Поверхностная реология

Реология изучает поведение жидкостей - их вязкость и эластичность. Поверхностная реология исследует, как влияет изменение размера поверхности на поверхностное натяжение. Не следует смешивать понятия "реология течения" и "реология поверхности". Объектами поверхностной реологии являются растворы, содержащие ПАВ и меняющие поверхностное (межфазное) натяжение при деформации поверхности. При расширении поверхности (например, растяжение, пенообразование и т.п.) активные молекулы из толщи среды вклиниваются в образовавшиеся "пустоты", что приводит к снижению поверхностного натяжения.

При изучении поверхностной реологии рассчитывают 2 параметра, характеризующие поведение поверхности: модуль эластичности (E') и модуль вязкости (Е"). Модуль эластичности пропорционален размеру деформации поверхности, а модуль вязкости - скорости расширения или сжатия поверхности. Для исследования реологии поверхности и получения данных модулей применяется метод висящей капли. Капля деформируется за счет колебаний (осцилляции) - ODM-метод или за счет расширения - EDM-метод.

В методе осциллирующей капли (ODM-метод) висящая капля расширяется и сжимается с определенной периодичностью. В результате деформации поверхностного натяжения и поверхности во времени представляют синусоиды. Если наблюдается сдвиг фазы между синусоидой поверхностного натяжения и синусоидой площади поверхности, то это означает, что молекулам в объеме необходимо некоторое время, чтобы среагировать на изменение внешних условий.

Сдвиг фаз и колебание поверхностного натяжения зависят от частоты колебаний, относительного изменения площади капли, от концентрации ПАВ в жидкости, от свойств ПАВ.

Метод колеблющейся капли (EDM-метод) позволяет изучать отклик поверхности на изменение условий и релаксацию поверхности. В данном методе висящую каплю расширяют или сжимают с определенной скоростью, а затем удерживают площадь поверхности постоянной. В этом измерении записывают отклик поверхности на деформацию (изменение поверхностного натяжения во времени). В зависимости от размера и активности молекул ПАВ время релаксации может занимать от нескольких минут до нескольких часов. На основе этого метода рассчитывается суммарный модуль эластичности (Е).

Модуль поверхностной реологии можно установить на систему DSA100 и систему DSA30, которые позволяют измерять поверхностное натяжение методом висящей капли.