Введение
Эмульсия - это система с жидкой непрерывной фазой и дисперсной фазой, состоящей из капель жидкости. Наиболее распространены два типа эмульсий: эмульсия "масло в воде" и эмульсия "вода в масле" (рис. 1). В эмульсии "масло в воде" непрерывной фазой является вода, а дисперсной - масло, в то время как в эмульсии "вода в масле" непрерывной фазой является масло, а дисперсной - вода.
Превратится ли эмульсия "вода в масле" в эмульсию "масло в воде", зависит от объемной доли обеих фаз и эмульгатора. Эмульгатор - это вещество, которое стабилизирует эмульсию, адсорбируясь на границе раздела фаз масло/вода. Наиболее распространенной формой эмульгатора являются поверхностно-активные вещества, хотя полимерные и твердые частицы часто выполняют аналогичную роль.
Реология эмульсии, как правило, очень сильно зависит от объемной доли дисперсной фазы, а также от размера капель. Основными реологическими параметрами, представляющими интерес, являются вязкость, нормальное напряжение, вязкоупругость и предел текучести.
Относительная вязкость разбавленной эмульсии с низким капиллярным числом (чтобы капли не деформировались) определяется следующим выражением [1]:
и ηd - вязкость дисперсной фазы, а ηs - вязкость суспендирующей жидкости. Здесь предполагается, что эмульсия не имеет сдвигового утончения, поэтому вязкость будет одинаковой при каждой скорости сдвига. При более высоких концентрациях капель (Φ≥0,6) система становится сдвигово-разреженной, и относительная вязкость при нулевом сдвиге определяется следующим выражением:
Φm - максимальная фракция упаковки.
Утончение при сдвиге становится более выраженным с увеличением объемной доли капель. В справочнике [2] это учитывается путем корректировки Φm для получения наилучшего соответствия при каждой скорости сдвига.
При дальнейшем увеличении объемной доли может возникнуть ситуация, когда капли застревают, препятствуя перемещению частиц относительно друг друга. Именно в этой ситуации считается, что система имеет предел текучести. Этот вопрос рассматривается в отдельном примечании.
Отметим также, что данная теория предполагает простую эмульсию и не учитывает присутствие модификаторов реологии, таких как, например, сшитые микрогели, которые имеют значительный объем фазы и существенно влияют на растворитель и, следовательно, на реологию эмульсии.
Чтобы экспериментально проверить эту теорию для данной эмульсионной системы, необходимо определить вязкость эмульсии при нулевом сдвиге при различных концентрациях капель, а затем рассчитать относительную вязкость при нулевом сдвиге для каждой концентрации, используя вязкость суспендирующей среды. Построенная зависимость между относительной вязкостью при сдвиге и концентрацией должна показать, соответствует ли приведенная выше теория поведению изучаемой эмульсионной системы. Данные могут быть дополнительно извлечены и проанализированы для исследования точного соответствия вышеуказанным моделям. Та же последовательность действий может быть использована для изучения влияния изменения размера капель на вязкость.
Экспериментальный
- Этот тест существует в виде предварительно настроенной последовательности в программном обеспечении rSpace, которая предназначена для работы на ротационном реометре Kinexus 1.
- Последовательность запускает таблицу напряжений сдвига, затем подгоняет модель Эллиса к данным, чтобы определить η0, а затем ηr,0
- Эта процедура повторяется для ряда концентраций, и получается график зависимости ηr,0 от концентрации, который впоследствии можно экспортировать и проанализировать вне программы.
Обратите внимание...
можно также использовать геометрию параллельной пластины или цилиндрическую геометрию. Геометрия с пескоструйной обработкой должна рассматриваться, если материал может проявить эффект пристенного скольжения. Larger геометрии полезны для измерений при низких крутящих моментах, которые чаще всего встречаются на низких частотах. Для этих испытаний также рекомендуется использовать ловушку для растворителя, поскольку испарение растворителя (например, воды) по краям измерительной системы может привести к аннулированию результатов испытания, особенно при работе при высоких температурах.