تأثير تركيز القطرات على لزوجة المستحلب

مقدمة

المستحلب هو نظام ذو طور سائل مستمر وطور مشتت من قطرات سائلة. النوعان الأكثر شيوعًا من المستحلبات هما مستحلبات الزيت في الماء ومستحلب الماء في الزيت (الشكل 1). في مستحلب زيت في ماء، تكون المرحلة المستمرة هي الماء والمرحلة المشتتة هي الزيت، بينما في مستحلب ماء في زيت، تكون المرحلة المستمرة هي الزيت، بينما تكون المرحلة المشتتة هي الماء.

ويعتمد تحول مستحلب ماء في زيت إلى مستحلب زيت في ماء على الكسر الحجمي لكلا المرحلتين والمستحلب. والمستحلب هو مادة تعمل على استقرار المستحلب عن طريق الامتصاص عند السطح البيني بين الزيت والماء. المواد الخافضة للتوتر السطحي هي الشكل الأكثر شيوعًا للمستحلب على الرغم من أن المواد البوليمرية والجسيمية يمكن أن تؤدي دورًا مماثلًا في كثير من الأحيان.

تميل انسيابية المستحلب إلى الاعتماد بشكل كبير جدًا على الجزء الحجمي للمرحلة المشتتة وكذلك حجم القطرة. المعلمات الانسيابية ذات الأهمية الرئيسية هي اللزوجة، والإجهاد العادي، والمرونة اللزجة وإجهاد الخضوع.

تُعطى اللزوجة النسبية للمستحلب المخفف ذي العدد الشعري المنخفض (بحيث لا تتشوه القطرات) بالمقدار التالي [1]:

و _ηd هي لزوجة الطور المشتت و _ηs هي لزوجة المائع المعلق. يُفترض هنا أن المستحلب لا يترقق بالقص، وبالتالي فإن اللزوجة ستكون هي نفسها عند كل معدل قص. في حالة التركيزات الأعلى للقطيرات (Φ≥0.6)، يصبح النظام مرققًا بالقص، وعندئذٍ تُعطَى لزوجة القص الصفرية النسبية بالمقدار التالي

_Φم هو الحد الأقصى لكسر التعبئة.

يصبح ترقق القص أكثر وضوحًا مع زيادة الكسر الحجمي للقطرات. في المرجع [2]، يتم احتساب ذلك من خلال تعديل Φm للحصول على أفضل ملاءمة عند كل معدل قص.

مع زيادة أخرى في الكسر الحجمي، قد يتم الوصول إلى حالة تصبح فيها القطرات محشورة، مما يمنع الجسيمات من التحرك بالنسبة لبعضها البعض. وفي هذه الحالة يعتبر النظام في هذه الحالة أن النظام لديه إجهاد الخضوع. تتم مناقشة ذلك في ملاحظة تطبيقية منفصلة.

لاحظ أيضًا أن هذه النظرية المرتبطة تفترض وجود مستحلب بسيط ولا تأخذ في الحسبان وجود معدِّلات الريولوجيا مثل المواد الهلامية الدقيقة المترابطة على سبيل المثال التي لها حجم طور كبير وستؤثر بشكل كبير على المذيب وبالتالي على ريولوجيا المستحلب.

للتحقق تجريبياً من هذه النظرية لنظام مستحلب معين، من الضروري تحديد لزوجة القص الصفرية للمستحلب عند تركيزات قطرات مختلفة ثم حساب اللزوجة النسبية للقص الصفرية لكل تركيز باستخدام لزوجة الوسط المعلق. يجب أن تشير العلاقة المرسومة بين اللزوجة النسبية للقص الصفري والتركيز إلى ما إذا كانت النظرية المذكورة أعلاه تقارب سلوك نظام المستحلب الذي تتم دراسته أم لا. يمكن استخراج المزيد من البيانات وتحليلها للتحقق من التوافق الدقيق مع النماذج المذكورة أعلاه. يمكن أيضًا استخدام نفس التسلسل للتحقق من تأثير تغيير حجم القطرة على اللزوجة.

تجريبي

• يوجد هذا الاختبار كتسلسل تم تكوينه مسبقًا في برنامج rSpace المصمم للتشغيل على مقياس الانسيابية الدورانية ^Kinexus1.
• يقوم التسلسل بتشغيل جدول إجهادات القص ثم يلائم نموذج إليس على البيانات لتحديد _η0 ثم_ηr،0
• يتكرر ذلك لعدد من التركيزات ويتم الحصول على رسم بياني ل ηr,₀ مقابل التركيز، والذي يمكن تصديره لاحقًا وتحليله خارج البرنامج.

يرجى ملاحظة...

أنه يمكن أيضًا استخدام هندسة الصفيحة المتوازية أو الهندسة الأسطوانية. وينبغي النظر في استخدام هندسة الرمل المنفوخ إذا كان من المحتمل أن تُظهر المادة تأثيرات انزلاق الجدار. تُعد الأشكال الهندسية الأكبر حجمًا مفيدة للقياسات عند عزم الدوران المنخفض، والتي من المرجح أن تصادف في الترددات المنخفضة. يوصى أيضًا باستخدام مصيدة المذيبات لهذه الاختبارات نظرًا لأن تبخر المذيب (مثل الماء) حول حواف نظام القياس يمكن أن يبطل الاختبار، خاصةً عند العمل في درجات حرارة أعلى.