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 és 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 extrudálási folyamat során fellépő nyírási sebesség. Ezt az értéket be lehet táplálni egy lépcsős nyírási sebességű vizsgálatba (1. ábra), amely a mintát egy adott ideig (az extrudálás előtt) alacsony nyírási sebességgel nyírja, majd a kívánt nyírási sebességre növeli. Ezután a viszkozitás helyreállását követjük, miközben a nyírási sebességet a kiindulási értékre csökkentjük. Ez a vizsgálat azt mutatja meg, hogy a minta milyen gyorsan nyeri vissza a viszkozitását az extrudálási folyamatot követően, és jelzi a termék vastagságát vagy viszkozitását a felhasználás időpontjában.
A tixotróp tulajdonságok számszerűsíthetők az első szakasz végén mért végső viszkozitás és az idő mérésével, amely alatt a vizsgálat utolsó szakaszában a viszkozitás egy meghatározott százalékát visszanyeri. Ez az érték felhasználható a termékek vagy készítmények összehasonlítására, és az iparágak és alkalmazások széles körében alkalmazható.
Kísérleti
- A fogkrém és egy testápoló viszkozitás-visszanyerési tulajdonságait a termék használat közbeni extrudálásához kapcsolódó nyírási sebességi körülmények között értékelték.
- 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.
- 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 0,1 s-1 állandó nyírási sebességet alkalmazott.
- A termék eredeti viszkozitásának 90%-ának visszanyeréséhez szükséges időt automatikusan meghatározták és a vizsgálat végén jelentették.
Eredmények és vita
Az automatikus számológép a termékszállításhoz szükséges extrudálási nyírási sebességet a fogkrém esetében 34 s-1-re, a testápoló esetében pedig 840 s-1-re becsülte. Ezeket az értékeket használtuk a vizsgálat közbenső szakaszában.
A 2. ábra a fogkrémre vonatkozó eredményeket mutatja. Nyilvánvaló, hogy ez egy erősen tixotróp anyag, mivel a vizsgálat időtartama alatt nem nyeri vissza teljesen a szerkezetét, az eredeti viszkozitásának csak 70%-át éri el, és körülbelül 6 percbe telik, amíg ezt a szintet eléri.
ezzel szemben a 3. ábrán látható testápoló majdnem teljesen visszanyeri eredeti viszkozitását, és mindössze 7 másodperc alatt éri el ugyanazt a százalékos visszanyerési arányt, mint a fogkrém, és 23 másodperc alatt éri el a 90%-os visszanyerést. Ehhez képest ez az anyag lényegében nem tixotrópnak minősül.
Fogyasztói szempontból ez azt jelentené, hogy a testápoló nagyon gyorsan visszaszerkeszthető, miután a bőrrel érintkezik, ami megakadályozhatja a túlzott szétterülést vagy az esetleges csöpögést. A fogkrémnek a fogmosás előtt a fogkefén alacsonyabb lenne a viszkozitása, ami megkönnyítené a szájban való eloszlását, és esetleg befolyásolná az érzékszervi tulajdonságokat. Fontos azonban, hogy a viszkozitás ne legyen olyan alacsony, hogy a termék átfolyjon a sörtéken vagy megereszkedjen a kefén.
Következtetés
Háromlépcsős nyírási sebességvizsgálatot végeztek egy fogkrémen és egy testápoló krémen, hogy értékeljék a viszkozitás helyreállásának mértékét a tubusból, illetve a flakonból történő extrudálást követően. A fogkrém erősen tixotrópnak bizonyult, és 6 percbe telt, amíg az eredeti viszkozitás 70%-át visszanyerte. A testápoló ugyanezt a visszanyerési szintet mindössze 7 másodperc alatt érte el, és ehhez képest nem tixotrópnak tekinthető
1Kérem,vegye figyelembe...
hogy a vizsgálatot kúp és lemez vagy párhuzamos lemezgeometriával ajánlott végezni - az utóbbi a large szemcseméretű diszperziók és emulziók esetében előnyösebb. Az ilyen anyagtípusoknál fogazott vagy érdesített geometriák alkalmazása is szükséges lehet a geometria felületén történő csúszásból eredő artefaktumok elkerülése érdekében.