Въведение
Емулсията е система с течна непрекъсната фаза и дисперсна фаза от течни капки. Двата най-разпространени вида емулсии са емулсии "масло във вода" и "вода в масло" (фигура 1). При емулсията "масло във вода" непрекъснатата фаза е вода, а дисперсната фаза е масло, докато при емулсията "вода в масло" непрекъснатата фаза е масло, а дисперсната фаза е вода.
Дали емулсията "вода в масло" ще се превърне в емулсия "масло във вода", зависи от обемната част на двете фази и от емулгатора. Емулгаторът е материал, който стабилизира емулсията, като се адсорбира на границата масло/вода. Повърхностноактивните вещества са най-разпространената форма на емулгатор, въпреки че полимерните материали и материалите на частици често могат да изпълняват подобна роля.
Реологията на емулсията има тенденция да има много силна зависимост от обемната фракция на дисперсната фаза, както и от размера на капките. Реологичните параметри от ключов интерес са вискозитетът, нормалното напрежение, вискоеластичността и границата на провлачване.
Относителният вискозитет на разредена емулсия с ниско капилярно число (така че капките да не се деформират) се определя от следния израз [1]:
и ηd е вискозитетът на дисперсната фаза, а ηs е вискозитетът на суспендиращата течност. Тук се приема, че емулсията не се разрежда при срязване, поради което вискозитетът ще бъде един и същ при всяка скорост на срязване. При по-високи концентрации на капките (Φ≥0,6) системата се разрежда при срязване и тогава относителният вискозитет при нулево срязване се определя от следния израз:
Φm е максималната фракция на опаковане.
Изтъняването при срязване става по-изразено с увеличаване на обемната фракция на капките. В справка [2] това е отчетено чрез коригиране на Φm, за да се получи най-добро съответствие при всяка скорост на срязване.
При по-нататъшно увеличаване на обемната фракция може да се стигне до ситуация, при която капките се задръстват, като по този начин не позволяват на частиците да се движат една спрямо друга. В тази ситуация се счита, че системата има граница на провлачване. Това е разгледано в отделна бележка по приложението.
Обърнете внимание също така, че тази свързана теория предполага проста емулсия и не отчита наличието на реологични модификатори, като например омрежени микрогелове, които имат значителен обем на фазата и ще окажат значително влияние върху разтворителя, а оттам и върху реологията на емулсията.
За да се провери експериментално тази теория за дадена емулсионна система, е необходимо да се определи вискозитетът при нулево срязване на емулсията при различни концентрации на капките и след това да се изчисли относителният вискозитет при нулево срязване за всяка концентрация, като се използва вискозитетът на суспендиращата среда. Изведената зависимост между относителния вискозитет при нулево срязване и концентрацията трябва да покаже дали горната теория се доближава до поведението на изследваната емулсионна система. Данните могат да бъдат допълнително извлечени и анализирани, за да се изследва точното съответствие с горните модели. Същата последователност може да се използва и за изследване на въздействието на промяната на размера на капките върху вискозитета.
Експериментален
- Този тест съществува като предварително конфигурирана последователност в софтуера rSpace, който е проектиран да работи на ротационен реометър Kinexus1.
- Последователността изпълнява таблица на напреженията на срязване и след това се вписва в модела на Елис към данните, за да се определи η0 и след това ηr,0
- Това се повтаря за определен брой концентрации и се получава диаграма на ηr,0 спрямо концентрацията, която впоследствие може да се експортира и анализира извън софтуера.
Моля, обърнете внимание...
че може да се използва и геометрия на паралелна плоча или цилиндрична геометрия. Геометрия с пясъкоструйка трябва да се обмисли, ако има вероятност материалът да прояви ефекти на приплъзване на стените. По-големите геометрии са полезни за измервания при ниски въртящи моменти, които е по-вероятно да се срещнат при по-ниски честоти. При тези изпитвания се препоръчва и използването на уловител на разтворител, тъй като изпаряването на разтворител (например вода) по ръбовете на измервателната система може да доведе до невалидност на изпитването, особено при работа при по-високи температури.