Εισαγωγή
Η αξιολόγηση της μακροχρόνιας σταθερότητας μιας διασποράς ή ενός γαλακτώματος μπορεί να είναι μια κουραστική και χρονοβόρα διαδικασία- ωστόσο, είναι απαραίτητη για να διασφαλιστεί ότι ένα προϊόν πληροί τα πρότυπα ποιότητας. Οι παρασκευαστές συχνά επιτυγχάνουν σταθερότητα μέσω ενός συνδυασμού αποτελεσμάτων: ελαχιστοποίηση της διεπιφανειακής τάσης, αύξηση της στερικής ή ηλεκτροστατικής απώθησης της διασκορπισμένης φάσης ή/και αύξηση του ιξώδους της συνεχούς φάσης. Για αραιές διασπορές, η συνδυασμένη επίδραση αυτών των παραγόντων μπορεί συχνά να αντικατοπτρίζεται στο ιξώδες μηδενικής διάτμησης, το οποίο μπορεί να δώσει μια ένδειξη του ρυθμού με τον οποίο τα σταγονίδια θα συνενωθούν και θα διαχωριστούν ή οι διασπορές θα κατακαθίσουν. Για συστήματα που είναι πιο συμπυκνωμένα, μπορεί να προκύψει σχηματισμός δομής δικτύου μέσω αλληλεπίδρασης της διασκορπισμένης φάσης ή εμπλοκή σωματιδίων/σταγονιδίων. Σε αυτή την περίπτωση, η σταθερότητα θα σχετίζεται largely με την αντοχή της δομής δικτύου, η οποία μπορεί να ποσοτικοποιηθεί από την τάση διαρροής.
Για σταθερότητα, η τάση διαρροής πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την τάση που επιβάλλει η διασκορπισμένη φάση υπό την επίδραση της βαρύτητας. Αυτό μπορεί να εκτιμηθεί από την ακόλουθη εξίσωση:
Υπάρχουν διάφορες πειραματικές δοκιμές για τον προσδιορισμό της τάσης διαρροής. Μια από τις ταχύτερες και ευκολότερες μεθόδους είναι η εκτέλεση μιας σάρωσης διατμητικής τάσης και ο προσδιορισμός της τάσης στην οποία παρατηρείται μια κορυφή ιξώδους. Πριν από αυτή την αιχμή ιξώδους, το υλικό υφίσταται ελαστική παραμόρφωση. Αυτή η κορυφή αντιπροσωπεύει επομένως το σημείο στο οποίο η ελαστική δομή διασπάται (υποχωρεί) και το υλικό αρχίζει να ρέει.
Για να είναι ένα σύστημα σταθερό, η τάση διαρροής πρέπει να είναι επαρκής για να αντέξει τις τάσεις που επιβάλλονται από τα διασκορπισμένα σωματίδια, αλλά και τις πρόσθετες τάσεις που είναι πιθανό να εμφανιστούν κατά τη μεταφορά του προϊόντος, για παράδειγμα.
Το παρόν σημείωμα εφαρμογής παρουσιάζει τη μεθοδολογία και τα δεδομένα για την αξιολόγηση της σταθερότητας δύο προϊόντων αφρόλουτρου (αφρόλουτρο σώματος) σε σχέση με την ικανότητά τους να αιωρούν φυσαλίδες ως απαίτηση του προϊόντος.
Πειραματικό
- Αξιολογήθηκαν δύο εμπορικά προϊόντα αφρόλουτρου: το ένα περιείχε μόνο επιφανειοδραστική ουσία και το άλλο επιφανειοδραστική ουσία και ένα συνειρμικό πυκνωτικό.
- Το τελευταίο προϊόν έχει σχεδιαστεί ειδικά ώστε να μπορεί να αιωρεί φυσαλίδες στη φιάλη ενώ το προϊόν βρίσκεται στο ράφι (σημείωση - για να εξαλειφθεί η επίδραση των φυσαλίδων στη ρεολογική συμπεριφορά, οι φυσαλίδες σε αυτό το δείγμα απομακρύνθηκαν με φυγοκέντρηση πριν από τη δοκιμή).
- Στο λογισμικό rSpace χρησιμοποιήθηκε ένας υπολογιστής σωματιδιακής τάσης για τον υπολογισμό της τάσης που επιβάλλεται από ένα διασκορπισμένο σωματίδιο στο περιβάλλον medium, με τις ιδιότητες των σωματιδίων ως δεδομένα εισόδου του χρήστη (βλέπε εξίσωση 1).
- Οι μετρήσεις με περιστροφικό ρεόμετρο πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση ενός ρεομέτρου Kinexus με φυσίγγιο πλάκας Peltier και σύστημα μέτρησης κώνου και πλάκας1 και με τη χρήση τυποποιημένων προκαθορισμένων ακολουθιών στο λογισμικό rSpace.
- Χρησιμοποιήθηκε μια τυποποιημένη ακολουθία φόρτωσης για να εξασφαλιστεί ότι και τα δύο δείγματα υποβλήθηκαν σε ένα συνεπές και ελεγχόμενο πρωτόκολλο φόρτωσης.
- Όλες οι ρεολογικές μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στους 25°C.
- Πραγματοποιήθηκε μια ράμπα διατμητικής τάσης και τα δεδομένα αναλύθηκαν με τη χρήση ανάλυσης κορυφών για τον προσδιορισμό της τάσης διαρροής.
- Το μέγεθος της τάσης διαρροής του προϊόντος συγκρίνεται στη συνέχεια με την επιβαλλόμενη τάση που υπολογίζεται από τις ιδιότητες των διασκορπισμένων σωματιδίων για την αξιολόγηση της μακροπρόθεσμης σταθερότητας του συστήματος.
Αποτελέσματα και συζήτηση
Στο Σχήμα 1 παρουσιάζονται οι καμπύλες ιξώδους σε σχέση με την τάση για τα δύο δείγματα τζελ ντους στη δοκιμή ράμπας τάσης. Τα δεδομένα για το Bodywash 2 δείχνουν μια σαφή κορυφή ιξώδους στη δοκιμή ράμπας καταπόνησης, ενώ τα δεδομένα για το Bodywash 1 είναι σχετικά επίπεδα. Αυτό υποδηλώνει ότι το Bodywash 2 εμφανίζει σκλήρυνση λόγω παραμόρφωσης που συνδέεται με το όριο διαρροής, ενώ το Bodywash 1 συμπεριφέρεται σαν υγρό με μηδενικό ιξώδες διάτμησης.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα ιξωδοελαστικά υγρά μπορεί να παρουσιάζουν μια μικρή κορυφή στο ιξώδες, παρόλο που δεν διαθέτουν πραγματικό όριο διαρροής. Στην περίπτωση αυτή, μπορεί να απαιτείται η διακριτική ευχέρεια του χρήστη ή εναλλακτικά η επιβεβαίωση με τη χρήση μιας εναλλακτικής δοκιμής, όπως η δοκιμή ερπυσμού ή η δοκιμή διατμητικών ρυθμών για την επιβεβαίωση της παρουσίας ιξώδους μηδενικής διάτμησης2.
Το μετρούμενο όριο διαρροής για το Bodywash 2 ήταν 4 Pa.
Χρησιμοποιώντας την εξίσωση 1, μπορούμε να προβλέψουμε ότι η τάση που επιβάλλεται από μια φυσαλίδα αέρα διαμέτρου 100 μm θα είναι περίπου 0,65 Pa, επομένως μια τάση διαρροής 4 Pa θα πρέπει να είναι επαρκής για την αναστολή της φάσης της φυσαλίδας, αν και οι πρόσθετες τάσεις που εμφανίζονται κατά τη μεταφορά και η πιθανή μείωση της αντοχής του δικτύου λόγω αυξημένης θερμοκρασίας πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη.
Δεδομένου ότι το Bodywash 1 δεν έχει όριο διαρροής, απαιτείται μια ακριβής τιμή μηδενικού ιξώδους διάτμησης για την αξιολόγηση της σταθερότητας, όπως η ανάλυση από δοκιμή ερπυσμού. Τα δεδομένα από αυτή τη δοκιμή έδειξαν ότι το ιξώδες μηδενικής διάτμησης είναι 8 Pas και από αυτό το ποσοστό, προβλέφθηκε ένας ρυθμός ανόδου φυσαλίδων περίπου 6 cm την ημέρα για μια φυσαλίδα 100 μm. Αυτό είναι σαφώς απαράδεκτο για τη διατήρηση της μακροπρόθεσμης σταθερότητας του διασκορπισμένου συστήματος και η ενσωμάτωση ενός ορίου διαρροής θα ήταν απαραίτητη για να εξασφαλιστεί η απαιτούμενη μακροπρόθεσμη σταθερότητα και διάρκεια ζωής για ένα προϊόν που αιωρείται με φυσαλίδες.
Συμπέρασμα
Δύο προϊόντα αφρόλουτρου συγκρίθηκαν χρησιμοποιώντας μια δοκιμή ράμπας καταπόνησης απόδοσης. Το προϊόν Bodywash 2, το οποίο περιέχει ένα συσχετιζόμενο πηκτικό, αποδείχθηκε ότι έχει τάση διαρροής ικανή να αναστείλει τις φυσαλίδες αερίου. Το Bodywash 1, το οποίο δεν περιέχει πρόσθετο πυκνωτικό, είχε ιξώδες μηδενικής διάτμησης που ήταν ανεπαρκές για την προώθηση της μακροπρόθεσμης σταθερότητας. Συνεπώς, η δοκιμή προσφέρει έναν γρήγορο και βολικό τρόπο πρόβλεψης της σταθερότητας του εναιωρήματος για δεδομένο μέγεθος και πυκνότητα σωματιδίων.
Παρακαλώ σημειώστε...
ότι μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί γεωμετρία παράλληλης πλάκας - με τη γεωμετρία αυτή να προτιμάται για διασπορές και γαλακτώματα με μεγέθη σωματιδίων large. Αυτοί οι τύποι υλικών μπορεί επίσης να απαιτούν τη χρήση οδοντωτών ή τραχιών γεωμετριών για την αποφυγή αντικειμένων που σχετίζονται με την ολίσθηση στην επιφάνεια της γεωμετρίας.