transition from Newtonian behavior to shear thinning. It showed thixotropic behavior with hysteresis loop and finally the disappearance of the hysteresis loop as the solid concentration was increased. The gelling point may be regarded as the particle concentration at which the loop disappeared. The solution prepared with 0.07 HCl/Alkoxide molar ratio gave smaller viscosity and lower yield stress than any other solution with different acidity. It might indicate that the system was in the most stable state with a maximum packing density and a minimum gelling volume. In basic solution, a rheopectic phenomenon which exhibited the viscosity increase with time at constant shear rate was observed. It might be related to the formation of more "card-house" structures of the disengaged-particles during the decrease of shear rate.
The viscoelastic properties of aluminum hydrozide sols prepared under acidic conditions were measured by RDS. At low particle concentrations, it was found that the loss modulus was larger than the storage modulus, while at high particle concentrations above 15.3 wt %, the storage modulus was found to be larger than the loss modulus. This inversion from a viscous to an elastic response might be attributable to the formation of gel structures by the aggregation of dispersed particles.
본 연구에서는 졸-겔 법에 의해 알루미늄 알콕사이드로 부터 산성과 염기성 조건하에서 알루미늄 하이드록사이드 겔을 제조하여 그 특성을 살펴 보았다. 알루미늄 하이드록사이드 겔의 제조 조건에 따른 구조와 물성 변화는 Capillary viscometer, 전자현미경, BET, DSC 등을 사용하여 분석하였고, 졸-겔 전이 동안의 유변학적 물성은 Haake Viscometer와 RDS를 이용하여 조사하였다.
과량의 산으로 해교된 용액의 점도 변화는 적은 양의 산으로 해교된 용액과는 달리 졸-겔 전이 동안에 점도의 정체기를 보였으며 이것은 용액내의 입자들이 액정 (Liquid Crystal) 에서 발견되는 것처럼 스멕틱-네마틱으로의 전이 현상을 이 정체기 동안에 겪는 것으로 생각되며 이것을 건조겔의 SEM 사진에서 발견되는 강한 배향 (Orientation) 현상을 통해 확인하였다. 겔내에서의 입자들의 구조를 확인하기 위하여 특별한 시편 준비 과정이 필요하였으며 이 시편을 TEM 으로 관찰하였다. 염기성 겔 내에서 입자들은 서로 연결된 망목 구조를 형성하였으나 산성 겔에서는 망목구조를 발견할 수 없었고 여러개의 응집체만을 볼 수 있었다.
산으로 제조된 알루미늄 하이드록사이드 졸의 졸-겔 전이 동안의 유변학적 성질은 낮은 농도에서는 뉴우톤니안 거동을 보이다가 물의 증발에 의해 졸내에서 입자들의 농도가 높아짐에 따라 shear thinning거동, 이어서 Hysteresis Loop를 갖는 Thixotropic 거동으로 변화해 갔다. 이 용액을 더욱 농축 시키면 겔 구조의 발달에 의해 Hysteresis Loop가 거의 사라지며 이때가 유변학상으로 완전히 겔화가 일어난 시기로 추정된다. 염기성 조건 하에서 제조된 졸내에서는 시간에 따라 점도가 증가하는 Rheopectic 현상이 발견되었으며 이것은 Shear 에 의한 졸내에서의 "Card-house" 구조 형성과 관련이 있는 것으로 생각된다.
산성 조건하에서 제조된 졸의 점탄성 특성을 입자들의 농도 변화에 따라 조사하였더니 10.9 wt % 의 낮은 농도에서는 Loss Modulus 가 Storage Modulus 보다 더 큰 경향을 보였고 15.3 wt % 이상의 고농도에서는 반대로 Storage Modulus가 Loss Modulus 보다 더 큰 현상이 발견되었다.
