Introdução
Muitos produtos de consumo são embalados em tubos ou garrafas em que a aplicação do produto envolve o bombeamento do produto por um bocal. Esses produtos tendem a ser produtos de afinamento por cisalhamento, em que a viscosidade cai durante o processo de extrusão devido ao aumento da taxa de cisalhamento e, em seguida, se recupera ao sair do orifício à medida que a taxa de cisalhamento é reduzida. A taxa de cisalhamento encontrada durante esse processo está relacionada ao raio, r, do orifício e à taxa de fluxo volumétrico Q pela seguinte expressão:
O parâmetro n é o índice da lei de potência, que é 1 para um líquido newtoniano e entre 0 e 1 para um fluido 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. Esse valor pode ser prontamente obtido em um teste de taxa de cisalhamento variável, ajustando um 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 aos dados resultantes.
Ao medir a taxa de fluxo volumétrico (volume dispensado em um determinado tempo) e o raio interno do orifício, é possível estimar a taxa de cisalhamento encontrada durante a extrusão.
Como muitos produtos de consumo, incluindo alimentos, revestimentos e produtos de higiene pessoal/cosméticos, podem ter microestruturas muito delicadas, essas estruturas são facilmente quebradas durante o processo de extrusão e podem não recuperar sua estrutura original até que um tempo finito tenha passado. Os materiais que têm uma recuperação ou reconstrução estrutural dependente do tempo são chamados de tixotrópicos. Ao calcular a taxa de cisalhamento encontrada durante a extrusão e usá-la no estágio intermediário de um teste de taxa de cisalhamento de deformação escalonada, é possível imitar a quebra estrutural resultante da extrusão.
Seguindo imediatamente a recuperação estrutural por meio do Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo elástico G' em função do tempo, é possível determinar a recuperação estrutural do sistema e, por fim, a integridade estrutural do produto no momento do uso. Isso pode ser importante em termos de aparência física (resistência à queda), textura em uso ou funcionalidade do produto, por exemplo, a capacidade de aderir a uma superfície vertical.
Experimental
- As propriedades de recuperação estrutural da pasta de dente e de um gel para cabelo foram avaliadas sob condições de taxa de cisalhamento associadas à extrusão do produto durante o uso.
- As medições do reômetro rotacional foram feitas usando um reômetro rotacional Kinexus com um cartucho de placa Peltier e um sistema de medição de placa paralela rugosa1, e usando sequências padrão pré-configuradas no software rSpace.
- Uma sequência de carregamento padrão foi usada para garantir que ambas as amostras estivessem sujeitas a um protocolo de carregamento consistente e controlável.
- Todas as medições reológicas foram realizadas a 25°C.
- As taxas de cisalhamento de extrusão relevantes foram calculadas automaticamente como parte da sequência de teste usando valores inseridos de volume extrudado, tempo de extrusão e raio de abertura. O teste foi programado para usar esse valor calculado como a taxa de cisalhamento intermediária em um teste de taxa de cisalhamento em etapas com a etapa 1 e a etapa 2 empregando um valor 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 constante dentro das amostras Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.LVER em uma frequência de 1 Hz.
- O tempo para recuperar 90% da elasticidade original dos produtos (G') foi determinado automaticamente e informado no final do teste.
Resultados e discussão
O calculador automático avaliou a taxa de cisalhamento no processo de extrusão como sendo 86 s-1 para o creme dental e 240 s-1 para o gel de cabelo. Esses valores foram usados no estágio intermediário da taxa de cisalhamento do teste.
A Figura 1 mostra os resultados da pasta de dente. Claramente, esse é um material altamente tixotrópico, conforme observado na curva de recuperação, que mostra que ele não recupera totalmente sua estrutura na escala de tempo do teste, atingindo apenas 50% de seu valor original de G' após aproximadamente 500 segundos.
Por outro lado, o gel para cabelo (Figura 2) recupera sua estrutura quase instantaneamente, com 90% da recuperação ocorrendo nos primeiros 5 segundos e a recuperação completa em 20 segundos. Isso é importante para esse produto, pois ele precisa proporcionar fixação instantânea ao cabelo antes que a resina possa formar uma película elástica para uma fixação de longo prazo.
Observe que ambos os materiais parecem apresentar comportamento 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 de escoamento na frequência medida, pois G' excede G", indicando uma microestrutura interconectada ou sólida dominante.
Conclusão
Um teste de taxa de deformação/cisalhamento em três etapas foi realizado em um creme dental e em um gel de cabelo para avaliar a taxa e a extensão da recuperação da elasticidade após a extrusão de um tubo. A pasta de dente demonstrou ser altamente tixotrópica, levando 500 segundos para recuperar 50% de sua elasticidade original, enquanto o gel de cabelo se recuperou quase imediatamente.
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.