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.
Превращение (или инверсия) эмульсии "вода в масле" в эмульсию "масло в воде" зависит от объемной доли обеих фаз и эмульгатора. Эмульгатор - это материал, который стабилизирует эмульсию, адсорбируясь на границе раздела фаз вода-нефть. Наиболее распространенной формой эмульгаторов являются поверхностно-активные вещества.
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. Эмульсии с низкой или medium-концентрацией, как правило, не проявляют напряжения текучести.
При увеличении объемной доли капель достигается точка инверсии фазы. Однако если капли эмульсии стабилизированы поверхностно-активным веществом или частицами, капли могут оставаться стабильными даже при приближении объемной доли к 1. Плотные или концентрированные эмульсии проявляют интересные реологические свойства, такие как предел текучести и высокая вязкоупругость, когда объемная доля дисперсной фазы превышает объемную долю плотно упакованных сфер (Φ = 0,74 для монодисперсных деформируемых систем). Согласно Принсену и Криссу [1], предел текучести (σy), возникающий в таких плотных эмульсиях, зависит от объемной доли капель и определяется следующим образом:
Где Y(Φ) - эмпирическая функция, определяемая;
Здесь Φ - объемная доля капель, Γ - межфазное натяжение, a32 - радиус капли от объема до поверхности.
Для практического использования этой теории необходимо измерить предел текучести эмульсии при нескольких заданных пользователем объемных долях (концентрациях). Если пользователю известно межфазное натяжение и радиус капель, то полученные данные можно проанализировать на предмет применимости модели Принсена и Крисса для конкретного образца эмульсии.
Капли с радиусом около 1 микрона или smaller подвержены сильному влиянию броуновского движения и демонстрируют жидкостное поведение на низких частотах и не могут быть описаны с помощью вышеприведенного анализа.
Экспериментальный
- Этот экспериментальный тест существует в виде предварительно сконфигурированной последовательности в программном обеспечении rSpace, которое разработано для работы на ротационном реометре Kinexus 1.
- Последовательность определяет предел текучести с помощью темпа изменения напряжения при заданных пользователем объемных долях и отображает график зависимости предела текучести от концентрации, который может быть экспортирован для дальнейшего анализа.
- Этот тест применим только к образцам с высокими объемными долями, хотя анализ покажет предел текучести для всех образцов, поэтому требуется пользовательская дискретизация.
1Примите вовнимание, что 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.