مقدمة
يمكن أن يكون تقييم الاستقرار طويل الأجل للمشتت أو المستحلب عملية مملة ومستهلكة للوقت؛ ومع ذلك، فمن الضروري ضمان أن المنتج يلبي معايير الجودة. غالبًا ما يحقق القائمون على التركيب الاستقرار من خلال مجموعة من التأثيرات؛ تقليل التوتر البيني، وزيادة التنافر الفراغي أو الكهروستاتيكي للمرحلة المشتتة و/أو عن طريق زيادة لزوجة المرحلة المستمرة. بالنسبة للمشتتات المخففة، غالبًا ما ينعكس التأثير المشترك لهذه العوامل في لزوجة القص الصفرية، والتي يمكن أن تعطي مؤشرًا على معدل التحام القطرات وانفصالها، أو استقرار المشتتات. بالنسبة للأنظمة الأكثر تركيزًا، قد يحدث تكوين بنية شبكية من خلال تفاعل الطور المشتت أو تشويش الجسيمات/القطيرات. في هذه الحالة، سيرتبط الثبات إلى حد كبير بقوة بنية الشبكة، والتي يمكن قياسها من خلال إجهاد الخضوع.
ولتحقيق الاستقرار، يجب أن يكون إجهاد الخضوع أكبر من الإجهاد الذي تفرضه المرحلة المشتتة تحت تأثير الجاذبية. ويمكن تقدير ذلك من المعادلة التالية:
هناك عدد من الاختبارات التجريبية لتحديد إجهاد الخضوع. تتمثل إحدى أسرع الطرق وأسهلها في إجراء مسح إجهاد القص وتحديد الإجهاد الذي يتم عنده ملاحظة ذروة اللزوجة. قبل ذروة اللزوجة هذه، تخضع المادة لتشوه مرن. وبالتالي تمثل هذه الذروة النقطة التي ينهار عندها التركيب المرن (الاستنتاج) وتبدأ المادة في التدفق.
ولكي يكون النظام مستقرًا، يجب أن يكون إجهاد الخضوع كافيًا لتحمل الضغوط التي تفرضها الجسيمات المشتتة، وكذلك الضغوط الإضافية التي من المحتمل أن تواجهها أثناء نقل المنتج على سبيل المثال.
تعرض هذه المذكرة التطبيقية منهجية وبيانات لتقييم ثبات اثنين من منتجات جل الاستحمام (غسول الجسم) مقابل قدرتهما على تعليق الفقاعات كمتطلب للمنتج.
تجريبي
- تم تقييم منتجين تجاريين من جل الاستحمام؛ أحدهما يحتوي على مادة خافضة للتوتر السطحي فقط والآخر يحتوي على مادة خافضة للتوتر السطحي ومكثف ترابطي.
- وقد صُمم المنتج الأخير خصيصًا ليكون قادرًا على تعليق الفقاعات في الزجاجة أثناء وجود المنتج على الرف (ملاحظة - للقضاء على تأثير الفقاعات على السلوك الانسيابي، تمت إزالة الفقاعات في هذه العينة بالطرد المركزي قبل الاختبار).
- تم استخدام حاسبة إجهاد الجسيمات في برنامج rSpace لحساب الإجهاد الذي يفرضه الجسيم المشتت على الوسط المحيط، مع خصائص الجسيمات كمدخلات للمستخدم (انظر المعادلة 1).
- أُجريت قياسات مقياس الانسيابية الدورانية باستخدام مقياس الانسيابية Kinexus مع خرطوشة صفيحة بلتيير ونظام قياس مخروطي وصفيحة1، وباستخدام تسلسلات قياسية معدة مسبقًا في برنامج rSpace.
- تم استخدام تسلسل تحميل قياسي لضمان خضوع كلتا العينتين لبروتوكول تحميل متسق ويمكن التحكم فيه.
- تم إجراء جميع قياسات الريولوجيا عند درجة حرارة 25 درجة مئوية.
- تم إجراء منحدر إجهاد القص، وتم تحليل البيانات باستخدام تحليل الذروة لتحديد إجهاد الخضوع.
- ثم تمت مقارنة حجم إجهاد الخضوع الناتج مع الإجهاد المفروض المحسوب من خواص الجسيمات المشتتة لتقييم ثبات النظام على المدى الطويل.
النتائج والمناقشة
يوضح الشكل 1 اللزوجة مقابل منحنيات الإجهاد لعينتي جل الاستحمام في اختبار منحدر الإجهاد. تُظهِر بيانات غسول الجسم 2 ذروة لزوجة واضحة في اختبار منحدر الإجهاد، في حين أن بيانات غسول الجسم 1 مسطحة نسبيًا. يشير هذا إلى أن غسول الجسم 2 يُظهر تصلبًا إجهاديًا مرتبطًا بإجهاد الخضوع بينما يتصرف غسول الجسم 1 كسائل بلزوجة قص صفرية.
في بعض الحالات، قد تُظهِر السوائل اللزجة اللزجة في بعض الحالات ذروة طفيفة في اللزوجة على الرغم من عدم وجود إجهاد خضوع حقيقي. في هذه الحالة، قد يتطلب الأمر تقدير المستخدم أو بدلاً من ذلك التأكيد باستخدام اختبار بديل مثل اختبار الزحف أو اختبار معدلات القص لتأكيد وجود لزوجة قص صفرية2.
كان إجهاد الخضوع المقاس لغسول الجسم 2 4 باسكال.
باستخدام المعادلة 1، يمكننا التنبؤ بأن الإجهاد الذي تفرضه فقاعة هواء قطرها 100 ميكرومتر سيكون تقريبًا 0.65 باسكال، وبالتالي فإن إجهاد الخضوع البالغ 4 باسكال يجب أن يكون كافيًا لتعليق مرحلة الفقاعة، على الرغم من أن الضغوط الإضافية التي تواجهها أثناء النقل والانخفاض المحتمل في قوة الشبكة بسبب زيادة درجة الحرارة تحتاج أيضًا إلى النظر فيها.
نظرًا لأن غسول الجسم 1 لا يحتوي على إجهاد الخضوع، فإن هناك حاجة إلى قيمة دقيقة للُّزوجة الصفرية للقص لتقييم الثبات، مثل التحليل من اختبار الزحف. أظهرت البيانات من هذا الاختبار أن لزوجة القص الصفرية هي 8 باس ومن هذا الرقم، تم التنبؤ بمعدل ارتفاع الفقاعة بحوالي 6 سم في اليوم لفقاعة 100 ميكرومتر. ومن الواضح أن هذا غير مقبول للحفاظ على استقرار النظام المشتت على المدى الطويل، وسيكون من الضروري دمج إجهاد الخضوع لإعطاء الاستقرار المطلوب على المدى الطويل والعمر التخزيني لمنتج معلق الفقاعات.
الخاتمة
تمت مقارنة منتجين من جل الاستحمام باستخدام اختبار منحدر إجهاد الخضوع. وقد تبين أن غسول الجسم 2، الذي يحتوي على مثخن إضافي، لديه إجهاد إنتاجي قادر على تعليق فقاعات الغاز. أما غسول الجسم 1، الذي لا يحتوي على مثخن إضافي، فقد كانت لزوجة القص الصفرية غير كافية لتعزيز الاستقرار على المدى الطويل. لذلك يوفر الاختبار طريقة سريعة ومريحة للتنبؤ بثبات المعلق لحجم وكثافة جسيمات معينة.
يرجى ملاحظة...
أنه يمكن أيضًا استخدام هندسة الصفيحة المتوازية - مع تفضيل هذه الهندسة في حالات التشتت والمستحلبات ذات أحجام الجسيمات الكبيرة. وقد تتطلب هذه الأنواع من المواد أيضًا استخدام هندسة مسننة أو خشنة لتجنب حدوث أي خلل يتعلق بالانزلاق على سطح الهندسة.