Introduzione
Valutare la stabilità a lungo termine di una dispersione o di un'emulsione può essere un processo noioso e lungo; tuttavia, è essenziale per garantire che un prodotto soddisfi gli standard di qualità. I formulatori spesso ottengono la stabilità attraverso una combinazione di effetti: riducendo al minimo la tensione interfacciale, aumentando la repulsione sterica o elettrostatica della fase dispersa e/o aumentando la viscosità della fase continua. Per le dispersioni diluite, l'effetto combinato di questi fattori si riflette spesso nella viscosità a taglio zero, che può dare un'indicazione della velocità di coalescenza e separazione delle gocce o di sedimentazione delle dispersioni. Per i sistemi più concentrati, può verificarsi la formazione di una struttura a rete attraverso l'interazione della fase dispersa o l'incastro di particelle/gocce. In questo caso, la stabilità sarà largelata alla forza della struttura a rete, che può essere quantificata dalla Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento.
Per garantire la stabilità, la Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento deve essere maggiore della tensione imposta dalla fase dispersa sotto l'influenza della gravità. Questo valore può essere stimato dalla seguente equazione:
Esistono diversi test sperimentali per determinare la Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento. Uno dei metodi più semplici e veloci consiste nell'eseguire un'analisi delle sollecitazioni di taglio e nel determinare la sollecitazione alla quale si osserva un picco di viscosità. Prima di questo picco di viscosità, il materiale subisce una deformazione elastica. Questo picco rappresenta quindi il punto in cui la struttura elastica si rompe (cede) e il materiale inizia a fluire.
Affinché un sistema sia stabile, la Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento deve essere sufficiente a sopportare le sollecitazioni imposte dalle particelle disperse, ma anche le sollecitazioni aggiuntive che si possono incontrare, ad esempio, durante il trasporto del prodotto.
Questa nota applicativa illustra la metodologia e i dati per la valutazione della stabilità di due prodotti per gel doccia (bodywash) rispetto alla loro capacità di sospendere le bolle come requisito del prodotto.
Sperimentale
- Sono stati valutati due prodotti commerciali per gel doccia: uno contenente solo tensioattivi e l'altro contenente tensioattivi e un addensante associativo.
- Quest'ultimo prodotto è stato specificamente formulato per essere in grado di sospendere le bolle nel flacone mentre il prodotto è sullo scaffale (nota: per eliminare l'influenza delle bolle sul comportamento reologico, le bolle in questo campione sono state rimosse mediante centrifugazione prima del test).
- Nel software rSpace è stato utilizzato un calcolatore di Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.stress delle particelle per calcolare Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.lo stress imposto da una particella dispersa all'ambiente circostante medium, con le proprietà della particella come input dell'utente (vedere Equazione 1).
- Le misure al reometro rotazionale sono state effettuate utilizzando un reometro Kinexus con una cartuccia a piastra di Peltier e un sistema di misura a cono e a piastra1, e utilizzando sequenze standard preconfigurate nel software rSpace.
- È stata utilizzata una sequenza di caricamento standard per garantire che entrambi i campioni fossero sottoposti a un protocollo di caricamento coerente e controllabile.
- Tutte le misure reologiche sono state eseguite a 25°C.
- È stata eseguita una rampa di sollecitazione di taglio e i dati sono stati analizzati utilizzando un'analisi dei picchi per determinare la Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento.
- L'entità dello Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.sforzo di snervamento del prodotto viene poi confrontata con lo sforzo imposto calcolato in base alle proprietà del particolato disperso per valutare la stabilità a lungo termine del sistema.
Risultati e discussione
La Figura 1 mostra le curve di viscosità in funzione dello Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.stress per i due campioni di gel doccia nel test della rampa di Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.stress. I dati del Bodywash 2 mostrano un chiaro picco di viscosità nella prova di rampa di Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.stress, mentre i dati del Bodywash 1 sono relativamente piatti. Ciò implica che il Bodywash 2 mostra un indurimento da deformazione associato a una tensione di snervamento, mentre il Bodywash 1 si comporta come un liquido con una viscosità di taglio pari a zero.
In alcuni casi, i liquidi viscoelastici possono mostrare un leggero picco di viscosità anche se non hanno una vera tensione di snervamento. In questo caso, può essere necessaria la discrezione dell'utente o, in alternativa, la conferma dell'utilizzo di un test alternativo come il test di scorrimento o il test dei tassi di taglio per confermare la presenza di una viscosità a taglio zero2.
La tensione di snervamento misurata per il Bodywash 2 è stata di 4 Pa.
Utilizzando l'equazione 1, possiamo prevedere che Lo stressLa sollecitazione è definita come un livello di forza applicato su un campione con una sezione trasversale ben definita. (Sollecitazione = forza/area). I campioni con sezione trasversale circolare o rettangolare possono essere compressi o allungati. I materiali elastici come la gomma possono essere allungati fino a 5-10 volte la loro lunghezza originale.lo stress imposto da una bolla d'aria di 100 μm di diametro sarebbe di circa 0,65 Pa, quindi una tensione di snervamento di 4 Pa dovrebbe essere sufficiente a sospendere la fase a bolle, sebbene si debbano considerare anche le sollecitazioni aggiuntive incontrate durante il trasporto e la potenziale riduzione della resistenza della rete dovuta all'aumento della temperatura.
Poiché il Bodywash 1 non ha una tensione di snervamento, per valutare la stabilità è necessario un valore accurato della viscosità di taglio zero, come l'analisi di un test di creep. I dati di questo test hanno mostrato che la viscosità di taglio zero è di 8 Pas e da questo dato è stata prevista una velocità di aumento delle bolle di circa 6 cm al giorno per una bolla di 100 μm. Questo è chiaramente inaccettabile per mantenere la stabilità a lungo termine del sistema disperso e l'incorporazione di una tensione di snervamento sarebbe necessaria per garantire la stabilità a lungo termine e la durata di conservazione di un prodotto che sospende le bolle.
Conclusione
Due gel doccia sono stati confrontati utilizzando un test a rampa di snervamento. Il bodywash 2, che contiene un addensante associativo, ha dimostrato di avere una tensione di snervamento in grado di sospendere le bolle di gas. Il Bodywash 1, che non contiene addensanti aggiuntivi, aveva una viscosità a taglio zero insufficiente a promuovere la stabilità a lungo termine. Il test offre quindi un metodo rapido e conveniente per prevedere la stabilità della sospensione per una determinata dimensione e densità delle particelle.
Si prega di notare...
che può essere utilizzata anche una geometria a piatti paralleli, preferibile per le dispersioni e le emulsioni con particelle di large dimensioni. Questi tipi di materiali possono anche richiedere l'uso di geometrie dentellate o ruvide per evitare artefatti legati allo scivolamento sulla superficie della geometria.