Inledning
En emulsion är ett system med en flytande kontinuerlig fas och en dispergerad fas av vätskedroppar. De två typer av emulsioner som är vanligast är olja-i-vatten-emulsioner och vatten-i-olja-emulsioner (figur 1). I en olja-i-vatten-emulsion är den kontinuerliga fasen vatten och den dispergerade fasen olja, medan i en vatten-i-olja-emulsion är den kontinuerliga fasen olja och den dispergerade fasen vatten.
Huruvida en vatten-i-olja-emulsion övergår (eller inverteras) till en olja-i-vatten-emulsion beror på volymfraktionen av de båda faserna och emulgeringsmedlet. En emulgator är ett material som stabiliserar en emulsion genom att adsorbera vid gränsytan mellan olja och vatten. Ytaktiva ämnen är den vanligaste formen av emulgeringsmedel.
Emulsionens reologi tenderar att ha ett mycket starkt beroende av volymfraktionen av den dispergerade fasen samt droppstorleken. De reologiska parametrar som är av störst intresse är viskositet, normalspänning, viskoelasticitet och SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning. Emulsioner med låg till medium-koncentration tenderar inte att uppvisa någon SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning.
När volymfraktionen av droppar ökar nås en punkt med fasinversion. Men om emulsionsdropparna stabiliseras av ytaktiva ämnen eller partiklar kan dropparna förbli stabila även när volymfraktionen närmar sig 1. Täta eller koncentrerade emulsioner tenderar att uppvisa intressanta reologiska egenskaper, t.ex. SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning och hög viskoelasticitet, när volymfraktionen av den dispergerade fasen överstiger den för en tätpackad sfärkonfiguration (Φ = 0,74 för monodispersa deformerbara system). Enligt Princen och Kriss [1] beror flytspänningen (σy) som genereras i sådana täta emulsioner på dropparnas volymfraktion och ges av:
Där Y(Φ) är en empirisk funktion som ges av;
Här är Φ dropparnas volymfraktion, Γ gränsytans spänning och a32 dropparnas radie från volym till yta.
För att praktiskt kunna använda denna teori är det nödvändigt att mäta flytspänningen hos en emulsion vid ett antal användardefinierade volymfraktioner (koncentrationer). Om användaren känner till gränssnittsspänningen och droppradien kan data analyseras för att se om Princen- och Kriss-modellen är tillämpbar för ett specifikt emulsionsprov.
Droppar med radier på ca 1 mikrometer eller mindre påverkas starkt av Brownsk rörelse och uppvisar vätskeliknande beteende vid låga frekvenser och kan inte beskrivas med hjälp av ovanstående analys.
Experimentell
- Detta experimentella test finns som en förkonfigurerad sekvens i programvaran rSpace som är utformad för att köras på en Kinexus rotationsreometer1.
- Sekvensen bestämmer flytspänningen med hjälp av en spänningsramp vid ett antal användardefinierade volymfraktioner och visar ett diagram över flytspänningen mot koncentrationen som kan exporteras för vidare analys.
- Detta test är endast tillämpligt på prover med höga volymfraktioner, även om analysen kommer att rapportera en SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning för alla testade prover, vilket innebär att användardefiniering krävs.
1Observeraatt en parallell plattgeometri eller en cylindrisk geometri också kan användas. En sandblästrad geometri bör övervägas om det är troligt att materialet uppvisar väggglidningseffekter. Större geometrier är användbara för mätningar vid låga vridmoment, som är mer sannolika vid lägre frekvenser. Användning av en lösningsmedelsfälla rekommenderas också för dessa tester eftersom avdunstning av lösningsmedel (t.ex. vatten) runt mätsystemets kanter kan ogiltigförklara testet, särskilt vid arbete vid högre temperaturer.