![Page 1: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/1.jpg)
Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságai
Bányai István
http://dragon.unideb.hu/~kolloid/
![Page 2: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/2.jpg)
Koherens rendszerek
• Szubmikroszkópos vagy durva diszkontinuitásokat tartalmazó rendszerek, amelyekben micellák, vagy makromolekulák egymással összekapcsolódva összefüggő vázszerkezetet alkotnak.
• Jellegzetes típusai:– Habok, szilárd habok– tömény emulziók, krémek– száraz, nedves örlemények– Gélek: kolloid koherens rendszerek
![Page 3: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/3.jpg)
Reológia
• A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza külső feszültségek (erők) hatására. A deformáció lehet folyás és alakváltoztatás.
• Herakletosz: „panta rei”• Megalapítója: Eugene Bingham 1920.
Reológiai típusok
• Ideális folyadék: (De<<1)– Newton-i (viszkózus folyadék)
• Rugalmas (elasztikus) anyag (De >>1)– ideálisan rugalmas (Hooke- megnyúlási törvény: = const*e ; relatív
nyírási deformáció (shear strain) arányos a feszültséggel (stress)• Viszkoelasztikus anyagok: (De ~ 1)
– ez a reológia valódi tárgya – empírikus összefüggések az anyag állapota és viszkozitása között– nem Newtoni folyadékok (valódi méz, ragasztók)– nem rugalmas anyagok (paszták, gélek, krémek)– plasztikus anyagok (ideálisan képlékeny, bizonyos külső hatásra
folyékonnyá válnak)
![Page 4: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/4.jpg)
Reológiai vizsgálatok célja
Reológiai méréseket általában a kozmetikai és élelmiszer iparban, gyógyszeriparban és a műanyagiparban koherens rendszereken és nagymolekulák oldatain végeznek, abból a célból,
1) hogy megértsék a rendszerek alapvető fizikaisajátságait;
2) hogy megadják a nyersanyagok és termékek minősítését keverés, vezetékes szállítás, csomagolás, feldolgozás céljából;
3) hogy megadják az anyagok viselkedést külső fizikai körülmények változásának hatására.
![Page 5: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/5.jpg)
Áramlási viszkozitás: Newtoni folyadék (fizika)
v0
x
z0
y
A felület mozog x irányba v0 sebességgel F erő hatására és ez sebesség-gradienset hoz létre a y irányba, D.
A Newtoni folyadék vízszerű folyadék— a nyírási feszültség () („shear stress”)arányos a sebesség gradienssel (D) („shear rate”) amely merőleges a nyírási síkra
Az arányossági tényező a viszkozitás
-2
dd
dd
N m s vagy Pas
vF Ay
F v DA y
![Page 6: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/6.jpg)
Nyírás (rugalmas testre)
nyíró feszültség
d nyírási deformációd
FAxy
F
y
x
A
d = d
Hooke-törvény ( rug.modulus)
xG Gy
G
d d / d d / d dd d d d
v x t x y Dy y t t
A Hooke- és Newton-törvényazonos formára hozása
![Page 7: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/7.jpg)
Általános definíció
nyírófeszültségsebességgradiens(deformáció)
s D
Áramlási ellenállás a külső áramlást előidéző hatással szemben, a feszültség és a deformáció sebesség Hányadosa.mértékegysége: Nm-2s v. Pas
![Page 8: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/8.jpg)
Viszkozitás-anyagszerkezet
, , ,c T p tD
szerkezet, koncentráció, méret , alakHőmérséklet (áramlási és szerkezeti viszkozitás)NyomásIdő (kinetikai jelenség)deformáció- v. sebességgradiens !!!!!
![Page 9: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/9.jpg)
Ideális és összetett reológiai rendszerek1. ideálisan rugalmas (elasztikus) testek: Hooke (reverzíbilis deformáció)
2. ideálisan viszkózus testek: Newton (folyadékok)
3. Ideálisan plasztikus testek: (Saint- Venant, rugalmas majd viszkózus) (adott nyírófeszültségig nincs deformáció, utána folyás
(Modell: mágnes darabkák egymáson)
Összetett rendszerek
(1 és 2) viszkoeleasztikus anyagok: rugalmasságot mutató folyadékok (makromolekulák oldatai) és viszkozitást mutató szilárd anyagok (polimerek)
(2 and 3) reális plasztikus anyagok (keveredik a plasztikus és folyékony viselkedés, határfeszültség van)
![Page 10: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/10.jpg)
Folyási görbe, viszkozitás görbe
D
D D 1
D
A jobboldali lenne logikusabb, de manapság a másikat használják
![Page 11: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/11.jpg)
Plasztikus (képlékeny anyagok)
• Ilyen gyakorlatilag nincs: – egy minimális feszültséget el kell érni, ahhoz, hogy
az anyag folyjon, deformálódjon.
Sebesség gradiens, D
Nyíró feszültség
![Page 12: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/12.jpg)
Tipikus folyás- és viszkozitásgörbék
1. Nyírásra vékonyodó (B) szerkezeti viszkózus anyagok (polimer oldatok, emulziók) pszeudoplasztikus: aggregátumok szétesése, anizometrikus részecskék rendeződése, makromolekulák rugalmas deformációja
2. Newtoni-folyadékok (A) (víz, vékony olajok)
3. Nyírásra vastagodó (C) nagy diszperzitású szuszpenziók, nedves homok (kiszorul a közeg), lassan keverhető fel, dilatáns
(Pa)0
D(s
-1)
(Pa)0
D(s
-1)
(Pa)0
D(s
-1)
(Pa)0
(P
as)
![Page 13: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/13.jpg)
4. Bingham-test, a határfeszültségtől viszkózus folyadék: aggregáció és az adhézió összetartja őket, de a folyás után már ilyen nincs
5. Tixotróp: koherens, de mechanikai hatásra elfolyósodik (Fe(OH)3 szol, reverzíbilis szol-gél átalakulás (quicksand)
6. Reopektikus.
Tipikus folyás- és viszkozitásgörbék
(Pa)0
D(s
-1)
(Pa)0
D(s
-1)
(Pa)0
D(s
-1)
(Pa)0
(P
as)
![Page 14: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/14.jpg)
Ketchup „lavina”
![Page 15: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/15.jpg)
Okok, lehetőségek
![Page 16: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/16.jpg)
Élelmiszer és gyógyszeripar
![Page 17: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/17.jpg)
Lineáris polimereknél (hallgatói gyakorlat)
folyásgörbe
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 20 40 60 80 100 120 140
, Pa
D, s
-1
viszkozitás görbe
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 20 40 60 80 100 120 140, Pa
, Pas
A hiszterézis, időbeni késése van a szerkezeti rendződésnek
Karboximetil-cellulóz (tapétaragasztó)Szerkezeti viszkozitást mutat
![Page 18: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/18.jpg)
Krémek (alapkrém, emulzió)
0
20
40
60
80
100
120
140
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0
, Pa
D, s
- 1
0ml5ml10ml15ml
+water,ml
0n
D
Belső szerkezet és koncentráció
10 g poli-szorbát(tween60), 10 g ásványolaj, 30g cetyl (16)-stearyl(18) alkohol , 70 g vazelin, o/w emulzió
0.0
0.1
0.2
0.3
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0, Pa
, P
as
0ml5ml10ml15ml
![Page 19: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/19.jpg)
Kolloid-oldatok viszkozitása
• Einstein:– η= η0(1+k) k=2,5 =Vr/V
liofób, merev gömbök, melyekhez képest az oldat kontinuumpl. spórák, gombák, PS-polimer gömbök (latex)
• eltérése:– nem merev, alakja változik– nem gömb orientálódik– tömény oldat, saját gátlás– szolvatáció, töltés, zéta potenciál
20 0 0 ... k b
![Page 20: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/20.jpg)
Viszkozitás kolloid-oldatokban
0
rel0
0spec rel
0
spec
specrel0 0
oldószeroldat
relativ
-= 1 specifikus
redukált
1lim lim ln határ
a
c c
c
KMc c
0
50
100
150
200
250
0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05c(g cm-3)
lnrel/c
sp/c
![Page 21: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/21.jpg)
A viszkozitás mérése
Bányai István
![Page 22: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/22.jpg)
A viszkozitás mérése
21 218
V p pI rt l
![Page 23: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/23.jpg)
Höppler-típusú viszkoziméter
229 test gömb l
gv r
![Page 24: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/24.jpg)
Rotációs viszkoziméter
dd
2
v Rr d
k dRh
nyírási sebesség gradiens, az elfordulás szögét mérjük
r a tengelytől való távolságR a belső és külső henger sugarának átlagad a rés nagysága, h a folyadék magassága
![Page 25: Reológia, a koherens rendszerek tulajdonságaikolloid.unideb.hu/wp-content/uploads/gyogyszeresz/NZ reologia.pdf · Reológia • A reológia az anyagok deformációját tanulmányozza](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022050717/5e14d2400957a14df93dd976/html5/thumbnails/25.jpg)
Reométer
hőmérséklet szabályozáslégcsapágyas10 nagyságrendkétirányú forgatásSzámítógépes elemzés