Émulsions inverses trés concentrées : influence du procédé et de la formulation sur leurs propriétés rhéologiques

par Oscar Alberto Alvarez Solano

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Lionel Choplin.

Soutenue en 2006

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL .

mots clés

• Émulsions
• Rhéologie

Résumé

This work deals with the preparation of highly concentrated inverse emulsions with the help of a semi-batch (discontinuous) process. The emulsification process can be divided into two main steps, an incorporation step and an homogeneisation step, by far the most demanding from an energetic viewpoint. Three coherent scaling laws have been obtained independently at the end of the emulsification process : a relationship between the elastic modulus and the energy consumption per unit volume (G'~Ev0,6), a relationship between an average drop radius and the energy consumption per unit volume (Rm~EV-0. 3) and finally a relationship between the elastic modulus and an average drop radius (G'~Rm-2). This last relationship is not in agreement with the PRINCEN model. A semi-empirical structural model, based on the idea that the highly concentrated emulsion elasticity is due to Van der Walls forces, has been proposed and leads to a dependency in agreement with our experimental results. The study of the time evolution of the average drop radius to a pseudo-equilibrium state, that depends on the surfactant concentration only, suggests that the initial destabilisation process is related with a dispersed phase permeation phenomenon

Titre traduit

Process and formulation influence on the rheological properties of highly concentrated water-in-oil emulsions

Résumé

Ce travail concerne la préparation d'émulsions inverses très concentrées à l'aide d'un procédé discontinu. Le procédé d'émulsification peut être décomposé en deux étapes principales, une étape d'incorporation et une étape d'homogénéisation, cette dernière étape étant de loin la plus énergivore. Trois lois d'échelle cohérentes ont été obtenues indépendamment au terme du procédé d'émulsification, qui concernent une relation entre le module élastique et l'énergie consommée par unité de volume (G'~Ev0,6), une relation entre un rayon moyen des gouttes et l'énergie consommée par unité de volume (Rm ~ EV-0. 3) et enfin une relation entre le module élastique et un rayon moyen des gouttes (G' ~ Rm-2). Cette dernière relation est en désaccord avec le modèle de PRINCEN. Un modèle structural semi-empirique basé sur l'idée que l'élasticité de ces émulsions très concentrées a pour origine les forces de Van der Waals a été proposé qui conduit à une dépendance en accord avec nos résultats expérimentaux. L'étude de l'évolution temporelle du rayon moyen des gouttes vers un état de pseudo-équilibre qui ne dépend que de la concentration en tensioactif suggère que le processus initial de déstabilisation est lié à un phénomène de perméation de la phase dispersée