Inleiding
Een emulsie is een systeem met een vloeibare continue fase en een gedispergeerde fase van vloeistofdruppels. De twee meest voorkomende soorten emulsies zijn olie-in-water emulsies en water-in-olie emulsies (Figuur 1). In een olie-in-wateremulsie is de continue fase water en de gedispergeerde fase olie, terwijl in een water-in-olie-emulsie de continue fase olie is en de gedispergeerde fase water.
Of een water-in-olie emulsie verandert in een olie-in-water emulsie hangt af van de volumefractie van beide fasen en de emulgator. Een emulgator is een materiaal dat een emulsie stabiliseert door te adsorberen op het grensvlak tussen olie en water. Oppervlakteactieve stoffen zijn de meest voorkomende vorm van emulgatoren, hoewel polymere en deeltjesmaterialen vaak een vergelijkbare rol kunnen vervullen.
De reologie van emulsies is sterk afhankelijk van de volumefractie van de gedispergeerde fase en de druppelgrootte. De belangrijkste reologische parameters zijn viscositeit, normaalspanning, visco-elasticiteit en OpbrengstspanningDe vloeispanning wordt gedefinieerd als de spanning waaronder geen vloei optreedt; letterlijk gedraagt het zich als een zwakke vaste stof in rust en als een vloeistof wanneer het vloeit.vloeispanning.
De relatieve viscositeit van een verdunde emulsie met een laag capillair getal (zodat de druppels niet vervormen) wordt gegeven door de volgende uitdrukking [1]:
en ηd is de viscositeit van de gedispergeerde fase en ηs is de viscositeit van de suspensievloeistof. Hier wordt aangenomen dat de emulsie niet afschuifverdunnend is, dus de viscositeit zal bij elke afschuifsnelheid gelijk zijn. Voor hogere druppelconcentraties (Φ≥0,6) wordt het systeem afschuifverdunnend en de relatieve nul afschuifviscositeit wordt dan gegeven door de volgende uitdrukking:
Φm is de maximale verpakkingsfractie.
De SchuifverdunningHet meest voorkomende type niet-Newtons gedrag is afschuifverdunning of pseudoplastische stroming, waarbij de vloeistofviscositeit afneemt bij toenemende afschuiving.afschuifverdunning wordt duidelijker naarmate de volumefractie van druppels toeneemt. In referentie [2] wordt hier rekening mee gehouden door Φm aan te passen om de beste fit te krijgen bij elke afschuifsnelheid.
Met een verdere toename van de volumefractie kan een situatie worden bereikt waarin druppels vast komen te zitten, waardoor de deeltjes niet meer ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. In deze situatie wordt het systeem geacht een OpbrengstspanningDe vloeispanning wordt gedefinieerd als de spanning waaronder geen vloei optreedt; letterlijk gedraagt het zich als een zwakke vaste stof in rust en als een vloeistof wanneer het vloeit.vloeispanning te hebben. Dit wordt besproken in een aparte toepassingsnotitie.
Merk ook op dat deze bijbehorende theorie uitgaat van een eenvoudige emulsie en geen rekening houdt met de aanwezigheid van reologiemodificatoren zoals bijvoorbeeld vernette micro-gels, die een aanzienlijk fasevolume hebben en de reologie van het oplosmiddel en dus de emulsie aanzienlijk beïnvloeden.
Om deze theorie experimenteel te verifiëren voor een bepaald emulsiesysteem, is het nodig om de nulschuifviscositeit van een emulsie bij verschillende druppelconcentraties te bepalen en vervolgens de relatieve nulschuifviscositeit voor elke concentratie te berekenen met behulp van de viscositeit van de suspensiemedia. De uitgezette relatie tussen de relatieve viscositeit bij nulafschuiving en de concentratie moet aangeven of de bovenstaande theorie het gedrag van het bestudeerde emulsiesysteem benadert. De gegevens kunnen verder worden geëxtraheerd en geanalyseerd om de exacte overeenkomst met de bovenstaande modellen te onderzoeken. Dezelfde volgorde kan ook worden gebruikt om de invloed van het veranderen van de druppelgrootte op de viscositeit te onderzoeken.
Experimenteel
- Deze test bestaat als een vooraf geconfigureerde reeks in de rSpace software die ontworpen is om te draaien op een Kinexus rotationele reometer1.
- De reeks voert een tabel met schuifspanningen uit en past vervolgens een Ellis Model toe op de gegevens om η0 en vervolgens ηr,0 te bepalen
- Dit wordt herhaald voor een aantal concentraties en er wordt een grafiek van ηr,0 tegen de concentratie verkregen, die vervolgens geëxporteerd en buiten de software geanalyseerd kan worden.
Let op ...
dat een parallelle plaatgeometrie of een cilindrische geometrie ook kan worden gebruikt. Een zandgestraalde geometrie moet overwogen worden als het materiaal waarschijnlijk wandslip effecten vertoont. Grotere geometrieën zijn nuttig voor metingen bij lage draaimomenten, die waarschijnlijker zijn bij lagere frequenties. Het gebruik van een oplosmiddelvanger wordt ook aanbevolen voor deze tests, omdat VerdampingDe verdamping van een element of verbinding is een faseovergang van de vloeibare fase naar damp. Er bestaan twee soorten verdamping: verdamping en koken.verdamping van oplosmiddel (bijv. water) rond de randen van het meetsysteem de test ongeldig kan maken, vooral bij hogere temperaturen.