Johdanto
Emulsio on järjestelmä, jossa on nestemäinen jatkuva faasi ja nestepisaroista koostuva dispergoitu faasi. Kaksi yleisintä emulsiotyyppiä ovat öljy-vesi-emulsiot ja vesi-öljy-emulsiot (kuva 1). Öljy-vesi-emulsiossa jatkuva faasi on vettä ja dispergoitu faasi öljyä, kun taas vesi-öljy-emulsiossa jatkuva faasi on öljyä ja dispergoitu faasi vettä.
Se, muuttuuko vesi-öljyssä-emulsio öljy-vedessä-emulsioksi, riippuu molempien faasien tilavuusosuudesta ja emulgointiaineesta. Emulgointiaine on aine, joka stabiloi emulsiota adsorboitumalla öljyn ja veden rajapintaan. Pinta-aktiiviset aineet ovat yleisin emulgointiaineen muoto, vaikka polymeeriset ja hiukkasmaiset aineet voivat usein täyttää samanlaisen tehtävän.
Emulsion reologia on hyvin voimakkaasti riippuvainen dispersiofaasin tilavuusosuudesta ja pisarakoosta. Keskeiset reologiset parametrit ovat viskositeetti, normaalijännitys, viskoelastisuus ja myötöraja.
Laimean emulsion, jonka kapillaariluku on pieni (jotta pisarat eivät muodosta itseään), suhteellinen viskositeetti saadaan seuraavalla lausekkeella [1]:
ja ηd on dispergoituneen faasin viskositeetti ja ηs on suspendoituvan nesteen viskositeetti. Tässä oletetaan, että emulsio ei ole leikkausohentunut, joten viskositeetti on sama jokaisella leikkausnopeudella. Suuremmilla pisarakonsentraatioilla (Φ≥0,6) järjestelmä muuttuu leikkausohentuvaksi, ja tällöin suhteellinen nollaviskositeetti saadaan seuraavasta lausekkeesta:
Φm on suurin pakkautumisosuus.
Pisaroiden tilavuusosuuden kasvaessa LeikkausohennusYleisin ei-newtonilainen käyttäytymistapa on leikkausohennus tai pseudoplastinen virtaus, jossa nesteen viskositeetti pienenee leikkauksen kasvaessa.leikkausohennus voimistuu. Viitteessä [2] tämä on otettu huomioon säätämällä Φm:ää siten, että saadaan paras sovitus kullakin leikkausnopeudella.
Tilavuusosuuden edelleen kasvaessa voidaan päästä tilanteeseen, jossa pisarat juuttuvat, jolloin hiukkaset eivät pääse liikkumaan toisiinsa nähden. Tässä tilanteessa järjestelmän katsotaan saavuttavan myötörajan. Tätä käsitellään erillisessä sovellusohjeessa.
On myös huomattava, että tässä teoriassa oletetaan, että kyseessä on yksinkertainen emulsio, eikä siinä oteta huomioon reologian modifiointiaineita, kuten esimerkiksi ristisilloitettuja mikrogeelejä, joilla on huomattava faasitilavuus ja jotka vaikuttavat merkittävästi liuottimen ja siten myös emulsion reologiaan.
Tämän teorian kokeellinen todentaminen tietylle emulsiosysteemille edellyttää emulsion nollaviskositeetin määrittämistä eri pisarakonsentraatioilla ja sen jälkeen nollaviskositeetin laskemista kullekin konsentraatiolle suspendoituvan väliaineen viskositeetin avulla. Nollaviskositeetin ja konsentraation välisestä suhteesta pitäisi saada selville, vastaako edellä esitetty teoria likimain tutkittavan emulsiosysteemin käyttäytymistä vai ei. Tietoja voidaan edelleen poimia ja analysoida, jotta voidaan tutkia niiden tarkkaa sopivuutta edellä mainittuihin malleihin. Samaa sekvenssiä voidaan käyttää myös pisarakoon muuttamisen vaikutuksen tutkimiseen viskositeettiin.
Kokeellinen
- Tämä testi on valmiiksi konfiguroitu sekvenssi rSpace -ohjelmistossa, joka on suunniteltu suoritettavaksi Kinexus-rotaatioreometrissä1.
- Sekvenssi suorittaa leikkausjännitystaulukon ja sovittaa sitten Ellisin mallin tietoihin η0:n ja ηr,0:n määrittämiseksi
- Tämä toistetaan useille konsentraatioille, ja saadaan ηr, 0:n ja konsentraation välinen kuvaaja, joka voidaan myöhemmin viedä ja analysoida ohjelmiston ulkopuolella.
Huomaa...
että voidaan käyttää myös yhdensuuntaista levygeometriaa tai lieriömäistä geometriaa. Hiekkapuhallusgeometriaa olisi harkittava, jos materiaalissa on todennäköisesti seinämän liukuva vaikutus. Suuremmat geometriat ovat hyödyllisiä mittauksissa pienillä vääntömomenteilla, joita esiintyy todennäköisemmin matalammilla taajuuksilla. Näissä testeissä suositellaan myös liuotinloukun käyttöä, koska liuottimen (esim. veden) haihtuminen mittausjärjestelmän reunoille voi mitätöidä testin, erityisesti silloin, kun työskennellään korkeammissa lämpötiloissa.