계면 점탄성에 대해서

계면 점탄성에 대해서

계면 점탄성이란?

​

일반적인 액체의 점탄성 평가에서는 다음과 같이 물질의 형태를 변형시킬 때(날림변형, Shear)에 발생하는 응력과 위상 차이를 평가합니다.

이것은 액체의 레올로지 평가에서는 널리 사용되고 있는 수법입니다.

같은 사고방식이 기체-액체이나 유수 등의 액체-액체계면에도 존재하고, '계면 점탄성'이라고 불리고 있습니다.

이는 액체 전체의 변형에 대한 응답이 아니라 계면만의 변화에 대한 응답을 나타내며, 계면의 안정성 등의 평가가 필요할 경우 점탄성이 아닌 계면 점탄성을 평가할 필요가 있습니다.

계면 점탄성은 콘을 사용한 회전식 점탄성 측정 장치에서도 평가 가능하지만 액체가 계면활성제를 포함하고 있을 경우 계면활성제의 흡탈부착이 일어나기 어렵기 때문에 실제로는 다이내믹하게 일어나는 계면활성제의 흡탈부착으로 인한 계면의 변화를 따라갈 수 없습니다.

따라서 다음과 같은 계면을 확장, 수축시키는 변형을 일으키기 때문에 의 응답을 보는 방법이 사용되고 있습니다.

​

계면 점탄성 측정법

위에서 서술한 계면을 확장·수축시키는 변형을 일으켜 계면 점탄성을 평가하는 수법은 일반적으로는 펜던트 드롭법을 응용하는 것으로 실시합니다.

펜던트 드롭법은 액체의 표면, 계면장력을 측정하는 방법으로 알려져 있으나, 계면점탄성 측정을 할 경우 액적부적을 증가 및 감소시키면서 그에 대한 표면, 계면장력의 변화 측정을 실시합니다.

액적체적의 증가·감소는 곧 계면의 면적의 확장·수축으로, 계면활성제는 계면으로의 흡탈착을 반복하는데, 그것을 포함한 계면장력의 변화로부터 계면점탄성은 계산됩니다.

계면 점탄성 수치

상술한 계면의 면적변화에 대한 계면장력의 응답을 측정함으로써 계면 점탄성 E가 계산됩니다.

계면점탄성E는 탄성항E', 점성항E'로 나뉘며 각각 탄성항E'는 계면의 변형에 대한 저항력(탄력)을 나타내며, 점성항E'는 변형이 일어난 후의 완충력을 나타냅니다.

계면활성제가 포함되는 계로 생각하면, 탄성항 E'는 계면활성제의 표면농도나 흡착층에서의 분자간력에 의존하고, 점성항 E'는 분자의 확산속도, 용액중의 계면활성제 농도, 흡착층에서의 분자간 마찰(부딪힘) 등에 의존합니다.

평가사례

이러한 계면의 변형에 대한 저항력을 나타내는 계면 점탄성의 평가에서 가장 단적인 예는 에멀션이나 거품의 안정화 평가입니다.

에멀션은 계면활성제로 덮인 기름방울이 수중에 분산되어 있는 상태(혹은 그 반대)이지만 계면이 안정되지 않으면 계면이 손상되어 기름물이 분리되어 버립니다.

액체의 거품은 계면활성제가 흡착했다

2층 액막으로 형성되어 있기 때문에 잘 깨지지 않는 정도, 즉 안정성의 평가에는 계면 점탄성의 평가가 응용 가능합니다.

 

 

 

https://www.smartinst.co.kr/