اثر زبری سطح بر رئولوژی تعلیقه‌های کوپلیمر استیرن-آکریلیک اسید پوشش‌یافته با سیلیکا

فرضیه‌: امروزه با به‌کارگیری گسترده تعلیقه‌های ذرات زبر در صنعت شیمیایی تمایل به مطالعه درباره رفتار رئولوژی تعلیقه‌ها افزایش چشمگیری داشته است. یکی‌ از مهم‌ترین‌ زمینه‌های مطالعاتی درباره تعلیقه ذرات زبر، ارتباط گران‌شوندگی‌ برشی‌ با‌ اصطکاک بین‌ذره‌ای‌ ذرات است‌. بر این اساس در تعلیقه‌های غلیظ، مقدار افزایش گران‌روی و رفتار گران‌شوندگی‌ برشی،‌ متناسب با زبری‌ سطوح ذرات معلق درنظر گرفته می‌شود. روش‌ها: در این پژوهش، ذرات صاف (کوپلیمر استیرن-آکریلیک اسید) و زبر (کوپلیمر استیرن-آکریلیک اسید با پوشش سیلیکا) سنتز شدند و تعلیقه آن‌ها در محلول اتانول-آب با درصد حجمی ٢٠، ٣٤ و %٤٩ تهیه شد. سرعت برشی بحرانی شروع ناحیه گران‌شوندگی‌ تعلیقه در نسبت‌های متفاوت از ذرات زبر و صاف، به‌دست آمد. خواص رئولوژیکی به‌ روش تجربی به‌دست آمد و سپس از مدل‌های تجربی و نیمه‌تجربی همچون herschel barclay و gopalakrishnan، برای ارتباط بین رئولوژی و ریزساختار تعلیقه‌ها استفاده شد.یافته‌ها: مشاهده شد، با افزایش‌ درصد زبری‌ در ترکیب‌ درصد یکسان از ذرات، رفتار گران‌شوندگی‌ برشی‌ شدیدتری در مقادیر کمتری‌ از ذرات زبر اتفاق می‌افتد. همچنین، در نمونه‌ دارای بیشترین ترکیب درصد تعلیقه و تشکیل‌شده از %100 ذرات زبر با کمترین‌ مقدار peclet، هیدروخوشه تشکیل می‌شود. دلیل ایجاد هیدروخوشه‌های بیشتر و حتی بزرگ‌تر وجود تماس‌های اصطکاکی در کنار نیروهای هیدرودینامیک عمل‌کننده بر ذرات است که در نهایت موجب افزایش اتلاف انرژی در سامانه و افزایش گران‌روی است. این موضوع نشان می‌دهد، وجود زبری‌ و افزایش‌ مقدار ذرات زبر، سامانه را به سمت‌ افزایش‌ گران‌روی در سرعت‌های‌ برشی‌ کمتری‌ هدایت می‌کند. همچنین انطباق مدل gopalakrishnan بر داده‌های تجربی به‌طور مشخصی نشان می‌دهد، افزایش زبری موجب کاهش مقدار pe بحرانی شروع ناحیه گران‌شوندگی برشی و نیز قوی‌ترشدن رفتار گران‌شوندگی برشی در سامانه می‌شود.

effect of surface roughness on the rheology of silica-coated styrene/acrylic acid copolymer suspensions

hypothesis: today, due to the widespread use of coarse particle suspensions in chemical industry, the tendency to study the rheological behaviour of suspensions has increased significantly. one of the most important research fields is the study on friction of particles between them and the shear thickening behavior of their suspensions. in high-filled suspensions, the viscosity and the thickness of shear are proportional to the thickness of the suspended particles. methods: this research is based on the syntheses of smooth particles (styrene/acrylic acid copolymers) and rough particles (silica-coated styrene/acrylic acid copolymers), with a volume proportion of 20%, 34% and 49% in the ethanol/water solution. the initial critical shear rate of suspension thickening regions was obtained in different ratios of rough and smooth particles. in addition, experimental and semi-empiric models such as herschel barclay and gopalakrishnan have been used to describe the relationship between suspension rheology and microstructure. findings:  it was observed that with the increase in roughness of the composition of the same percentage of particles, a more severe shear thickening behavior occurs in smaller amounts of rough particles. it was also observed that hydro-clusters were formed in samples that contain the highest proportion of suspension composition and consist of 100% coarse particles with the lowest amount of peclet.  an increase in the amount of rough particles leads the system to an increase in viscosity at lower shear rates. furthermore, the adaptation of the gopalakrishnan model to experimental data clearly shows that an increase in roughness leads to a reduction in the critical value of pe at the beginning of the shear thickening zone and a stronger shear thickness behavior in the system.