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就如同流变学研究的是流体本体的流动,界面流变学研究的是液体界面流动的特性。
这些流动特性决定了悬浮液、乳液和泡沫的行为和稳定性,因此对许多产品和工业具有重要的意义。例如,涂料、制药、化妆品、个人护理和食品产品的的性能和货架寿命都需要对组成和稳定性进行优化。在石化和矿物加工工业中,则会涉及到乳液和泡沫稳定性问题。
表面活性剂、聚合物、磷脂、蛋白质或颗粒可以影响配方中液体界面的流动与稳定性。可以通过改变界面面积并分析液滴形状测量界面张力的变化得到膨胀界面流变参数。Theta 光学接触角仪配置压电传感器(PD200)的组合功能强大,可研究流动行为并得到液体界面的界面流变参数。
当液体中存在具有表面活性的分子时,它们通常会如图1所示吸附在汽液和/或液液界面。界面流变研究的是由于界面吸附层的存在引起的形变相应。形变响应依赖于吸附层的组成。因此,界面流变特性与许多应用如表面活性剂开发、泡沫和乳液有关,吸附层在其中起到了关键作用。
图1:气-液和液-液界面中的吸附分子层
界面流变学研究的表面活性剂动力学和吸附界面层的粘弹性与乳液和泡沫稳定性密切相关。表面活性剂和表面活性聚合物被用于稳定食品和化妆品工业中的乳液和泡沫。表面活性剂是两亲性的,这意味着它们由亲水和疏水部分组成。在吸附过程中,表面活性剂分子发生取向,亲水段在水中,疏水段在油或气体中(图1)。聚合物如蛋白质具有表面活性,倾向于吸附在界面上,并在那里改变构象和影响界面性能。在原油应用中,沥青质和胶质等天然表面活性剂可用于稳定油水乳状。通过对其行为的了解,可以提高原油分离工艺。
可以通过改变吸附层的大小或形状来实现界面层的形变,这对应于膨胀和剪切的粘弹性和粘度。在膨胀界面流变学中,通常由于膨胀或压缩一个悬滴引发形变。在表面活性分子存在下,界面张力随着液滴面积的改变而发生变化(图2)。
采用Attension Theta结合振荡液滴模块PD-200,通过记录界面张力和液滴面积随时间和频率的变化,对膨胀界面进行测量,分子吸附层的粘弹性数据根据已知理论由以下参数计算得到:
PD-200和OneAttension软件(图3)提供了一种膨胀界面测量的实用方法。该软件包含全自动多点测量粘弹性随频率和时间的变化函数。使用OneAttension独特的体积图像识别功能对液滴蒸发进行补偿,并提供实时数据分析,可在适合频率水平进行预测试以及开展后续实验。PD-200具有优良的耐溶剂性,可以在几分钟内安装完成。
图3:OneAttension软件实时分析振荡液滴的体积实验
更多信息,请参阅:
应用文摘11振荡液滴法表征浮选过程中表面活性剂的行为