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 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, även om polymera och partikelformiga material ofta kan fylla en liknande funktion.
Emulsionsreologin 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.
Den relativa viskositeten hos en utspädd emulsion med lågt kapillärtal (så att dropparna inte deformeras) ges av följande uttryck [1]:
ηd är den dispergerade fasens viskositet och ηs är den suspenderande vätskans viskositet. Här antas att emulsionen inte är skjuvtunn, varför viskositeten kommer att vara densamma vid varje skjuvhastighet. För högre droppkoncentrationer (Φ≥0,6) blir systemet skjuvtunnande och den relativa viskositeten vid nollskjuvning ges då av följande uttryck:
Φm är den maximala packningsfraktionen.
Skjuvförtunningen blir mer uttalad när dropparnas volymfraktion ökar. I referens [2] tas hänsyn till detta genom att justera Φm för att få bästa möjliga anpassning vid varje skjuvhastighet.
Med en ytterligare ökning av volymfraktionen kan en situation uppnås där dropparna fastnar, vilket förhindrar partiklarna från att röra sig i förhållande till varandra. Det är i denna situation som systemet anses ha 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. Detta diskuteras i en separat applikationsnot.
Observera också att denna teori utgår från en enkel emulsion och inte tar hänsyn till förekomsten av reologimodifierare som t.ex. tvärbundna mikrogeler som har en avsevärd fasvolym och kommer att påverka lösningsmedlet och därmed emulsionens reologi avsevärt.
För att experimentellt verifiera denna teori för ett givet emulsionssystem är det nödvändigt att bestämma viskositeten vid nollskjuvning för en emulsion vid olika droppkoncentrationer och sedan beräkna den relativa viskositeten vid nollskjuvning för varje koncentration med hjälp av viskositeten hos det suspenderande mediet. Det plottade förhållandet mellan den relativa viskositeten vid nollskjuvning och koncentrationen bör indikera om ovanstående teori approximerar beteendet hos det emulsionssystem som studeras eller inte. Data kan extraheras och analyseras ytterligare för att undersöka exakt överensstämmelse med ovanstående modeller. Samma sekvens kan också användas för att undersöka hur viskositeten påverkas av att droppstorleken ändras.
Experimentell
- Detta test finns som en förkonfigurerad sekvens i programvaran rSpace som är utformad för att köras på en Kinexus rotationsreometer1.
- Sekvensen kör en tabell med skjuvspänningar och anpassar sedan en Ellis-modell till data för att bestämma η0 och sedan ηr,0
- Detta upprepas för ett antal koncentrationer och en plottning av ηr,0 mot koncentrationen erhålls, som sedan kan exporteras och analyseras utanför programvaran.
Vänligen notera...
att en parallell plattgeometri eller en cylindrisk geometri också kan användas. En sandblästrad geometri bör övervägas om materialet sannolikt kommer att uppvisa 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.