Pendahuluan
Sifat reologi suatu bahan dapat mempengaruhi bagaimana bahan tersebut dilihat secara visual dan tekstur dan bagaimana perilakunya selama pemrosesan. Sebagai contoh, material yang sangat tipis geser akan sangat responsif terhadap perubahan tegangan yang diberikan sementara material Newtonian* akan menunjukkan ketergantungan yang lebih rendah. Karena sebagian besar produk yang diminati cenderung merupakan bahan penipis geser, maka penting untuk dapat mengukur perilaku tersebut. Hal ini dapat dilakukan dengan mengevaluasi daerah hukum pangkat dari kurva aliran seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Wilayah ini tampak linier pada plot loglog viskositas vs laju geser dengan gradien konstan yang diamati tetapi menunjukkan ketergantungan hukum pangkat ketika diplot pada skala linier.
Secara matematis, wilayah kurva aliran ini dapat digambarkan dengan menggunakan Power Law atau Model Ostwald de Waele yang diberikan dalam Persamaan 1:
k adalah konsistensi, n adalah indeks hukum pangkat, σ adalah laju geser, -γ adalah laju geser.
Konsistensi memiliki satuan Pasn tetapi secara numerik sama dengan viskositas yang diukur pada 1s-1. Indeks hukum daya berkisar dari 0 untuk bahan yang sangat tipis hingga 1 untuk bahan Newtonian.
Setelah parameter ini diketahui, persamaan dapat digunakan untuk memperkirakan viskositas pada setiap nilai laju geser dalam wilayah Penipisan GeserJenis perilaku non-Newtonian yang paling umum adalah penipisan geser atau aliran pseudoplastik, di mana viskositas fluida berkurang dengan meningkatnya geseran.penipisan geser; namun, penting untuk tidak menggunakan persamaan di luar rentang laju geser yang diukur karena wilayah Newtonian mungkin ada di kedua sisi wilayah pengukuran, tergantung pada bahan yang diuji.
Eksperimental
- Perilaku Penipisan GeserJenis perilaku non-Newtonian yang paling umum adalah penipisan geser atau aliran pseudoplastik, di mana viskositas fluida berkurang dengan meningkatnya geseran.penipisan geser dari losion kulit dievaluasi dengan melakukan tabel uji laju geser dan menganalisis kurva yang dihasilkan dengan mencocokkan model hukum pangkat.
- 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.
- Kurva aliran dibuat dengan menggunakan tabel kesetimbangan uji laju geser antara 0,1 dan 100 s-1 dan model hukum pangkat yang dipasang pada bagian yang dipilih secara manual dari kurva ini.
*Fluida Newtonian dinamai sesuai dengan nama Sir Issac Newton (1642 - 1726) yang menggambarkan perilaku aliran fluida dengan hubungan linier sederhana antara tegangan geser [mPa] dan laju geser [1/s]. Hubungan ini sekarang dikenal sebagai Hukum Viskositas Newton.
Hasil dan Pembahasan
Gambar 2 menunjukkan kurva viskositas-laju geser untuk losion kulit. Jelas produk ini menunjukkan perilaku Penipisan GeserJenis perilaku non-Newtonian yang paling umum adalah penipisan geser atau aliran pseudoplastik, di mana viskositas fluida berkurang dengan meningkatnya geseran.penipisan geser, yang dibuktikan dengan penurunan viskositas yang cepat dengan meningkatnya laju geser. Meskipun ada sedikit kelengkungan pada laju geser yang lebih tinggi, data tampak relatif lurus pada plot logaritmik ganda pada laju geser yang lebih rendah.
Karena adanya sedikit kelengkungan di atas sekitar 10 s-1, hanya data antara 0,1 dan 10 s-1 yang dimasukkan dalam analisis karena data tampak paling linier di wilayah ini (ketika diplot secara logaritmik). Kurva untuk model yang dicocokkan dan data asli ditunjukkan secara grafis pada Gambar 3 dan parameter pencocokan dan koefisien korelasi diberikan pada Tabel 1.
Tabel 1: Data parameter penyesuaian model
| Deskripsi Sampel | Nama Percobaan | Nama Tindakan | k1 | η | Chi Kuadrat | Koefisien Korelasi |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Losion kulit | Analisis_0004-1 | Kecocokan Model Hukum Kuasa | 11.71 | 0.1735 | 617.2 | 0.9908 |
Dengan mempertimbangkan bahwa n = 1 untuk material Newtonian dan n = 0 untuk sebagian besar material Non-NewtonianFluida non-Newtonian adalah fluida yang menunjukkan viskositas yang bervariasi sebagai fungsi dari laju geser atau tegangan geser yang diterapkan.non-Newtonian, maka dapat ditetapkan bahwa material ini memiliki Penipisan GeserJenis perilaku non-Newtonian yang paling umum adalah penipisan geser atau aliran pseudoplastik, di mana viskositas fluida berkurang dengan meningkatnya geseran.penipisan geser yang tinggi. Indeks Penipisan GeserJenis perilaku non-Newtonian yang paling umum adalah penipisan geser atau aliran pseudoplastik, di mana viskositas fluida berkurang dengan meningkatnya geseran.penipisan geser ini juga dapat digunakan untuk membandingkan antara produk yang berbeda untuk tujuan pembandingan atau untuk memprediksi perilaku dalam proses atau aplikasi yang relevan, karena nilai ini sering kali diperlukan dalam banyak model yang menggambarkan perilaku aliran pada cairan Non-NewtonianFluida non-Newtonian adalah fluida yang menunjukkan viskositas yang bervariasi sebagai fungsi dari laju geser atau tegangan geser yang diterapkan.non-Newtonian. Secara umum, semakin rendah nilai n, semakin mudah produk tersebut terurai di bawah penerapan geseran. Konsistensi k secara numerik sama dengan viskositas pada 1 s-1 dan memiliki nilai 11,71 untuk sampel khusus ini. Hal ini dapat berguna sebagai ukuran umum viskositas untuk tujuan perbandingan.
Koefisien korelasi adalah ukuran yang baik untuk mengukur seberapa baik model cocok dengan data dengan nilai yang sedekat mungkin dengan satu kesatuan. Untuk sampel khusus ini, nilai aktualnya adalah 0,988 yang menunjukkan korelasi yang baik antara data yang diukur dan yang diprediksi.
Gambar 4 menunjukkan data yang serupa untuk sejumlah produk konsumen umum lainnya dan parameter penyesuaiannya.
Setelah k dan n ditentukan, maka dimungkinkan untuk menggunakan nilai-nilai ini untuk memprediksi viskositas pada laju geser apa pun dengan menggunakan persamaan hukum pangkat. Hal ini dapat berguna dalam memilih kemasan yang optimal, memformulasikan ulang produk untuk memenuhi persyaratan tertentu, atau menentukan bagaimana produk akan berperilaku selama pembuatan atau di jalur pengemasan. Namun, model ini hanya boleh digunakan untuk memprediksi perilaku di dalam wilayah di mana perilaku hukum pangkat diamati karena model ini tidak menggambarkan kelengkungan yang mungkin diamati pada laju geser yang lebih tinggi atau lebih rendah. Untuk menggambarkan perilaku di luar wilayah ini, model Sisko atau Cross mungkin lebih tepat.
Kesimpulan
Perilaku Penipisan GeserJenis perilaku non-Newtonian yang paling umum adalah penipisan geser atau aliran pseudoplastik, di mana viskositas fluida berkurang dengan meningkatnya geseran. penipisan geser dari losion kulit dievaluasi dengan melakukan tabel uji laju geser dan menganalisis kurva yang dihasilkan dengan menggunakan Model Hukum KekuasaanModel hukum daya adalah model reologi yang umum digunakan untuk mengukur (biasanya) sifat penipisan geser suatu sampel, dengan nilai yang mendekati nol mengindikasikan material yang lebih menipis.model hukum daya.
Model hukum pangkat ditemukan untuk memberikan kecocokan yang baik pada kurva aliran antara 0,1 dan 10 s-1 yang menghasilkan nilai 0,1735 untuk n dan nilai 11,71 untuk k. Hal ini menunjukkan bahwa bahan tersebut memiliki Penipisan GeserJenis perilaku non-Newtonian yang paling umum adalah penipisan geser atau aliran pseudoplastik, di mana viskositas fluida berkurang dengan meningkatnya geseran. penipisan geser yang tinggi dengan viskositas 1000 kali lebih besar dari air pada laju geser 1 s-1.
Model seperti ini telah terbukti berguna untuk mengukur perilaku Penipisan GeserJenis perilaku non-Newtonian yang paling umum adalah penipisan geser atau aliran pseudoplastik, di mana viskositas fluida berkurang dengan meningkatnya geseran. penipisan geser dan juga untuk membandingkan antara produk dan formulasi.
Harap diperhatikan: Pengujian direkomendasikan untuk dilakukan dengan geometri kerucut dan pelat atau pelat paralel - dengan geometri yang terakhir lebih disukai untuk dispersi dan emulsi dengan ukuran partikel large. Jenis bahan tersebut mungkin juga memerlukan penggunaan geometri bergerigi atau kasar untuk menghindari artefak yang berkaitan dengan selip pada permukaan geometri.