Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
c. Tổng quan về mô hình đo lưu biến

c. Tổng quan về mô hình đo lưu biến

Tải bản đầy đủ - 0trang

đĩa (cone-plate measuaring system) và mơ hình hai mặt phẳng song song (parallel-plate

measuring system).



Hình 1.11. Mơ hình đo lưu biến

(a) Mơ hình chày-cối



(b) Mơ hình nón-đĩa



(c) Mơ hình hai mặt phẳng song song

Mơ hình cối chày phù hợp với các chất lỏng có độ nhớt thấp. Mơ hình cơn-đĩa và

mơ hình hai đĩa song song phù hợp để đo các mẫu có độ nhớt trung bình và cao.

Nghiên cứu này sử dụng mơ hình nón-đĩa hay chính xác hơn là mơ hình nón cụtđĩa để đánh giá các đặc tính lưu biến của hệ.



(a)



(b)

Hình 1.12. Mơ hình đo lưu biến



(a) Mơ hình nón cụt-đĩa



(b) Mơ hình nón-đĩa



Mơ hình nón-đĩa thơng thường bao gồm một đĩa phẳng và một nón tròn gần như

phẳng. Nón có bán kính R (10 mm ≤ R ≤ 100 mm) và góc nón α ( α ≤ 4o). Ưu điểm lớn

nhất khi sử dụng mơ hình nón-đĩa là mơ hình này tạo ra điều kiện trượt đồng nhất do tốc

độ trượt luôn cố định và đồng nhất ở mọi vị trí giữa nón và đĩa. Ngồi ra mơ hình này

u cầu lượng mẫu đo ít, vệ sinh sau khi đo dễ dàng và nhanh chóng đồng thời trong

q trình thiết lập vị trí giữa nón và dĩa, bọt khí trong mẫu sẽ được ép ra ngồi do hình

dạng của nón [20].



13



Tuy nhiên mơ hình nón-đĩa khơng phù hợp để xác định tính chất lưu biến của các

hệ phân tán có kích thước tiểu phân lớn. Sau khi thiết lập vị trí nón và đĩa với mẫu có

độ nhớt lớn, mẫu đo yêu cầu một khoảng thời gian dài (có thể từ 0,5 giờ hoặc lâu hơn)

để trở về trạng thái cân bằng trước khi đo. Trong q trình đo, ở rìa nón có thể xảy ra

một số hiên tượng làm ảnh hưởng đến kết quả đo như bay hơi dung môi, hiện tượng

chảy không ổn đinh, chảy rối, hiện tượng văng mẫu khỏi vị trí đo,…Ngồi ra, khi chỉ

được kiểm sốt nhiệt độ bằng đĩa phía dưới, mẫu đo có thể xảy ra hiện tượng khơng

đồng đều về nhiệt, hiện tượng này gia tăng khi bán kính nón và góc nón tăng [20].

Ngày nay mơ hình nón-đĩa thường được áp dụng với dạng nón cụt-đĩa. Nón cụt sẽ

cách mặt đĩa bên dưới một khoảng a (µm). Khoảng cách này cần được kiểm tra và chuẩn

hóa thường xun để các phép đo có độ chính xác và độ lặp lại cao.

So với mơ hình nón-đĩa thơng thường, mơ hình nón cụt-đĩa khơng tạo ra ma sát

giữa nón và đĩa qua đó khơng mài mòn thiết bị đo trong q trình sử dụng đồng thời loại

bỏ được mơ-men ma sát gây ảnh hưởng đến kết quả đo khi thực hiện phép đo đánh giá

mơ-men đói với mẫu đo. Mơ hình nón cụt-đĩa còn có khả năng đánh giá tính chất lưu

biến của các hệ có kích thước tiểu phân đến khoảng 5µm khi khoảng cách giữa nón và

đĩa được thiết lập ở 50 µm [20].

1.3. Tổng quan về tương tác lưu biến giữa các tá dược

1.3.1. Tương tác giữa chất diện hoạt và muối

Chất diện hoạt khi nồng độ trong dung dịch đạt đến nồng độ micell tới hạn (critical

micelle concentration-CMC) sẽ tạo thành micell [11]. Tùy theo cấu trúc của chất diện

hoạt, nồng đồ chất diện hoạt và các yếu tố kèm theo khác mà micell tạo thành sẽ có hình

dạng khác nhau như hình cầu (spherical micelle) hoặc hình gậy (rodlike micelle) [6].

Khác với micell hình cầu, micell hình gậy có khả năng tăng kích thước khi nồng độ chất

diện hoạt tăng hoặc dưới tác động của các yếu tố khác. Yếu tố thường được nhắc đến là

muối. Khi thêm muối vào dung dịch chất diện hoạt với nồng độ xác định, CMC của chất

diện hoạt giảm [11] và kích thước các micell tăng lên [3], [4], [21]. Hiện tượng này là

do muối làm giảm lực đẩy tĩnh điện giữa các đầu mang điện ở trên bề mặt micell dẫn tới

làm giảm mật độ điện tích của micell, tăng kích thước của micell và làm giảm CMC của

chất diện hoạt [5].

Demissie và cộng sự (2016) đã sử dụng phương pháp quang phổ UV, phương pháp

đo độ dẫn diện và phương pháp đo sức căng bề mặt đối với dung dịch SDS, dung dịch

14



SDS chứa natri acetat 0,1 M và dung dịch SDS chứa calci acetat 0,1 M ở điều kiện 25oC

đã cho kết luận: khi thêm muối vào dung dịch SDS thì CMC giảm từ 8,10 mM xuống

7,65 mM (khi thêm natri acetat 0,1 M) và 6,01 mM (khi thêm calci acetat) [11].

Khi nồng độ muối thấp, các micell hình gậy được tạo thành hoặc được chuyển

dạng từ các micell hình cầu đồng thời kích thước micell tăng lên. Hiện tượng này làm

cho độ nhớt của dung dịch tăng một lượng nhỏ khi nồng độ muối trong dung dịch tăng.



Hình 1.13. Micell dang cầu và micell dạng gậy

Khi kích thước của micell hình gậy tăng đến một giới hạn nhất định, chúng sẽ tạo

thành micell dạng ống (wormlike micelle) dẫn đến độ nhớt dung dịch tăng nhanh.



Hình 1.14. Micell dạng ống

Khi nồng độ muối trong dung dịch đạt đến một giá trị tối ưu, cấu trúc micell sẽ

được hồn thiện và khi đó độ nhớt dung dịch đạt giá trị cực đại. Khi nồng độ muối vượt

qua giá trị tối ưu, cấu trúc micell sẽ bị phá hủy dẫn đến dộ nhớt của dung dịch giảm

mạnh khi tăng tiếp nồng độ muối trong dung dịch [3].



15



Mats Almgren và các cộng sự (1998) tiến hành nghiên cứu micell của natri lauryl

sulfat (SDS) với phương pháp TRFQ (time-resolved fluorescence quenching) đã cho kết

quả có sự chuyển dạng micell từ dạng cầu sang dạng gậy với nồng độ NaCl, SDS cao ở

nhiệt độ thấp. Cụ thể nghiên cứu đã đưa ra bằng chứng về sự tồn tại của micell dạng gậy

ở 25oC ở dung dịch với 2% SDS (kl/kl) và 0,6 M NaCl [4].

Với nồng độ 2% SDS (kl/kl), 0,6M NaCl ở 40oC, Dorit Süss và cộng sự (1995) đã

quan sát được micell dạng sợi bằng phương pháp cryo-TEM (cryogenic-temperature

transmission electron microscopy) [31].

Tony O’Lenick và cộng sự (2006) đã xây dựng đường cong nồng dộ muối NaCl

theo độ nhớt của dung dịch 10% SDS (dung dịch A) và dung dịch 10% SLES (dung dịch

B) với máy đo độ nhớt Brookfied. Đối với dung dịch A, nồng độ NaCl tối ưu là 4,5%

(kl/kl) với độ nhớt cực đại là 19500 cp. Kết quả với dung dịch B lần lượt là 5,5% (kl/kl)

và 25000 cp [23].

1.3.2. Tương tác giữa chất tạo đặc và chất diện hoạt

Các polyme tạo đặc có khả năng tương tác với các chất diện hoạt thông qua ảnh

hưởng đến quá trình tạo micell của chất diện hoạt. Khi có mặt polyme, với nồng độ chất

diện hoạt vượt một nồng độ kết tụ tới hạn (critical aggregation concentration-CAC), chất

diện hoạt sẽ kết dính với polyme. H.Lange và cộng sự (1971) đã tiến hành thi nghiệm

đo sức căng bề mặt của dung dịch SDS ở nhiều nồng độ có hoặc khơng có mặt polyvinyl

pyrrolidon (PVP) đã cho kết quả về sự tồn tại giá trị CAC thấp hơn nhiều giá trị CMC

của chất diện hoạt đánh dấu sư bắt đầu kết dính của SDS và PVP [16].

Đối với HEC, tương tác giữa poyme và chất diện hoạt thuộc loại tương tác giữa

polymer không mang điện và chất diện hoạt mang điện âm. Tanaka và cộng sự (1992)

bằng phương pháp lưu biến đã kết luận tương tác này yếu và khơng thay đổi nhiều đặc

tính lưu biến của hệ [32]. Sivadasan và công sự (1990) bằng phương pháp đo sức căng

bề mặt đã cho kết quả giá trị CAC của SDS dưới sự có mặt của HEC khơng khác biệt

nhiều so với giá trị CMC [28].

Đối với dẫn chất của HEC cụ thể là HMHEC, tương tác giữa polyme và chất

diện hoạt có khả năng thay đổi mạnh tính chất lưu biến của hệ. Điều này được giải thích

thơng qua tương tác kỵ nước. Nhóm kỷ nước trong HMHEC có khả năng tạo các liên

kết kỵ nước với phần thân dầu trong phân tử chất diện hoạt. Khi nồng độ chất diện hoạt

vượt giá trị CAC, micell hỗn hợp giữa chất diện hoạt và phần kỵ nước của HMHEC

16



được tạo thành, micell sẽ trờ thành cầu nối tạm thời giữa các phân tử polyme dẫn đến

tăng tương tác nội phân tử trong hệ dẫn đến độ nhớt của hệ tăng mạnh [26]. Độ nhớt của

hệ sẽ tăng đến một giá trị tới hạn sau đó giảm xuống khi nồng độ chất diện hoạt tăng

[14]. Điều này được giải thích do mỗi micell hỗn hợp cần chứa ít nhất 2 gốc thân dầu

của HMHEC để có thể tạo thành cầu nối giữa các phân tử polyme. Đối với một nồng độ

polyme cơ định thì số lượng các gốc thân dầu này cũng cố định, khi tăng dần nồng độ

chất diện hoạt thêm vào thì số lượng gốc thân dầu trong mỗi micell hỗn hợp giảm xuống

đồng thời sự liên kết giữa các phân tử polyme tăng nhanh. Khi nồng độ chất diện hoạt

đạt đến ngưỡng tối ưu để mỗi micell hỗn hợp chỉ chứa 2 gốc thân dầu thì giá trị độ nhớt

của hệ là lớn nhất. Khi nồng độ chất diện hoạt vượt qua giá tri này thì độ nhớt của hệ

giảm nhanh. Giá trị CAC của chất diện hoạt khi kết hợp cùng với HMHEC thấp hơn rất

nhiều so với giá trị CMC của chất diện hoạt đó [25].



17



CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Nguyên liệu và thiết bị

2.1.1. Nguyên liệu:

Bảng 2.1. Nguyên liệu và hóa chất sử dụng trong quá trình thực nghiệm

Tên nguyên liệu



STT

1



Nguồn gốc



Tiêu chuẩn



Mỹ



Nhà sản xuất



Natrosol 250 HHRPC

(hydroxyethyl cellulose)



2



Natri lauryl sulfat



Trung Quốc



Nhà sản xuất



3



Natri lauryl ether sulfat



Trung Quốc



Nhà sản xuất



4



Natri clorid



Trung Quốc



Tinh khiết hóa học



5



Nước cất



Việt Nam



DĐVN IV



2.1.2. Thiết bị

- Máy đo lưu biến Discovery HR-1 (Anh).

- Máy khuấy từ Wisd MSH – 20A (Hàn).

- Máy cất nước 2 lần SAMBO – Model IWD-2000D (Hàn).

- Bể siêu âm WUC-A02H (Hàn).

- Tủ sấy.

- Cân kỹ thuật, cân phân tích, các dụng cụ thủy tinh khác.

2.2. Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng cùa hydroxylethyl cellulose và NaCl lên tính

chất lưu biến của dung dịch chất diện hoạt natri lauryl sulfat và natri lauryl ether sulfat.

2.3. Phương pháp nghiên cứu

2.3.1. Công thức sử dụng

Để thực hiện nghiên cứu này chúng tôi thiết kế các cơng thức với thành phần và tỷ

lệ được trình bày trong bảng 2.2 dưới đây.



18



Bảng 2.2. Thành phần các công thức sử dụng

Loại công



Tên công



SDS



SLES



HEC



NaCl



thức



thức



(% kl/kl)



(% kl/kl)



(% kl/kl)



(% kl/kl)



Dung dịch



H1



-



-



1



-



HEC trắng



H2



-



-



2



-



S10-4



10



-



-



4



S12.5-4



12,5



-



-



4



S15-3



15



-



-



3



S15-3.5



15



-



-



3,5



S15-4



15



-



-



4



S15-4.5



15



-



-



4,5



S17.5-4



17,5



-



-



4



S20-4



20



-



-



4



L15-3



-



15



-



3



L15-3.5



-



15



-



3,5



L15-4



-



15



-



4



L15-4.5



-



15



-



4,5



L15-5



-



15



-



5



Dung dịch



H2-S10



10



-



2



-



HEC, chất



H2-S15



15



-



2



-



diện hoạt



H2-S20



20



-



2



-



H1-S10-2



10



-



1



2



H1-S10-2.5



10



-



1



2,5



H1-S10-3



10



-



1



3



Dung dịch



H1-S10-3.5



10



-



1



3,5



HEC, chất



H1-S10-4



10



-



1



4



diện hoạt và



H1-S10-4.5



10



-



1



4,5



NaCl



H1-L10-3.5



-



10



1



3,5



H1-L10-4



-



10



1



4



H1-L10-4.5



-



10



1



4,5



H1-L10-5



-



10



1



5



Dung dịch

chất diện

hoạt và

NaCl



19



Chú thích: “-“ khơng sử dụng.

2.3.2. Phương pháp bào chế

a. Bào chế dung dịch HEC trắng

Dung dịch HEC trắng (10 g) được bào chế như sau:

Phân tán từ từ một lượng HEC chính xác theo tỷ lệ vào một lượng nước cất vừa đủ

đã được đun nóng đến khoảng 70oC. Khuấy từ liên tục hỗn hợp thu được với tốc độ 100

vòng/phút trong 5 phút. Đóng kín mẫu và bảo quản ở nhiệt độ thường (20-25oC) trong

24 giờ.

b. Bào chế dung dịch chất diện hoạt và muối

Dung dịch chất diện hoạt và NaCl (1 0g) được bào chế như sau:

Phân tán một lượng chính xác chất diện hoạt theo tỷ lệ vào một lượng nước cất

vừa đủ tạo 7 g hỗn hợp. Khuấy từ liên tục để hòa tan hỗn hợp với tốc độ 250 vòng/phút

trong 15 phút. Hòa tan một lượng NaCl chính xác theo tỷ lệ vào một lượng nước cất vừa

đủ tạo 3 g dung dịch. Phối hợp từ từ dung dịch NaCl và dung dịch chất diện hoạt đồng

thời khuấy từ liên tục với tốc độ 350 vòng/phút trong 10 phút. Đóng kín mẫu và bảo

quản ở nhiệt độ thường (20-25oC) trong 24 giờ.

c. Bào chế dung dịch HEC và chất diện hoạt

Dung dịch gel chứa HEC và chất diện hoạt (10 g) đươc bào chế như sau:

Phân tán một lượng chính xác chất diện hoạt theo tỷ lệ vào một lượng nước cất

vừa đủ đồng thời khuấy từ liên tục với tốc độ 250 vòng/phút trong 15 phút. Phân tán từ

từ một lượng HEC chính xác theo tỷ lệ vào dung dịch chất diện hoạt đồng thời khuấy từ

liên tục với tốc độ 250 vòng/phút trong 10 phút. Đóng kín mẫu và bảo quản ở nhiệt độ

thường (20-25oC) trong 24 giờ.

d. Bào chế dung dịch HEC, chất diện hoạt và muối

Dung dịch gel HEC của chất diện hoạt và NaCl (10 g) được bảo chế như sau:

Hòa tan một lượng NaCl chính xác theo tỷ lệ vào một lượng nước cất vừa đủ tạo

4 g dung dịch, đun nóng dung dịch đến khoảng 70oC. Phân tán từ từ một lượng HEC

chính xác theo tỷ lệ vào dung dịch NaCl đã đun nóng đồng thời khuấy từ liên tục với

tốc độ 100 vòng/phút trong 5 phút. Đóng kín mẫu và để ổn dịnh ở nhiệt độ thường (2025oC). Phân tán một lượng chính xác chất diện hoạt theo tỷ lệ vào một lượng nước cất

vừa đủ tạo 6 g hỗn hợp đồng thời khuấy từ liên tục với tốc độ 250 vòng/phút trong 15

phút. Phối hợp từ từ dung dịch chất diện hoạt vào gel đã ổn định sau 24 giờ, khuấy từ

20



liên tục 350 vòng/phút trong 15 phút. Đóng kín mẫu và bảo quản ở nhiệt độ thường (2025oC) trong 24 giờ.

2.3.3. Phương pháp đánh giá

Nghiên cứu này sử dung phương pháp lưu biến để đánh giá các đặc tính của mẫu.

Các phép đánh giá được lặp lại với n = 3 với mỗi mẫu.

a. Thông số vận hành thiết bị DHR-1

Thiết bị đo lưu biến DHR-1 được vận hành với mơ hình nón cụt-đĩa, góc nón

4o1’18”, đường kính nón 40 mm, khoảng cách đo giữa nón và đĩa là 108 µm, nhiệt độ

đo được giữ cố định ở 25oC.

Các mẫu được đo tại thời điểm sau khi được bảo quản 24 giờ ở nhiệt độ thường(2025oC) tính từ khi được bào chế theo phương pháp đã trình bày ở mục 2.3.2. Mẫu được

cho một lượng nhỏ vào chính giữa đĩa, cài đặt tốc độ quay của nón là 1 rad/s và đưa nón

về vị trí đo chính xác. Sau đó tiếp tục bù thêm mẫu dọc theo thành nón bằng pipet nhỏ

giọt đến khi đủ lượng mẫu thì cho nón dừng quay. Sau đó các mẫu đo được ổn định ở

nhiệt độ thực hiện phép đo (25oC) trong 120s để loại bỏ ngoại lực tác động từ việc đưa

mẫu lên đĩa đồng thời giúp mẫu đồng đều về nhiệt.

Sau mỗi lần đo, vệ sinh dụng cụ và thay mẫu mới lên đĩa.

b. Phương pháp dao động quét biên độ (oscillatory amplitude sweep test)

Phép đo này được tiến hành với biên độ ứng suất trượt σ tăng dần trong khoảng

0,01-100 Pa và tốc độ góc ω của dao động là 10 rad/s.

c. Phương pháp dao động quét tần số (oscillatory frequency sweep test)

Phương pháp dao động quét tần số sẽ được thực hiện với tốc độ góc ω trong khoảng

0.01-100 rad/s và biên độ ứng suất trượt σ được lựa chọn dựa theo mục 2.3.2.b đã được

trình bày ở trên.

Đối với một chất lỏng Maxwell nhớt đàn hồi, các giá trị G’ và G’’ có thể được mô

tả theo các công thức sau:

G’(ω) = Gp



𝜔2 .𝜆2

1+ 𝜔2 .𝜆2



G’’(ω) = Gp



𝜔.𝜆

1+𝜔2 .𝜆2



Trong đó:

- Gp (Pa) là giá trị mô-đun cân bằng, là giá trị G’ đạt được khi tốc độ góc ω tăng

dần đến vơ cùng.

21



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

c. Tổng quan về mô hình đo lưu biến

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×