Въведение
Много от потребителските продукти са опаковани в туби или бутилки, като нанасянето на продукта включва изпомпването му през дюза. Такива продукти обикновено са продукти, разреждащи се при срязване, при които вискозитетът спада по време на процеса на изтласкване поради увеличаващата се скорост на срязване и след това се възстановява при излизане от отвора, когато скоростта на срязване намалява. Скоростта на срязване, която се среща по време на този процес, е свързана с радиуса r на отвора и обемния дебит Q чрез следния израз:
Параметърът n е индексът на закона на силата, който е равен на 1 за нютонова течност и между 0 и 1 за ненютонова течност. Тази стойност може лесно да бъде получена от изпитване с променлива скорост на срязване чрез напасване на модел на закона на силата към получените данни.
Чрез измерване на обемния дебит (обем, разпределен за определено време) и вътрешния радиус на отвора е възможно да се оцени скоростта на срязване, срещана по време на процеса на екструдиране. Тази стойност може да бъде въведена в изпитването на стъпаловидната скорост на срязване (фигура 1), при което пробата се срязва при ниска скорост на срязване за определено време (преди екструдирането), преди да се повиши до интересуващата ни скорост на срязване. След това се проследява възстановяването на вискозитета, когато скоростта на срязване спадне до първоначалната си стойност. Този тест показва колко бързо пробата възстановява вискозитета си след процеса на екструдиране и показва дебелината или вискозитета на продукта в момента на употреба.
Тиксотропните свойства могат да се определят количествено чрез измерване на крайния вискозитет в края на първия етап и времето, необходимо за възстановяване на определен процент от този вискозитет по време на последния етап на изпитването. Тази стойност може да се използва за сравнение между продукти или формули и е приложима в широк спектър от отрасли и приложения.
Експериментален
- Свойствата за възстановяване на вискозитета на паста за зъби и лосион за тяло бяха оценени при условия на скорост на срязване, свързани с екструдирането на продукта по време на употреба.
- Измерванията с ротационен реометър бяха направени с помощта на ротационен реометър Kinexus с касета с плочи на Пелтие и система за измерване на грапави паралелни плочи1 и с помощта на стандартни предварително конфигурирани последователности в софтуера rSpace.
- Използвана е стандартна последователност на натоварване, за да се гарантира, че и двете проби са подложени на последователен и контролируем протокол на натоварване.
- Всички реологични измервания са извършени при 25°C.
- Съответните скорости на срязване при екструдиране бяха изчислени автоматично като част от тестовата последователност, като се използваха въведените стойности на екструдирания обем, времето за екструдиране и радиуса на отвора. Тестът е програмиран да използва тази изчислена стойност като междинна скорост на срязване в тест със стъпаловидна скорост на срязване, като при стъпка 1 и стъпка 2 се използва постоянна скорост на срязване от 0,1s-1.
- Времето за възстановяване на 90 % от първоначалния вискозитет на продукта се определя автоматично и се отчита в края на изпитването.
Резултати и обсъждане
Автоматичният калкулатор изчислява, че скоростта на срязване при екструдиране за доставка на продукта е 34 s-1 за пастата за зъби и 840 s-1 за лосиона за тяло. Тези стойности бяха използвани в междинния етап на изпитването.
На фигура 2 са показани резултатите за пастата за зъби. Очевидно това е силно тиксотропен материал, тъй като той не възстановява напълно структурата си за времето на изпитването, като достига само 70 % от първоначалния си вискозитет и му трябват приблизително 6 минути, за да достигне това ниво на възстановяване.
за разлика от него, лосионът за тяло, показан на фигура 3, възстановява почти целия си първоначален вискозитет, като му отнема само 7 секунди, за да достигне същия процент на възстановяване като пастата за зъби, и 23 секунди, за да достигне 90 % на възстановяване. В сравнение с това този материал би бил класифициран като по същество нетиксотропен.
От гледна точка на потребителите това означава, че лосионът за тяло ще се преструктурира много бързо след контакт с кожата, което може да предотврати прекомерното му разнасяне или евентуално капене. Пастата за зъби би имала по-нисък вискозитет върху четката преди четкане, което би трябвало да улесни разпределянето ѝ в устата и може би да повлияе на сензорните свойства. Важно е обаче вискозитетът да не е толкова нисък, че продуктът да може да изтече през косъмчетата или да увисне върху четката.
Заключение
Извършено е тристепенно изпитване на скоростта на срязване на паста за зъби и лосион за тяло, за да се оцени степента на възстановяване на вискозитета след екструдиране съответно от туба и бутилка. Установено е, че пастата за зъби е силно тиксотропна, като възстановяването на 70 % от първоначалния ѝ вискозитет отнема 6 минути. Лосионът за тяло постига същата степен на възстановяване само за 7 секунди и може да се счита за нетиксотропен в сравнение с него
1Моля,имайте предвид...
препоръчва се изпитването да се извършва с геометрия на конус и плоча или паралелна плоча, като последната се предпочита за дисперсии и емулсии с размери на частиците large. Такива типове материали могат да изискват използването на назъбена или грапава геометрия, за да се избегнат артефакти, свързани с приплъзване по повърхността на геометрията.