Introduzione
Un'emulsione è un sistema con una fase continua liquida e una fase dispersa di goccioline liquide. I due tipi di emulsioni più comuni sono l'emulsione olio-acqua e l'emulsione acqua-olio (Figura 1). In un'emulsione olio-acqua, la fase continua è l'acqua e la fase dispersa è l'olio, mentre in un'emulsione acqua-olio, la fase continua è l'olio, mentre la fase dispersa è l'acqua.
La trasformazione di un'emulsione acqua-olio in un'emulsione olio-acqua dipende dalla frazione di volume delle due fasi e dall'emulsionante. Un emulsionante è un materiale che stabilizza un'emulsione adsorbendosi all'interfaccia olio/acqua. I tensioattivi sono la forma più comune di emulsionante, anche se i materiali polimerici e particellari possono spesso svolgere un ruolo simile.
La reologia dell'emulsione tende ad avere una forte dipendenza dalla frazione di volume della fase dispersa e dalle dimensioni delle gocce. I parametri reologici di maggiore interesse sono la viscosità, lo sforzo normale, la viscoelasticità e lo Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.sforzo di snervamento.
La viscosità relativa di un'emulsione diluita con un basso numero capillare (in modo che le gocce non si deformino) è data dalla seguente espressione [1]:
e ηd è la viscosità della fase dispersa e ηs è la viscosità del fluido di sospensione. In questo caso, si assume che l'emulsione non si assottiglia al taglio, quindi la viscosità sarà la stessa a ogni velocità di taglio. Per concentrazioni di gocce più elevate (Φ≥0,6), il sistema diventa shear thinning e la viscosità relativa a zero shear è data dalla seguente espressione:
Φm è la frazione massima di impaccamento.
L'assottigliamento da taglio diventa più pronunciato all'aumentare della frazione volumetrica delle gocce. Nella referenza [2], si tiene conto di questo fenomeno regolando Φm per ottenere il miglior adattamento a ogni velocità di taglio.
Con un ulteriore aumento della frazione di volume, si può arrivare a una situazione in cui le gocce si incastrano, impedendo alle particelle di muoversi l'una rispetto all'altra. È in questa situazione che si considera che il sistema abbia una Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento. Questo aspetto è trattato in una nota applicativa separata.
Si noti inoltre che questa teoria associata presuppone un'emulsione semplice e non tiene conto della presenza di modificatori reologici, come ad esempio i microgel reticolati, che hanno un volume di fase considerevole e influiscono in modo significativo sulla reologia del solvente e quindi dell'emulsione.
Per verificare sperimentalmente questa teoria per un dato sistema di emulsione, è necessario determinare la viscosità a taglio zero di un'emulsione a varie concentrazioni di gocce e quindi calcolare la viscosità relativa a taglio zero per ciascuna concentrazione utilizzando la viscosità del mezzo di sospensione. La relazione tracciata tra la viscosità relativa allo zero shear e la concentrazione dovrebbe indicare se la teoria di cui sopra approssima o meno il comportamento del sistema di emulsione studiato. I dati possono essere ulteriormente estratti e analizzati per verificare l'esatta corrispondenza con i modelli di cui sopra. La stessa sequenza può essere utilizzata anche per studiare l'impatto della variazione delle dimensioni delle gocce sulla viscosità.
Sperimentale
- Questo test esiste come sequenza preconfigurata nel software rSpace, progettato per essere eseguito su un reometro rotazionale Kinexus 1.
- La sequenza esegue una tabella di sollecitazioni di taglio e poi adatta un Modello di Ellis ai dati per determinare η0 e quindi ηr,0
- Questa operazione viene ripetuta per un certo numero di concentrazioni e si ottiene un grafico di ηr,0 rispetto alla concentrazione, che può essere successivamente esportato e analizzato al di fuori del software.
Si prega di notare...
è possibile utilizzare anche una geometria a piastre parallele o una geometria cilindrica. Una geometria sabbiata dovrebbe essere presa in considerazione se il materiale può presentare effetti di slittamento della parete. Larger geometrie sono utili per le misurazioni a basse coppie, che si verificano più facilmente alle basse frequenze. Per queste prove si raccomanda anche l'uso di una trappola per solventi, poiché l'evaporazione del solvente (ad esempio, l'acqua) intorno ai bordi del sistema di misura può invalidare la prova, in particolare quando si lavora a temperature elevate.