Giriş
Birçok tüketici ürünü, ürün uygulamasının ürünün bir nozülden pompalanmasını gerektirdiği tüpler veya şişeler içinde paketlenir. Bu tür ürünler, artan kayma hızı nedeniyle ekstrüzyon işlemi sırasında viskozitenin düştüğü ve daha sonra kayma hızı azaldıkça nozülden çıkarken geri kazanıldığı kayma inceltici ürünler olma eğilimindedir. Bu işlem sırasında karşılaşılan kesme hızı, aşağıdaki ifade ile orifisin yarıçapı, r ve hacimsel akış hızı Q ile ilişkilidir:
Parametre n, Newtonyen bir sıvı için bir ve Newtonyen olmayan bir sıvı için 0-1 arasında olan güç yasası indeksidir. Bu değer, elde edilen verilere bir güç kanunu modeli uydurularak değişken bir kesme hızı testinden kolayca elde edilebilir.
Hacimsel akış hızını (belirli bir sürede dağıtılan hacim) ve orifisin iç yarıçapını ölçerek, ekstrüzyon işlemi sırasında karşılaşılan kesme hızını tahmin etmek mümkündür. Bu değer daha sonra kayma hızını düşük bir değerden (ekstrüzyondan önce) ilgilenilen kayma hızına yükselten ve tekrar düşüren bir kayma hızı döngü testinde kullanılabilir. Böyle bir test, ürünü ekstrüde etmek, püskürtmek veya dökmek için gereken StresStres, iyi tanımlanmış bir kesite sahip bir numune üzerine uygulanan kuvvet seviyesi olarak tanımlanır. (Stres = kuvvet/alan). Dairesel veya dikdörtgen kesitli numuneler sıkıştırılabilir veya gerilebilir. Kauçuk gibi elastik malzemeler orijinal uzunluklarının 5 ila 10 katına kadar gerilebilir.stres miktarını ve bu işlemin ardından viskozite geri kazanımının derecesini belirlemeye olanak tanır, bu da sonuçta kullanımdaki ürünün kalınlığını belirleyecektir. Bu, yukarı ve aşağı eğriler arasındaki kapalı alan ölçülerek ölçülebilir.
Deneysel
- Diş macunu ve bir vücut losyonunun ekstrüzyon özellikleri prosesle ilgili koşullar altında değerlendirilmiş ve karşılaştırılmıştır.
- Rotasyonel reometre ölçümleri, Peltier plaka kartuşu ve pürüzlendirilmiş paralel plaka ölçüm sistemine1 sahip bir Kinexus rotasyonel reometre kullanılarak ve rSpace yazılımında önceden yapılandırılmış standart diziler kullanılarak yapılmıştır.
- Numunenin tutarlı ve kontrol edilebilir bir yükleme protokolüne tabi tutulmasını sağlamak için standart bir yükleme sırası kullanılmıştır.
- Tüm reoloji ölçümleri 25°C'de gerçekleştirilmiştir.
- İlgili ekstrüzyon kesme hızları, ekstrüde edilen hacim, ekstrüzyon süresi ve açıklık yarıçapının girilen değerleri kullanılarak test dizisinin bir parçası olarak otomatik olarak hesaplanmıştır. Test, hesaplanan bu değeri bir "yukarı sonra aşağı" kayma hızı rampasında maksimum kayma hızı olarak kullanmak üzere programlanmıştır.
- Hesaplanan kesme hızında ölçülen gerilim ve 'yukarı ve aşağı' eğrileri arasındaki alan rapor edilmiştir. İlki ekstrüzyon için StresStres, iyi tanımlanmış bir kesite sahip bir numune üzerine uygulanan kuvvet seviyesi olarak tanımlanır. (Stres = kuvvet/alan). Dairesel veya dikdörtgen kesitli numuneler sıkıştırılabilir veya gerilebilir. Kauçuk gibi elastik malzemeler orijinal uzunluklarının 5 ila 10 katına kadar gerilebilir.stres gereksinimini, ikincisi ise ekstrüzyonu takiben viskozite geri kazanımının (TiksotropiÇoğu sıvı için kesme incelmesi tersine çevrilebilir ve kesme kuvveti kaldırıldığında sıvılar zaman içinde bir noktada orijinal viskozitesini kazanacaktır.tiksotropi) derecesini ifade etmektedir.
Sonuçlar ve Tartışma
Otomatik hesaplayıcı, vücut losyonu için kayma hızını yaklaşık 2000 s-1 olarak belirlemiş ve bu nedenle otomatik olarak 0,1 s-1 ile 2000 s-1 arasında ve tekrar yukarı doğru bir kayma hızı rampası gerçekleştirmiştir. Şekil 1'de gösterilen sonuçlar, temsili kayma hızındaki viskozitenin 0,143 Pas olduğunu ve ürünü ekstrüde etmek için 274 Pa'lık uygulanan bir kayma gerilimi (sıkma ile ilişkili) gerektireceğini göstermektedir. Ayrıca, alan analizi, ürünün ekstrüzyonu takiben viskozitesini hızla geri kazanacağını ve dolayısıyla tiksotropik olmadığını gösteren sadece 18 değerini vermektedir.
Şekil 2'de gösterilen diş macunu için ekstrüzyon kesme hızı yaklaşık 33 s-1 olarak hesaplanmıştır. Temsili kayma hızındaki viskozite 19,73 Pas'tır ve ürünü ekstrüde etmek için 643 Pa'lık bir kayma gerilimi uygulanması gerekir. Üst ve alt eğriler arasındaki alan 775 gibi çok daha yüksek bir değere sahip olduğundan bu malzeme tiksotropik görünmektedir. Her iki numune için de testin başlangıcında gözlenen viskozitedeki hafif tepe noktası, başlangıçtaki elastik deformasyonun sonucudur ve her ikisi de akma gerilmelerine sahip olduğundan bu ürünlerin her ikisinde de görülmesi beklenir [1].
Sonuçlar
Bir şişeden cilt kreminin ve bir tüpten diş macununun ekstrüzyonuna ilişkin bir kayma hızı değeri hesaplanmış ve otomatik olarak bir kayma hızı rampası "yukarı ve aşağı" testine girilmiştir. Sonuçlar, cilt kremini istenen hızda dağıtmak için 274 Pa ve diş macunu için 643 Pa'lık bir kayma gerilimine ihtiyaç duyulacağını göstermiştir. Yukarı ve aşağı eğriler arasındaki alanın belirlenmesi, vücut losyonunun tiksotropik olmadığını, diş macununun ise tiksotropik davranış gösterdiğini ortaya koymuştur.
Lütfen dikkat...
testin koni ve plaka veya paralel plaka geometrisi ile yapılması tavsiye edilir - ikincisi large partikül boyutlarına sahip dispersiyonlar ve emülsiyonlar için tercih edilir. Bu tür malzeme türleri, geometri yüzeyinde kaymaya bağlı artefaktları önlemek için tırtıklı veya pürüzlü geometrilerin kullanılmasını da gerektirebilir.