Avaliação das características de espalhamento do produto no reômetro rotacional usando o modelo de lei de potência

Introdução

As propriedades reológicas de um produto podem influenciar a forma como ele é visual e textualmente percebido pelo consumidor e como ele provavelmente se comportará durante o uso do produto. Por exemplo, os materiais com Desbaste por cisalhamentoO tipo mais comum de comportamento não newtoniano é o afinamento por cisalhamento ou fluxo pseudoplástico, em que a viscosidade do fluido diminui com o aumento do cisalhamento.diluição por cisalhamento muito acentuada serão altamente sensíveis às mudanças na EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão aplicada, enquanto os materiais newtonianos apresentarão uma dependência muito menor. Essa resposta é importante quando se considera a facilidade de espalhamento ou "capacidade de espalhamento".

O processo de espalhamento causa uma consequente redução na espessura da camada, pois ela é distribuída em uma área de superfície mais ampla, conforme mostrado na Figura 1. Como a taxa de cisalhamento é igual à velocidade aplicada dividida pela espessura da camada, o espalhamento não pode ser atribuído a uma única taxa de cisalhamento.

Uma maneira melhor de avaliar a capacidade de espalhamento é caracterizar a mudança na viscosidade em uma faixa de taxas de cisalhamento, conforme mostrado na Figura 2. A região de interesse é a região de afinamento por cisalhamento ou de lei de potência, pois ela descreve a facilidade com que a estrutura do material se rompe com o cisalhamento aplicado. Essa região parece linear em um gráfico logarítmico de viscosidade versus taxa de cisalhamento com um gradiente constante, mas mostra a dependência da lei de potência quando plotada em uma escala linear.

1) Diagrama indicando como a espessura da camada do produto muda durante o espalhamento
2) Diagrama mostrando uma curva de fluxo ideal e os modelos relevantes para descrever sua forma

Matematicamente, essa região da curva de fluxo pode ser descrita usando a lei de potência ou o modelo de Ostwald de Waele, conforme a Equação 1.

k é a consistência
n é o índice da lei de potência
σ é a taxa de cisalhamento

A consistência tem as unidades de Pasn, mas é numericamente igual à viscosidade medida a 1 s-1. O índice de lei de potência varia de 0 para materiais com muito afinamento por cisalhamento a 1 para materiais newtonianos.

Quanto menor for a entrada de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão necessária, mais fácil será a propagação do material. Um valor menor de k significa menor viscosidade e, portanto, menor entrada de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão, enquanto um valor menor de n indica maior afinamento por cisalhamento, o que se traduz em um smallaumento da EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão com o aumento da taxa de cisalhamento.

Essas informações podem ser representadas em um gráfico semelhante ao mostrado na Figura 3. Os materiais com valores baixos de k e/ou valores baixos de n devem ser mais fáceis de espalhar.

3) Diagrama mostrando como diferentes produtos podem se encaixar em um gráfico de k versus n

Experimental

Resultados e discussão

A Figura 4 mostra a curva de viscosidade-taxa de cisalhamento de vários produtos comerciais e seus parâmetros de ajuste correspondentes, com a apresentação gráfica dos últimos na Figura 5.

Embora a pasta de dente e o creme para as mãos tenham valores k semelhantes, o creme para as mãos tem um valor n muito menor, o que o torna mais fino ao cisalhamento e mais fácil de espalhar. Por outro lado, o xarope e a calda de chocolate têm valores de k muito mais baixos, mas não são diluídos por cisalhamento, por isso parecem espessos e pegajosos durante a aplicação. A loção corporal tem valores de k e n relativamente baixos, o que facilita muito a aplicação. Para comparar quantitativamente o requisito de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão para espalhar um creme para as mãos e um xarope, respectivamente, em taxas de cisalhamento equivalentes, os valores de n e k podem ser substituídos na Equação 1. Considerando uma taxa de cisalhamento única de 1 s-1, que pode equivocar uma camada de produto mais espessa, a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão necessária para manter o fluxo nessa taxa de cisalhamento é de 279 Pa para o creme para as mãos e 10 P a para o xarope (σ = k a 1 s-1). Em uma taxa de cisalhamento de 1.000 s-1, que estaria relacionada a uma camada mais fina de material resultante do processo de espalhamento, a exigência de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão aumenta para 734 Pa para o creme para as mãos e 10.000 Pa para o xarope. Isso destaca a importância do comportamento Não newtonianoUm fluido não newtoniano é aquele que apresenta uma viscosidade que varia em função da taxa de cisalhamento ou da tensão de cisalhamento aplicada.não newtoniano no processo de espalhamento.

4) Curvas de fluxo e parâmetros de ajuste do modelo para várias amostras
5) Parâmetros de ajuste do modelo k e n plotados um contra o outro

Conclusão

Um teste de rampa de taxa de cisalhamento com um ajuste de Modelo de lei de potênciaO modelo de lei de potência é um modelo reológico comum para quantificar (normalmente) a natureza de diluição por cisalhamento de uma amostra, sendo que o valor mais próximo de zero indica um material com maior diluição por cisalhamento.modelo de lei de potência foi usado para caracterizar a capacidade de espalhamento de vários produtos comerciais usando os parâmetros de ajuste de lei de potência k e n. Valores baixos de k e n indicam viscosidade mais baixa e um grau maior de afinamento por cisalhamento, o que contribuirá para um espalhamento mais fácil.

Observe...

recomenda-se que o teste seja realizado com geometria de cone e placa ou placa paralela, sendo que a última é preferível para dispersões e emulsões com large tamanhos de partículas. Esses tipos de materiais também podem exigir o uso de geometrias serrilhadas ou rugosas para evitar artefatos relacionados ao deslizamento na superfície da geometria.