Wprowadzenie
Emulsja to układ z ciekłą fazą ciągłą i rozproszoną fazą kropelek cieczy. Dwa najczęściej spotykane rodzaje emulsji to emulsja typu olej w wodzie i emulsja typu 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 przekształci się (lub odwróci) 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 emulgatorów są środki powierzchniowo czynne.
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. Emulsje o niskim do medium stężeniu nie wykazują żadnej granicy plastyczności.
Wraz ze wzrostem ułamka objętościowego kropelek osiągany jest punkt inwersji faz. Jednakże, jeśli kropelki emulsji są stabilizowane przez środek powierzchniowo czynny lub cząstki, kropelki mogą pozostać stabilne, nawet gdy ułamek objętościowy zbliża się do 1. Gęste lub skoncentrowane emulsje mają tendencję do wykazywania interesujących właściwości reologicznych, takich jak 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 i wysoka lepkosprężystość, gdy ułamek objętościowy fazy rozproszonej przekracza ułamek objętościowy ściśle upakowanych kulek (Φ = 0,74 dla monodyspersyjnych układów odkształcalnych). Według Princen i Kriss [1], 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 (σy) generowana w takich gęstych emulsjach zależy od ułamka objętościowego kropelek i jest dana przez:
Gdzie Y(Φ) jest funkcją empiryczną daną przez;
Tutaj Φ jest ułamkiem objętościowym kropli, Γ jest napięciem międzyfazowym, a a32 jest promieniem kropli od objętości do powierzchni.
Aby wykorzystać tę teorię w praktyce, konieczne jest zmierzenie granicy plastyczności emulsji przy określonej przez użytkownika liczbie frakcji objętościowych (stężeń). Jeśli użytkownik posiada wiedzę na temat napięcia międzyfazowego i promienia kropli, dane można następnie przeanalizować w celu sprawdzenia stosowalności modelu Princena i Krissa dla określonej próbki emulsji.
Kropelki o promieniu około 1 mikrona lub smaller są pod silnym wpływem ruchu Browna i wykazują zachowanie podobne do cieczy przy niskich częstotliwościach i nie mogą być opisane za pomocą powyższej analizy.
Eksperymentalny
- Ten test eksperymentalny istnieje jako wstępnie skonfigurowana sekwencja w oprogramowaniu rSpace, która została zaprojektowana do pracy na reometrze rotacyjnym Kinexus 1.
- Sekwencja określa granicę plastyczności za pomocą rampy naprężenia w zakresie zdefiniowanych przez użytkownika frakcji objętościowych i wyświetla wykres granicy plastyczności w zależności od stężenia, który można wyeksportować do dalszej analizy.
- Ten test ma zastosowanie tylko do próbek o wysokim udziale objętościowym, mimo że analiza zgłosi granicę plastyczności dla wszystkich badanych próbek, dlatego wymagana jest dyskrecja użytkownika.
1Należypamiętać, że można również zastosować geometrię płyty równoległej lub geometrię cylindryczną. Geometrię piaskowaną należy rozważyć, jeśli materiał może wykazywać efekty poślizgu na ściankach. 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.