تقييم ثبات التشتت باستخدام اختبار الزحف على مقياس الانحدار الدوراني - المواد الهلامية للاستحمام

مقدمة

ويعتمد استقرار المستحلب أو المعلق على المدى الطويل على ما إذا كان استقرار المستحلب أو المعلق محكومًا بلزوجة القص الصفرية أو إجهاد الخضوع على بنيته المجهرية. وعلاوةً على ذلك، فإن حالة هذه البنية المجهرية على فترات زمنية طويلة هي المهمة لأن هذا هو ما سيواجهه أي طور مشتت في النهاية خلال التخزين لفترات طويلة. إحدى طرق تحديد وجود هذه اللزوجة منخفضة القص (القص الصفري) وحجمها إذا كان الأمر كذلك، هي اختبار الزحف. ويتضمن هذا الاختبار تطبيق إجهاد ثابت على مدى زمني طويل ومراقبة الإجهاد أو الامتثال الناتج (الإجهاد/الإجهاد) كدالة للزمن.

كما هو موضح في الشكل 1، ستُظهر المادة اللزجة البحتة زيادة ثابتة في الامتثال مع مرور الوقت مما يدل على التدفق، أي استجابة لزوجة الحالة المستقرة. وفي المقابل، تُظهر المادة الصلبة تدرجًا صفريًا يشير إلى استجابة مرنة.

بالنسبة للمواد اللزجة المرنة، ستكون الاستجابة مزيجًا من التأثيرات اللزجة والمرنة كما هو موضح في الشكل 2، حيث تشير الاستجابة في الأزمنة الطويلة إلى ما إذا كانت تحتوي على إجهاد الخضوع (مرونة) أو استجابة لزوجة في حالة مستقرة (لزوجة). إذا أظهرت المادة استجابة لزوجة في حالة مستقرة، فإن لزوجة القص الصفرية تُعطى ببساطة من خلال التدرج العكسي لمخطط الامتثال مقابل الزمن.

من المحتمل، يمكن بعد ذلك إعادة تشكيل التشتت للحصول على لزوجة قص منخفضة كافية لتعليق المرحلة المشتتة للفترة المطلوبة، أو بدلاً من ذلك لإدخال إجهاد الخضوع الذي من شأنه أن يعطي استجابة تشبه الصلابة في أوقات طويلة.

من المهم عند إجراء اختبار الزحف السماح بوقت كافٍ للوصول إلى الحالة المستقرة. إذا لم يكن الأمر كذلك، فقد يتم الإبلاغ عن قيمة منخفضة للغاية من اللزوجة الصفرية للقص أو في الواقع يتم افتراض غير صحيح بأن المادة لها لزوجة قص صفرية عندما يكون لديها بالفعل إجهاد خضوع. نظرًا لأن المشتتات قد تبقى على الرف دون عائق لأسابيع أو حتى أشهر في كل مرة، فيجب أخذ ذلك في الاعتبار في أي بروتوكول اختبار.

تعرض هذه المذكرة التطبيقية المنهجية والبيانات من اختبار الزحف لمنتجين تجاريين من جل الاستحمام.

تجريبي

• تم تقييم منتجين تجاريين من هلام الاستحمام؛ أحدهما يحتوي على مادة خافضة للتوتر السطحي فقط والآخر يحتوي على مادة خافضة للتوتر السطحي ومكثف ترابطي.
• أُجريت قياسات مقياس الانسيابية الدورانية باستخدام مقياس الانسيابية Kinexus مع خرطوشة لوحة بلتيير ^ونظام قياس مخروطي ولوحة1، وباستخدام تسلسلات قياسية معدة مسبقًا في برنامج rSpace.
• تم استخدام تسلسل تحميل قياسي لضمان خضوع العينات لبروتوكول تحميل متسق ويمكن التحكم فيه.
• أُجريت جميع قياسات الريولوجيا عند درجة حرارة 25 درجة مئوية ما لم يُذكر ذلك تحديدًا.
• يتم إجراء مسح سعة محكومة بالإجهاد لقياس طول منطقة اللزوجة الخطية المرنة (LVER)، ولتحديد قيمة إجهاد مناسبة لاستخدامها في اختبار الزحف اللاحق (يتم تحديد منطقة اللزوجة الخطية المرنة آليًا في برنامج rSpace، ويتم تغذية قيمة الإجهاد المحددة في الجزء التالي من التسلسل).
• يتم إجراء اختبار الزحف عند قيمة الإجهاد المحددة مسبقًا داخل LVER - مع تعيين تحقيق الحالة المستقرة كشرط نهائي (ضمن شروط التحمل المحددة).
• يتم إجراء تحليل البيانات باستخدام الإجراء 'لزوجة القص الصفرية من بيانات الزحف'
• ثم تقوم آلة حاسبة قانون ستوكس في البرنامج بتقدير سرعة ترسيب الجسيمات، بناءً على اللزوجة المقاسة والمتغيرات التي أدخلها المستخدم لخصائص الجسيمات.

النتائج والمناقشة

يوضح الشكل 3 استجابة الزحف لمنتجي جل الاستحمام على مقياس لوغاريتمي. من الواضح أن المنتجين يظهران استجابة مرنة أولية متشابهة، ومع ذلك، هناك اختلافات في الاستجابة المرنة المتأخرة كما هو مبين في المقياس الزمني المطلوب لتحقيق حالة الاستقرار. كان نطاق تحمل الحالة المستقرة المستخدم في هذا الاختبار في حدود ± 1% لمدة 60 ثانية. من الواضح أن العينة (أ) تعرض سلوك الحالة المستقرة على الفور تقريبًا، بينما تتميز العينة (ب) ببعض المرونة المتبقية.

يوضح الشكل 4 الرسم البياني نفسه ولكن باستخدام مقياس خطي. وهذا يجعل من السهل تمييز الاختلافات في انحدار مخططات الامتثال مقابل الزمن. وبما أن _η0 يُعطى بالتدرج العكسي لجزء الحالة المستقرة من المنحنى، فمن الواضح أن العينة B ستكون لها لزوجة قص صفرية أعلى من العينة A. تم حساب هذه القيم تلقائيًا كجزء من الاختبار ووجد أنها 6 باس و12 باس للعينة A وB على التوالي. وفقًا للمعادلة 1، هذا يعني أن العينة B ستقلل من معدل الترسيب بمعامل 2 للمعلقات ذات الجسيمات المتكافئة والكسور الحجمية. وسيعتمد ما إذا كانت قيم اللزوجة هذه كافية لإعطاء ثبات فعال على الحجم والكثافة والحجم المحددين للمرحلة المشتتة، والتي يجب تحديدها باستخدام تقنيات مستقلة.

الاستنتاجات

اختبار الزحف هو وسيلة فعالة لتحديد اللزوجة الصفرية للمادة ويمكن استخدامه لتقييم ثبات المعلق.

في هذا الاختبار، تبين أن كمية صغيرة من مثخن ترابطي يمكن أن تضاعف لزوجة القص الصفرية لجل الاستحمام القائم على الفاعل بالسطح وتقلل من معدل الترسيب بمعامل اثنين (للمعلقات ذات الجسيمات المتكافئة والكسور الحجمية).

^1يرجىملاحظة أنه يمكن أيضًا استخدام هندسة الصفيحة المتوازية أو مقياس جغرافي أسطواني. يوصى أيضًا باستخدام مصيدة المذيبات في هذه الاختبارات نظرًا لأن تبخر المذيب (مثل الماء) حول حواف نظام القياس يمكن أن يبطل الاختبار، خاصةً عند العمل في درجات حرارة أعلى.