Bevezetés
Nehéz feladat lehet a termékek megfelelő funkcionális és érzékszervi tulajdonságokkal való megalkotása. Különösen az utóbbi nagymértékben függ a felhasználók visszajelzéseitől, amelyek elérése jelentős időt és erőfeszítést igényelhet. Ráadásul az ilyen visszajelzéseket nem mindig könnyű az anyagtulajdonságok és így a reológiai adatok összefüggésében értelmezni.
Ahhoz, hogy a reológiát eszközként használhassuk a termék textúrájának értékelésére, fontos megérteni, hogy melyik reológiai vizsgálati mód utánozza legjobban az adott alkalmazást, és azt is, hogy az adott vizsgálatban mely paraméterek a legmegfelelőbbek. Például a bőrkrém felvitele és dörzsölése egy nagy nyírási sebességű folyamat, amelyet a legjobb a megfelelő nyírási sebességgel végzett egyenletes nyírási vizsgálat segítségével értékelni. Ezzel szemben az edényben lévő textúra a textúra a mögöttes mikroszerkezethez kapcsolódik, amelyet a legjobban oszcillációs vagy kúszásvizsgálattal lehet értékelni.
A small deformációk alatti anyagtextúra értékelésére szolgáló egyszerű vizsgálat az oszcillációs amplitúdó-söprés. Ez fontos információkat szolgáltathat a minta merevségével, rugalmasságával, szerkezeti szilárdságával és deformációjával kapcsolatban. A merevséget a G* Komplex modulusA komplex modulus két komponensből, a tárolási és a veszteségmodulból áll. A tárolási modulus (vagy Young-modulus) a merevséget, a veszteségmodul pedig a megfelelő minta csillapítási (vagy viszkoelasztikus) viselkedését írja le a dinamikus mechanikai analízis (DMA) módszerével. komplex modulus tükrözi, a magasabb értékek merevebb szerkezetet jeleznek, míg a δ fázisszög a szerkezet rugalmassági fokát és ezáltal rugalmasságát mutatja. Ez az információ a G* és a δ közötti egyszerű ábrával ábrázolható, amint azt az 1. ábra mutatja.
Az ilyen vizsgálatból kinyerhető további információ a Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár és a folyási alakváltozás, amelyek a szerkezeti szilárdságra, illetve a szerkezeti deformáció mértékére vonatkoznak. Ezek az információk a σ' rugalmassági feszültség (a G' rugalmassági (vagy tárolási) modulushoz tartozó feszültség) és az alakváltozás függvényében készített ábrából nyerhetők. A rugalmas feszültség csúcspontja a folyáspontot jelzi, az ezen a ponton mért feszültség és alakváltozás értékei pedig a folyáspont feszültségét, illetve a folyáspont alakváltozását, amint az a 2. ábrán látható.
Mindezen információk kombinálásával jelzést kaphatunk arról, hogy egy anyag hogyan fog reagálni a small nyírási deformációkra a makroszkopikus áramlás kezdete előtt.
Ez hasznos lehet a termékek teljesítményértékeléséhez, illetve ahhoz, hogy segítsen a termékbe bizonyos érzékszervi tulajdonságokat vagy funkcionális előnyöket beépíteni.
Kísérleti
- Számos különböző terméket értékeltek, hogy kimutassák a közöttük fennálló különbségeket a texturális jellemzőik tekintetében.
- A rotációs reométeres méréseket Peltier-lemezes patronnal és 40 mm-es érdesített párhuzamos lemezes mérőrendszerrel (a minta csúszásának elkerülése érdekében a geometriai felületeken)2 ellátott Kinexus reométerrel végeztük, az rSpace szoftverben előre beállított szabványos szekvenciákat használva.
- Egy szabványos betöltési szekvenciát használtunk annak biztosítására, hogy a minta következetes és ellenőrizhető betöltési protokollnak legyen kitéve.
- Minden reológiai mérést 25°C-on végeztünk, hacsak nem szerepel a jelölés.
- A mérés során az anyag Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatárát meghaladó, alakváltozással szabályozott amplitúdójú pásztázást végeztek, majd automatikusan elemezték az adatokat, hogy a lineáris tartományon belül megadják a G* és a δ értékét, valamint a rugalmas feszültség csúcsán alapuló Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár és Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár értékét (σ').
Eredmények és vita
A 3. ábra különböző termékeket hasonlít össze relatív merevségük és rugalmasságuk tekintetében 1 Hz-es frekvencián. Ebből az ábrából látható, hogy a legtöbb minta túlnyomórészt rugalmas, 45º-nál kisebb fázisszöggel. Ezek a minták azonban különböző mértékű merevséget mutatnak, a testvaj például 25-ször merevebb (magasabb modulus), mint a testápoló, a hajgumi pedig majdnem 100-szor merevebb. Ezzel szemben a tusfürdő krém túlnyomórészt folyékony, a fázisszöge közel 90º és viszonylag alacsony merevséggel, a G* értéke mindössze 23 Pa, míg a testvajé kb. 8000 Pa.
A hőmérsékletnek a vaj textúrájára gyakorolt hatása igen jelentős, mivel a zsír alacsony hőmérsékleten (hűtőszekrény) történő kikristályosodása merev és nagymértékben rugalmas szerkezetet alkot, míg szobahőmérsékleten e zsírmátrix olvadása lágyabb és kevésbé rugalmas szerkezetet eredményez, amely textúrájában jobban hasonlít a testvajtermékhez és a fogkrémhez.
Az 1. táblázat a Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár és a folyási alakváltozás megfelelő értékeit mutatja a különböző termékek esetében. Megjegyzendő, hogy a Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár lényegében azt a feszültséget írja le, amely a hálózati szerkezet széteséséhez szükséges. Mivel a viszkoelasztikus folyadékok (δ > 45º) nem rendelkeznek hálózati szerkezettel, a Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár ebben az esetben a jelentős áramlás (Nyírási elvékonyodásA nem-newtoni viselkedés leggyakoribb típusa a nyírási hígulás vagy pszeudoplasztikus áramlás, ahol a folyadék viszkozitása a nyírás növekedésével csökken.nyírási elvékonyodás) megindulásához szükséges feszültségre vonatkozik.
1. táblázat: A feszültség-alakváltozás görbék csúcselemzésének eredményei
| Minta | Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.Termelési feszültség (Pa) | Termelési alakváltozás (%) |
|---|---|---|
| Majonéz | 11.26 | 1.79 |
| Fogkrém | 1.86 | 0.057 |
| Testvaj | 15.87 | 0.81 |
| Testápoló | 2.24 | 2.63 |
| Tusfürdőkrém | 10.18 | 27.22 |
| Hajformázó rágógumi | 11.12 | 0.15 |
| Vaj (5°C) | 34000 | 1.06 |
| Vaj (25°C) | 1.12 | 0.096 |
A testvajat és a testápolót összehasonlítva egyértelmű, hogy az előbbi nagyobb igénybevételt igényel a szerkezet lebontásához. Ez a termék használata során is nyilvánvaló, a testvajnak nagyobb erőre van szüksége a folyás megindításához. A testápolónak nagyobb a folyáshatára, és a vékonyodás előtt jobban deformálódik, ami képlékenyebb/kevésbé rideg szerkezetre utal. A rugalmas domináns majonéznek mind a Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár, mind a folyási alakváltozás magas, ami tükrözi az üvegben megfigyelt "gumiszerű textúrát".
Bár a testápoló magas kritikus feszültséget és alakváltozást mutat, a majonézzel ellentétben nem rendelkezik hálózati szerkezettel (δ > 45º). Ezek a kritikus értékek tehát arra a feszültségre és alakváltozásra vonatkoznak, amelyet az anyag az áramlás jelentős fokozódása előtt elviselhet. Ez néha a szálképződés mértékével vagy a termék zsinórszerűségével hozható összefüggésbe.
A vaj hűtőszekrény hőmérsékletén nagyon magas a Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár, ezért nehéz lehet teríteni; 25ºC-on azonban a folyáshatár jelentős csökkenése figyelhető meg a kristályos zsírmátrix olvadása miatt. Érdekes módon a vaj ezen a magasabb hőmérsékleten törékenyebb, amit a kisebb folyáshatár is jelez.
Következtetés
Az amplitúdó-söprésvizsgálat fontos információkat szolgáltathat az anyagok texturális tulajdonságairól, például a merevségről, a rugalmasságról, a szerkezeti szilárdságról és a törékenységről. Az e tulajdonságokhoz kapcsolódó paraméterek mérésével képet lehet alkotni arról, hogyan fog kinézni és viselkedni egy anyag a small deformációi alatt. Egy ilyen technika hasznos az anyag megfelelő jellemzésére és összehasonlítására.
Felhívjuk a figyelmet arra, hogy a vizsgálatot kúp és lemez vagy párhuzamos lemez geometriával ajánlott elvégezni - ez utóbbi a large szemcseméretű diszperziók és emulziók esetében előnyösebb. Az ilyen anyagtípusoknál fogazott vagy érdesített geometria használata is szükséges lehet a geometria felületén történő csúszásból eredő artefaktumok elkerülése érdekében.