Wprowadzenie
Emulsja to układ z ciekłą fazą ciągłą i rozproszoną fazą kropelek cieczy. Dwa najczęściej spotykane rodzaje emulsji to emulsje typu olej w wodzie i woda w oleju (rysunek 1). W emulsji typu olej w wodzie fazą ciągłą jest woda, a fazą rozproszoną olej, natomiast w emulsji typu woda w oleju fazą ciągłą jest olej, a fazą rozproszoną woda.
To, czy emulsja typu woda w oleju zmieni się w emulsję typu olej w wodzie, zależy od ułamka objętościowego obu faz i emulgatora. Emulgator to materiał, który stabilizuje emulsję poprzez adsorpcję na granicy faz olej/woda. Najczęściej spotykaną formą emulgatora są środki powierzchniowo czynne, chociaż materiały polimerowe i cząsteczkowe często mogą pełnić podobną rolę.
Reologia emulsji ma tendencję do bardzo silnej zależności od ułamka objętościowego fazy rozproszonej, jak również od wielkości kropli. Kluczowymi parametrami reologicznymi są lepkość, naprężenie normalne, lepkosprężystość i Naprężenie plastyczneGranica plastyczności jest definiowana jako naprężenie, poniżej którego nie występuje przepływ; dosłownie zachowuje się jak słabe ciało stałe w spoczynku i ciecz po ugięciu.granica plastyczności.
Względna lepkość rozcieńczonej emulsji o niskiej liczbie kapilarnej (dzięki czemu krople nie odkształcają się) jest wyrażona następującym wzorem [1]:
ηd to lepkość fazy rozproszonej, a ηs to lepkość cieczy zawieszającej. Tutaj zakłada się, że emulsja nie jest rozrzedzana ścinaniem, stąd lepkość będzie taka sama przy każdej szybkości ścinania. W przypadku wyższych stężeń kropel (Φ≥0,6), układ staje się rozrzedzany ścinaniem, a względna lepkość przy zerowym ścinaniu jest wtedy określona następującym wyrażeniem:
Φm to maksymalny ułamek upakowania.
Ścinanie staje się bardziej wyraźne wraz ze wzrostem udziału objętościowego kropelek. W odniesieniu [2] uwzględniono to poprzez dostosowanie Φm w celu uzyskania najlepszego dopasowania przy każdej szybkości ścinania.
Wraz z dalszym wzrostem ułamka objętościowego może dojść do sytuacji, w której kropelki zostaną zablokowane, zapobiegając w ten sposób przemieszczaniu się cząstek względem siebie. W tej sytuacji uznaje się, że układ ma granicę plastyczności. Zostało to omówione w osobnej nocie aplikacyjnej.
Należy również zauważyć, że ta powiązana teoria zakłada prostą emulsję i nie uwzględnia obecności modyfikatorów reologii, takich jak na przykład usieciowane mikrożele, które mają znaczną objętość fazy i znacząco wpływają na rozpuszczalnik, a tym samym na reologię emulsji.
Aby eksperymentalnie zweryfikować tę teorię dla danego układu emulsji, konieczne jest określenie lepkości emulsji przy zerowym ścinaniu przy różnych stężeniach kropli, a następnie obliczenie lepkości względnej przy zerowym ścinaniu dla każdego stężenia przy użyciu lepkości mediów zawieszających. Wykreślona zależność między lepkością względną przy zerowym ścinaniu a stężeniem powinna wskazywać, czy powyższa teoria przybliża zachowanie badanego układu emulsji. Dane mogą być dalej ekstrahowane i analizowane w celu zbadania dokładnego dopasowania do powyższych modeli. Ta sama sekwencja może być również wykorzystana do zbadania wpływu zmiany wielkości kropli na lepkość.
Eksperymentalny
- Test ten istnieje jako wstępnie skonfigurowana sekwencja w oprogramowaniu rSpace, która została zaprojektowana do pracy na reometrze rotacyjnym Kinexus 1.
- Sekwencja uruchamia tabelę naprężeń ścinających, a następnie dopasowuje model Ellisa do danych w celu określenia η0, a następnie ηr,0
- Powtarza się to dla wielu stężeń i uzyskuje się wykres ηr,0 względem stężenia, który można następnie wyeksportować i przeanalizować poza oprogramowaniem.
Uwaga...
można również zastosować równoległą geometrię płyty lub geometrię cylindryczną. Geometria piaskowana powinna być brana pod uwagę, jeśli materiał może wykazywać efekty poślizgu ścianek. Larger geometrie są przydatne do pomiarów przy niskich momentach obrotowych, które są bardziej prawdopodobne przy niższych częstotliwościach. W przypadku tych testów zaleca się również stosowanie pułapki rozpuszczalnikowej, ponieważ parowanie rozpuszczalnika (np. wody) wokół krawędzi układu pomiarowego może unieważnić test, szczególnie podczas pracy w wyższych temperaturach.