Introducere
Evaluarea stabilității pe termen lung a unei dispersii sau emulsii poate fi un proces anevoios și consumator de timp; cu toate acestea, este esențial să se asigure că un produs îndeplinește standardele de calitate. Formulatorii obțin adesea stabilitatea printr-o combinație de efecte: minimizarea tensiunii interfaciale, creșterea repulsiei sterice sau electrostatice a fazei dispersate și/sau prin creșterea vâscozității fazei continue. Pentru dispersiile diluate, efectul combinat al acestor factori poate fi adesea reflectat în vâscozitatea la forfecare zero, care poate oferi o indicație a vitezei la care picăturile se vor coagula și separa sau dispersiile se vor sedimenta. Pentru sistemele care sunt mai concentrate, poate apărea formarea unei structuri de rețea prin interacțiunea fazei dispersate sau prin blocarea particulelor/picăturilor. În acest caz, stabilitatea va fi legată în mare măsură de rezistența structurii rețelei, care poate fi cuantificată prin tensiunea de curgere.
Pentru stabilitate, tensiunea de curgere trebuie să fie mai mare decât tensiunea impusă de faza dispersată sub influența gravitației. Aceasta poate fi estimată din următoarea ecuație:
Există o serie de teste experimentale pentru determinarea tensiunii de curgere. Una dintre cele mai rapide și mai ușoare metode este efectuarea unei scanări a tensiunii de forfecare și determinarea tensiunii la care se observă un vârf de vâscozitate. Înainte de acest vârf de vâscozitate, materialul este supus unei deformări elastice. Prin urmare, acest vârf reprezintă punctul în care structura elastică se rupe (cedează) și materialul începe să curgă.
Pentru ca un sistem să fie stabil, tensiunea de curgere trebuie să fie suficientă pentru a rezista solicitărilor impuse de particulele dispersate, dar și solicitărilor suplimentare care pot fi întâlnite în timpul transportului produsului, de exemplu.
Această notă de aplicare prezintă metodologia și datele pentru evaluarea stabilității a două produse de gel de duș (gel de duș pentru corp) în funcție de capacitatea acestora de a suspenda bule ca o cerință a produsului.
Experimental
- Au fost evaluate două geluri de duș din comerț; unul conținând numai agent tensioactiv și celălalt conținând agent tensioactiv și un agent de îngroșare asociativ.
- Ultimul produs a fost formulat special pentru a putea suspenda bule în sticlă în timp ce produsul se află pe raft (notă - pentru a elimina influența bulelor asupra comportamentului reologic, bulele din această probă au fost eliminate prin centrifugare înainte de testare).
- În software-ul rSpace a fost utilizat un calculator de StresTensiunea este definită ca un nivel al forței aplicate pe o probă cu o secțiune transversală bine definită. (Tensiune = forță/zonă). Eșantioanele cu secțiune circulară sau dreptunghiulară pot fi comprimate sau întinse. Materialele elastice, cum ar fi cauciucul, pot fi întinse până la de 5 până la 10 ori lungimea lor inițială.stres al particulelor pentru a calcula stresul impus de o particulă dispersată asupra mediului înconjurător medium, cu proprietățile particulei ca date de intrare ale utilizatorului (a se vedea ecuația 1).
- Măsurătorile cu reometrul rotațional au fost efectuate folosind un reometru Kinexus cu un cartuș cu plăci Peltier și un sistem de măsurare cu con și placă1 și utilizând secvențe standard preconfigurate în software-ul rSpace.
- A fost utilizată o secvență de încărcare standard pentru a se asigura că ambele probe au fost supuse unui protocol de încărcare consecvent și controlabil.
- Toate măsurătorile reologice au fost efectuate la 25°C.
- A fost efectuată o rampă de tensiune de forfecare, iar datele au fost analizate utilizând o analiză de vârf pentru a determina tensiunea de curgere.
- Magnitudinea tensiunii de curgere a produsului este apoi comparată cu tensiunea impusă calculată din proprietățile particulelor dispersate pentru a evalua stabilitatea pe termen lung a sistemului.
Rezultate și discuții
Figura 1 prezintă curbele vâscozității în funcție de solicitare pentru cele două probe de gel de duș în testul de solicitare în rampă. Datele pentru Bodywash 2 prezintă un vârf clar de vâscozitate în cadrul testului în rampă, în timp ce datele pentru Bodywash 1 sunt relativ plate. Acest lucru implică faptul că Bodywash 2 prezintă o rigidizare la deformare asociată cu o Tensiunea de cedareTensiunea de cedare este definită ca fiind tensiunea sub care nu se produce nicio curgere; literalmente, se comportă ca un solid slab în repaus și ca un lichid atunci când este cedat.tensiune de curgere, în timp ce Bodywash 1 se comportă ca un lichid cu o vâscozitate de forfecare zero.
În unele cazuri, lichidele vâscoelastice pot prezenta un ușor vârf de vâscozitate, chiar dacă nu posedă o adevărată Tensiunea de cedareTensiunea de cedare este definită ca fiind tensiunea sub care nu se produce nicio curgere; literalmente, se comportă ca un solid slab în repaus și ca un lichid atunci când este cedat.tensiune de curgere. În acest caz, poate fi necesară discreția utilizatorului sau, alternativ, confirmarea cu ajutorul unui test alternativ, cum ar fi un test de fluaj sau un test al vitezei de forfecare pentru a confirma prezența unei vâscozități de forfecare zero2.
Tensiunea de curgere măsurată pentru Bodywash 2 a fost de 4 Pa.
Folosind ecuația 1, putem prezice că tensiunea impusă de o bulă de aer cu diametrul de 100 μm ar fi de aproximativ 0,65 Pa, prin urmare o Tensiunea de cedareTensiunea de cedare este definită ca fiind tensiunea sub care nu se produce nicio curgere; literalmente, se comportă ca un solid slab în repaus și ca un lichid atunci când este cedat.tensiune de curgere de 4 Pa ar trebui să fie suficientă pentru a suspenda faza de bulă, deși tensiunile suplimentare întâlnite în timpul transportului și reducerea potențială a rezistenței rețelei datorită temperaturii crescute trebuie, de asemenea, luate în considerare.
Deoarece Bodywash 1 nu are o Tensiunea de cedareTensiunea de cedare este definită ca fiind tensiunea sub care nu se produce nicio curgere; literalmente, se comportă ca un solid slab în repaus și ca un lichid atunci când este cedat.tensiune de curgere, este necesară o valoare precisă a vâscozității de forfecare zero pentru a evalua stabilitatea, cum ar fi analiza unui test de fluaj. Datele de la acest test au arătat că vâscozitatea de forfecare zero este de 8 Pas și, din această cifră, s-a prezis o rată de creștere a bulelor de aproximativ 6 cm pe zi pentru o bulă de 100 μm. Acest lucru este în mod clar inacceptabil pentru menținerea stabilității pe termen lung a sistemului dispersat, iar încorporarea unei tensiuni de curgere ar fi necesară pentru a oferi stabilitatea pe termen lung și durata de depozitare necesare pentru un produs de suspendare a bulelor.
Concluzie
Două geluri de duș au fost comparate cu ajutorul unui test în rampă al tensiunii de curgere. S-a demonstrat că gelul de duș pentru corp 2, care conține un agent de îngroșare asociativ, are o Tensiunea de cedareTensiunea de cedare este definită ca fiind tensiunea sub care nu se produce nicio curgere; literalmente, se comportă ca un solid slab în repaus și ca un lichid atunci când este cedat.tensiune de curgere capabilă să suspende bulele de gaz. Bodywash 1, care nu conține niciun agent de îngroșare suplimentar, a avut o vâscozitate la forfecare zero insuficientă pentru a promova stabilitatea pe termen lung. Prin urmare, testul oferă o modalitate rapidă și convenabilă de a prezice stabilitatea suspensiei pentru o anumită dimensiune și DensitateDensitatea masică este definită ca raportul dintre masă și volum. densitate a particulelor.
Vă rugăm să rețineți...
că poate fi utilizată și o geometrie cu plăci paralele - această geometrie fiind preferată pentru dispersii și emulsii cu dimensiuni ale particulelor large. Aceste tipuri de materiale pot necesita, de asemenea, utilizarea unor geometrii zimțate sau rugoase pentru a evita artefactele legate de alunecarea la suprafața geometriei.