Aplikasyon Yardım Notları Parçacık Özelliklerini (Boyut, Zeta Potansiyeli ve Şekil)

Değiştirerek Reolojiyi Kontrol Etmenin 10 Yolu

Birçok bilinen malzeme, çoğunlukla partiküllü bir maddenin başka bir fazda dağıldığı dispersiyonlar olarak

kabul edilebilir. Yapıştırıcılar, zirai kimyasallar, çimento, seramik, kolloidler, kozmetik ve kişisel bakım ürünleri,

yiyecek ve içecek, madencilik ve maden çamurları, boyalar, mürekkepler ve yüzey kaplamaları, farmasötik

ürünler ve polimer sistemleri bu malzemeler arasında yer alır.

Ortalama parçacık boyutu, boyut dağılımı, parçacıklar üzerindeki zeta potansiyeli ya da yük ve hatta parçacık

şekli gibi dispers parçacıkların fiziksel özellikleri, reoloji gibi bütüncül malzeme özelliklerini etkilemektedir.

Aşağıdaki "On Yol", dispers sistemin bazı temel özelliklerini anlatmakta ve bunların reolojik özellikleri nasıl

etkilediğini göstermektedir.

1) Parçacık boyutunu küçültmek genellikle viskoziteyi arttırır

Sabit bir hacimde parçacık boyutu

küçüldükçe, parçacık sayısı ve parçacık –

parçacık etkileşiminin derecesi artar. Her bir

çekirdek parçacığı çevreleyen yüzey yükü,

hidrasyon veya adsorpsiyon tabakaları

tarafından oluşan hidrodinamik katman bu

parçacıkların sayısını arttırma etkisini

büyütür. Belirli bir parçacık yüklemesi için

daha yüksek bir etkin hacim fraksiyonu elde

edilir ve süspansiyonun viskozitesi artmış

olur. Parçacıklar arası (kolloidal) etkileşimler

düşük kayma hızlarında baskın olduğundan,

viskozite artışı bu bölgede daha belirgindir.

2) Parçacık boyutunu büyütmek genellikle viskoziteyi azaltır

Tersine, eğer parçacık boyutu artarsa,

yüzey yükü ya da adsorpsiyon

katmanlarının çekirdek parçacığa

oranla artışı önemini kaybeder.

Özellikle düşük kayma hızlarında

parçacıklar arası etkileşim daha etkin

olduğundan viskozitedeki azalış yine

burada daha belirgindir.

Aplikasyon Yardım Notları Parçacık Özelliklerini (Boyut, Zeta Potansiyeli ve Şekil)

Değiştirerek Reolojiyi Kontrol Etmenin 10 Yolu

3) Parçacık boyut dağılımının artması viskoziteyi düşürür

Geniş bir boyut dağılımına sahip (çok polidispers)

parçacıklar, eş boyutlardaki (monodispers)

parçacıkların süspansiyonundan daha iyi

sıkıştırılır. Bu da temel olarak, geniş dağılımda

her bir parçacığın hareket etmek için daha fazla

boş alana sahip olacağı anlamına gelir. Sonuç

olarak numunenin akması daha kolay olur, yani

viskozitesi daha düşüktür.

4) Parçacık boyutunun ve parçacık boyut dağılımının viskozitesi üzerindeki etkisi,

bazı ilginç etkiler için kombinasyon halinde kullanılabilir

Örneğin, hacimsel oranı sabit

tutmak kaydıyla; küçük

partiküllerin az bir kısmı ile

nispeten büyük partiküllerin

daha fazla bulunduğu bir

dağılım, küçük parçacıkların

çokça bulunduğu ya da tek

başına büyük parçacıkların

olduğu bir dağılımdan daha

düşük bir viskoziteye sahip

olacaktır.

5) Bir sistemdeki parçacık

sayısının arttırılması akış

davranışını değiştirir

Parçacık boyutu sabit tutularak

parçacık ilave edilmesi akış

davranışını Newtonian’dan kayma

incelmesi davranışına, daha fazla

ilave ise kayma kalınlaşması

davranışına dönüştürür.

Aplikasyon Yardım Notları Parçacık Özelliklerini (Boyut, Zeta Potansiyeli ve Şekil)

Değiştirerek Reolojiyi Kontrol Etmenin 10 Yolu

6) Mikron-altı parçacıklar (kolloidler) için, zeta potansiyelinin (negatif veya

pozitif yönde) artışı, düşük kayma viskozitesini arttırır

Zeta potansiyeli arttıkça,

parçacıklar birbirinden

uzak durmaya zorlanır

ve etkin boyutları artar.

Bu da parçacıkların

serbestçe akmasını

engeller, dolayısıyla

viskozite artar.

7) Mikron-üstü parçacıklardan oluşan yüksek yoğunluklu dispersiyonlar için izo-

elektrik noktasına doğru zeta potansiyelini azaltmak, kendinden destekli bir

jel sistemi oluşturabilir ve bir akma gerilimi ortaya çıkarabilir

Bu durumda parçacıklar

Van der Walls çekici

kuvvetleriyle tersinir

flokülasyon oluşturacak

kadar birbirlerine

yaklaşırlar. Ancak kısa

mesafe itici kuvvetler

kalıcı agregasyonu

engeller.

8) Daha pürüzsüz parçacıklar, keskin/pürüzsüz olmayanlardan (dışbükeyliği

düşük) daha düşük kayma viskozitesine sahiptir

Aplikasyon Yardım Notları Parçacık Özelliklerini (Boyut, Zeta Potansiyeli ve Şekil)

Değiştirerek Reolojiyi Kontrol Etmenin 10 Yolu

Dışbükeyliği düşük olan parçacıkların,

kıvrımlı hatlara sahip olması bir

süspansiyonda akışa karşı mekanik

direnç olasılığını arttırır. Daha da ötesi

eş boyutlu parçacıklar arasında

dışbükeyliği düşük olan parçacıkların

yüksek spesifik yüzey alana sahip

olması parçacık – parçacık kimyasal

etkileşimlerini ve dolayısıyla viskoziteyi

arttırır. Her iki etki de yüksek katı

parçacık yüklemesinde daha belirgin

hale gelir.

9) Uzun (çubuksu)

parçacıklar küresel boyut

eşdeğerlerinden daha

fazla düşük kayma

viskozitesi ve daha az bir

yüksek kayma

viskozitesine sahip olma

eğilimdedirler

Küresel parçacıklar arasındaki parçacık – parçacık etkileşimi kayma hızı arttıkça etkisini kaybederek

kayma incelmesine neden olur. Uzun parçacıklar düşük kayma hızlarında rasgele yönlenmekte ve daha

büyük yer kaplamaktadırlar. Ancak kayma hızı arttıkça akış yönünde yönelme eğilimi

göstermektedirler. Sonuç olarak, uzunlamasına parçacıklara sahip süspansiyonlar, kürecikler

içerenlere göre daha fazla kayma incelmesine uğrarlar. Ayrıca düşük kayma hızlarında daha yüksek

viskoziteye sahiptirler.

10) Aynı ebattaki

yumuşak/deforme

olabilen parçacıklar,

sert/katı

eşdeğerlerinden daha

fazla kayma incelmesi

davranışına sahip

olma eğilimindedirler

Aplikasyon Yardım Notları Parçacık Özelliklerini (Boyut, Zeta Potansiyeli ve Şekil)

Değiştirerek Reolojiyi Kontrol Etmenin 10 Yolu

Kayma kuvveti yumuşak parçacıkların şeklini değiştirebilir. Bu da parçacıkların uzamasına ve kayma

kuvveti yönünde hizalanmasına neden olur. Böylelikle sistem daha fazla kayma incelmesi davranışına

ve yüksek kayma hızlarında düşük viskoziteye sahip olur.