Введение
Многие потребительские товары упаковываются в тюбики или бутылки, где для нанесения продукта требуется прокачать его через сопло. Такие продукты, как правило, представляют собой продукты, разжижающиеся при сдвиге, где вязкость падает в процессе экструзии из-за увеличения скорости сдвига, а затем восстанавливается на выходе из отверстия при уменьшении скорости сдвига. Скорость сдвига, возникающая во время этого процесса, связана с радиусом r отверстия и объемным расходом Q следующим выражением:
Параметр n - это индекс закона мощности, который равен 1 для ньютоновской жидкости и от 0 до 1 для неньютоновской жидкости. Это значение можно легко получить из теста с переменной скоростью сдвига путем подгонки модели закона мощности к полученным данным.
Измерив объемный расход (объем, выдаваемый за определенное время) и внутренний радиус отверстия, можно оценить скорость сдвига, возникающую в процессе экструзии. Это значение можно ввести в тест на ступенчатую скорость сдвига (рис. 1), при котором образец подвергается сдвигу при низкой скорости сдвига в течение определенного времени (до экструзии), после чего скорость сдвига увеличивается до интересующей вас скорости сдвига. Восстановление вязкости происходит по мере снижения скорости сдвига до первоначального значения. Этот тест показывает, насколько быстро образец восстанавливает свою вязкость после процесса экструзии, и указывает на толщину или вязкость продукта на момент использования.
Тиксотропные свойства могут быть определены путем измерения конечной вязкости в конце первого этапа и времени, которое требуется для восстановления определенного процента этой вязкости на последнем этапе испытания. Это значение может использоваться для сравнения продуктов или составов и применимо в широком спектре отраслей и областей применения.
Экспериментальный
- Свойства восстановления вязкости зубной пасты и лосьона для тела оценивались в условиях скорости сдвига, связанной с экструзией продукта во время использования.
- Измерения проводились с помощью ротационного реометра Kinexus с картриджем с пластинами Пельтье и измерительной системой с шероховатыми параллельными пластинами1, а также с использованием стандартных предварительно сконфигурированных последовательностей в программном обеспечении rSpace.
- Стандартная последовательность загрузки использовалась для того, чтобы гарантировать, что оба образца подвергались последовательному и контролируемому протоколу загрузки.
- Все реологические измерения проводились при 25°C.
- Соответствующие скорости сдвига при экструзии были автоматически рассчитаны в рамках последовательности испытаний с использованием введенных значений объема экструдированного материала, времени экструзии и радиуса отверстия. Испытание было запрограммировано на использование этого рассчитанного значения в качестве промежуточной скорости сдвига в испытании со ступенчатой скоростью сдвига, при этом на этапах 1 и 2 использовалась постоянная скорость сдвига 0,1 с-1.
- Время восстановления 90 % исходной вязкости продукта определялось автоматически и сообщалось в конце испытания.
Результаты и обсуждение
Автоматический калькулятор оценил скорость сдвига при экструзии для доставки продукта в 34 с-1 для зубной пасты и 840 с-1 для лосьона для тела. Эти значения были использованы на промежуточном этапе испытания.
На рисунке 2 показаны результаты для зубной пасты. Очевидно, что это высокотиксотропный материал, поскольку он не полностью восстанавливает свою структуру за время испытания, достигая лишь 70 % от первоначальной вязкости, и для достижения этого уровня восстановления требуется около 6 минут.
в отличие от этого, лосьон для тела, показанный на рисунке 3, восстанавливает почти всю свою первоначальную вязкость всего за 7 секунд, чтобы достичь такого же процентного восстановления, как и зубная паста, и за 23 секунды, чтобы достичь 90 % восстановления. В сравнении с этим материалом он считается практически не тиксотропным.
С точки зрения потребителя, это означает, что лосьон для тела очень быстро восстанавливает свою структуру после контакта с кожей, что может предотвратить чрезмерное растекание или возможное стекание. Зубная паста будет иметь более низкую вязкость на щетке перед чисткой зубов, что облегчит ее распределение во рту и, возможно, повлияет на сенсорные свойства. Важно, однако, чтобы вязкость не была настолько низкой, чтобы продукт мог протекать через щетинки или провисать на щетке.
Заключение
Трехступенчатый тест на скорость сдвига был проведен для зубной пасты и лосьона для тела, чтобы оценить степень восстановления вязкости после экструзии из тюбика и флакона соответственно. Оказалось, что зубная паста обладает высокой тиксотропностью и восстанавливает 70 % своей первоначальной вязкости за 6 минут. Лосьон для тела достигает такой же степени восстановления всего за 7 секунд и может считаться не тиксотропным
1Пожалуйста,обратите внимание...
рекомендуется проводить испытания с использованием геометрии конуса и пластины или параллельной пластины, причем последняя предпочтительнее для дисперсий и эмульсий с размером частиц large. Для таких типов материалов также может потребоваться использование зубчатых или шероховатых геометрий, чтобы избежать артефактов, связанных с проскальзыванием на поверхности геометрии.