소개
네트워크 형성 폴리머, 계면활성제 중상 및 농축 에멀젼과 같은 많은 복잡한 유체는 가해진 응력이 항복 응력이라고 하는 특정 임계값을 초과할 때까지 흐르지 않습니다. 이러한 거동을 보이는 재료를 항복 유동 거동이라고 합니다. 따라서 항복 응력은 시료가 흐르기 시작하기 전에 시료에 가해야 하는 응력으로 정의됩니다. 항복 응력 이하에서는 시료가 스프링이 늘어나는 것처럼 탄성 변형되고, 항복 응력 이상에서는 시료가 액체처럼 흐릅니다.
항복 응력이 있는 대부분의 유체는 시스템의 전체 부피에 걸쳐 확장되는 구조적 골격으로 간주할 수 있습니다. 골격의 강도는 분산상의 구조와 그 상호 작용에 의해 결정됩니다. 일반적으로 연속상은 점도가 낮지만, 분산상의 부피 분율이 높으면 점도가 수천 배까지 증가하여 정지 상태에서 고체와 같은 거동을 유도할 수 있습니다.
항복 거동을 보이는 복잡한 유체가 0.01~0.1초-1 범위의 낮은 전단 속도에서 임계 변형률 이하로 전단되면 시스템은 작업 경화를 겪게 됩니다. 이는 고체와 같은 거동의 특징이며 전단 필드에서 탄성 요소가 늘어나기 때문에 발생합니다. 이러한 탄성 요소가 임계 변형률에 가까워지면 구조가 파괴되기 시작하여 전단 얇아짐(변형률 연화)과 그에 따른 흐름이 발생합니다. 구조 골격의 이러한 치명적인 파괴가 발생하는 응력이 항복 응력입니다.
항복 응력을 결정하기 위한 여러 가지 실험적 테스트가 있습니다. 가장 빠르고 쉬운 방법 중 하나는 전단 응력 스윕을 수행하여 점도 피크가 관찰되는 응력을 결정하는 것입니다. 이 점도 피크 이전에 재료는 탄성 변형을 겪고 있습니다. 따라서 이 피크는 탄성 구조가 파괴(항복)되고 재료가 흐르기 시작하는 지점을 나타냅니다. 이는 그림 1에 나와 있습니다.
이 애플리케이션 노트는 제형이 다른 두 가지 샤워 젤(바디워시) 제품에 대한 스트레스 램프 테스트의 방법론과 데이터를 보여줍니다.
항복 응력은 시료가 흐르기 시작하기 전에 시료에 가해야 하는 응력으로 정의됩니다.
실험적
- 계면활성제만 함유된 제품과 계면활성제와 점증제를 함께 함유한 두 가지 상업용 샤워 젤 제품을 평가했습니다.
- 회전 레오미터 측정은 펠티에 플레이트 카트리지와 콘 및 플레이트 측정 시스템1이 장착된 키넥서스 레오미터를 사용하고 rSpace 소프트웨어에서 사전 구성된 표준 시퀀스를 활용하여 수행했습니다.
- 표준 로딩 시퀀스를 사용하여 시료가 일관되고 제어 가능한 로딩 프로토콜을 따르도록 했습니다.
- 전단 응력 램프가 수행되고 피크 분석을 사용하여 데이터를 분석하여 항복 응력을 결정했습니다.
- 모든 유변학 측정은 25°C에서 수행되었습니다.
결과 및 토론
그림 2는 스트레스 램프 테스트에서 두 샤워 젤 샘플의 스트레스 곡선에 대한 점도를 보여줍니다. 바디워시 2의 데이터는 스트레스 램프 테스트에서 명확한 점도 피크를 보이는 반면, 바디워시 1의 데이터는 상대적으로 평평합니다. 이는 바디워시 2가 항복 응력과 관련된 변형 경화를 보이는 반면 바디워시 1은 전단 점도가 0인 액체처럼 행동한다는 것을 의미합니다. 바디워시 2의 측정된 항복 응력은 4 Pa였습니다. 경우에 따라 점탄성 액체는 실제 항복 응력이 없더라도 점도가 약간의 피크를 보일 수 있습니다.
이 경우 사용자의 재량이 필요하거나 크리프 테스트 또는 전단 속도 테스트와 같은 대체 테스트를 사용하여 제로 전단 점도가 없는지 확인해야 할 수 있습니다2.
결론
회전 레오미터에서 항복 응력 램프 테스트를 통해 두 샤워 젤 제품을 비교했습니다. 연관 증점제를 함유한 바디워시 2는 항복 응력이 4 Pa로 나타났고, 바디워시 1은 응력 램프 테스트에서 점도 피크가 나타나지 않았으므로 항복 응력이 없는 것으로 간주되었습니다.
1콘및 플레이트 또는 평행 플레이트 지오메트리로 테스트를 수행할 수 있으며, 입자 크기가 large 인 분산액 및 에멀젼의 경우 후자가 선호된다는 점에 유의하시기 바랍니다. 이러한 재료 유형은 지오메트리 표면의 미끄러짐과 관련된 아티팩트를 방지하기 위해 톱니 모양 또는 거친 지오메트리를 사용해야 할 수도 있습니다.