Pendahuluan
Banyak produk konsumen yang dikemas dalam tabung atau botol di mana aplikasi produk melibatkan pemompaan produk melalui nosel. Produk semacam itu cenderung merupakan produk pengencer geser di mana viskositasnya turun selama proses ekstrusi karena laju geser yang meningkat, dan kemudian pulih saat keluar dari nosel karena laju geser berkurang. Laju geser yang ditemui selama proses ini terkait dengan jari-jari, r lubang dan laju aliran volumetrik Q dengan ekspresi berikut:
Parameter n adalah indeks hukum pangkat, yaitu satu untuk cairan Newtonian dan antara 0-1 untuk cairan Non-NewtonianFluida non-Newtonian adalah fluida yang menunjukkan viskositas yang bervariasi sebagai fungsi dari laju geser atau tegangan geser yang diterapkan.non-Newtonian. Nilai ini dapat dengan mudah diperoleh dari uji laju geser variabel dengan mencocokkan model hukum pangkat pada data yang dihasilkan.
Dengan mengukur laju aliran volumetrik (volume yang dikeluarkan dalam waktu tertentu) dan jari-jari internal lubang, dimungkinkan untuk memperkirakan laju geser yang dihadapi selama proses ekstrusi. Nilai ini kemudian dapat digunakan dalam uji putaran laju geser, yang menaikkan laju geser dari nilai rendah (sebelum ekstrusi) ke laju geser yang diinginkan dan turun lagi. Pengujian semacam itu memungkinkan seseorang untuk menentukan jumlah tegangan yang diperlukan untuk mengekstrusi, menyemprot, atau menuangkan produk, dan tingkat pemulihan viskositas setelah proses ini, yang pada akhirnya akan menentukan ketebalan produk yang digunakan. Hal ini bisa diukur dengan mengukur area yang tertutup di antara kurva naik dan turun.
Eksperimental
- Sifat ekstrusi pasta gigi dan losion tubuh dievaluasi dan dibandingkan dalam kondisi yang relevan dengan proses.
- Pengukuran rheometer rotasi dilakukan dengan menggunakan rheometer rotasi Kinexus dengan kartrid pelat Peltier dan sistem pengukuran pelat paralel yang dikeraskan1 , dan menggunakan urutan standar yang telah dikonfigurasi sebelumnya dalam perangkat lunak rSpace.
- Urutan pemuatan standar digunakan untuk memastikan bahwa sampel tunduk pada protokol pemuatan yang konsisten dan terkendali.
- Semua pengukuran reologi dilakukan pada suhu 25°C.
- Laju geser ekstrusi yang relevan secara otomatis dihitung sebagai bagian dari urutan pengujian dengan menggunakan nilai yang dimasukkan dari volume yang diekstrusi, waktu ekstrusi, dan radius bukaan. Pengujian diprogram untuk menggunakan nilai yang dihitung ini sebagai laju geser maksimum dalam laju geser 'naik lalu turun'.
- Tegangan yang diukur pada laju geser yang dihitung dan area antara kurva 'naik dan turun' dilaporkan. Yang pertama menunjukkan persyaratan tegangan untuk ekstrusi dan yang kedua menunjukkan tingkat pemulihan viskositas (tiksotropi) setelah ekstrusi.
Hasil dan Pembahasan
Kalkulator otomatis menentukan laju geser sekitar 2000 s-1 untuk body lotion dan oleh karena itu secara otomatis melakukan kenaikan laju geser antara 0,1 s-1 dan 2000 s-1 dan kembali lagi. Hasil yang ditunjukkan pada Gambar 1 menunjukkan bahwa viskositas pada laju geser representatif adalah 0,143 Pas dan akan membutuhkan tegangan geser yang diterapkan (terkait dengan pemerasan) sebesar 274 Pa untuk mengeluarkan produk. Lebih lanjut, analisis area menghasilkan nilai hanya 18 yang menunjukkan bahwa produk akan memulihkan viskositasnya dengan cepat setelah ekstrusi dan dengan demikian tidak bersifat tiksotropik.
Untuk pasta gigi yang ditunjukkan pada Gambar 2, laju geser ekstrusi dihitung sekitar 33 s-1. Viskositas pada laju geser representatif adalah 19,73 Pas dan akan membutuhkan tegangan geser yang diterapkan sebesar 643 Pa untuk mengekstrusi produk. Bahan ini tampaknya bersifat tiksotropik karena area antara kurva atas dan bawah memiliki nilai yang jauh lebih tinggi, yaitu 775. Sedikit puncak viskositas yang diamati pada awal pengujian untuk kedua sampel adalah hasil dari deformasi elastis pada saat start-up dan diharapkan terlihat untuk kedua produk ini karena keduanya memiliki tegangan luluh [1].
Kesimpulan
Nilai laju geser yang berkaitan dengan ekstrusi krim kulit dari botol dan pasta gigi dari tabung dihitung dan secara otomatis dimasukkan ke dalam uji laju geser 'naik turun'. Hasilnya menunjukkan bahwa tegangan geser sebesar 274 Pa diperlukan untuk mengeluarkan krim kulit pada kecepatan yang diinginkan dan 643 Pa untuk pasta gigi. Penentuan area antara kurva naik dan turun menunjukkan bahwa body lotion bersifat non-thixotropic sedangkan pasta gigi menunjukkan perilaku thixotropic.
Harap diperhatikan...
bahwa pengujian direkomendasikan untuk dilakukan dengan geometri kerucut dan pelat atau pelat paralel - dengan yang terakhir lebih disukai untuk dispersi dan emulsi dengan ukuran partikel large. Jenis material tersebut mungkin juga memerlukan penggunaan geometri bergerigi atau kasar untuk menghindari artefak yang berkaitan dengan selip pada permukaan geometri.