Pendahuluan
Stabilitas jangka panjang emulsi atau suspensi diatur oleh viskositas geser nol atau tegangan luluh tergantung pada struktur mikronya. Selain itu, keadaan struktur mikro ini dalam jangka waktu yang lama merupakan hal yang penting karena pada akhirnya inilah yang akan dihadapi oleh fase terdispersi dalam penyimpanan yang lama.
Ada sejumlah pengujian untuk mengevaluasi perubahan sifat reologi sebagai fungsi waktu. Uji mulur sangat cocok untuk tugas ini karena uji ini melihat respons terhadap tekanan yang diberikan secara langsung sebagai fungsi waktu. Pengujian lain yang berguna adalah sapuan frekuensi osilasi di mana sampel diosilasi pada sejumlah frekuensi yang berbeda secara berurutan. Karena frekuensi adalah kebalikan dari waktu, maka frekuensi tinggi berhubungan dengan rentang waktu yang pendek dan frekuensi rendah dengan rentang waktu yang panjang. Perlu dicatat bahwa skala waktu berhubungan dengan frekuensi sudut (ω) yang berlawanan dengan frekuensi siklus dalam pengujian osilasi.
Dengan mengevaluasi perubahan Modulus Elastis (atau Penyimpanan), G'; Modulus Kental (atau Rugi), G"; dan sudut fase, δ, pada rentang frekuensi yang terbatas, dimungkinkan untuk menentukan apakah suatu bahan cenderung memiliki tegangan luluh atau viskositas geser nol dan juga potensi masalah stabilitas. Contoh respons frekuensi umum untuk berbagai bahan ditunjukkan pada Gambar 1. Jika G' melebihi G" pada frekuensi rendah, misalnya <0,01Hz, maka dapat disimpulkan bahwa material memiliki struktur jaringan yang perlu dipecah sebelum aliran dapat dimulai, yaitu memiliki tegangan luluh. Jika G" melebihi G' pada frekuensi rendah, hal ini mengindikasikan bahwa aliran makroskopik dapat terjadi, dan stabilitasnya kemungkinan besar diatur oleh viskositas geser nol atau viskositas yang sesuai dengan tegangan yang diberikan oleh fase terdispersi.
Karena sulit untuk mengakses frekuensi yang sangat rendah ini pada rheometer karena waktu pengujian yang lama, maka akan sangat berguna untuk mengevaluasi bentuk umum kurva. Karena sudut fase, δ, dan Modulus Elastisitas, G', merupakan indikator umum karakteristik struktural, maka besarnya dan arah perubahan dengan penurunan frekuensi dapat mengindikasikan sifat respons material pada waktu yang lebih lama.
- Jika G' sebagian besar tidak bergantung pada frekuensi dan sudut fasa tetap konstan atau berkurang dengan berkurangnya frekuensi, seperti pada struktur padat atau gel viskoelastik, maka kita dapat menyimpulkan bahwa material tersebut lebih cenderung mempertahankan struktur jaringan dan akan lebih stabil.
- Jika sudut fase, δ, meningkat dan G' menurun dengan menurunnya frekuensi, maka hal ini mengindikasikan bahwa elemen-elemen elastis struktur (jaringan) mengendur dan menjadi seperti cairan, hal ini kemungkinan besar akan menyebabkan stabilitas yang lebih rendah.
Pengamatan ini juga harus tercermin dalam viskositas kompleks, η*, yang untuk fluida akan menunjukkan permulaan dataran tinggi viskositas geser nol terhadap frekuensi yang lebih rendah, sedangkan untuk padatan yang memiliki struktur jaringan, nilai η* yang terus meningkat harus diamati, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Untuk penggunaan praktis teknik ini, penting untuk mengevaluasi bentuk kurva dalam kondisi yang sesuai. Frekuensi minimum 0,01 Hz mungkin cukup untuk mengevaluasi potensi stabilitas, tetapi dengan frekuensi yang lebih rendah dari ini, meskipun lebih memakan waktu, akan memberikan gambaran yang lebih akurat tentang tren frekuensi rendah. Temperatur pengujian juga penting karena RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi struktural umumnya akan terjadi pada rentang waktu yang lebih pendek dengan meningkatnya temperatur karena tingkat penataan ulang struktural yang lebih cepat. Oleh karena itu, pengujian pada suhu yang lebih tinggi dapat mereplikasi kondisi penyimpanan yang sebenarnya dengan lebih baik dan berpotensi mempermudah pemilihan sampel yang bermasalah. Namun demikian, penting ketika bekerja pada suhu yang lebih tinggi dalam rentang waktu yang lama agar PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan sampel dapat dicegah.
Catatan aplikasi ini menunjukkan metodologi dan data dari pengujian frekuensi osilasi untuk serangkaian gel mandi, dan kemampuannya untuk menangguhkan gelembung yang terdispersi dalam formulasi.
Eksperimental
- Serangkaian gel mandi yang mengandung berbagai tingkat polimer pengental asosiatif (mulai dari 0% hingga 8%) dievaluasi untuk mengetahui kemampuannya dalam menahan gelembung pada suhu kamar dalam waktu yang lama.
- Pengukuran rheometer rotasi dilakukan dengan menggunakan rheometer Kinexus dengan kartrid pelat Peltier dan sistem pengukuran kerucut dan pelat1, serta menggunakan urutan standar yang telah dikonfigurasi sebelumnya dalam perangkat lunak rSpace.
- Urutan pemuatan standar digunakan untuk memastikan bahwa sampel-sampel tersebut tunduk pada protokol pemuatan yang konsisten dan terkendali. ∙ Semua pengukuran reologi dilakukan pada suhu 25°C kecuali dinyatakan secara khusus.
- Sapuan amplitudo yang dikontrol SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan dilakukan untuk mengukur panjang Linear ViscoElastic Region (Wilayah Viskoelastik Linier (LVER)Pada LVER, tegangan yang diberikan tidak cukup untuk menyebabkan kerusakan struktural (yielding) pada struktur dan oleh karena itu, sifat-sifat mikro-struktural yang penting diukur.LVER), dan untuk menentukan nilai SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan yang sesuai untuk digunakan dalam uji sapuan frekuensi berikutnya (penentuan Wilayah Viskoelastik Linier (LVER)Pada LVER, tegangan yang diberikan tidak cukup untuk menyebabkan kerusakan struktural (yielding) pada struktur dan oleh karena itu, sifat-sifat mikro-struktural yang penting diukur.LVER dilakukan secara otomatis dalam perangkat lunak rSpace, dan nilai SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan yang ditentukan diteruskan ke bagian berikutnya dari urutan).
- Sapuan frekuensi dilakukan pada nilai SaringRegangan menggambarkan deformasi material, yang dibebani secara mekanis oleh gaya atau tekanan eksternal. Senyawa karet menunjukkan sifat mulur, jika beban statis diterapkan.regangan yang telah ditentukan sebelumnya di dalam Wilayah Viskoelastik Linier (LVER)Pada LVER, tegangan yang diberikan tidak cukup untuk menyebabkan kerusakan struktural (yielding) pada struktur dan oleh karena itu, sifat-sifat mikro-struktural yang penting diukur.LVER, antara nilai default 10 Hz dan 0,005 Hz.
Hasil dan Pembahasan
Gambar 3 menunjukkan data sapuan frekuensi untuk berbagai produk sabun mandi yang diuji. Jelas terlihat bahwa peningkatan konsentrasi pengental asosiatif meningkatkan tingkat elastisitas yang ditandai dengan peningkatan G' dan penurunan sudut fase. Elastisitas ini muncul melalui ikatan silang misel surfaktan, yang dapat membentuk struktur seperti gel pada konsentrasi yang tepat.
Sampel dengan polimer asosiatif 6% dan 8% memiliki nilai G' yang lebih tinggi pada frekuensi rendah yang mengindikasikan tingkat ikatan silang yang lebih besar, sedangkan nilai dan arah sudut fase menunjukkan bahwa bahan-bahan ini menunjukkan perilaku padat atau seperti gel dalam rentang frekuensi ini. Hal ini menguntungkan untuk stabilitas karena mengindikasikan kemungkinan adanya tegangan luluh atau setidaknya viskositas geser nol yang tinggi pada frekuensi yang lebih rendah.
Untuk sampel dengan nilai polimer asosiatif yang lebih rendah, G" dominan dan sudut fasa meningkat dengan menurunnya frekuensi, sehingga mengindikasikan RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi struktural dan karenanya berperilaku seperti cairan pada rentang frekuensi ini, yang kurang menguntungkan untuk stabilitas.
Hal ini juga tercermin dalam viskositas kompleks, η* (lihat Gambar 4), dengan sabun mandi yang tidak mengandung aditif polimer yang menunjukkan dataran tinggi viskositas geser nol (yaitu, perilaku seperti cairan) dengan nilai sekitar 5 Pas. Sebaliknya, sampel dengan 8% polimer asosiatif menunjukkan perilaku hukum daya pada rentang yang sama dengan viskositas mendekati 1000 Pas pada 0,01 Hz. Apakah yang terakhir akan menunjukkan dataran tinggi pada frekuensi yang lebih rendah atau tidak hanya dapat dievaluasi dengan pengujian ke frekuensi yang lebih rendah (atau sebagai alternatif pengujian mulur) tetapi bagaimanapun juga viskositas pada frekuensi yang lebih rendah ini harus cukup tinggi untuk memperlambat sedimentasi fase terdispersi.
Kesimpulan
Stabilitas dispersi dapat diprediksi dengan melakukan uji sapuan frekuensi di dalam Wilayah Viskoelastik Linier (LVER)Pada LVER, tegangan yang diberikan tidak cukup untuk menyebabkan kerusakan struktural (yielding) pada struktur dan oleh karena itu, sifat-sifat mikro-struktural yang penting diukur.LVER dalam kondisi pengukuran yang sesuai. Hal ini telah ditunjukkan untuk lima produk shower gel yang mengandung berbagai konsentrasi zat pengental asosiatif. Sampel dengan kadar polimer yang tinggi menunjukkan perilaku seperti gel dengan nilai G' yang lebih tinggi dan sudut fase yang rendah yang tidak meningkat ke arah frekuensi yang lebih rendah. Sampel-sampel ini telah terbukti mampu menangguhkan gelembung untuk waktu yang lama.
Harap diperhatikan ...
bahwa geometri pelat paralel atau geometri silinder juga dapat digunakan. Geometri sand blast harus dipertimbangkan jika material cenderung menunjukkan efek selip dinding. Geometri yang lebih besar berguna untuk pengukuran pada torsi rendah, yang lebih mungkin ditemui pada frekuensi yang lebih rendah. Penggunaan perangkap pelarut juga direkomendasikan untuk pengujian ini karena PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan pelarut (misalnya, air) di sekitar tepi sistem pengukuran dapat membatalkan pengujian, terutama ketika bekerja pada suhu yang lebih tinggi.