- Metodi reo-ottici per la misura della tensione interfacciale di sistemi polimerici liquido-liquido
La tensione interfacciale è una delle proprietà più rilevanti sia nello stu dio che nelle applicazioni di sistemi polimerici liquidoliquido (Han, 1981). Ad esempio, nella processazione di polymer blends è spesso essenziale ottenere una certa microstruttura, caratterizzata dalla dimensione e dalla forma delle inclusioni costituenti la fase dispersa, al fine di per venire ad un prodotto dalle proprietà desiderate.
A sua volta, la microstruttura della fase dispersa è il risultato dell’intera zione tra forze di natura fluidodinamica, che tendono a deformare ed eventual mente a rompere le inclusioni (in genere si tratta di gocce), e forze di origine inter facciale, che tendono a riportare la forma delle inclusioni alla configurazione (sferi ca) di equilibrio. L’entità di queste ultime forze, risultato del grado di coesione delle molecole al confine tra due fasi, è proprio misurata dalla tensione interfac ciale, che si può quindi considerare come rappresentativa del grado di elasticità posseduto da un sistema disperso liquido-liquido.
Le misure di tensione interfacciale tra due liquidi vengono tradizionalmente effettuate mediante tecniche in cui viene misurata una forza, come nel caso delll’a nello di Du Nouy o della bilancia di Wilhelmy, o la forma di una goccia in con dizioni statiche, come nel caso della pen ding drop o della sessile drop, o sotto l’a zione di forze centrifughe (spinning drop). Tali metodi (Wu, 1974), ormai ampiamente consolidati nel caso di liquidi di basso peso molecolare, presentano tutta via diversi svantaggi nel caso di sistemi polimerici. In primo luogo, a causa dell’e levata viscosità, i transitori per il raggiun gimento di condizioni di equilibrio posso no risultare particolarmente lenti e com plessi. In alcuni metodi è inoltre anche necessaria la misura della densità delle due fasi, che richiede a sua volta una stru mentazione dedicata. Infine, il valore della tensione interfacciale tra due liquidi poli merici (~ 1 mN/m) è in genere molto più basso paragonato, ad esempio, al caso di emulsioni olioacqua (~ 40 mN/m), e questo comporta la necessità di una maggiore sensitività strumentale.
Una situazione estrema in tal senso è rappre sentata dalle miscele acquose di biopoli meri, che sono utilizzate sia nella separa zione di macromolecole che come visco sizzanti nell’industria alimentare. Tali siste mi presentano in genere una separazione di fase a causa dell’elevata incompatibilità tra specie polimeriche, con ciascuna fase arricchita di uno dei biopolimeri, e valori di tensione interfacciale dell’ordine di 103 mN/m, difficilmente misurabili con metodi classici.
Nel seguito di questo articolo verran no illustrate alcune tecniche, di recente sviluppo o perfezionamento, che sono in grado di superare le difficoltà sperimen tali evidenziate nel caso di sistemi poli merici. Tali tecniche sono basate sulla misura della deformazione di una singola goccia di una fase immersa nell’altra fase, e richiedono delle apparecchiature dedi cate per generare un flusso in condizioni controllate e per effettuare misure otti che mediante elaborazione digitale del l’immagine.
Le proprietà reologiche, in particolare la viscosità, che sono comun que necessarie per il calcolo della tensio ne interfacciale, possono essere misurate con un reometro convenzionale.