Introducere
O emulsie este un sistem cu o fază lichidă continuă și o fază dispersată de picături lichide. Cele mai frecvente două tipuri de emulsii sunt emulsiile ulei în apă și emulsiile apă în ulei (figura 1). Într-o emulsie ulei în apă, faza continuă este apa, iar faza dispersată este uleiul, în timp ce într-o emulsie apă în ulei, faza continuă este uleiul, iar faza dispersată este apa.
Transformarea unei emulsii apă în ulei într-o emulsie ulei în apă depinde de fracția volumică a ambelor faze și de emulgator. Un emulsifiant este un material care stabilizează o emulsie prin adsorbție la interfața ulei/apă. Surfactanții sunt cea mai comună formă de emulsificator, deși materialele polimerice și particulele pot îndeplini adesea un rol similar.
Reologia emulsiei tinde să aibă o dependență foarte puternică de fracția de volum a fazei dispersate, precum și de dimensiunea picăturilor. Parametrii reologici de interes esențial sunt vâscozitatea, tensiunea normală, vâscoelasticitatea și tensiunea de curgere.
Vâscozitatea relativă a unei emulsii diluate cu un număr capilar scăzut (astfel încât picăturile să nu se deformeze) este dată de următoarea expresie [1]:
iar ηd este vâscozitatea fazei dispersate și ηs este vâscozitatea fluidului în suspensie. Aici, se presupune că emulsia nu se subțiază prin forfecare, prin urmare vâscozitatea va fi aceeași la fiecare rată de forfecare. Pentru concentrații mai mari de picături (Φ≥0,6), sistemul se subțiază la forfecare, iar vâscozitatea relativă la forfecare zero este dată de următoarea expresie:
Φm este fracția maximă de împachetare.
Subțierea prin forfecareCel mai comun tip de comportament non-newtonian este subțierea prin forfecare sau curgerea pseudoplastică, în care vâscozitatea fluidului scade odată cu creșterea forfecării.Subțierea prin forfecare devine mai pronunțată pe măsură ce fracția volumică a picăturilor crește. În referința [2], acest lucru este luat în considerare prin ajustarea lui Φm pentru a obține cea mai bună potrivire la fiecare rată de forfecare.
Cu o creștere suplimentară a fracției volumice, se poate ajunge la o situație în care picăturile se blochează, împiedicând astfel particulele să se deplaseze una față de cealaltă. În această situație se consideră că sistemul are o Tensiunea de cedareTensiunea de cedare este definită ca fiind tensiunea sub care nu se produce nicio curgere; literalmente, se comportă ca un solid slab în repaus și ca un lichid atunci când este cedat.tensiune de curgere. Acest aspect este discutat într-o notă de aplicare separată.
Rețineți, de asemenea, că această teorie asociată presupune o emulsie simplă și nu ia în considerare prezența modificatorilor de reologie, cum ar fi microgelurile reticulate, de exemplu, care au un volum de fază considerabil și vor avea un impact semnificativ asupra solventului și, prin urmare, asupra reologiei emulsiei.
Pentru a verifica experimental această teorie pentru un anumit sistem de emulsie, este necesar să se determine vâscozitatea la forfecare zero a unei emulsii la diferite concentrații de picături și apoi să se calculeze vâscozitatea relativă la forfecare zero pentru fiecare concentrație folosind vâscozitatea mediului de suspensie. Relația trasată între vâscozitatea relativă la forfecare zero și concentrație ar trebui să indice dacă teoria de mai sus aproximează sau nu comportamentul sistemului de emulsie studiat. Datele pot fi extrase și analizate în continuare pentru a investiga potrivirea exactă cu modelele de mai sus. Aceeași secvență poate fi utilizată și pentru a investiga impactul modificării dimensiunii picăturilor asupra vâscozității.
Experimental
- Acest test există sub forma unei secvențe preconfigurate în software-ul rSpace, care este conceput pentru a funcționa pe un reometru rotațional Kinexus1.
- Secvența rulează un tabel de tensiuni de forfecare și apoi ajustează un model Ellis la date pentru a determina η0 și apoi ηr,0
- Acest lucru se repetă pentru un număr de concentrații și se obține un grafic al ηr,0 în funcție de concentrație, care poate fi ulterior exportat și analizat în afara programului.
Vă rugăm să rețineți...
că poate fi utilizată și o geometrie cu plăci paralele sau o geometrie cilindrică. O geometrie sablată ar trebui luată în considerare dacă materialul este susceptibil de a prezenta efecte de alunecare a pereților. Geometriile mai mari sunt utile pentru măsurători la cupluri mici, care sunt mai susceptibile de a fi întâlnite la frecvențe mai mici. Utilizarea unei capcane de solvent este, de asemenea, recomandată pentru aceste teste, deoarece evaporarea solventului (de exemplu, apă) în jurul marginilor sistemului de măsurare poate invalida testul, în special atunci când se lucrează la temperaturi ridicate.