1、食品物性學,第3章 黏性食品的流變特性 Chapter Three The Rheological Property of Viscous Foods,1,PPT學習交流,食品物性學,教學內(nèi)容 3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ) 3.2 剪切黏度的影響因素 3.3 流變參數(shù)實驗確定方法,2,PPT學習交流,3 黏性食品的流變特性,流變學(Rheology)是研究物質(zhì)的流動和變形的科學，主要研究作用于物體上的應力和由此產(chǎn)生的應變規(guī)律，是力、變形和時間的函數(shù)。食品流變學研究的對象是食品物質(zhì)。食品物質(zhì)種類繁多，為了研究方便，食品流變學把食品物質(zhì)按形態(tài)簡單分成液態(tài)食品、半固態(tài)食品和固態(tài)食品。液體又可分為兩大

2、類，符合牛頓黏性定律的液體稱之為牛頓流體；不符合牛頓黏性定律的液體稱之為非牛頓流體。,3,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),3.1.1 黏性及牛頓黏性定律 1. 黏性流動的概念 流體在外力作用下流動時，由于體系內(nèi)部各種摩擦阻力（真溶液的分子之間、分散介質(zhì)與分散相之間、分散相之間及分散介質(zhì)之間）的存在，表現(xiàn)為流體在運動過程中總是在抵消外力或減弱流動的現(xiàn)象。,4,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),5,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),2.剪切應力 （1）應力 （2）正應力 （3）剪切應力,垂直于截面的應力分量，稱為正應力或法向應力。,相切于截面的應力分量稱為剪切

3、應力。其單位是Pa。,物體由于外因（載荷、溫度變化等）而變形時，在它內(nèi)部任一截面的兩側(cè)出現(xiàn)的相互作用力，稱為內(nèi)力。單位面積上的內(nèi)力稱為應力。,6,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),3.剪切速率 流體在兩界面（如平行板）之間流動時，因材料與流體間存在摩擦力，使流體內(nèi)部與流體-界面接觸處的流動速率不同，誘發(fā)一個漸變的速率場，稱為剪切速率（或速度梯度、應變速率）。 4.流動特性曲線 是反映流體流變性的曲線，泛指剪切應力與剪切速率的關(guān)系曲線。有時也指黏度（表觀黏度）及其表現(xiàn)形式與剪切速率、分散相粒徑、分散相體積分數(shù)等關(guān)系的曲線。,7,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),3.1.2

4、 黏性流體的分類及特點 3.1.2.1 Newton流體 1.概念 Newton流體是指在任意小的外力作用下即能流動的流體，并且剪切應力與流動的剪切速率大小成正比。 Newton定律的局限性 Newton黏性實驗定律描述像水和空氣這樣的流體是適合的，對含高分子量的流體不適宜，因其剪切應力與剪切速率之間已不再是線性關(guān)系。,8,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),2.流變方程 數(shù)學表達式 流體層之間單位面積的內(nèi)摩擦力或剪切應力與速率梯度或剪切速率成正比。 式又稱Newton剪切應力公式，它表明有一類流體，其剪切應力與剪切速率呈線性關(guān)系。這類流體被稱為Newton流體。 非Newton流體

5、，問題復雜，不是常數(shù)，它與流體的物理性質(zhì)和受到的剪切應力和剪切速率有關(guān)，流體的流動情況要改變其內(nèi)摩擦特性。,為剪切應力；為剪切速率； 是與剪切速率無關(guān)的常數(shù)，是代表流體黏滯性的物理量，反映了流體內(nèi)摩擦力的大小，稱為流體的黏性系數(shù)，簡稱黏度。,9,PPT學習交流,3.流變曲線 流體的流變曲線是剪切應力與剪切速率的關(guān)系曲線。 可將剪切應力為縱坐標，剪切速率為橫坐標，也可將剪切應力為橫坐標，剪切速率為縱坐標。,圖3-2描述了Newton流體和幾種非Newton流體 塑性、假塑性和膨脹流體的流變曲線。,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),圖3-2 四種流體的流變曲線,10,PPT學習交流,4.流體特征 （1

6、）Newton流體的流變曲線是一條經(jīng)過原點的直線，其斜率即為流體的黏度，斜率大小代表黏度的高低。 （2）黏度值是個常數(shù)，不受剪切速率或剪切應力單方面變化的影響，只有它們同時變化才能影響?zhàn)ざ戎怠?（3）只要有力作用即流動，無論力大小。 見圖3-3。,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),圖3-3 牛頓流體特性曲線,11,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ), 關(guān)于Newton流體有兩點說明 絕對的Newton流體是不存在的 理想的Newton流體是無彈性、不可壓縮和各向同性的，實際上不存在這樣的流體，但有些流體因其性質(zhì)在一定條件下與Newton流體相近，可近似為Newton流體。 Newton流

7、體具有恒定黏度的結(jié)論只在層流條件下成立。,12,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),5.實例 化工領(lǐng)域著名的Newton流體的例子是甘油、乙醇、極稀的溶膠和高分子溶液等。 在食品工業(yè)中，只有水、白醋、白酒、蔗糖水、汽水、少數(shù)植物油等屬于Newton流體，其它絕大多數(shù)均為非Newton流體。,13,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),3.1.2.2 非Newton流體 （1）非Newton流體種類繁多，不勝枚舉 絕大多數(shù)生物流體，如人身上的血液、淋巴液、囊液等多種體液以及像細胞質(zhì)那樣的“半流體”都屬于非Newton流體。 （2）非Newton流體包括塑性流體、假塑性流體（剪切

8、變?。?、脹塑性流體（剪切變稠）、觸變性流體、流凝性流體等多種，描述其內(nèi)摩擦特性的流變模型有多個。,如Ostwald-dewaele冪律模型、Ellis模型、Carreau模型和Bingham模型等，其中冪定律模型最為常用。,剪切應力與剪切速率之間不滿足線性關(guān)系的流體稱為非Newton流體。,14,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ), 冪定律模型 將非Newton流體的黏度描述為速率梯度或剪切速率絕對值的指數(shù)函數(shù)： 0=k(dvx/dy)n=kn 或 =k(dvx/dy)n=kn-1 當n=1時，=k，即k具有黏度的量綱，此時流體為Newton流體； 當nl時，為脹塑性或剪切增稠流體；

9、 僅有n、k兩參數(shù)，使用簡便，應用廣泛。工業(yè)上80以上的非Newton流體均可用此模型描述。,K為稠度系數(shù)，Pasn；n為流體特性指數(shù)，無因次，表示與Newton流體偏離的程度。,15,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),1.塑性流體 （1）概念 當物體受到超過某特定閾值的剪切應力作用后，發(fā)生永久性變型，該流體即為塑性體。 塑性體有液體也有固體（如燒制陶瓷的泥胎和金屬），一般將液體的塑性體稱為塑性流體。 塑性流體也稱Bingham流體，是非Newton流體中的一種。,16,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),（2）流變方程 塑性流體流變性最常用的測定方法是旋轉(zhuǎn)黏度計法。 塑

10、性流體流變曲線的直線段可用下式表征其流變特性： =0塑 （0） 屈服應力0和塑性黏度塑是塑性流體的兩個特征參數(shù)。,17,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),（3）流變曲線 流變曲線是一條不經(jīng)過原點的直線。如圖3-4所示。 剪切應力超過時0，流動特征符合Newton流型。,圖3-4 塑性流體流動曲線,18,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),（4）流體特征 存在屈服應力0 剪切應力小于某一數(shù)值0時不能流動，大于0后才能流動。 屈服應力分析 第一個屈服應力是流體剛開始流動的切力fL，稱為靜切力。 第二個屈服應力是流變曲線直線段的反向延長線與剪切應力軸的交點，稱為動切力fB（或稱

11、Bingham值）。 第三個屈服應力是流體開始層流的切力fM。,19,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),黏度隨剪切速率而變化 塑性流體呈剪切稀化性的原因 a)流體靜止時，分散相顆粒間形成較弱的凝膠，在剪切速率增大時該凝膠被破壞，使黏度減小。 b)若分散相顆粒為棒狀、片狀或線型大分子化合物，顆粒由靜止態(tài)運動起來阻力大，當受到足夠的剪切時，原來比較散亂的鏈狀顆粒滾動、旋轉(zhuǎn)，收縮成團，減少了相互鉤掛，形成定向排列，黏度減小。 如圖3-5所示。,塑性流體是由不對稱性分散相顆粒形成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)組成的（分散相顆粒濃度大到一定程度，彼此互相接觸時，才能形成塑性流體），要使流體流動，必須使剪切應力超

12、過屈服應力，破壞其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，流體才能流動。,塑性流體是剪切變稀型流體，黏度隨剪切速率增大而減小。,20,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),圖3-5 剪切稀化原理示意圖,21,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),剪切稀化程度與分子鏈長短和線型的關(guān)系 a)由直鏈大分子構(gòu)成的分散相顆粒組成的分散體系，比支鏈結(jié)構(gòu)的剪切稀化作用強。 b)長鏈大分子構(gòu)成的分散相顆粒組成的分散體系比短鏈結(jié)構(gòu)分子剪切稀化作用大。,22,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),（5）塑性流體實例 濃肉湯。 蘋果醬、番茄醬和巧克力等。 牙膏和芥末辣醬是塑性流體。 油墨、油漆、黏土漿等也是塑性流體。,圖

13、3-6 濃肉湯的流變曲線,圖3-7 果醬的流變曲線,23,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),2.假塑性流體 （1）概念 表觀黏度隨剪切應力或剪切速率增大而減小的流體稱為假塑性流體。 （2）流變方程 = kn （0n1） 表觀黏度a與和的一般關(guān)系為： = a,24,PPT學習交流,a與稠度系數(shù)k和流型指數(shù)n有關(guān)，且是剪切速率的函數(shù)： a= kn-1 a與一定的剪切速率相對應，在圖15-30中，表觀黏度： a=tani （i=1，2，3） |n-1|作為其非Newton性質(zhì)的度量。 n只在很小的剪切速率范圍內(nèi)，才近似為常數(shù)。,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),n越偏離1，非Newton性質(zhì)

14、越突出，n=1時代表的流體為Newton流體。,圖3-8 假塑性流體的流變曲線,25,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),（3）流變曲線 若以lg對lg作圖，得一條直線，從截距和斜率可求出n、k值。 流體表觀黏度隨剪切應力的增大而減小。 （4）流體特征 黏度隨剪切速率增大而減小，剪切稀化作用突出； 在任何剪切應力范圍內(nèi)均無彈性特征； 無屈服應力，一旦施加外力就能流動； 流變曲線為通過坐標原點凸向剪切應力軸的曲線。,26,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),（5）典型的假塑性流體 大多數(shù)高分子化合物（如淀粉、羧甲基纖維素、橡膠、藻蛋白酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈉等）溶液、乳狀液和發(fā)生絮

15、凝的溶膠都屬于這類流體。 血液在低剪切速率時也表現(xiàn)出假塑性流體性質(zhì)。,27,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),3.膨脹流體 （1）概念 膨脹現(xiàn)象 膨脹流體,分散體系中分散相顆粒在剪切應力的強烈作用下，成為疏松排列結(jié)構(gòu)，導致視體積增大的現(xiàn)象稱為膨脹現(xiàn)象。,凡是表觀黏度隨剪切速率增大而增稠的流體，不管在剪切應力作用下有無體積膨脹都可稱為膨脹流體。,28,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),（2）流變方程 = kn （1n） 表觀黏度公式： =a 表觀黏度a與稠度系數(shù)k和流型指數(shù)n有關(guān)，且是剪切速率的函數(shù)： a=kn-1 a與一定的剪切速率相對應 a=tani （i=1，2，3

16、）,這些公式都顯示出該類流體的表觀黏度隨剪切速率或剪切應力的增大而增大的特征。,29,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),（3）流變曲線 以lg對lg作圖，得一條直線，從截距和斜率可求出n、k值。 （4）流體特征 無屈服應力，一加外力就流動。 黏度隨增加而增大，有剪切稠化現(xiàn)象。 流變曲線為通過坐標原點凹向剪切應力軸的曲線。,圖3-9 膨脹流體的流變曲線,30,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ), 流體剪切稠化的原因 當顆粒濃度很高并接近最緊密排列時，兩層間的相對運動將使顆粒偏離最緊密排列，體積有所增加，需消耗額外能量。 當流速增加而使顆粒動能升高時，可能越過絮凝所要克服的能

17、壘，而發(fā)生絮凝使黏度增大。,31,PPT學習交流,a)流體在靜止或剪切應力小時分散相顆粒是完全分散開的，黏度很??；當剪切應力大時，流體運動中顆粒碰撞機會多，碰在一起的顆粒形成結(jié)構(gòu)，大大增加了流體的流動阻力，故顯現(xiàn)出剪切稠化現(xiàn)象。,b)若分散相濃度太小，不足以形成結(jié)構(gòu)，則流體無膨脹性特征；若分散相濃度很大，靜止時就能形成結(jié)構(gòu)，再攪動流體結(jié)構(gòu)也不會發(fā)生大變化，剪切增稠不明顯，不呈膨脹性。,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),32,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),4.觸變流體 （1）觸變性 所謂觸變性是指一些分散體系在攪動或其它機械力作用下，使其不流動或難流動的凝膠狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃拥娜苣z狀，再靜

18、置一段時間體系又恢復到凝膠狀的性質(zhì)。 觸變性可視為分散體系在恒溫下“凝膠-溶膠”之間相互轉(zhuǎn)換過程的流變特性。 分散體系在剪切應力作用下產(chǎn)生形變，若/之比值暫時減小，其必具觸變性。,如將氫氧化鋁或氫氧化鐵等凝膠裝入試管中，靜止狀態(tài)時緩慢傾斜，不流動，但用力搖晃后即可流動。,33,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),（2）觸變流體 觸變流體受剪切應力作用（搖動、振動、攪動等）后，流動性從無到有或從小到大變化。 當去除外力，靜止一段時間后，流動性從大到小或從有到無變化。 觸變性流體也是一種塑性體，并且有剪切稀化作用。,在剪切作用下流體由黏稠狀態(tài)變?yōu)榱鲃有暂^大的狀態(tài)，而剪切作用消除后，滯后一

19、段時間流體又恢復到原來狀態(tài)，具有這種性質(zhì)的流體稱為觸變流體。,34,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),（3）流變曲線 滯后圈是與時間有關(guān)的流體流動經(jīng)歷曲線。 滯后圈是剪切速率由小到大測定的剪切應力-剪切速率線與從大到小測定的剪切應力-剪切速率線所圍成。 剪切速率減小時稱降速線，反之稱增速線，且降速線在增速線的下方。,如圖3-10所示，它形如織布梭或一葉輕舟。,觸變性流體的流變曲線有滯后圈。,圖3-10 觸變性流體的滯后圈,35,PPT學習交流,（4）流體特征 觸變流體的特點 觸變流體從有結(jié)構(gòu)到無結(jié)構(gòu)，或從結(jié)構(gòu)拆散到結(jié)構(gòu)恢復是一個等溫可逆過程。 觸變結(jié)構(gòu)的破壞與形成是時間的函數(shù)，結(jié)構(gòu)

20、的機械強度的變化也是時間的函數(shù)。 流體的黏度不僅隨剪切速率變化，而且在恒定的剪切速率下，它的黏度也隨時間的推移而下降，并達到一個常數(shù)值。 流變曲線表現(xiàn)為“上行曲線”不再與“下行曲線”重疊，而是兩條曲線之間形成了一個封閉的“梭形”觸變環(huán)。,這個“梭形”觸變環(huán)的面積大小反映著流體觸變特性的強弱，它表示破壞觸變結(jié)構(gòu)所需要的能量。 兩次剪切作用之間的結(jié)構(gòu)恢復時間的長短與觸變性強弱有關(guān)，觸變性越強，恢復時間越短。,流體經(jīng)長時間高速剪切可從高黏凝膠態(tài)變?yōu)榈宛と苣z態(tài)，具有剪切稀化現(xiàn)象。 流體剪切后再保持靜止有重新稠化的可逆現(xiàn)象。,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),當剪切作用停止后，黏度又隨時間的推移而增高，大多

21、數(shù)觸變性流體，經(jīng)過幾小時或更長的時間，可以恢復到初始的黏度值。,36,PPT學習交流,（5）流體形成觸變性的機理 靜電作用 分散相顆粒荷電，有靜電吸引與靜電排斥作用，距離一定的靜止顆粒，兩種力達到平衡，形成凝膠。攪動后，凝膠遭到破壞，分散相顆粒呈分散狀態(tài)而自由運動，形成溶膠。 機械鉤掛作用 分散體系靜止時，分散相顆粒之間相互搭架子而形成結(jié)構(gòu)，流體受到剪切應力作用發(fā)生流動時，架子被拆散，拆散架子與架子重新搭起均需要時間，故而表現(xiàn)出觸變性。,但該理論不適于非水分散介質(zhì)，亦無法解釋不對稱性顆粒更易形成凝膠、觸變性更突出的現(xiàn)象。,觸變性的形成是個比較復雜的過程，觸變性流體也是個復雜體系，其形成機理目前

22、仍沒有非常一致的觀點，但比較流行的機理有兩種。,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),該理論可解釋針狀和片狀的分散相顆粒容易形成結(jié)構(gòu)、觸變性突出的現(xiàn)象，是最流行的一種理論。但對分散相濃度很低（小于1%）的分散體系，無法解釋無顆粒間相互接觸，卻能表現(xiàn)出觸變性的現(xiàn)象。,37,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),（6）觸變流體實例 具有觸變性的流體很多，如低溫下貯存的稠粥、番茄調(diào)味醬、嫩豆腐腦、玉米面糊等。 它們在容器中靜止時無流動性或流動性很弱，傾倒時很難流動。,1.2分別是經(jīng)過AB1和AB2歷程所采用的剪切速率；塑,1.塑,2分別是B1A和B2A所代表的流體的塑性黏度（如圖15-36右所示）。

23、,圖3-11 觸變性隨時間/剪切 速率變化曲線,38,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),（7）流體觸變性的作用 當受到震擊或攪動時即有流動性或流動性大增，較易傾倒。再靜止足夠時間后，又很難流動。 當將油漆新刷到墻或門窗上時，刷子離開后黏度很快升高，油漆不至于流下來，否則薄厚不勻，出現(xiàn)流道。當來回刷的過程中有很好的流動性，既省力又能確保油漆層薄、均勻而光亮。,具有觸變性的食品食用時有柔化爽口之感。,39,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),四、流凝性流體 （1）在一定剪切速率下，剪切應力隨時間延長而增大。取消剪切應力后，也要滯后一段時間流體才變稀。 （2）它與膨脹型流體不同

24、，需要在外界“有節(jié)奏的震動” 下方可形成凝膠。 （3）有節(jié)奏的震動可以是輕輕敲打、有規(guī)則的圓周運動、擺動或擺動式攪動等。若無外界“震動”，就不會形成凝膠。,流凝性流體在剪切作用下變稠。,40,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),流凝流體的流變特性及其與脹性流體的區(qū)別 （1）外切應力消除后，膨脹流體立即稀化，而流凝流體仍保持一段時間凝膠狀態(tài)后再稀化； （2）膨脹流體中分散相濃度高，常達40%以上，且潤濕性良好；流凝流體中分散相濃度低，約在1%2%，分散相顆粒是非對稱的，凝膠的形成是顆粒定向排列的結(jié)果。,41,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),流凝流體的實例 將陽離子交換容量

25、很大的鈉蒙脫土分散在蒸餾水中，用離心機離心，除去沉淀顆粒，取懸浮液，放入試管中，加一滴飽和氯化鈉溶液，用膠皮棒有節(jié)奏地輕輕敲打試管，在室溫下很快就膠凝。 若不給以有節(jié)奏敲擊，加入再多氯化鈉溶液，也不會膠凝。,42,PPT學習交流,3.1 黏性流體的流變學基礎(chǔ),5.剪切速率與剪切應力的關(guān)系 牛頓黏性定律指出：流體流動時剪切速率與剪切應力成正比例關(guān)系，即： = 比例系數(shù)稱為黏度，是液體流動時有分子之間的摩擦產(chǎn)生的。黏度的國際單位為Pas，常用其導出單位mPas。黏度是物質(zhì)的固有性質(zhì)。,43,PPT學習交流,3.2 剪切黏度的影響因素,1.分散相的影響 （1）分散相濃度 分散相為剛性球體 Einst

26、ein公式 數(shù)學表達式 Einstein建立的懸浮液分散體系的黏度與分散相顆粒濃度公式： =0(12.5),0是連續(xù)相黏度；是分散相體積分數(shù)。,44,PPT學習交流,3.2 剪切黏度的影響因素,Einstein公式假設(shè)條件 a)Newton流體； b)分散相為剛性球體； c)分散相顆粒間無相互作用力； d)無紊流； e)分散體系濃度很?。?f)顆粒Brownian運動忽略不計。 Einstein公式的物理意義 稀溶膠黏度隨顆粒體積分數(shù)線性增大，與顆粒尺寸及剪切速率無關(guān)。,45,PPT學習交流,3.2 剪切黏度的影響因素,Einstein公式的應用條件 / %絮凝非絮凝 通常，5%時計算結(jié)果與測

27、定值相符。濃度大時，因質(zhì)點間有相互作用，體系黏度將急劇增大，Einstein公式不適用。 固有黏度求算公式 對溶膠分散體系，常用固有黏度（極限黏度、特性黏度）表征體系黏度： =lim0(0)/0 分散相為剛性球時，=2.5； 分散相為球形液滴，2.5； 分散相為非球形顆?；蚓奂w粒，2.5。,46,PPT學習交流,3.2 剪切黏度的影響因素,（2）分散相黏度 分散相為液體時，在剪切應力作用下懸浮液或乳狀液流動時，作為分散相的液滴也發(fā)生旋轉(zhuǎn)，引起其內(nèi)部分子運動，運動程度與分散相黏度有關(guān)。 Taylor公式 rel =12.5(2/5) 0/ 0 rel為相對黏度；為分散相黏度；0為分散介質(zhì)黏度；

28、為分散相體積分數(shù)。,當分散相為剛性顆粒時，該式變?yōu)镋instein公式。,47,PPT學習交流,3.2 剪切黏度的影響因素, Leviton公式 對于0.4的濃度較大的乳狀液： lnrel =2.5(5/31/3)(2/5) 0/ 0 乳化劑的加入，可促使分散相與分散介質(zhì)之間的界面形成高強度膜，使液滴具有剛性。 懸浮液或穩(wěn)定性差的乳狀液中的液滴沒有剛性，而穩(wěn)定性好的乳狀液中液滴具有剛性，穩(wěn)定性越好，其剛性越強。,48,PPT學習交流,3.2 剪切黏度的影響因素,（3）分散相形狀 若分散相質(zhì)點是球形的，黏度的增大主要來源于流體經(jīng)過質(zhì)點時流線受到干擾。 若質(zhì)點不是球形對稱的，流體經(jīng)過質(zhì)點時，質(zhì)點要

29、發(fā)生轉(zhuǎn)動，額外消耗能量，同時質(zhì)點之間也會相互擔擾，故黏度大增。 質(zhì)點形狀不對稱的結(jié)果使流體偏離Newton流型。 分散相的形狀對分散體系黏度影響很大，針狀、棒狀、片狀、橄欖狀及其它不規(guī)則形狀必須在球形基礎(chǔ)上校正。,剪切應力與剪切速率的比值不再是常數(shù)，它隨剪切速率的增加而下降，這是由不對稱質(zhì)點在速率梯度場中的定向造成的。,49,PPT學習交流,3.2 剪切黏度的影響因素, 含形狀因子F的分散體系黏度公式： = 12.5 (cF/)0 若分散相為球形顆粒，在流場中流動阻力具有對稱性，F(xiàn)=1； 若分散相為極細小的纖維，將在流場中沿流線排列，具有最小阻力。 這兩種極端情況之外的其它條件下，F(xiàn)=0.41

30、.0。 F值主要由數(shù)學推導，再驗證和校正。,c(kgdm-3)為分散相濃度；(kgdm-3)為顆粒密度；0為分散介質(zhì)黏度。,50,PPT學習交流,3.2 剪切黏度的影響因素,（4）分散相尺寸 Einstein公式中，分散體系的黏度只與球形對稱的分散相的體積分數(shù)有關(guān)，與質(zhì)點大小無關(guān)，故未反映出黏度與質(zhì)點尺寸的關(guān)系。 若分散相質(zhì)點不是球形對稱，黏度則與質(zhì)點大小有密切關(guān)系。 分散相為液滴時，液滴尺寸對乳狀液流變性質(zhì)的影響取決于分散相的體積分數(shù)和液滴間的相互作用。,因質(zhì)點變大后其對稱性變差（如線性高分子化合物），使分散體系黏度升高。,51,PPT學習交流,液滴相互作用較弱時，液滴尺寸影響brownia

31、n運動和剪切應力效應，進而影響乳狀液流變性質(zhì)。 高剪切應力下，剪切應力效應大于布氏運動效應，液滴尺寸對乳狀液黏度影響較小。,b)=0.40的水包油乳狀液，液滴直徑從0.53m增大到1.08m時，其表觀黏度明顯下降，剪切稀化作用減弱（見圖15-17，不同液滴直徑下水包正十六烷濃乳狀液）。,3.2 剪切黏度的影響因素,a)液滴粒徑在0.7m30m之間，且其體積分數(shù)很小時，乳狀液黏度基本不受粒徑變化影響。 當液滴體積分數(shù)0.45時，粒徑變化對黏度的影響明顯。,52,PPT學習交流,3.2 剪切黏度的影響因素,2.分散介質(zhì)的影響 與分散介質(zhì)黏度相關(guān)的因素很多：自身化學組成、流變性質(zhì)、極性、pH值及電解

32、質(zhì)濃度等，情況比較復雜。 （1）分散介質(zhì)添加劑 為滿足加工、傳輸或賦予某些特性，常向溶液、懸浮液、乳狀液等分散體系中加入增黏劑、降黏劑或流型改進劑之類的物質(zhì)，它們對流體的流變性產(chǎn)生很大影響。,如為了調(diào)整液態(tài)食品的流動性或口感，常在分散介質(zhì)（水）中加入諸如明膠、瓊脂、海藻酸鹽、淀粉和羧甲基纖維素之類的食品添加劑，它們對分散體系的流變性影響很大。,對分散介質(zhì)黏度有影響的因素都影響著分散體系黏度。,53,PPT學習交流,3.2 剪切黏度的影響因素,（2）添加劑濃度對液體流變性的影響 水溶性天然聚合物濃度達到臨界值C時，水溶膠的黏度明顯升高。 C是親水溶膠從“稀釋區(qū)”向“半稀釋區(qū)”轉(zhuǎn)變，聚合物分子由自

33、由運動狀態(tài)向分子相互重疊和滲透狀態(tài)轉(zhuǎn)變所對應濃度。 聚合物濃度低于C時，溶膠呈Newton流體特征；大于C時，表現(xiàn)出非Newton流體特征。,54,PPT學習交流,3.2 剪切黏度的影響因素,3.乳狀液中乳化劑的影響 乳化劑的組成、性質(zhì)和加量對乳狀液黏度的影響 乳化劑的化學成分影響分散液滴間位能（引力位能、斥力位能，甚至空間穩(wěn)定位能），進而影響其分散程度、分散相尺寸和有效體積分數(shù)和流變性。,55,PPT學習交流,3.2 剪切黏度的影響因素,乳化劑濃度對液滴分散程度的影響。濃度大小影響到分散相液滴尺寸及變形性、液滴相互作用、界面膜強度等，均影響流變性。 分散相液滴吸附乳化劑形成的界面膜性質(zhì)對液滴變形性、液滴間相互作用等