Introduzione
Molti prodotti di consumo sono confezionati in tubi o bottiglie e l'applicazione del prodotto prevede il pompaggio attraverso un ugello. Questi prodotti tendono a essere prodotti shear-thinning, in cui la viscosità diminuisce durante il processo di estrusione a causa dell'aumento della velocità di taglio, per poi recuperare all'uscita dell'ugello quando la velocità di taglio si riduce. La velocità di taglio incontrata durante questo processo è correlata al raggio r dell'orifizio e alla portata volumetrica Q dalla seguente espressione:
Il parametro n è l'indice della legge di potenza, che è pari a uno per un liquido newtoniano e compreso tra 0-1 per un fluido Non newtonianoUn fluido non newtoniano è un fluido che presenta una viscosità che varia in funzione della velocità di taglio o dello sforzo di taglio applicato.non newtoniano. Questo valore può essere facilmente ottenuto da un test di velocità di taglio variabile adattando un modello di legge di potenza ai dati risultanti.
Misurando la portata volumetrica (volume erogato in un determinato tempo) e il raggio interno dell'orifizio, è possibile stimare la velocità di taglio incontrata durante il processo di estrusione. Questo valore può essere utilizzato in un test di shear rate loop, che fa passare la velocità di taglio da un valore basso (prima dell'estrusione) alla velocità di taglio di interesse e viceversa. Questo test consente di determinare la quantità 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 necessaria per estrudere, spruzzare o versare il prodotto e il grado di recupero della viscosità dopo questo processo, che determinerà in ultima analisi lo spessore del prodotto in uso. Questo può essere quantificato misurando l'area racchiusa tra le curve di salita e discesa.
Sperimentale
- Le proprietà di estrusione di un dentifricio e di una lozione per il corpo sono state valutate e confrontate in condizioni rilevanti per il processo.
- Le misure al reometro rotazionale sono state effettuate utilizzando un reometro rotazionale Kinexus con una cartuccia a piastre di Peltier e un sistema di misura a piastre parallele irruvidite1 e utilizzando sequenze standard preconfigurate nel software rSpace.
- È stata utilizzata una sequenza di caricamento standard per garantire che il campione fosse sottoposto a un protocollo di caricamento coerente e controllabile.
- Tutte le misure reologiche sono state effettuate a 25°C.
- Le velocità di estrusione sono state calcolate automaticamente come parte della sequenza di prova, utilizzando i valori immessi di volume estruso, tempo di estrusione e raggio di apertura. Il test è stato programmato per utilizzare questo valore calcolato come massima velocità di taglio in una rampa di velocità di taglio "su e giù".
- Sono state riportate le sollecitazioni misurate alla velocità di taglio calcolata e l'area tra le curve "su e giù". Il primo indica il requisito 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 per l'estrusione e il secondo il grado di recupero della viscosità (tixotropia) dopo l'estrusione.
Risultati e discussione
Il calcolatore automatico ha determinato una velocità di taglio di circa 2000 s-1 per la lozione per il corpo e ha quindi eseguito automaticamente una rampa di velocità di taglio tra 0,1 s-1 e 2000 s-1 e viceversa. I risultati mostrati nella Figura 1 mostrano che la viscosità alla velocità di taglio rappresentativa è di 0,143 Pas e richiederebbe uno sforzo di taglio applicato (associato alla spremitura) di 274 Pa per estrudere il prodotto. Inoltre, l'analisi dell'area fornisce un valore di soli 18 che suggerisce che il prodotto recupera rapidamente la sua viscosità dopo l'estrusione ed è quindi non tissotropico.
Per il dentifricio illustrato nella Figura 2, la velocità di estrusione è stata calcolata pari a circa 33 s-1. La viscosità alla velocità di taglio rappresentativa è di 19,73 Pas e richiederebbe uno sforzo di taglio applicato di 643 Pa per estrudere il prodotto. Questo materiale sembra essere tixotropico poiché l'area tra la curva superiore e quella inferiore ha un valore molto più alto, pari a 775. Il leggero picco di viscosità osservato all'inizio della prova per entrambi i campioni è il risultato di una deformazione elastica all'avvio e ci si aspetterebbe di vederlo per entrambi i prodotti, dato che entrambi hanno tensioni di snervamento [1].
Conclusioni
Sono stati calcolati i valori di shear rate relativi all'estrusione di una crema per la pelle da un flacone e di un dentifricio da un tubetto e sono stati inseriti automaticamente in un test di rampa di shear rate ´su e giù`. I risultati hanno mostrato che per erogare la crema per la pelle alla velocità desiderata sarebbe necessario uno sforzo di taglio di 274 Pa e per il dentifricio di 643 Pa. La determinazione dell'area tra le curve di salita e discesa ha mostrato che la crema per il corpo non era tissotropica, mentre il dentifricio mostrava un comportamento tissotropico.
Si prega di notare...
si raccomanda di eseguire i test con geometria a cono e piastra o a piastra parallela, preferendo quest'ultima 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.