소개
제품의 유변학적 특성은 소비자가 제품을 시각적, 질감적으로 인식하는 방식과 제품 사용 중에 제품이 작동하는 방식에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 매우 전단 박형 재료는 가해지는 응력의 변화에 매우 민감하게 반응하는 반면 뉴턴 재료는 그 의존도가 훨씬 낮게 나타납니다. 이러한 반응은 확산의 용이성 또는 '확산 가능성'을 고려할 때 중요합니다.
확산 과정은 그림 1과 같이 더 넓은 표면적에 분산되므로 결과적으로 층 두께가 감소합니다. 전단 속도는 적용된 속도를 레이어 두께로 나눈 값과 같으므로, 확산은 단일 전단 속도에 기인할 수 없습니다.
확산 능력을 평가하는 더 좋은 방법은 그림 2와 같이 다양한 전단 속도 범위에서 점도의 변화를 특성화하는 것입니다. 관심 영역은 전단 얇아짐 또는 파워 법칙 영역으로, 이는 적용된 전단에 의해 재료 구조가 얼마나 쉽게 분해되는지를 설명합니다. 이 영역은 일정한 기울기를 가진 점도 대 전단 속도의 로그-로그 플롯에서는 선형으로 나타나지만, 선형 스케일로 그릴 때는 파워 법칙 의존성을 보여줍니다.


수학적으로 이 흐름 곡선의 영역은 방정식 1에 주어진 파워 법칙 또는 오스트발트 데 바엘레 모델을 사용하여 설명할 수 있습니다.

k는 점도
n은 파워 법칙 지수
σ는 전단 속도
점도의 단위는 Pasn이지만 수치적으로는 1초-1에서 측정한 점도와 같습니다. 파워 법칙 지수는 매우 얇아지는 재료의 경우 0에서 뉴턴 재료의 경우 1까지입니다.
필요한 응력 입력이 낮을수록 재료가 더 쉽게 퍼집니다. K 값이 낮을수록 점도가 낮아 응력 입력이 적고, n 값이 낮을수록 전단 얇아짐이 커지므로 전단 속도가 증가함에 따라 응력 증가가 작아집니다.
이 정보는 그림 3에 표시된 것과 유사한 차트에 표시할 수 있습니다. K 값이 낮거나 n 값이 낮은 머티리얼이 가장 쉽게 퍼질 수 있습니다.

실험적
- 전단 속도 램프 테스트를 수행하고 파워 법칙 모델을 사용하여 결과 곡선을 분석하여 여러 소비자 제품의 확산 능력을 평가했습니다.
- 회전 레오미터 측정은 펠티에 플레이트 카트리지와 거친 평행 플레이트 측정 시스템1이 장착된 키넥서스 회전 레오미터를 사용하고 rSpace 소프트웨어에서 사전 구성된 표준 시퀀스를 사용하여 수행했습니다.
- 표준 로딩 시퀀스를 사용하여 두 시료가 일관되고 제어 가능한 로딩 프로토콜을 따르도록 했습니다.
- 모든 유변학 측정은 25°C에서 수행되었습니다.
- 유량 곡선은 전단 속도 램프 테스트와 이 곡선에 맞는 힘의 법칙 모델을 사용하여 생성되었습니다.
결과 및 토론
그림 4는 여러 상용 제품에 대한 점도-전단 속도 곡선과 해당 피팅 파라미터를 보여주며, 그림 5에는 후자를 그래픽으로 표현했습니다.
치약과 핸드크림의 k 값은 비슷하지만 핸드크림은 n 값이 훨씬 낮기 때문에 전단력이 더 얇아지고 퍼지기 쉽습니다. 반대로 시럽과 초콜릿 소스는 k 값이 훨씬 낮지만 전단 얇아짐이 없으므로 도포 시 두껍고 끈적끈적해 보입니다. 바디 로션은 상대적으로 k값과 n값이 모두 낮기 때문에 바르기가 훨씬 쉽습니다. 동일한 전단 속도에서 핸드크림과 시럽이 각각 퍼지는 데 필요한 응력을 정량적으로 비교하려면 n과 k 값을 방정식 1에 대입할 수 있습니다. 이 전단 속도에서 흐름을 유지하는 데 필요한 응력보다 더 두꺼운 제품 층이 있을 수 있는 1초-1의 단일 전단 속도를 고려하면 핸드크림의 경우 279Pa, 시럽의 경우 10Pa(1초-1에서 σ = k)가 됩니다. 확산 공정으로 인해 재료 층이 더 얇아지는 전단 속도 1000 s-1에서는 필요한 응력이 핸드크림의 경우 734 Pa, 시럽의 경우 10,000 Pa로 증가합니다. 이는 확산 과정에서 뉴턴이 아닌 거동의 중요성을 강조합니다.


결론
파워 법칙 모델 피팅을 사용한 전단 속도 램프 테스트는 파워 법칙 피팅 파라미터 k와n을 사용하여 다양한 상용 제품의 확산 능력을 특성화하는 데 사용되었습니다. k와n의 값이 낮을수록 점도가 낮고 전단 박리 정도가 상당히 커서 확산이 용이함을 나타냅니다.
참고하세요...
에 따르면 원뿔 및 판 또는 평행 판 형상으로 테스트를 수행하는 것이 좋으며, 입자 크기가 large 인 분산액 및 에멀젼의 경우 후자가 선호됩니다. 이러한 재료 유형은 지오메트리 표면의 미끄러짐과 관련된 아티팩트를 방지하기 위해 톱니 모양 또는 거친 지오메트리를 사용해야 할 수도 있습니다.