Introduktion
Mange komplekse væsker, som f.eks. netværksdannende polymerer, mesofaser af overfladeaktive stoffer og koncentrerede emulsioner, flyder ikke, før den påførte spænding overstiger en bestemt kritisk værdi, kendt som flydespændingen. Materialer, der udviser denne adfærd, siges at udvise flydespændingsadfærd. Flydespændingen er derfor defineret som den spænding, der skal påføres prøven, før den begynder at flyde. Under flydespændingen vil prøven deformeres elastisk (som at strække en fjeder), over flydespændingen vil prøven flyde som en væske.
De fleste væsker med FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding kan betragtes som et strukturelt skelet, der strækker sig over hele systemets volumen. Skelettets styrke styres af strukturen i den dispergerede fase og dens interaktioner. Normalt har den kontinuerlige fase lav viskositet, men høje volumenfraktioner af en dispergeret fase kan øge viskositeten tusind gange og fremkalde en faststoflignende opførsel i hvile.
Når en kompleks væske, der udviser flydeadfærd, forskydes ved lave forskydningshastigheder, i området mellem 0,01 og 0,1 s-1 og under dens kritiske StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning, udsættes systemet for arbejdshærdning. Dette er karakteristisk for faststoflignende opførsel og skyldes, at elastiske elementer strækkes i forskydningsfeltet. Når sådanne elastiske elementer nærmer sig deres kritiske tøjning, begynder strukturen at bryde sammen og forårsage ForskydningsudtyndingDen mest almindelige type ikke-newtonsk opførsel er forskydningsfortynding eller pseudoplastisk flow, hvor væskens viskositet falder med stigende forskydning.forskydningsudtynding (blødgøring) og deraf følgende strømning. Den spænding, hvor denne katastrofale NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning af det strukturelle skelet finder sted, er flydespændingen.
Der findes en række eksperimentelle tests til bestemmelse af flydespændingen. En af de hurtigste og nemmeste metoder er at udføre et shear StressStress defineres som et kraftniveau, der påføres en prøve med et veldefineret tværsnit. (Spænding = kraft/areal). Prøver med et cirkulært eller rektangulært tværsnit kan komprimeres eller strækkes. Elastiske materialer som gummi kan strækkes op til 5 til 10 gange deres oprindelige længde.stress sweep og bestemme den spænding, hvor der observeres en viskositetstop. Før denne viskositetstop gennemgår materialet en elastisk deformation. Denne top repræsenterer derfor det punkt, hvor den elastiske struktur bryder sammen (giver efter), og materialet begynder at flyde. Dette er vist i figur 1.
Denne applikationsnote viser metodologi og data fra en stressrampetest for to shower gel-produkter (bodywash) med forskellige formuleringer.
FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.Flydespænding defineres som den spænding, der skal påføres prøven, før den begynder at flyde.
Eksperimentel
- To kommercielle shower gel-produkter blev evalueret; den ene indeholdt kun overfladeaktive stoffer, og den anden indeholdt overfladeaktive stoffer og et associativt fortykningsmiddel.
- Der blev foretaget rotationsreometermålinger ved hjælp af et Kinexus-reometer med en Peltier-pladepatron og et kegle- og plademålesystem1 og ved hjælp af forudkonfigurerede standardsekvenser i rSpace-softwaren.
- Der blev brugt en standardbelastningssekvens for at sikre, at prøven blev udsat for en ensartet og kontrollerbar belastningsprotokol.
- Der blev udført en forskydningsspændingsrampe, og dataene blev analyseret ved hjælp af en peak-analyse for at bestemme flydespændingen.
- Alle reologimålinger blev udført ved 25 °C.
Resultater og diskussion
Figur 2 viser kurverne for viskositet mod StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning for de to shower gel-prøver i StressStress defineres som et kraftniveau, der påføres en prøve med et veldefineret tværsnit. (Spænding = kraft/areal). Prøver med et cirkulært eller rektangulært tværsnit kan komprimeres eller strækkes. Elastiske materialer som gummi kan strækkes op til 5 til 10 gange deres oprindelige længde.stress ramp-testen. Data for Bodywash 2 viser en klar viskositetstop i stressrampetesten, mens data for Bodywash 1 er relativt flade. Det betyder, at Bodywash 2 udviser strækhærdning i forbindelse med en FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding, mens Bodywash 1 opfører sig som en væske med nulforskydningsviskositet. Den målte FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding for Bodywash 2 var 4 Pa. I nogle tilfælde kan viskoelastiske væsker vise en lille top i viskositet, selvom de ikke har en ægte FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding.
I dette tilfælde kan brugerens skøn være påkrævet eller alternativt bekræftelse ved hjælp af en alternativ test såsom en krybetest eller en tabel med forskydningshastighedstest for at bekræfte fraværet af en nulforskydningsviskositet2.
Konklusion
To shower gel-produkter blev sammenlignet ved hjælp af en flydespændingsrampetest på et rotationsreometer. Bodywash 2, som indeholder et associativt fortykningsmiddel, viste sig at have en FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding på 4 Pa. Bodywash 1 viste ingen spids i viskositeten i stressrampetesten og blev derfor anset for ikke at have nogen FlydespændingFlydespænding defineres som den spænding, hvorunder der ikke sker nogen flydning; opfører sig bogstaveligt talt som et svagt fast stof i hvile og en væske, når det giver efter.flydespænding.
1Bemærk, at test kan udføres med kegle- og pladegeometri eller parallelpladegeometri - hvor sidstnævnte foretrækkes til dispersioner og emulsioner med large partikelstørrelser. Sådanne materialetyper kan også kræve brug af savtakkede eller ru geometrier for at undgå artefakter i forbindelse med glidning på geometriens overflade.