Úvod
Mnoho spotřebních výrobků je baleno v tubách nebo lahvích, kde aplikace výrobku spočívá v čerpání výrobku přes trysku. Takové výrobky jsou obvykle smykově řídké, u nichž viskozita během vytlačování klesá v důsledku zvyšující se smykové rychlosti a poté se obnovuje při výstupu z trysky, když se smyková rychlost snižuje. Smyková rychlost vyskytující se během tohoto procesu souvisí s poloměrem r ústí a objemovým průtokem Q podle následujícího výrazu:
Parametr n je index mocninného zákona, který je 1 pro newtonovskou kapalinu a 0-1 pro nenewtonovskou kapalinu. Tuto hodnotu lze snadno získat ze zkoušky s proměnnou smykovou rychlostí dosazením modelu mocninného zákona na výsledná data.
Měřením objemového průtoku (objem vydaný za daný čas) a vnitřního poloměru otvoru je možné odhadnout smykovou rychlost, která se vyskytuje během vytlačování.
Vzhledem k tomu, že mnoho spotřebních výrobků včetně potravin, nátěrů a toaletních/kosmetických přípravků může mít velmi jemnou mikrostrukturu, tyto struktury se během procesu vytlačování snadno rozpadají a mohou obnovit svou původní strukturu až po uplynutí určité doby. Materiály, jejichž obnova nebo obnovení struktury závisí na čase, se označují jako tixotropní. Výpočtem smykové rychlosti, která se vyskytuje během vytlačování, a jejím použitím v mezistupni zkoušky stupňovitá deformace - smyková rychlost je možné napodobit strukturní rozpad v důsledku vytlačování.
Bezprostředním sledováním strukturního zotavení prostřednictvím modulu pružnosti G' v závislosti na čase je možné určit strukturní zotavení systému a nakonec strukturní integritu výrobku v době použití. To může být důležité z hlediska fyzického vzhledu (odolnost proti sesedání), struktury při použití nebo funkčnosti výrobku, například schopnosti přilnout ke svislému povrchu.
Experimentální
- Byly hodnoceny strukturní regenerační vlastnosti zubní pasty a gelu na vlasy za podmínek smykové rychlosti spojené s vytlačováním výrobku během používání.
- Měření rotačním reometrem byla prováděna pomocí rotačního reometru Kinexus s kazetou s Peltierovou deskou a zdrsněným paralelním měřicím systémem1 a za použití standardních předkonfigurovaných sekvencí v softwaru rSpace.
- Byla použita standardní sekvence zatěžování, aby bylo zajištěno, že oba vzorky byly podrobeny konzistentnímu a kontrolovatelnému protokolu zatěžování.
- Všechna reologická měření byla prováděna při teplotě 25 °C.
- Příslušné smykové rychlosti vytlačování byly automaticky vypočteny jako součást zkušební sekvence na základě zadaných hodnot vytlačovaného objemu, doby vytlačování a poloměru clony. Zkouška byla naprogramována tak, aby se tato vypočtená hodnota použila jako mezilehlá smyková rychlost ve zkoušce s krokovou smykovou rychlostí, přičemž v kroku 1 a kroku 2 byla použita konstantní hodnota deformace v rámci vzorků Lineární viskoelastická oblast (LVER)Při LVER jsou aplikovaná napětí nedostatečná k tomu, aby způsobila strukturální poruchu (poddajnost) konstrukce, a proto se měří důležité mikrostrukturální vlastnosti.LVER při frekvenci 1 Hz.
- Doba do obnovení 90 % původní pružnosti výrobků (G') byla automaticky stanovena a uvedena na konci zkoušky.
Výsledky a diskuse
Automatický kalkulátor vyhodnotil smykovou rychlost při vytlačování na 86 s-1 pro zubní pastu a 240 s-1 pro gel na vlasy. Tyto hodnoty byly použity v mezistupni zkoušky smykové rychlosti.
Obrázek 1 ukazuje výsledky pro zubní pastu. Je zřejmé, že se jedná o vysoce tixotropní materiál, jak je patrné z křivky zotavení, která ukazuje, že v časovém měřítku zkoušky nedojde k úplnému zotavení struktury a po přibližně 500 sekundách dosáhne pouze 50 % původní hodnoty G'.
Naproti tomu gel na vlasy (obrázek 2) obnovuje svou strukturu téměř okamžitě, přičemž k 90 % obnovy dochází během prvních 5 sekund a k úplnému obnovení dochází do 20 sekund. To je pro tento výrobek důležité, protože musí zajistit okamžitou fixaci vlasů předtím, než pryskyřice vytvoří elastický film pro dlouhodobější fixaci.
Všimněte si, že oba materiály zřejmě vykazují chování v mezích kluzu při měřené frekvenci, protože G' převyšuje G", což naznačuje propojenou nebo pevnou mikrostrukturu.
Závěr
Na zubní pastě a gelu na vlasy byla provedena třístupňová zkouška rychlosti deformace/smyku, aby se vyhodnotila rychlost a rozsah obnovení pružnosti po vytlačení z tuby. Ukázalo se, že zubní pasta je vysoce tixotropní a trvá 500 sekund, než se obnoví 50 % její původní pružnosti, zatímco gel na vlasy se obnovil téměř okamžitě.
Vezměte prosím na vědomí, že...
že se doporučuje provádět zkoušky s kuželovou a deskovou nebo paralelní deskovou geometrií - přičemž druhá jmenovaná geometrie se upřednostňuje pro disperze a emulze s velikostí částic large. Tyto typy materiálů mohou také vyžadovat použití vroubkované nebo zdrsněné geometrie, aby se zabránilo artefaktům souvisejícím s prokluzováním na povrchu geometrie.