Introduction
Une émulsion est un système composé d'une phase liquide continue et d'une phase dispersée de gouttelettes liquides. Les deux types d'émulsions les plus courants sont les émulsions huile dans eau et les émulsions eau dans huile (figure 1). Dans une émulsion huile dans eau, la phase continue est l'eau et la phase dispersée est l'huile, tandis que dans une émulsion eau dans huile, la phase continue est l'huile et la phase dispersée est l'eau.
La transformation (ou l'inversion) d'une émulsion eau dans huile en une émulsion huile dans eau dépend de la fraction volumique des deux phases et de l'émulsifiant. Un émulsifiant est un matériau qui stabilise une émulsion en s'adsorbant à l'interface entre l'huile et l'eau. Les surfactants sont la forme la plus courante d'émulsifiants.
La rhéologie des émulsions dépend fortement de la fraction volumique de la phase dispersée et de la taille des gouttelettes. Les paramètres rhéologiques les plus importants sont la viscosité, la contrainte normale, la viscoélasticité et la limite d'élasticité. Les émulsions de faible à medium concentration n'ont pas tendance à présenter de limite d'élasticité.
En augmentant la fraction volumique des gouttelettes, on atteint un point d'inversion de phase. Toutefois, si les gouttelettes de l'émulsion sont stabilisées par un tensioactif ou des particules, elles peuvent rester stables même lorsque la fraction volumique approche de 1. Les émulsions denses ou concentrées ont tendance à présenter des propriétés rhéologiques intéressantes telles que la limite d'élasticité et une viscoélasticité élevée lorsque la fraction volumique de la phase dispersée dépasse celle d'une configuration de sphères serrées (Φ = 0,74 pour les systèmes déformables monodispersés). Selon Princen et Kriss [1], la limite d'élasticité (σy) générée dans de telles émulsions denses dépend de la fraction volumique des gouttelettes et est donnée par :
Où Y(Φ) est une fonction empirique donnée par
Ici, Φ est la fraction volumique des gouttelettes, Γ est la tension interfaciale et a32 est le rayon de la goutte entre le volume et la surface.
Pour utiliser cette théorie dans la pratique, il est nécessaire de mesurer la limite d'élasticité d'une émulsion à un certain nombre de fractions volumiques (concentrations) définies par l'utilisateur. Si l'utilisateur connaît la tension interfaciale et le rayon des gouttelettes, les données peuvent alors être analysées pour déterminer l'applicabilité du modèle de Princen et Kriss à un échantillon d'émulsion spécifique.
Les gouttelettes ayant un rayon d'environ 1 micron ou moins sont fortement influencées par le mouvement brownien et présentent un comportement similaire à celui d'un liquide à basse fréquence, et ne peuvent pas être décrites à l'aide de l'analyse ci-dessus.
Expérimental
- Ce test expérimental existe sous la forme d'une séquence préconfigurée dans le logiciel rSpace qui est conçu pour fonctionner sur un rhéomètre rotatif Kinexus1.
- La séquence détermine la limite d'élasticité au moyen d'une rampe de contrainte pour une gamme de fractions de volume définies par l'utilisateur et affiche un graphique de la limite d'élasticité en fonction de la concentration, qui peut être exporté pour une analyse plus approfondie.
- Ce test n'est applicable qu'aux échantillons ayant des fractions volumiques élevées, même si l'analyse indique une limite d'élasticité pour tous les échantillons testés, d'où la nécessité d'une dérogation de la part de l'utilisateur.
1Veuilleznoter qu'une géométrie à plaques parallèles ou une géométrie cylindrique peut également être utilisée. Une géométrie sablée doit être envisagée si le matériau est susceptible de présenter des effets de glissement de paroi. Les géométries plus grandes sont utiles pour les mesures à des couples faibles, qui sont plus susceptibles d'être rencontrés à des fréquences plus basses. L'utilisation d'un piège à solvant est également recommandée pour ces essais, car l'évaporation du solvant (par exemple, l'eau) autour des bords du système de mesure peut invalider l'essai, en particulier lorsque l'on travaille à des températures élevées.