Въведение
Много продукти по време на обработката променят свойствата на материалите си в зависимост от промените в температурата и времето. Продуктите на основата на нишесте показват вискозитетен профил, зависещ от температурата. За да се разберат и усъвършенстват изискванията за преработка или рецептура, тези продукти могат да бъдат реологично характеризирани.
Ротационният реометър Kinexus има много различни геометрии, подходящи за характеризиране на широк спектър от материали, като се използва система в стил чаша и боб. Избор от тях може да се види на фигура 1. Тези геометрии, съчетани със съответстваща чаша, са проектирани с повърхностни покрития, които могат да подпомогнат измерването на пробата в зависимост от нейния тип (например спираловидни канали за предотвратяване на утаяването на частици).
Лопатката (показана на фигура 2) е лопатка, използвана за реология на нишесте. Въпреки че тази геометрия е проектирана за реология на пастиране, тя може да се използва и като дисперсна геометрия, полезна за предотвратяване на бързото утаяване на частици или разделяне на фази (както е демонстрирано в дисперсния уебинар.
Kinexus е полезен инструмент за определяне на реологичните промени на нишестето в зависимост от температурата. С помощта на вградения в софтуера анализ (вж. фигура 3) той може автоматично да установи температурата на пастиране, пиковия вискозитет, вискозитета на задържане и крайния вискозитет при промяна на температурата. Характеризирането на различни нишестени продукти и установяването на горните параметри осигурява полезна информация относно промените в пробата по време на обработката.
Експериментален
Реологията на пастиране на нишестето е характеризирана с помощта на лопатка за нишесте, съчетана с патрон с чаша и цилиндър с диаметър 37 mm, на реометър Kinexus. Температурата се повишава от 50 до 95 ˚C, задържа се при 95 ˚C и след това се връща обратно до 50 ˚C, като се използва скорост на температурна рампа от 12 ˚C min-1 и скорост на въртене от 160 rpm.
Резултати и обсъждане
На фигура 4 е показана графиката на вискозитета и температурата в зависимост от времето за стандартна проба от нишесте. Съответният анализ на нишестето е в състояние да посочи при какви температури и вискозитети настъпват тези преходи и отчита стойностите в края на измерването в табличен вид. С помощта на този анализ бяха установени различните вискозитети и температури за стандартната проба от нишесте (вж. таблица 1). Установено е, че температурата на пастиране е около 78˚С, пиковият вискозитет; 4,4 Pa s, задържащият вискозитет е около 1,9 Pa s, а крайният вискозитет е определен на 3,7 Pa s.
Таблица 1: Реологичните промени на нишестето при повишаване на температурата от 50 до 95˚С и обратно до 50˚С.
| наименование на действието | Температура (°C) | Вискозитет на срязване (Pa s) | Време (проба) (s) |
|---|---|---|---|
| Анализ на върховия вискозитет | 95.24 | 4.35 | 534.9 |
| Анализ на крайния вискозитет | 49.97 | 3.72 | 1258 |
| Анализ на вискозитета при задържане | 89.13 | 1.94 | 816.7 |
| Температура на пастиране | 78.23 | 0.04 | 450.9 |
Заключение 1
Стандартно измерване на нишестето може лесно да се извърши с реометър Kinexus. С помощта на лопатка за нишесте и анализ на нишестето могат да се установят реологичните преходи на нишестето, което позволява бързо и лесно да се правят сравнения между различни проби.
Тестът за изстискване на потока е повторен за нова аликвотна част от паста за зъби с тегло 1 g, като този път е използвана скорост на изстискване 10 mm/s. Сравнението на данните от 2 и 10 mm/s е показано на фигура 5, заедно с данните за равновесното течение, получени чрез традиционната ротационна реометрия.
Вижда се, че данните за потока при изстискване съвпадат изключително добре с ротационните данни, като скоростта на срязване се разширява от максимум 20 s-1 при ротационните измервания до 700 s-1 при измерванията на потока при изстискване. Разбира се, различните проби могат да бъдат по-подходящи или по-малко подходящи за техниката на изстискване на потока от показаната тук, поради което за всеки нов анализ се препоръчват пробни измервания.
Заключение 2
Ротационният реометър Kinexus с усъвършенствани възможности за аксиално изпитване може да се използва за разширяване на измерваемия диапазон на скоростта на срязване на концентрирани суспензии, които са склонни към разрушаване, чрез използване на техниката на изстискване на потока. Изчислените вискозитети за паста за зъби, получени чрез измервания на потока при изстискване, дават сравними данни с традиционната ротационна реометрия и разширяват диапазона на скоростта на срязване с почти два порядъка.
Бележка под линия
[1] Размерът на пролуката трябва да бъде 10 пъти по-голям от размера на максималната частица, така че между частиците да има достатъчно свободно пространство, за да могат те да се движат свободно. При увеличаване на скоростта на срязване и тясна междина частиците large са склонни да се заклещят една в друга, което фалшифицира поведението на потока.