Bevezetés
A termék reológiai tulajdonságai befolyásolhatják, hogy a fogyasztó hogyan érzékeli vizuálisan és texturálisan a terméket, és hogyan fog viselkedni a termék használata során. Például az erősen nyíróhíguló anyagok nagyon érzékenyen reagálnak az alkalmazott feszültség változásaira, míg a newtoni anyagok sokkal kisebb függést mutatnak. Ez a reakció fontos, amikor a könnyű teríthetőséget vagy "teríthetőséget" vizsgáljuk.
A szétterjedés folyamata a rétegvastagság következetes csökkenését okozza, mivel az anyag szélesebb felületen oszlik el, amint azt az 1. ábra mutatja. Mivel a nyírási sebesség egyenlő az alkalmazott sebesség és a rétegvastagság hányadosával, a terjedés ezért nem tulajdonítható egyetlen nyírási sebességnek.
A kenhetőség értékelésének jobb módja a viszkozitás változásának jellemzése a 2. ábrán látható nyírási sebességek tartományában. Az érdeklődésre számot tartó terület a Nyírási elvékonyodásA nem-newtoni viselkedés leggyakoribb típusa a nyírási hígulás vagy pszeudoplasztikus áramlás, ahol a folyadék viszkozitása a nyírás növekedésével csökken.nyírási elvékonyodás vagy a hatványtörvény területe, mivel ez leírja, hogy az anyagszerkezet milyen könnyen bomlik fel az alkalmazott nyírás hatására. Ez a régió lineárisnak tűnik a viszkozitás és a nyírási sebesség log-log grafikonján, állandó gradiens mellett, de lineáris skálán ábrázolva hatványtörvény-függést mutat.
Matematikailag az áramlási görbének ez a régiója az 1. egyenletben megadott Power Law vagy Ostwald de Waele modellel írható le.
? = ??̇?
k a konzisztencia
n a hatványtörvény indexe
σ a nyírófeszültség
?̇ a nyírási sebesség
A konzisztencia mértékegysége Pasn, de számszerűen megegyezik az 1s-1-en mért viszkozitással. A hatványtörvény-index 0-tól a nagyon vékonyodó anyagok esetében 1-ig terjed a newtoni anyagok esetében. Minél kisebb a szükséges feszültségbevitel, annál könnyebben kell terjednie az anyagnak. A k kisebb értéke kisebb viszkozitást és ezáltal kisebb feszültségbevitelt jelent, míg az n kisebb értéke nagyobb nyírási hígulást jelez, ami kisebb feszültségnövekedést jelent a nyírási sebesség növekedésével.
Ez az információ a 3. ábrához hasonló diagramon ábrázolható. Az alacsony k értékű és/vagy alacsony n értékű anyagokat kell a legkönnyebben teríteni.
Kísérleti
- Számos fogyasztói termék kenhetőségét értékelték a nyírási sebesség rámpás vizsgálatával és az így kapott görbe Teljesítménytörvény modellA hatványtörvény-modell egy gyakori reológiai modell a minta nyírási hígulásának (tipikusan) számszerűsítésére, ahol a nullához közelebbi érték a nyírási hígabb anyagot jelzi.hatványtörvény-modell segítségével történő elemzésével.
- A rotációs reométeres méréseket Peltier-lemezes patronnal és érdesített párhuzamos lemezes mérőrendszerrel1 ellátott Kinexus rotációs reométerrel végeztük, az rSpace szoftverben előre konfigurált szabványos szekvenciákat használva.
- Egy szabványos betöltési szekvenciát használtunk annak biztosítása érdekében, hogy mindkét minta esetében következetes és ellenőrizhető betöltési protokollt alkalmazzunk.
- Minden reológiai mérést 25°C-on végeztünk.
- Az áramlási görbét egy nyírási sebesség rámpás teszt segítségével állítottuk elő, és erre a görbére egy hatványtörvény-modellt illesztettünk.
Eredmények és vita
A 4. ábra számos kereskedelmi termék viszkozitás-nyírási sebesség görbéjét és a hozzájuk tartozó illeszkedési paramétereket mutatja, az utóbbiak grafikus ábrázolása az 5. ábrán látható.
Bár a fogkrém és a kézkrém hasonló k-értékkel rendelkezik, a kézkrémnek sokkal alacsonyabb az n-értéke, így sokkal hígabb és könnyebben kenhető. Ezzel szemben a szirupnak és a csokoládészósznak sokkal alacsonyabb a k értéke, de nem nyíróhígító, ezért felvitelkor sűrűnek és ragacsosnak tűnnek. A testápolónak viszonylag alacsony a k- és az n-értéke is, így sokkal könnyebb a felvitele.
A kézkrém és a szirup terjedéséhez szükséges feszültségek mennyiségi összehasonlításához, azonos nyírási sebességek mellett, az n és k értékek behelyettesíthetők az 1. egyenletbe. Egyszeri 1s-1-es nyírási sebességet figyelembe véve, amely egy vastagabb termékréteggel lehet egyenértékű, az áramlás fenntartásához szükséges feszültség ennél a nyírási sebességnél 279 Pa a kézkrém esetében és 10 Pa a szirup esetében (σ = k 1s-1-nél). 1000s-1 nyírási sebességnél, ami a szétterjedési folyamatból származó vékonyabb anyagrétegre utal, a kézkrém esetében 734 Pa-ra, a szirup esetében pedig 10 000 Pa-ra nő a feszültségigény. Ez rávilágít a Nem-newtoniA nem-newtoni folyadék olyan folyadék, amelynek viszkozitása az alkalmazott nyírási sebesség vagy nyírófeszültség függvényében változik.nem-newtoni viselkedés fontosságára a terjedési folyamatban.
Következtetés
A különböző kereskedelmi termékek kenhetőségének jellemzésére a k és n hatványtörvény-illesztési paraméterek felhasználásával egy hatványtörvény-modellhez illesztett nyírási sebesség-ramp tesztet alkalmaztak. A k és n alacsony értékei alacsonyabb viszkozitást, illetve nagyobb mértékű nyírási hígulást jeleznek, ami hozzájárul a könnyebb kenhetőséghez.
1Felhívjuka figyelmet arra, hogy a vizsgálatot kúp és lemez vagy párhuzamos lemez geometriával ajánlott elvégezni - az utóbbi a large szemcseméretű diszperziók és emulziók esetében előnyösebb. Az ilyen anyagtípusoknál fogazott vagy érdesített geometriák használata is szükséges lehet a geometria felületén történő csúszásból eredő artefaktumok elkerülése érdekében.