Κατανόηση της μορφολογίας και ρεολογίας μικκυλιακών διαλυμάτων μέσω υπολογιστικών πειραμάτων
Loading...
Date
2026-02-25
Authors
Ρασιδάκης, Ελευθέριος Λάμπρος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Τα μικκύλια είναι δομές που δημιουργούνται από την αυτό-οργάνωση τασιενεργών ουσιών, όταν αυτές βρίσκονται σε κατάλληλη συγκέντρωση σε ένα διάλυμα (συνήθως υδατικό), το οποίο ονομάζεται μικκυλιακό διάλυμα . Με την αύξηση της συγκέντρωσης των τασιενεργών και συνήθως παρουσία ηλεκτρολύτη, τα μικκύλια μπορούν να συνενωθούν σχηματίζοντας δομές που ποικίλουν στα χαρακτηριστικά και την μορφολογία τους ανάλογα με τις αντίστοιχες συγκεντρώσεις και συνθήκες.
Γενικά, λόγο της ιδιότητας των τασιενεργών να τροποποιούν την διεπιφανιακή τάση μεταξύ δύο φάσεων (υγρού-υγρού, υγρού-στερεού, υγρού-αερίου), απαντώνται σε πλήθος βιομηχανικών διεργασιών και σε βασικά προϊόντα καθημερινής χρήσης όπως καθαριστικά, απορρυπαντικά, καλλυντικά, σαμπουάν, φαρμακευτικά σκευάσματα κ.ά., χωρίς ο σχηματισμός μικκυλίων να είναι πάντα απαραίτητος.
Μεταξύ άλλων, οι ρεολογικές ιδιότητες των μικκυλιακών διαλυμάτων έχουν ιδιαίτερη σημασία, καθώς επηρεάζουν τόσο την διεργασία παραγωγής όσο και τις τελικές ιδιότητες των προϊόντων. Για παράδειγμα, σε προϊόντα προσωπική υγιεινής όπως τα σαμπουάν, επηρεάζουν την σταθερότητα του σκευάσματος και την αίσθηση κατά την χρήση (υφή, ευκολία εφαρμογής κ.α.).
Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα εργασία μελετά τις ρεολογικές ιδιότητες υδατικών διαλυμάτων σκωληκόμορφων μικκυλίων των οποίων το σχήμα, όπως το όνομα υποδηλώνει, και κατ’ επέκταση η συμπεριφορά τους μοιάζει με αυτά των πολυμερικών αλυσίδων.
Η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε βασίζεται στο μοντέλο ολισθαίνοντος ελατηρίου (slip-pring) για συστήματα πολλών μικκυλίων, το οποίο περιγράφεται αναλυτικά στην βιβλιογραφία. Στην εργασία χρησιμοποιήθηκε μια τροποποίηση/επέκταση του μοντέλου η οποία υλοποιήθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού έργου ΦΚ 81620 (SimiLi: Προσομοίωση Ισοτροπικών Ρευστών) του Πανεπιστημίου Πατρών υπό τον τίτλο “Brownian Dynamics simulations of the rheological behavior of wormlike micelle”. Εκτός από το επιστημονικό ενδιαφέρον για την καλύτερη κατανόηση των παραγόντων που επηρεάζουν τις ρεολογικές ιδιότητες των μικκυλιακών διαλυμάτων, στόχος του προγράμματος ήταν η ανάπτυξη εργαλείων για την βελτιστοποίηση του σχεδιασμού προϊόντων προσωπική υγιεινής.
Η μελέτη που πραγματοποιήθηκε αφορά την επίδραση της κατανομής του μεγέθους και του ρυθμού ένωσης–διάσπασης των μικκυλίων στην συνάρτηση του διατμητικού μέτρου χαλάρωσης, στο ιξώδες και στον χρόνο χαλάρωσης. Επιπλέον, εξετάστηκε η λειτουργεία του προσομοιωτή και η απόκριση του σε μεταβολές συγκεκριμένων παραμέτρων.
Από την μελέτη συμπεραίνεται ότι το μοντέλο του ολισθαίνοντος ελατηρίου περιγράφει με επιτυχία τη ρεολογική συμπεριφορά μικκυλιακών διαλυμάτων όταν ο μηχανισμός ένωσης–διάσπασης κυριαρχεί στη χαλάρωση. Η χρήση σταθερού αριθμού διαπλοκών δίνει αποτελέσματα αντίστοιχα με το κυμαινόμενο σχήμα, με βελτιωμένη υπολογιστική απόδοση. Η αύξηση του ελάχιστου αριθμού χαντρών ανά μικκύλιο επιμηκύνει την περιοχή πλατό και αυξάνει τον χρόνο χαλάρωσης, ενώ η απουσία διάσπασης οδηγεί σε ακόμη μεγαλύτερη επιβράδυνση της δυναμικής.
Description
Keywords
Μικκύλια, Μοντέλο ολισθαίνοντος ελατηρίου