Giriş
Emülsiyon, sıvı sürekli faza ve sıvı damlacıklardan oluşan dağılmış faza sahip bir sistemdir. En yaygın olan iki emülsiyon türü su içinde yağ emülsiyonu ve yağ içinde su emülsiyonudur (Şekil 1). Su içinde yağ emülsiyonunda sürekli faz su ve dağılmış faz yağ iken, yağ içinde su emülsiyonunda sürekli faz yağ, dağılmış faz ise sudur.
Yağ içinde su emülsiyonunun su içinde yağ emülsiyonuna dönüşüp dönüşmeyeceği her iki fazın ve emülgatörün hacim oranına bağlıdır. Emülgatör, yağ/su ara yüzeyinde adsorbe olarak emülsiyonu stabilize eden bir malzemedir. Polimerik ve partiküllü malzemeler genellikle benzer bir rolü yerine getirebilse de yüzey aktif maddeler en yaygın emülgatör biçimidir.
Emülsiyon reolojisi, damlacık boyutunun yanı sıra dağılmış fazın hacim fraksiyonuna da çok güçlü bir bağımlılığa sahip olma eğilimindedir. Temel ilgi alanı olan reolojik parametreler viskozite, normal gerilme, viskoelastisite ve akma gerilmesidir.
Kapiler sayısı düşük olan (damlacıkların deforme olmaması için) seyreltik bir emülsiyonun bağıl viskozitesi aşağıdaki ifade ile verilir [1]:
ve ηd dağılmış faz viskozitesi ve ηs süspansiyon halindeki sıvının viskozitesidir. Burada, emülsiyonun kayma incelmesi olmadığı, dolayısıyla viskozitenin her kayma hızında aynı olacağı varsayılmaktadır. Daha yüksek damlacık konsantrasyonları için (Φ≥0.6), sistem kayma incelmesine uğrar ve bağıl sıfır kayma viskozitesi aşağıdaki ifade ile verilir:
Φm maksimum paketleme fraksiyonudur.
Damlacıkların hacim oranı arttıkça kayma incelmesi daha belirgin hale gelir. Referans [2]'de bu durum, her bir kayma hızında en iyi uyumu elde etmek için Φm ayarlanarak hesaba katılmıştır.
Hacim oranının daha da artmasıyla, damlacıkların sıkıştığı ve böylece parçacıkların birbirlerine göre hareket etmesinin engellendiği bir duruma ulaşılabilir. Bu durumda sistemin bir akma gerilimine sahip olduğu kabul edilir. Bu konu ayrı bir uygulama notunda ele alınmaktadır.
Ayrıca bu ilişkili teorinin basit bir emülsiyonu varsaydığını ve örneğin önemli bir faz hacmine sahip olan ve çözücüyü ve dolayısıyla emülsiyon reolojisini önemli ölçüde etkileyecekÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlı mikro jeller gibi reoloji değiştiricilerin varlığını hesaba katmadığını unutmayın.
Belirli bir emülsiyon sistemi için bu teoriyi deneysel olarak doğrulamak amacıyla, çeşitli damlacık konsantrasyonlarında bir emülsiyonun sıfır kayma viskozitesini belirlemek ve ardından askıdaki ortamın viskozitesini kullanarak her konsantrasyon için sıfır kayma bağıl viskozitesini hesaplamak gerekir. Sıfır kayma bağıl viskozitesi ile konsantrasyon arasında çizilen ilişki, yukarıdaki teorinin incelenen emülsiyon sisteminin davranışına yaklaşıp yaklaşmadığını göstermelidir. Yukarıdaki modellerle tam uyumu araştırmak için veriler daha fazla çıkarılabilir ve analiz edilebilir. Aynı sıra, damlacık boyutunun değiştirilmesinin viskozite üzerindeki etkisini araştırmak için de kullanılabilir.
Deneysel
- Bu test, Kinexus rotasyonel reometre1 üzerinde çalışmak üzere tasarlanmış olan rSpace yazılımında önceden yapılandırılmış bir sekans olarak mevcuttur.
- Sekans, bir kayma gerilimleri tablosu çalıştırır ve ardından η0 ve ardından ηr,0 değerlerini belirlemek için verilere bir Ellis Modeli uydurur
- Bu işlem bir dizi konsantrasyon için tekrarlanır ve konsantrasyona karşı ηr,0 grafiği elde edilir; bu grafik daha sonra dışa aktarılabilir ve yazılım dışında analiz edilebilir.
Lütfen dikkat...
paralel plaka geometrisi veya silindirik geometri de kullanılabilir. Malzemenin duvar kayması etkileri göstermesi muhtemel ise kum püskürtmeli bir geometri düşünülmelidir. Larger geometrileri, düşük frekanslarda karşılaşılması daha muhtemel olan düşük torklardaki ölçümler için kullanışlıdır. Ölçüm sisteminin kenarlarındaki solventin (örn. su) buharlaşması, özellikle yüksek sıcaklıklarda çalışırken testi geçersiz kılabileceğinden, bu testler için bir solvent tuzağının kullanılması da önerilir.