Bevezetés
Számos fogyasztói terméket csövekbe vagy palackokba csomagolnak, ahol a termék felvitele a termék fúvókán keresztül történő pumpálásával történik. Az ilyen termékek általában nyíróhígító termékek, ahol a viszkozitás az extrudálási folyamat során a növekvő nyírási sebesség miatt csökken, majd a nyílásból való kilépéskor a nyírási sebesség csökkenésével visszaáll. Az e folyamat során fellépő nyírási sebesség a következő kifejezéssel függ össze a nyílás r sugarával és a Q térfogatáramlással:
Az n paraméter a hatványtörvény-index, amely newtoni folyadék esetén 1, nem newtoni folyadék esetén pedig 0-1 között van. Ez az érték könnyen elérhető egy változó nyírási sebességű vizsgálatból úgy, hogy a kapott adatokra egy hatványtörvény-modellt illesztünk.
A térfogatáram (adott idő alatt adagolt térfogat) és a nyílás belső sugarának mérésével megbecsülhető az extrudálás során fellépő nyírási sebesség.
Mivel számos fogyasztói termék, beleértve az élelmiszereket, bevonatokat és piperecikkeket/kozmetikumokat is, nagyon finom mikroszerkezetű lehet, ezek a szerkezetek az extrudálási folyamat során könnyen lebomlanak, és előfordulhat, hogy csak bizonyos idő elteltével áll vissza az eredeti szerkezetük. Azokat az anyagokat, amelyek szerkezete időfüggően helyreáll vagy újjáépül, tixotrópnak nevezzük. Az extrudálás során fellépő nyírási sebesség kiszámításával és ennek felhasználásával a lépcsős alakváltozás-nyírási sebesség vizsgálat közbenső szakaszában lehetőség van az extrudálásból eredő szerkezeti szétesés utánzására.
A szerkezeti helyreállást a G' rugalmassági moduluson keresztül az idő függvényében közvetlenül követve meghatározható a rendszer szerkezeti helyreállása és végső soron a termék szerkezeti integritása a felhasználás idején. Ez fontos lehet a fizikai megjelenés (omlásállóság), a használat közbeni textúra vagy a termék funkcionalitása, például a függőleges felületre való tapadás képessége szempontjából.
Kísérleti
- A fogkrém és egy hajzselé szerkezeti visszanyerési tulajdonságait a termék használat közbeni extrudálásához kapcsolódó nyírási sebesség mellett vizsgálták.
- A rotációs reométeres méréseket Peltier-lemezes patronnal és érdesített párhuzamos lemezes mérőrendszerrel1 ellátott Kinexus rotációs reométerrel végeztük, az rSpace szoftverben előre konfigurált standard szekvenciák alkalmazásával.
- 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.
- A vonatkozó extrudálási nyírási sebességeket a vizsgálati szekvencia részeként automatikusan kiszámították az extrudált térfogat, az extrudálási idő és a nyílássugár beírt értékei alapján. A vizsgálatot úgy programozták, hogy ezt a kiszámított értéket használta köztes nyírási sebességként egy lépcsős nyírási sebességű vizsgálatban, amelynek 1. és 2. lépcsője állandó alakváltozási értéket alkalmazott a mintákon belül Lineáris viszkoelasztikus régió (LVER)Az LVER-ben az alkalmazott feszültségek nem elegendőek ahhoz, hogy a szerkezet szerkezeti szétesését (engedékenységét) okozzák, ezért fontos mikroszerkezeti tulajdonságokat mérnek.LVER 1 Hz-es frekvenciával.
- A termék eredeti rugalmasságának (G') 90%-ának visszanyeréséhez szükséges időt automatikusan meghatározták és a vizsgálat végén jelentették.
Eredmények és vita
Az automatikus számológép az extrudálási folyamat nyírási sebességét a fogkrém esetében 86 s-1-re, a hajzselé esetében pedig 240 s-1-re becsülte. Ezeket az értékeket használtuk a vizsgálat közbenső nyírási sebesség szakaszában.
Az 1. ábra a fogkrémre vonatkozó eredményeket mutatja. Egyértelmű, hogy ez egy erősen tixotróp anyag, amint az a helyreállítási görbéből látható, amely azt mutatja, hogy a vizsgálat időtartama alatt nem nyeri vissza teljesen a szerkezetét, és körülbelül 500 másodperc elteltével a G' eredeti értékének csak 50%-át éri el.
Ezzel szemben a hajzselé (2. ábra) szinte azonnal visszanyeri szerkezetét, a visszanyerés 90%-a az első 5 másodpercben történik, és a teljes visszanyerés 20 másodpercen belül befejeződik. Ez fontos ennél a terméknél, mivel azonnali tartást kell biztosítania a hajnak, mielőtt a gyanta rugalmas filmet képezne a hosszabb távú tartás érdekében.
Megjegyzendő, hogy mindkét anyag a mért frekvencián 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 alatti viselkedést mutatja, mivel a G' meghaladja a G" értéket, ami összekapcsolt vagy szilárd anyagú mikroszerkezetre utal.
Következtetés
Háromlépcsős nyúlás/nyírási sebesség vizsgálatot végeztek fogkrémen és hajzselén, hogy értékeljék a tubusból történő extrudálást követő rugalmasság helyreállításának sebességét és mértékét. A fogkrém erősen tixotrópnak bizonyult, és 500 másodpercbe telt, amíg az eredeti rugalmasság 50%-át visszanyerte, míg a hajzselé szinte azonnal visszanyerte rugalmasságát.
Kérjük, vegye figyelembe...
a vizsgálatot kúp és lemez vagy párhuzamos lemezgeometriával ajánlott végezni - ez 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.