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-water emulsie 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 (of omkeert) 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.
De reologie van emulsies is sterk afhankelijk van de volumefractie van de gedispergeerde fase en de druppelgrootte. De belangrijkste reologische parameters zijn de viscositeit, de normaalspanning, de visco-elasticiteit en de 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. Emulsies met een lage tot medium concentratie vertonen meestal geen 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.
Als de volumefractie van de druppels toeneemt, wordt een punt van fase-inversie bereikt. Als de emulsiedruppels echter gestabiliseerd worden door oppervlakteactieve stoffen of deeltjes, kunnen de druppels stabiel blijven, zelfs als de volumefractie 1 nadert. Dichte of geconcentreerde emulsies hebben de neiging om interessante reologische eigenschappen te vertonen, zoals 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 en hoge visco-elasticiteit, naarmate de volumefractie van de gedispergeerde fase groter is dan die van een dicht opeengepakte bolconfiguratie (Φ = 0,74 voor monodisperse vervormbare systemen). Volgens Princen en Kriss [1] is de 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 (σy) die wordt opgewekt in dergelijke dichte emulsies afhankelijk van de volumefractie van de druppels en wordt gegeven door:
Waarbij Y(Φ) een empirische functie is die wordt gegeven door;
Hierin is Φ de volumefractie van de druppels, Γ de grensspanning en a32 de straal van de druppel tussen volume en oppervlak.
Om praktisch gebruik te maken van deze theorie is het nodig om de 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 van een emulsie te meten bij een aantal door de gebruiker gedefinieerde volumefracties (concentraties). Als de gebruiker kennis heeft van de grensspanning en de druppelstraal, kunnen de gegevens worden geanalyseerd om de toepasbaarheid van het Princen en Kriss-model voor een specifiek emulsiemonster te bekijken.
Druppels met een straal van ongeveer 1 micron of kleiner worden sterk beïnvloed door Brownse beweging en vertonen vloeistofachtig gedrag bij lage frequenties en kunnen niet worden beschreven met bovenstaande analyse.
Experimenteel
- Deze experimentele test bestaat als een vooraf geconfigureerde reeks in de rSpace software die ontworpen is om te draaien op een Kinexus roterende reometer1.
- De sequentie bepaalt de vloeispanning door middel van een spanningsaanloop bij een reeks door de gebruiker gedefinieerde volumefracties en toont een grafiek van de vloeispanning tegen de concentratie die kan worden geëxporteerd voor verdere analyse.
- Deze test is alleen van toepassing op monsters met een hoge volumefractie, hoewel de analyse een vloeispanning rapporteert voor alle geteste monsters.
1Merkop dat een parallelle plaatgeometrie of een cilindrische geometrie ook kan worden gebruikt. Een zandgestraalde geometrie moet worden overwogen 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.