Inledning
Många komplexa vätskor, t.ex. nätverksbildande polymerer, mesofaser av ytaktiva ämnen och koncentrerade emulsioner, flyter inte förrän den pålagda spänningen överstiger ett visst kritiskt värde, den s.k. flytspänningen. Material som uppvisar detta beteende sägs uppvisa ett flytbeteende. Flytspänningen definieras därför som den spänning som måste appliceras på provet innan det börjar flyta. Under flytspänningen kommer provet att deformeras elastiskt (som att sträcka en fjäder), över flytspänningen kommer provet att flyta som en vätska.
De flesta vätskor med SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning kan betraktas som ett strukturellt skelett som sträcker sig över hela systemets volym. Skelettets styrka styrs av strukturen hos den dispergerade fasen och dess interaktioner. Normalt har den kontinuerliga fasen låg viskositet, men höga volymfraktioner av en dispergerad fas kan öka viskositeten tusen gånger och ge upphov till ett solidliknande beteende i vila.
När en komplex vätska som uppvisar flytbeteende skjuvas vid låga skjuvhastigheter, i intervallet mellan 0,01 och 0,1 s-1 och under dess kritiska töjning, utsätts systemet för arbetshärdning. Detta är karakteristiskt för ett solidliknande beteende och beror på att elastiska element sträcks i skjuvfältet. När sådana elastiska element närmar sig sin kritiska töjning börjar strukturen att brytas ned, vilket orsakar skjuvtunning (töjningsmjukning) och därmed flöde. Den spänning vid vilken denna katastrofala nedbrytning av strukturskelettet inträffar är flytspänningen.
Det finns ett antal experimentella tester för att bestämma flytspänningen. En av de snabbaste och enklaste metoderna är att utföra en skjuvspänningssvepning och bestämma den spänning vid vilken en viskositetstopp observeras. Före denna viskositetstopp genomgår materialet en elastisk deformation. Denna topp representerar därför den punkt där den elastiska strukturen bryts ned (ger vika) och materialet börjar flyta. Detta visas i figur 1.
Denna applikation visar metodik och data från ett stressramptest för två duschgelprodukter (kroppstvätt) med olika formuleringar.
Avkastningsspänningen definieras som den spänning som måste appliceras på provet innan det börjar flyta.
Experimentell
- Två kommersiella duschgelprodukter utvärderades; den ena innehöll endast ytaktivt ämne och den andra innehöll ytaktivt ämne och ett associativt förtjockningsmedel.
- Mätningarna med rotationsreometer gjordes med en Kinexus-reometer med Peltier-plattkassett och ett kon- och plattmätningssystem1 och med hjälp av förkonfigurerade standardsekvenser i programvaran rSpace.
- En standardiserad laddningssekvens användes för att säkerställa att provet genomgick ett konsekvent och kontrollerbart laddningsprotokoll.
- En skjuvspänningsramp utfördes och data analyserades med hjälp av en toppanalys för att bestämma flytspänningen.
- Alla reologimätningar utfördes vid 25°C.
Resultat och diskussion
Figur 2 visar kurvorna för viskositet mot belastning för de två duschgelproverna i stressrampstestet. Data för Bodywash 2 visar en tydlig viskositetstopp i stressrampstestet, medan data för Bodywash 1 är relativt plana. Detta tyder på att Bodywash 2 uppvisar töjningshärdning i samband med en SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning medan Bodywash 1 beter sig som en vätska med en viskositet utan skjuvning. Den uppmätta flytspänningen för Bodywash 2 var 4 Pa. I vissa fall kan viskoelastiska vätskor uppvisa en liten topp i viskositeten även om de inte har någon verklig SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning.
I sådana fall kan det krävas att användaren gör en bedömning eller alternativt bekräftar med hjälp av ett alternativt test, t.ex. ett kryptest eller ett tabelltest av skjuvhastigheten, att det inte finns någon viskositet med nollskjuvning2.
Slutsats
Två duschgelprodukter jämfördes med hjälp av ett ramptest för SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning på en rotationsreometer. Bodywash 2, som innehåller ett associativt förtjockningsmedel, visade sig ha en SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning på 4 Pa. Bodywash 1 visade ingen topp i viskositet i spänningsrampstestet och ansågs därför inte ha någon SträckgränsFlytspänning definieras som den spänning under vilken inget flöde uppstår; bokstavligen beter sig som ett svagt fast ämne i vila och som en vätska när det flyter.flytspänning.
1Observera att provning kan utföras med kon- och plattgeometri eller parallell plattgeometri - där den senare är att föredra för dispersioner och emulsioner med large partikelstorlekar. Sådana materialtyper kan också kräva användning av tandade eller grova geometrier för att undvika artefakter som beror på glidning på geometriytan.