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 λάδι, η συνεχής φάση είναι το λάδι, ενώ η διεσπαρμένη φάση είναι το νερό.
Το κατά πόσον ένα γαλάκτωμα νερό-σε-πετρέλαιο μετατρέπεται (ή αντιστρέφεται) σε γαλάκτωμα λάδι-σε-νερό εξαρτάται από το κλάσμα όγκου των δύο φάσεων και τον γαλακτωματοποιητή. Ο γαλακτωματοποιητής είναι ένα υλικό που σταθεροποιεί ένα γαλάκτωμα προσροφώντας στη διεπιφάνεια πετρελαίου-νερού. Οι επιφανειοδραστικές ουσίες είναι η πιο κοινή μορφή γαλακτωματοποιητών.
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 που παρουσιάζουν βασικό ενδιαφέρον είναι το ιξώδες, η κανονική τάση, η ιξωδοελαστικότητα και η τάση διαρροής. Τα γαλακτώματα χαμηλής έως medium-συγκέντρωσης τείνουν να μην παρουσιάζουν τάση διαρροής.
Με την αύξηση του κλάσματος όγκου των σταγονιδίων, επιτυγχάνεται ένα σημείο αναστροφής φάσης. Ωστόσο, εάν τα σταγονίδια του γαλακτώματος σταθεροποιούνται από επιφανειοδραστική ουσία ή σωματίδια, τα σταγονίδια μπορούν να παραμείνουν σταθερά ακόμη και όταν το κλάσμα όγκου πλησιάζει το 1. Τα πυκνά ή συμπυκνωμένα γαλακτώματα τείνουν να παρουσιάζουν ενδιαφέρουσες ρεολογικές ιδιότητες, όπως τάση διαρροής και υψηλή ιξωδοελαστικότητα, καθώς το κλάσμα όγκου της διεσπαρμένης φάσης υπερβαίνει αυτό της διαμόρφωσης στενά συσκευασμένων σφαιρών (Φ = 0,74 για μονοδιάσπαρτα παραμορφώσιμα συστήματα). Σύμφωνα με τους Princen και Kriss [1], η τάση διαρροής (σy) που δημιουργείται σε τέτοια πυκνά γαλακτώματα εξαρτάται από το κλάσμα όγκου των σταγονιδίων και δίνεται από:
Όπου Y(Φ) είναι μια εμπειρική συνάρτηση που δίνεται από,
Εδώ, Φ είναι το κλάσμα όγκου των σταγονιδίων, Γ είναι η διεπιφανειακή τάση και α32 είναι η ακτίνα σταγόνας όγκου προς επιφάνεια.
Για να γίνει πρακτική χρήση αυτής της θεωρίας, είναι απαραίτητο να μετρηθεί η τάση διαρροής ενός γαλακτώματος σε έναν αριθμό κλάσματα όγκου (συγκεντρώσεις) που καθορίζονται από τον χρήστη. Εάν ο χρήστης έχει γνώση της διεπιφανειακής τάσης και της ακτίνας σταγόνας, τα δεδομένα μπορούν στη συνέχεια να αναλυθούν για να διαπιστωθεί η εφαρμοσιμότητα του μοντέλου Princen και Kriss για ένα συγκεκριμένο δείγμα γαλακτώματος.
Τα σταγονίδια που έχουν ακτίνες περίπου 1 microns ή smaller επηρεάζονται έντονα από την κίνηση Brown και παρουσιάζουν συμπεριφορά σαν υγρό σε χαμηλές συχνότητες και δεν μπορούν να περιγραφούν με την παραπάνω ανάλυση.
Πειραματικό
- Αυτή η πειραματική δοκιμή υπάρχει ως προκαθορισμένη ακολουθία στο λογισμικό rSpace, το οποίο έχει σχεδιαστεί για να εκτελείται σε ένα περιστροφικό ρεόμετρο Kinexus 1.
- Η ακολουθία προσδιορίζει το όριο διαρροής μέσω μιας ράμπας τάσης σε ένα εύρος κλασμάτων όγκου που ορίζει ο χρήστης και εμφανίζει μια γραφική παράσταση του ορίου διαρροής σε συνάρτηση με τη συγκέντρωση, η οποία μπορεί να εξαχθεί για περαιτέρω ανάλυση.
- Η δοκιμή αυτή εφαρμόζεται μόνο σε δείγματα με υψηλά κλάσματα όγκου, παρόλο που η ανάλυση θα αναφέρει τάση διαρροής για όλα τα δείγματα που δοκιμάστηκαν, επομένως απαιτείται οπισθοχώρηση του χρήστη.
1Επισημαίνεταιότι μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί γεωμετρία παράλληλης πλάκας ή κυλινδρική γεωμετρία. Μια γεωμετρία με αμμοβολή θα πρέπει να εξετάζεται 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.