はじめに
エマルションとは、液体の連続相と液滴の分散相を持つ系のことである。最も一般的なエマルションは、水中油型エマルションと油中水型エマルションの2種類である（図1）。油中水型エマルションは、連続相が水、分散相が油であり、油中水型エマルションは、連続相が油、分散相が水である。
油中水型エマルションが水中油型エマルションになるかどうかは、両相の体積分率と乳化剤に依存します。乳化剤は、油と水の界面に吸着してエマルションを安定化させる物質です。界面活性剤が乳化剤の最も一般的な形態であるが、ポリマーや粒子状物質も同様の役割を果たすことが多い。
エマルションのレオロジーは、分散相の体積分率や液滴サイズに強く依存する傾向があります。重要なレオロジーパラメーターは、粘度、法線応力、粘弾性、降伏応力です。
キャピラリー数が低い（液滴が変形しない）希薄エマルションの相対粘度は、以下の式で与えられます[1]：
ηdは分散相粘度、ηsは懸濁液粘度である。ここでは、エマルションはせん断減粘しないと仮定しているため、粘度は各せん断速度で同じになる。液滴濃度が高い場合（Φ≥0.6）、系はせん断減粘性となり、相対ゼロせん断粘度は次式で与えられる：
Φmは最大充填率である。
せん断減粘は、液滴の体積分率が増加するにつれて顕著になります。参考文献[2]では、各せん断速度で最適になるようにΦmを調整することでこれを説明している。
体積分率がさらに増加すると、液滴が詰まって粒子が互いに相対的に移動できなくなる状況に達する可能性がある。このような状況において、システムは降伏応力を持つと考えられます。これについては別のアプリケーションノートで説明します。
また、この関連理論は単純なエマルジョンを想定しており、架橋マイクロゲルのようなレオロジー調整剤の存在を考慮していません。
この理論を特定のエマルション系で実験的に検証するには、さまざまな液滴濃度におけるエマルションのゼロせん断粘度を決定し、懸濁媒体の粘度を使用して各濃度のゼロせん断相対粘度を計算する必要があります。ゼロせん断相対粘度と濃度の関係をプロットすれば、上記の理論が研究対象のエマルション系の挙動を近似しているかどうかがわかるはずです。このデータをさらに抽出して分析し、上記のモデルとの正確な適合性を調べることができます。同じ順序で、液滴サイズを変化させたときの粘度への影響を調べることもできる。
実験的
- このテストは、Kinexus回転型レオメーター上で実行するように設計されたrSpace ソフトウェアに、設定済みのシーケンスとして用意されています1。
- このシーケンスでは、せん断応力のテーブルを実行し、エリスモデルをデータに当てはめ、η0を決定し、次にηr,0を決定します。
- これをいくつかの濃度について繰り返し、濃度に対するηr,0のプロットが得られます。
ご注意ください
平行平板形状や円筒形状も使用できる。材料が壁スリップ効果を示す可能性がある場合は、サンドブラスト形状を考慮する必要があります。より大きな形状は、低周波数で発生しやすい低トルクでの測定に有用である。これらの試験には、ソルベントトラップの使用も推奨されます。特に高温で作業する場合、測定システムの端部周辺での溶媒（水など）の蒸発は、試験を無効にする可能性があるからです。