مقدمة
تغير العديد من المنتجات أثناء المعالجة خصائصها المادية وفقًا للتغيرات في درجة الحرارة والوقت. تُظهر المنتجات القائمة على النشا خصائص لزوجة تعتمد على درجة الحرارة. ومن أجل فهم وتحسين متطلبات المعالجة أو التركيبة، يمكن توصيف هذه المنتجات من الناحية الانسيابية.
يحتوي مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus على العديد من الأشكال الهندسية المختلفة المناسبة لتوصيف مجموعة كبيرة من المواد باستخدام نظام الكوب والخبز. يمكن رؤية مجموعة مختارة منها في الشكل 1. هذه الأشكال الهندسية، إلى جانب الكوب المطابق، مصممة بتشطيبات سطحية يمكن أن تساعد في قياس العينة وفقًا لنوع العينة (على سبيل المثال، الأخاديد الحلزونية لمنع ترسب الجسيمات).
المجذاف (الموضح في الشكل 2)، هو مجداف يستخدم للصق النشا الانسيابية. على الرغم من أن هذه الهندسة مصممة لعلم ريولوجيا اللصق، إلا أنه يمكن استخدامها أيضًا كهندسة للتشتت، وهي مفيدة لمنع الترسيب السريع للجسيمات أو فصل المراحل (كما هو موضح في ندوة التشتت على الويب.
يعد Kinexus أداة مفيدة لتحديد التحولات الانسيابية للنشا مع درجة الحرارة. وباستخدام التحليل المدمج في البرنامج (انظر الشكل 3)، يمكن أن يحدد تلقائيًا درجة حرارة اللصق وذروة اللزوجة ولزوجة الثبات واللزوجة النهائية أثناء التغير في درجة الحرارة. ويوفر توصيف منتجات النشا المختلفة وتحديد المعلمات المذكورة أعلاه معلومات مفيدة فيما يتعلق بالتغيرات التي تطرأ على العينة أثناء المعالجة.
تجريبي
تم توصيف انسيابية لصق النشا باستخدام مجداف النشا المقترن بكوب قطره 37 مم وخرطوشة أسطوانية تم إجراؤها على مقياس الانسيابية Kinexus. تم زيادة درجة الحرارة من 50 إلى 95 درجة مئوية، وثبتت عند 95 درجة مئوية ثم عادت إلى 50 درجة مئوية باستخدام معدل زيادة في درجة الحرارة قدره 12 درجة مئوية في الدقيقة الواحدة وسرعة دوران 160 دورة في الدقيقة.
النتائج والمناقشة
يوضح الشكل 4 مخطط اللزوجة ودرجة الحرارة مع الزمن على عينة نشا قياسية. يمكن لتحليل النشا المقابل أن يشير إلى درجات الحرارة واللزوجة التي تحدث عندها هذه التحولات ويبلغ عن القيم في نهاية القياس في شكل جدول. باستخدام هذا التحليل، تم تحديد اللزوجة ودرجات الحرارة المختلفة لعينة النشا القياسية (انظر الجدول 1). تم تحديد درجة حرارة اللصق بحوالي 78 درجة مئوية، وذروة اللزوجة؛ 4.4 باسكال ثانية، ولزوجة الثبات حوالي 1.9 باسكال ثانية، وتم تحديد اللزوجة النهائية بـ 3.7 باسكال ثانية.
الجدول 1: التحولات الانسيابية للنشا عند زيادة درجة الحرارة من 50 درجة مئوية إلى 95 درجة مئوية والعودة إلى 50 درجة مئوية.
| اسم الإجراء | درجة الحرارة (درجة مئوية) | لزوجة القص (باسكال) | الوقت (العينة) (ث) |
|---|---|---|---|
| تحليل ذروة اللزوجة | 95.24 | 4.35 | 534.9 |
| تحليل اللزوجة النهائية | 49.97 | 3.72 | 1258 |
| تحليل اللزوجة القابضة | 89.13 | 1.94 | 816.7 |
| درجة حرارة اللصق | 78.23 | 0.04 | 450.9 |
الاستنتاج 1
يمكن إجراء قياس لصق النشا القياسي بسهولة على مقياس الانسيابية Kinexus. باستخدام مجذاف النشا وتحليل النشا، يمكن تحديد التحولات الانسيابية للنشا مما يسمح بإجراء مقارنات سريعة وسهلة عبر عينات مختلفة.
تم تكرار اختبار التدفق بالضغط على عينة جديدة بوزن 1 جم من معجون الأسنان وهذه المرة باستخدام سرعة ضغط تبلغ 10 مم/ثانية. تظهر مقارنة بين بيانات كل من 2 و10 مم/ثانية في الشكل 5، إلى جانب بيانات تدفق التوازن التي تم الحصول عليها باستخدام قياس الانسيابية الدورانية التقليدية.
يمكن ملاحظة أن بيانات التدفق الانضغاطي تتطابق بشكل جيد للغاية مع بيانات التدفق الدوراني، حيث يمتد معدل القص من 20 ث/ثانية كحد أقصى للقياسات الدورانية إلى 700 ث/ثانية لقياسات التدفق الانضغاطي. وبالطبع، قد تكون العينات المختلفة أكثر أو أقل ملاءمة لتقنية التدفق بالضغط من تلك الموضحة هنا، ومن ثم يوصى بإجراء قياسات تجريبية لأي تحليل جديد.
الاستنتاج 2
يمكن استخدام مقياس الانسيابية الدورانية Kinexus المزود بقدرات اختبار محورية متقدمة لتوسيع نطاق معدل القص القابل للقياس للمعلقات المركزة، المعرضة للتكسر، باستخدام تقنية التدفق بالضغط. أعطت اللزوجة المحسوبة لمعجون الأسنان التي تم الحصول عليها من خلال قياسات التدفق بالضغط بيانات مماثلة لقياس الانسيابية الدورانية التقليدية ووسعت نطاق معدل القص بما يقرب من مرتبتين من حيث الحجم.
الحاشية
[1] يجب أن يكون حجم الفجوة 10 أضعاف حجم الجسيمات القصوى بحيث يكون هناك مساحة حرة كافية بين الجسيمات لتتحرك بحرية. مع زيادة معدل القص والفجوة الضيقة، تميل الجسيمات الكبيرة إلى التكدس معًا، مما يؤدي إلى تزييف سلوك التدفق.