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界面流變學(xué)是流變學(xué)的一個(gè)特殊分支,涉及研究在界面處形成的獨(dú)特二維系統(tǒng)。正如流變學(xué)是對(duì)大體積流體流動(dòng)的研究一樣,界面流變學(xué)是對(duì)液體界面流動(dòng)特性的研究。
稀奶油的名稱(chēng)來(lái)自*知名的反乳化過(guò)程示例-將牛奶分離為單獨(dú)的稀奶油(凝乳)和脫脂乳(乳清)成分。乳化不是實(shí)際的破壞,而是將乳液分為兩種乳液,其中一種(乳脂)的分散相比另一種更豐富。乳化是分散相與乳液分離的主要過(guò)程,通常是實(shí)際聚結(jié)的前體。
為了方便起見(jiàn),絮凝可分為兩大類(lèi):沉淀沉降引起的絮凝和液滴的布朗運(yùn)動(dòng)聚集引起的絮凝。在多分散(“真實(shí)”)乳液中,不同大小的液滴會(huì)以不同的速率乳化,這導(dǎo)致移動(dòng)速度更快(較大)的液滴與移動(dòng)較慢(較小)的液滴發(fā)生碰撞并可能被其捕獲的趨勢(shì)。在沉降聚集中,假設(shè)沉降中的所有路徑都是垂直線(xiàn)性的。布朗聚集是液滴隨機(jī)布朗運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。在這兩種情況下,都可以定義遇到沉淀的頻率因子。兩種方法在典型的乳液中同時(shí)發(fā)生,因此無(wú)法嚴(yán)格分離。但是,可以通過(guò)以下方法估算每種絮凝的相對(duì)速率:
Γmax = 2π g r4 / 3kbT
其中kb是玻爾茲曼常數(shù),T是*溫度(開(kāi)氏溫度)。
當(dāng)Γmax> 10時(shí),布朗聚集可忽略不計(jì);當(dāng)Γmax<0.1時(shí),沉降聚集可以忽略不計(jì)。
因?yàn)樵趦蓚€(gè)絮凝過(guò)程中涉及的力的大小不同,所以3-D液滴簇的結(jié)構(gòu)也不同。
*后,絮凝也可分為快速絮凝和慢速絮凝7。前者的發(fā)生是由于重力或強(qiáng)制對(duì)流中不同的運(yùn)動(dòng)速率導(dǎo)致較小的液滴比較大的液滴更快消失的時(shí)候,從而導(dǎo)致碰撞速率增加(正交運(yùn)動(dòng)聚集)。后者的發(fā)生是由于大的亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)的形成首先由于液滴之間的能量屏障而減慢,然后由于聚集體和較重的水相o / w乳液之間形成無(wú)液滴的空間而導(dǎo)致;其結(jié)果稱(chēng)為受阻乳膏。
歧化是一個(gè)過(guò)程-通常稱(chēng)為奧斯特瓦爾德(Ostwald)熟化-取決于分散相分子從較小液滴到較大液滴通過(guò)連續(xù)相的擴(kuò)散。如拉普拉斯方程所示,較小液滴的分散材料的壓力大于較大液滴的壓力:
P = 2γ/r
其中P是拉普拉斯壓力,γ是表面張力,r是液滴半徑。
小液滴和大液滴之間的壓力差構(gòu)成了擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力,但擴(kuò)散速率取決于分散相在連續(xù)相中的溶解度。如開(kāi)爾文方程式所示,分散相體積越大,其相對(duì)蒸氣壓(以及溶解度)就越大:
ln [Po / P] =2γVm / rRT
其中P是液滴的蒸氣壓,Po是散裝液體的蒸氣壓,γ是表面張力,r是液滴半徑,V是分散相的摩爾體積。
擴(kuò)散速率還直接受連續(xù)相粘度的影響,如斯托克斯-愛(ài)因斯坦方程式所述:
D = kbT /6πηr
其中D是液滴的擴(kuò)散系數(shù),是連續(xù)相粘度。液滴尺寸和乳液尺寸分布的測(cè)量是關(guān)鍵指標(biāo)。
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