Εισαγωγή
Το γαλάκτωμα είναι ένα σύστημα με μια υγρή συνεχή φάση και μια διεσπαρμένη φάση υγρών σταγονιδίων. Οι δύο τύποι γαλακτωμάτων που είναι πιο συνηθισμένοι είναι τα γαλακτώματα λάδι σε νερό και το γαλάκτωμα νερό σε λάδι (Σχήμα 1). Σε ένα γαλάκτωμα λάδι-σε-νερό, η συνεχής φάση είναι το νερό και η διεσπαρμένη φάση είναι το λάδι, ενώ σε ένα γαλάκτωμα νερό-σε-έλαιο, η συνεχής φάση είναι το λάδι, ενώ η διεσπαρμένη φάση είναι το νερό.
Το κατά πόσον ένα γαλάκτωμα νερού σε λάδι μετατρέπεται σε γαλάκτωμα πετρελαίου σε νερό εξαρτάται από το κλάσμα όγκου και των δύο φάσεων και τον γαλακτωματοποιητή. Ο γαλακτωματοποιητής είναι ένα υλικό που σταθεροποιεί ένα γαλάκτωμα προσροφώντας στη διεπιφάνεια ελαίου/νερού. Οι επιφανειοδραστικές ουσίες είναι η πιο κοινή μορφή γαλακτωματοποιητή, αν και τα πολυμερή και σωματιδιακά υλικά μπορούν συχνά να εκπληρώσουν παρόμοιο ρόλο.
Η ρεολογία του γαλακτώματος τείνει να έχει πολύ ισχυρή εξάρτηση από το κλάσμα όγκου της διασκορπισμένης φάσης καθώς και από το μέγεθος των σταγονιδίων. Οι ρεολογικές παράμετροι βασικού ενδιαφέροντος είναι το ιξώδες, η κανονική τάση, η ιξωδοελαστικότητα και η τάση διαρροής.
Το σχετικό ιξώδες ενός αραιού γαλακτώματος με χαμηλό αριθμό τριχοειδών (ώστε τα σταγονίδια να μην παραμορφώνονται) δίνεται από την ακόλουθη έκφραση [1]:
και ηd είναι το ιξώδες της διασκορπισμένης φάσης και ηs είναι το ιξώδες του αιωρούμενου ρευστού. Εδώ, υποτίθεται ότι το γαλάκτωμα δεν αραιώνει διατμητικά, επομένως το ιξώδες θα είναι το ίδιο σε κάθε ρυθμό διάτμησης. Για υψηλότερες συγκεντρώσεις σταγονιδίων (Φ≥0,6), το σύστημα γίνεται διατμητικό και το σχετικό ιξώδες μηδενικής διάτμησης δίνεται τότε από την ακόλουθη έκφραση:
Φm είναι το μέγιστο κλάσμα συσκευασίας.
Η διατμητική αραίωση γίνεται πιο έντονη όσο αυξάνεται το κλάσμα όγκου των σταγονιδίων. Στην αναφορά [2], αυτό λαμβάνεται υπόψη με την προσαρμογή του Φm ώστε να επιτυγχάνεται η καλύτερη προσαρμογή σε κάθε ρυθμό διάτμησης.
Με περαιτέρω αύξηση του κλάσματος όγκου, μπορεί να επιτευχθεί μια κατάσταση όπου τα σταγονίδια μπλοκάρονται, εμποδίζοντας έτσι την κίνηση των σωματιδίων το ένα σε σχέση με το άλλο. Σε αυτή την κατάσταση το σύστημα θεωρείται ότι έχει τάση διαρροής. Αυτό εξετάζεται σε ξεχωριστό σημείωμα εφαρμογής.
Σημειώστε επίσης ότι αυτή η σχετική θεωρία υποθέτει ένα απλό γαλάκτωμα και δεν λαμβάνει υπόψη την παρουσία τροποποιητών ρεολογίας, όπως για παράδειγμα δικτυωμένες μικρο-πηγές, οι οποίες έχουν σημαντικό όγκο φάσης και επηρεάζουν σημαντικά τη ρεολογία του διαλύτη και συνεπώς του γαλακτώματος.
Για την πειραματική επαλήθευση αυτής της θεωρίας για ένα δεδομένο σύστημα γαλακτώματος, είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί το ιξώδες μηδενικής διάτμησης ενός γαλακτώματος σε διάφορες συγκεντρώσεις σταγονιδίων και στη συνέχεια να υπολογιστεί το σχετικό ιξώδες μηδενικής διάτμησης για κάθε συγκέντρωση χρησιμοποιώντας το ιξώδες του αιωρούμενου μέσου. Η γραφική απεικόνιση της σχέσης μεταξύ του σχετικού ιξώδους μηδενικής διάτμησης και της συγκέντρωσης θα πρέπει να δείχνει κατά πόσο η παραπάνω θεωρία προσεγγίζει ή όχι τη συμπεριφορά του συστήματος γαλακτώματος που μελετάται. Τα δεδομένα μπορούν να εξαχθούν και να αναλυθούν περαιτέρω για να διερευνηθεί η ακριβής προσαρμογή με τα παραπάνω μοντέλα. Η ίδια ακολουθία μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη διερεύνηση της επίδρασης της μεταβολής του μεγέθους των σταγονιδίων στο ιξώδες.
Πειραματικό
- Η δοκιμή αυτή υπάρχει ως προκαθορισμένη ακολουθία στο λογισμικό rSpace, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να εκτελείται σε ένα περιστροφικό ρεόμετρο Kinexus 1.
- Η ακολουθία εκτελεί έναν πίνακα διατμητικών τάσεων και στη συνέχεια προσαρμόζει ένα μοντέλο Ellis στα δεδομένα για τον προσδιορισμό του η0 και στη συνέχεια του ηr,0
- Αυτό επαναλαμβάνεται για έναν αριθμό συγκεντρώσεων και λαμβάνεται μια γραφική παράσταση του ηr, 0 συναρτήσει της συγκέντρωσης, η οποία μπορεί στη συνέχεια να εξαχθεί και να αναλυθεί εκτός του λογισμικού.
Παρακαλώ σημειώστε...
ότι μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί γεωμετρία παράλληλης πλάκας ή κυλινδρική γεωμετρία. Μια γεωμετρία με αμμοβολή θα πρέπει να εξεταστεί εάν το υλικό είναι πιθανό να εμφανίσει φαινόμενα ολίσθησης των τοιχωμάτων. Larger γεωμετρίες είναι χρήσιμες για μετρήσεις σε χαμηλές ροπές, οι οποίες είναι πιο πιθανό να συναντηθούν σε χαμηλότερες συχνότητες. Συνιστάται επίσης η χρήση παγίδας διαλύτη για αυτές τις δοκιμές, καθώς η εξάτμιση του διαλύτη (π.χ. νερό) γύρω από τα άκρα του συστήματος μέτρησης μπορεί να ακυρώσει τη δοκιμή, ιδίως όταν εργάζεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες.