Introduktion
En emulsion er et system med en flydende kontinuerlig fase og en dispergeret fase af væskedråber. De to mest almindelige typer emulsioner 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 grænsefladen mellem olie og vand. Overfladeaktive stoffer er den mest almindelige form for emulgatorer.
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. Emulsioner med lav til medium-koncentration har ikke tendens til at udvise nogen 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.
Når volumenfraktionen af dråber øges, nås et punkt, hvor der sker en faseinversion. Men hvis emulsionsdråberne er stabiliseret af overfladeaktive stoffer eller partikler, kan dråberne forblive stabile, selv når volumenfraktionen nærmer sig 1. Tætte eller koncentrerede emulsioner har tendens til at udvise interessante reologiske egenskaber såsom 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 og høj viskoelasticitet, når volumenfraktionen af den dispergerede fase overstiger den tætpakkede kuglekonfiguration (Φ = 0,74 for monodisperse deformerbare systemer). Ifølge Princen og Kriss [1] afhænger flydespændingen (σy), der genereres i sådanne tætte emulsioner, af dråbernes volumenfraktion og er givet ved:
Hvor Y(Φ) er en empirisk funktion, der er givet ved;
Her er Φ dråbernes volumenfraktion, Γ er grænsefladespændingen, og a32 er dråbernes radius mellem volumen og overflade.
For at gøre praktisk brug af denne teori er det nødvendigt at måle flydespændingen for en emulsion ved et antal brugerdefinerede volumenfraktioner (koncentrationer). Hvis brugeren har kendskab til grænsefladespændingen og dråbernes radius, kan dataene derefter analyseres for at se, om Princen- og Kriss-modellen kan anvendes på en bestemt emulsionsprøve.
Dråber med radier på ca. 1 mikrometer eller mindre er stærkt påvirket af Brownsk bevægelse og udviser væskelignende adfærd ved lave frekvenser og kan ikke beskrives ved hjælp af ovenstående analyse.
Eksperimentel
- Denne eksperimentelle test findes som en forudkonfigureret sekvens i rSpace-softwaren, som er designet til at køre på et Kinexus rotationsreometer1.
- Sekvensen bestemmer flydespændingen ved hjælp af en spændingsrampe ved en række brugerdefinerede volumenfraktioner og viser et plot af 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 mod koncentration, som kan eksporteres til yderligere analyse.
- Denne test kan kun anvendes på prøver med høje volumenfraktioner, selvom analysen vil rapportere 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 for alle testede prøver, og derfor er det nødvendigt med en brugerindstilling.
1Bemærk, at der også kan anvendes en parallel pladegeometri eller en cylindrisk geometri. 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.