Johdanto
Monet monimutkaiset nesteet, kuten verkostomaiset polymeerit, pinta-aktiiviset mesofaasit ja konsentroidut emulsiot, eivät virtaa ennen kuin jännitys ylittää tietyn kriittisen arvon, joka tunnetaan nimellä MyötöjännitysMyötöjännitys määritellään jännitykseksi, jonka alapuolella ei tapahdu virtausta; se käyttäytyy kirjaimellisesti kuin heikko kiinteä aine levossa ja neste, kun se myötää.myötöjännitys. Materiaaleilla, jotka käyttäytyvät näin, sanotaan olevan myötävirtauskäyttäytyminen. MyötöjännitysMyötöjännitys määritellään jännitykseksi, jonka alapuolella ei tapahdu virtausta; se käyttäytyy kirjaimellisesti kuin heikko kiinteä aine levossa ja neste, kun se myötää.Myötöjännitys määritellään siis jännitykseksi, joka näytteeseen on kohdistettava, ennen kuin se alkaa virrata. Myötörajan alapuolella näyte deformoituu elastisesti (kuten jousen venytys), myötörajan yläpuolella näyte virtaa kuin neste.
Useimpia nesteitä, joilla on myötöraja, voidaan pitää rakenteellisena luurankona, joka ulottuu koko järjestelmän tilavuuden yli. Rungon lujuus määräytyy dispergoituneen faasin rakenteen ja sen vuorovaikutusten mukaan. Tavallisesti jatkuvan faasin viskositeetti on alhainen, mutta dispersoidun faasin suuret tilavuusosuudet voivat kuitenkin nostaa viskositeetin tuhatkertaiseksi ja saada aikaan kiinteän kaltaisen käyttäytymisen levossa.
Kun kompleksista nestettä, jolla on myötökäyttäytymistä, leikataan pienillä leikkausnopeuksilla, jotka ovat välillä 0,01-0,1 s-1 ja alle sen kriittisen muodon, systeemi kovettuu. Tämä on ominaista kiinteän aineen kaltaiselle käyttäytymiselle ja johtuu siitä, että elastiset elementit venyvät leikkauskentässä. Kun tällaiset elastiset elementit lähestyvät kriittistä venymää, rakenne alkaa hajota, mikä aiheuttaa leikkausohentumista (venymän pehmenemistä) ja sen seurauksena virtausta. Jännitys, jossa tämä rakenteen luurangon katastrofaalinen HajoamisreaktioHajoamisreaktio on kemiallisen yhdisteen lämpöreaktio, jossa muodostuu kiinteitä ja/tai kaasumaisia tuotteita. hajoaminen tapahtuu, on myötöraja.
Myötörajan määrittämiseksi on olemassa useita kokeellisia testejä. Yksi nopeimmista ja helpoimmista menetelmistä on suorittaa leikkausjännityksen pyyhkäisy ja määrittää jännitys, jossa havaitaan viskositeettipiikki. Ennen tätä viskositeettihuippua materiaali on kimmoisassa muodonmuutoksessa. Tämä huippu edustaa siis pistettä, jossa elastinen rakenne hajoaa (myötää) ja materiaali alkaa virrata. Tämä on esitetty kuvassa 1.
Tässä sovellusohjeessa esitetään menetelmät ja tiedot rasitusramppitestistä kahdelle suihkugeelille (vartalopesuaine), joiden koostumus on erilainen.
MyötöjännitysMyötöjännitys määritellään jännitykseksi, jonka alapuolella ei tapahdu virtausta; se käyttäytyy kirjaimellisesti kuin heikko kiinteä aine levossa ja neste, kun se myötää.Myötöjännitys määritellään jännitykseksi, joka on kohdistettava näytteeseen ennen kuin se alkaa virrata.
Kokeellinen
- Kaksi kaupallista suihkugeelituotetta arvioitiin; toinen sisälsi vain pinta-aktiivista ainetta ja toinen pinta-aktiivista ainetta ja assosiatiivista sakeuttamisainetta.
- Pyörimisreometrimittaukset tehtiin Kinexus-reometrillä, jossa oli Peltier-levypatruuna ja kartio- ja levymittausjärjestelmä1, ja käyttäen rSpace -ohjelmiston vakiomuotoisia, valmiiksi konfiguroituja sekvenssejä.
- Vakioidun lataussekvenssin avulla varmistettiin, että näytteeseen sovellettiin johdonmukaista ja hallittavissa olevaa latausprotokollaa.
- Leikkausjännitysramppi suoritettiin, ja tiedot analysoitiin käyttämällä huippuanalyysiä myötöjännityksen määrittämiseksi.
- Kaikki reologiset mittaukset tehtiin 25 °C:ssa.
Tulokset ja keskustelu
Kuvassa 2 esitetään viskositeetin ja rasituksen välinen riippuvuuskäyrä kahdelle suihkugeelinäytteelle rasitusramppitestissä. Vartaloveden 2 tiedoissa näkyy selkeä viskositeettihuippu rasitusramppitestissä, kun taas vartaloveden 1 tiedot ovat suhteellisen tasaisia. Tämä viittaa siihen, että Bodywash 2:ssa tapahtuu myötörajaan liittyvää venymiskovettumista, kun taas Bodywash 1 käyttäytyy kuin neste, jonka leikkausviskositeetti on nolla. Bodywash 2:n mitattu myötöraja oli 4 Pa. Joissakin tapauksissa viskoelastisilla nesteillä voi olla pieni viskositeettihuippu, vaikka niillä ei ole todellista myötörajaa.
Tällöin saatetaan tarvita käyttäjän harkintaa tai vaihtoehtoisesti varmistusta käyttämällä vaihtoehtoista testiä, kuten virumiskoetta tai leikkausnopeuden taulukkotestiä, jotta voidaan varmistaa, ettei nollaviskositeettia ole2.
Päätelmä
Kahta suihkugeelituotetta verrattiin käyttämällä rotaatioreometrillä tehtyä saantoramppitestiä. Vartaloveden 2, joka sisältää assosiatiivista sakeuttamisainetta, myötörajan todettiin olevan 4 Pa. Vartaloveden 1 viskositeettihuippua ei havaittu myötörajatestissä, joten sen myötörajaa ei katsottu olevan.
1Huomaa, että testaus voidaan tehdä kartio- ja levygeometrialla tai rinnakkaisella levygeometrialla - jälkimmäistä käytetään mieluummin dispersioille ja emulsioille, joiden hiukkaskoko on large. Tällaiset materiaalityypit saattavat myös vaatia hammastettujen tai karhennettujen geometrioiden käyttöä, jotta vältetään geometrian pinnalla tapahtuvaan liukumiseen liittyvät artefaktat.