Johdanto
Monet kuluttajatuotteet on pakattu putkiin tai pulloihin, joissa tuotteen levittäminen edellyttää tuotteen pumppaamista suuttimen läpi. Tällaiset tuotteet ovat yleensä leikkausohuita tuotteita, joiden viskositeetti laskee ekstruusioprosessin aikana kasvavan leikkausnopeuden vuoksi ja palautuu sitten suuaukosta poistuttaessa, kun leikkausnopeus pienenee. Tämän prosessin aikana esiintyvä leikkausnopeus liittyy aukon säteen r ja tilavuusvirran Q kanssa seuraavalla lausekkeella:
Parametri n on potenssilain indeksi, joka on 1 newtonilaiselle nesteelle ja välillä 0-1 ei-newtonilaiselle nesteelle. Tämä arvo voidaan helposti saada vaihtelevan leikkausnopeuden testistä sovittamalla TeholakimalliPotenssilakimalli on yleinen reologinen malli, jonka avulla voidaan (tyypillisesti) kvantifioida näytteen leikkausohennuksen luonnetta, jolloin arvo lähempänä nollaa osoittaa leikkausohennusta voimistavaa materiaalia.potenssilakimalli saatuihin tietoihin.
Mittaamalla tilavuusvirta (annosteltu tilavuus tietyssä ajassa) ja aukon sisäsäde voidaan arvioida puristamisprosessin aikana esiintyvä leikkausnopeus. Tämä arvo voidaan syöttää asteittaiseen leikkausnopeustestiin (kuva 1), jossa näyte leikataan alhaisella leikkausnopeudella tietyn ajan (ennen ekstruusiota) ennen kuin se nostetaan kiinnostavaan leikkausnopeuteen. Tämän jälkeen seurataan viskositeetin palautumista, kun leikkausnopeus lasketaan alkuarvoonsa. Tämä testi osoittaa, kuinka nopeasti näyte palauttaa viskositeettinsa ekstruusioprosessin jälkeen, ja osoittaa tuotteen paksuuden tai viskositeetin käyttöhetkellä.
Tiksotrooppiset ominaisuudet voidaan mitata mittaamalla lopullinen viskositeetti ensimmäisen vaiheen lopussa ja aika, joka kuluu tietyn prosenttiosuuden palautumiseen kyseisestä viskositeetista testin loppuvaiheessa. Tätä arvoa voidaan käyttää tuotteiden tai koostumusten vertailuun, ja sitä voidaan soveltaa useilla eri teollisuudenaloilla ja sovelluksissa.
Kokeellinen
- Hammastahnan ja vartalovoiteen viskositeetin palautumisominaisuuksia arvioitiin leikkausnopeusolosuhteissa, jotka liittyvät tuotteen puristamiseen käytön aikana.
- Pyörimisreometrimittaukset tehtiin Kinexus-pyörimisreometrillä, jossa oli Peltier-levypatruuna ja karhennettu rinnakkaislevymittausjärjestelmä1, ja käyttäen rSpace -ohjelmiston vakiomuotoisia, valmiiksi konfiguroituja sekvenssejä.
- Standardikuormitusjaksoa käytettiin sen varmistamiseksi, että molempiin näytteisiin sovellettiin yhdenmukaista ja hallittavissa olevaa kuormitusprotokollaa.
- Kaikki reologiset mittaukset tehtiin 25 °C:ssa.
- Asiaankuuluvat ekstruusioleikkausnopeudet laskettiin automaattisesti osana testisekvenssiä käyttäen syötettyjä ekstrudoidun tilavuuden, ekstruusioajan ja aukon säteen arvoja. Testi ohjelmoitiin käyttämään tätä laskettua arvoa välileikkausnopeutena vaiheittaisessa leikkausnopeustestissä, jossa vaiheissa 1 ja 2 käytettiin vakioveikkausnopeutta 0,1 s-1.
- Aika, joka kului 90 prosentin palautumiseen tuotteen alkuperäisestä viskositeetista, määritettiin automaattisesti ja ilmoitettiin testin lopussa.
Tulokset ja keskustelu
Automaattinen laskin arvioi, että tuotteen toimittamiseen tarvittavan ekstruusion leikkausnopeus on hammastahnan osalta 34 s-1 ja vartalovoiteen osalta 840 s-1. Näitä arvoja käytettiin testin välivaiheessa.
Kuvassa 2 esitetään hammastahnan tulokset. Kyseessä on selvästi erittäin tiksotrooppinen materiaali, sillä se ei täysin palauta rakennettaan testin aikana, sillä se saavuttaa vain 70 prosenttia alkuperäisestä viskositeetistaan ja sen palautuminen kestää noin 6 minuuttia.
sen sijaan kuvassa 3 esitetty vartalovoide palauttaa lähes koko alkuperäisen viskositeetin, ja sen palautumisprosentti on vain 7 sekuntia ja 90 %:n palautumisprosentti 23 sekuntia. Tätä materiaalia voidaan verrattuina pitää olennaisesti ei-tiksotrooppisena.
Kuluttajien kannalta tämä tarkoittaisi, että vartalovoide palautuisi hyvin nopeasti sen jälkeen, kun se on kosketuksissa ihon kanssa, mikä voi estää liiallisen levittämisen tai mahdollisen tippumisen. Hammastahnan viskositeetti olisi alhaisempi harjalla ennen harjausta, mikä helpottaisi sen jakautumista suussa ja vaikuttaisi ehkä aistinvaraisiin ominaisuuksiin. On kuitenkin tärkeää, että viskositeetti ei ole niin alhainen, että tuote voi valua harjaksista läpi tai roikkua harjalla.
Päätelmä
Hammastahnalle ja vartalovoiteelle tehtiin kolmivaiheinen leikkausnopeuskoe, jolla arvioitiin viskositeetin palautumisen laajuutta sen jälkeen, kun tuote oli puristettu tuubista ja pullosta. Hammastahna osoittautui erittäin tiksotrooppiseksi, ja sen alkuperäisen viskositeetin palautuminen 70 prosenttiin kesti 6 minuuttia. Vartalovoide saavutti saman palautumisasteen vain 7 sekunnissa, ja sitä voidaan pitää ei-tiksotrooppisena
1Huomaa...
että testaus suositellaan tehtäväksi kartio- ja levy- tai rinnakkaislevygeometrialla - jälkimmäinen on suositeltavampi, kun kyseessä ovat dispersiot ja emulsiot, joiden hiukkaskoko on large. Tällaiset materiaalityypit saattavat myös vaatia hammastettujen tai karhennettujen geometrioiden käyttöä, jotta vältetään geometrian pinnalla tapahtuvaan liukumiseen liittyvät artefaktat.