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 lubang karena laju geser berkurang. Laju geser yang ditemui selama proses ini terkait dengan jari-jari, r dari lubang dan laju aliran volumetrik Q dengan ekspresi berikut:
Parameter n adalah indeks hukum pangkat, yaitu 1 untuk cairan Newtonian dan antara 0 dan 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 dapat dimasukkan ke dalam uji laju geser bertahap (Gambar 1) yang memotong sampel pada laju geser rendah untuk waktu tertentu (sebelum ekstrusi) sebelum naik ke laju geser yang diinginkan. Pemulihan viskositas kemudian diikuti saat laju geser diturunkan ke nilai awalnya. Tes ini menunjukkan seberapa cepat sampel memulihkan viskositasnya setelah proses ekstrusi dan menunjukkan ketebalan atau viskositas produk pada saat digunakan.
Sifat tiksotropik dapat dikuantifikasi dengan mengukur viskositas akhir pada akhir tahap pertama dan waktu yang diperlukan untuk persentase tertentu dari viskositas tersebut untuk dipulihkan selama tahap akhir pengujian. Nilai ini dapat digunakan untuk membandingkan antara produk atau formulasi dan dapat diterapkan di berbagai industri dan aplikasi.
Eksperimental
- Sifat pemulihan viskositas pasta gigi dan losion tubuh dievaluasi di bawah kondisi laju geser yang terkait dengan ekstrusi produk selama penggunaan.
- 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 kedua 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 menengah dalam uji laju geser bertahap dengan langkah 1 dan langkah 2 menggunakan laju geser konstan 0,1 detik-1.
- Waktu untuk memulihkan 90% viskositas asli produk secara otomatis ditentukan dan dilaporkan pada akhir pengujian.
Hasil dan Pembahasan
Kalkulator otomatis mengevaluasi laju geser untuk ekstrusi untuk pengiriman produk menjadi 34 s-1 untuk pasta gigi dan 840 s-1 untuk body lotion. Nilai-nilai ini digunakan dalam tahap menengah pengujian.
Gambar 2 menunjukkan hasil untuk pasta gigi. Jelas ini adalah bahan yang sangat tiksotropik karena tidak sepenuhnya memulihkan strukturnya dalam rentang waktu pengujian, hanya mencapai 70% dari viskositas aslinya dan membutuhkan waktu sekitar 6 menit untuk mencapai tingkat pemulihan ini.
sebaliknya, body lotion yang ditunjukkan pada Gambar 3 memulihkan hampir semua viskositas aslinya yang hanya membutuhkan waktu 7 detik untuk mencapai persentase pemulihan yang sama dengan pasta gigi dan 23 detik untuk mencapai pemulihan 90%. Bahan ini pada dasarnya dapat digolongkan sebagai bahan non-thixotropic jika dibandingkan.
Dalam istilah konsumen, ini akan menyiratkan bahwa body lotion akan merestrukturisasi dengan sangat cepat setelah bersentuhan dengan kulit, yang dapat mencegah penyebaran yang berlebihan atau potensi menetes. Pasta gigi akan memiliki viskositas yang lebih rendah pada sikat sebelum disikat yang seharusnya membuatnya lebih mudah didistribusikan di mulut dan mungkin mempengaruhi sifat sensorik. Namun, penting untuk memastikan bahwa viskositasnya tidak terlalu rendah sehingga produk dapat mengalir melalui bulu sikat atau melorot pada sikat.
Kesimpulan
Uji laju geser tiga langkah dilakukan pada pasta gigi dan losion tubuh untuk mengevaluasi tingkat pemulihan viskositas setelah ekstrusi dari tabung dan botol. Pasta gigi terbukti sangat tiksotropik yang membutuhkan waktu 6 menit untuk memulihkan 70% viskositas aslinya. Losion tubuh mencapai tingkat pemulihan yang sama hanya dalam waktu 7 detik dan dapat dianggap sebagai non-thixotropic sebagai perbandingan
1Harapdiperhatikan...
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.