Introduktion
En emulsion er et system med en flydende kontinuerlig fase og en dispergeret fase af væskedråber. De to typer emulsioner, som er mest almindelige, er olie-i-vand-emulsioner og vand-i-olie-emulsioner (figur 1). I en olie-i-vand-emulsion er den kontinuerlige fase vand, og den dispergerede fase er olie, mens den kontinuerlige fase i en vand-i-olie-emulsion er olie, mens den dispergerede fase er vand.
Om en vand-i-olie-emulsion bliver til en olie-i-vand-emulsion, afhænger af volumenfraktionen af begge faser og emulgatoren. En emulgator er et materiale, der stabiliserer en emulsion ved at adsorbere ved olie/vand-grænsefladen. Overfladeaktive stoffer er den mest almindelige form for emulgator, selvom polymere og partikelformige materialer ofte kan spille en lignende rolle.
Emulsionsreologi har en tendens til at være meget afhængig af volumenfraktionen af den dispergerede fase samt dråbestørrelsen. De reologiske parametre af central interesse er viskositet, normalspænding, viskoelasticitet og FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding.
Den relative viskositet for en fortyndet emulsion med et lavt kapillærtal (så dråberne ikke deformeres) er givet ved følgende udtryk [1]:
og ηd er den dispergerede fases viskositet, og ηs er den suspenderende væskes viskositet. Her antages det, at emulsionen ikke er forskydningsfortyndende, og at viskositeten derfor vil være den samme ved hver forskydningshastighed. Ved højere dråbekoncentrationer (Φ≥0,6) bliver systemet forskydningsfortyndende, og den relative nulforskydningsviskositet er da givet ved følgende udtryk:
Φm er den maksimale pakningsfraktion.
Forskydningsfortyndingen bliver mere udtalt, når dråbernes volumenfraktion øges. I reference [2] tages der højde for dette ved at justere Φm for at få den bedste tilpasning ved hver forskydningshastighed.
Med en yderligere stigning i volumenfraktionen kan der opstå en situation, hvor dråberne sætter sig fast og dermed forhindrer partiklerne i at bevæge sig i forhold til hinanden. Det er i denne situation, at systemet anses for at have en FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding. Dette diskuteres i en separat applikationsnote.
Bemærk også, at denne tilknyttede teori forudsætter en simpel emulsion og ikke tager højde for tilstedeværelsen af reologimodifikatorer som f.eks. tværbundne mikrogeler, der har et betydeligt fasevolumen og vil påvirke opløsningsmidlet og dermed emulsionens reologi betydeligt.
For eksperimentelt at verificere denne teori for et givet emulsionssystem er det nødvendigt at bestemme nulforskydningsviskositeten for en emulsion ved forskellige dråbekoncentrationer og derefter beregne den relative nulforskydningsviskositet for hver koncentration ved hjælp af viskositeten af de suspenderende medier. Det plottede forhold mellem den relative nulforskydningsviskositet og koncentrationen bør indikere, om ovenstående teori tilnærmer sig opførslen af det emulsionssystem, der undersøges, eller ej. Dataene kan yderligere udtrækkes og analyseres for at undersøge, om de passer nøjagtigt med ovenstående modeller. Den samme sekvens kan også bruges til at undersøge effekten af at ændre dråbestørrelsen på viskositeten.
Eksperimentel
- Denne test findes som en forudkonfigureret sekvens i rSpace-softwaren, som er designet til at køre på et Kinexus rotationsreometer1.
- Sekvensen kører en tabel med forskydningsspændinger og tilpasser derefter en Ellis-model til dataene for at bestemme η0 og derefter ηr,0
- Dette gentages for et antal koncentrationer, og der opnås et plot af ηr,0 mod koncentrationen, som efterfølgende kan eksporteres og analyseres uden for softwaren.
Bemærk venligst...
at en parallel pladegeometri eller en cylindrisk geometri også kan bruges. En sandblæst geometri bør overvejes, hvis det er sandsynligt, at materialet vil vise vægslip-effekter. Større geometrier er nyttige til målinger ved lave momenter, som er mere sandsynlige ved lavere frekvenser. Det anbefales også at bruge en opløsningsmiddelfælde til disse tests, da FordampningFordampning af et grundstof eller en forbindelse er en faseovergang fra væskefase til damp. Der findes to typer fordampning: fordampning og kogning.fordampning af opløsningsmiddel (f.eks. vand) omkring målesystemets kanter kan gøre testen ugyldig, især når der arbejdes ved højere temperaturer.