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 yleisimpiä emulgointiaineita.
Emulsion reologia on hyvin voimakkaasti riippuvainen dispersiofaasin tilavuusosuudesta ja pisarakoosta. Keskeiset reologiset parametrit ovat viskositeetti, normaalijännitys, viskoelastisuus ja myötöraja. Matalista medium-pitoisuuksiin ulottuvissa emulsioissa ei yleensä esiinny myötöjännitystä.
Kun pisaroiden tilavuusosuutta kasvatetaan, saavutetaan vaiheiden inversiopiste. Jos emulsiopisarat on kuitenkin stabiloitu pinta-aktiivisella aineella tai hiukkasilla, pisarat voivat pysyä vakaina, vaikka tilavuusosuus lähestyy 1:tä. Tiheillä tai konsentroituneilla emulsioilla on taipumus osoittaa mielenkiintoisia reologisia ominaisuuksia, kuten myötörajaa ja suurta viskoelastisuutta, kun dispergoidun faasin tilavuusosuus ylittää tiiviisti pakattujen pallojen konfiguraation tilavuusosuuden (Φ = 0,74 monodispersiossa deformoituvissa järjestelmissä). Princenin ja Krissin [1] mukaan tällaisissa tiheissä emulsioissa syntyvä MyötöjännitysMyötöjännitys määritellään jännitykseksi, jonka alapuolella ei tapahdu virtausta; se käyttäytyy kirjaimellisesti kuin heikko kiinteä aine levossa ja neste, kun se myötää.myötöjännitys (σy) riippuu pisaroiden tilavuusosuudesta ja saadaan seuraavasti:
Jossa Y(Φ) on empiirinen funktio, joka saadaan seuraavasti;
Tässä Φ on pisaroiden tilavuusosuus, Γ on rajapintajännitys ja a32 on tilavuuden ja pinnan välinen pisaran säde.
Tämän teorian käytännön hyödyntämiseksi on tarpeen mitata emulsion MyötöjännitysMyötöjännitys määritellään jännitykseksi, jonka alapuolella ei tapahdu virtausta; se käyttäytyy kirjaimellisesti kuin heikko kiinteä aine levossa ja neste, kun se myötää.myötöjännitys useilla käyttäjän määrittelemillä tilavuusosuuksilla (konsentraatioilla). Jos käyttäjä tietää rajapintajännityksen ja pisaran säteen, tietoja voidaan analysoida Princenin ja Krissin mallin soveltuvuuden selvittämiseksi tiettyyn emulsionäytteeseen.
Pisaroihin, joiden säde on noin 1 mikroni tai pienempi, vaikuttaa voimakkaasti Brownin liike, ja ne käyttäytyvät nestemäisesti matalilla taajuuksilla, eikä niitä voida kuvata edellä esitetyllä analyysillä.
Kokeellinen
- Tämä koe on valmiiksi konfiguroitu sekvenssi rSpace -ohjelmistossa, joka on suunniteltu käytettäväksi Kinexus-rotaatioreometrissä1.
- Sarjassa määritetään MyötöjännitysMyötöjännitys määritellään jännitykseksi, jonka alapuolella ei tapahdu virtausta; se käyttäytyy kirjaimellisesti kuin heikko kiinteä aine levossa ja neste, kun se myötää.myötöjännitys jännitysrampin avulla käyttäjän määrittelemillä tilavuusosuuksilla ja näytetään myötöjännityksen ja konsentraation välinen kuvaaja, joka voidaan viedä jatkoanalyysiä varten.
- Tätä testiä voidaan soveltaa vain näytteisiin, joiden tilavuusosuudet ovat suuria, vaikka analyysi ilmoittaa myötöjännityksen kaikille testatuille näytteille, joten käyttäjän on määritettävä se.
1Huomaa, 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.