Introducción
Una emulsión es un sistema con una fase líquida continua y una fase dispersa de gotitas líquidas. Los dos tipos de emulsiones más comunes son la emulsión de aceite en agua y la emulsión de agua en aceite (Figura 1). En una emulsión de aceite en agua, la fase continua es agua y la dispersa, aceite, mientras que en una emulsión de agua en aceite, la fase continua es aceite y la dispersa, agua.
Que una emulsión de agua en aceite se convierta en una emulsión de aceite en agua depende de la fracción de volumen de ambas fases y del emulsionante. Un emulsionante es un material que estabiliza una emulsión adsorbiéndose en la interfase aceite/agua. Los tensioactivos son la forma más común de emulsionante, aunque los materiales poliméricos y particulados pueden desempeñar a menudo un papel similar.
La reología de las emulsiones suele depender en gran medida de la fracción volumétrica de la fase dispersa y del tamaño de las gotas. Los parámetros reológicos de mayor interés son la viscosidad, la tensión normal, la viscoelasticidad y el Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico.
La viscosidad relativa de una emulsión diluida con un número capilar bajo (para que las gotitas no se deformen) viene dada por la siguiente expresión [1]:
y ηd es la viscosidad de la fase dispersa y ηs es la viscosidad del fluido en suspensión. En este caso, se supone que la emulsión no sufre Adelgazamiento por cizallamientoEl tipo más común de comportamiento no newtoniano es el adelgazamiento por cizallamiento o flujo pseudoplástico, en el que la viscosidad del fluido disminuye al aumentar el cizallamiento.adelgazamiento por cizallamiento, por lo que la viscosidad será la misma a cada velocidad de cizallamiento. Para concentraciones de gotas más altas (Φ≥0,6), el sistema se adelgaza y la viscosidad relativa de cizallamiento cero viene dada por la siguiente expresión:
Φm es la fracción de empaquetamiento máxima.
El Adelgazamiento por cizallamientoEl tipo más común de comportamiento no newtoniano es el adelgazamiento por cizallamiento o flujo pseudoplástico, en el que la viscosidad del fluido disminuye al aumentar el cizallamiento.adelgazamiento por cizallamiento es más pronunciado a medida que aumenta la fracción volumétrica de las gotas. En la referencia [2], esto se tiene en cuenta ajustando Φm para obtener el mejor ajuste a cada velocidad de cizallamiento.
Con un mayor aumento de la fracción de volumen, se puede llegar a una situación en la que las gotas se atascan, impidiendo así que las partículas se muevan unas respecto a otras. Es en esta situación cuando se considera que el sistema tiene un Tensión de fluenciaEl límite elástico se define como la tensión por debajo de la cual no se produce flujo; literalmente, se comporta como un sólido débil en reposo y como un líquido cuando cede.límite elástico. Este tema se trata en otra nota de aplicación.
Obsérvese también que esta teoría asociada supone una emulsión simple y no tiene en cuenta la presencia de modificadores reológicos como los microgeles reticulados, por ejemplo, que tienen un volumen de fase considerable y afectarán significativamente al disolvente y, por tanto, a la reología de la emulsión.
Para verificar experimentalmente esta teoría para un sistema de emulsión dado, es necesario determinar la viscosidad de cizallamiento cero de una emulsión a varias concentraciones de gotas y, a continuación, calcular la viscosidad relativa de cizallamiento cero para cada concentración utilizando la viscosidad de los medios en suspensión. La relación trazada entre la viscosidad relativa de cizallamiento cero y la concentración debería indicar si la teoría anterior se aproxima o no al comportamiento del sistema de emulsión estudiado. Los datos pueden extraerse y analizarse posteriormente para investigar el ajuste exacto con los modelos anteriores. La misma secuencia puede utilizarse también para investigar el impacto de la modificación del tamaño de las gotas en la viscosidad.
Experimental
- Esta prueba existe como una secuencia preconfigurada en el software rSpace que está diseñada para ejecutarse en un reómetro rotacional Kinexus1.
- La secuencia ejecuta una tabla de tensiones de cizallamiento y luego ajusta un Modelo de Ellis a los datos para determinar η0 y luego ηr,0
- Esto se repite para una serie de concentraciones y se obtiene un gráfico de ηr, 0 frente a la concentración, que posteriormente puede exportarse y analizarse fuera del software.
Tenga en cuenta...
que también puede utilizarse una geometría de placa paralela o una geometría cilíndrica. Debe considerarse una geometría con chorro de arena si es probable que el material muestre efectos de deslizamiento de la pared. Las geometrías más grandes son útiles para mediciones a pares bajos, que es más probable que se produzcan a frecuencias más bajas. También se recomienda el uso de una trampa de disolvente para estos ensayos, ya que la evaporación de disolvente (por ejemplo, agua) alrededor de los bordes del sistema de medición puede invalidar el ensayo, especialmente cuando se trabaja a temperaturas más elevadas.