Giriş
Bir dispersiyon veya emülsiyonun uzun vadeli stabilitesini değerlendirmek hem sıkıcı hem de zaman alıcı bir süreç olabilir; ancak bir ürünün kalite standartlarını karşılamasını sağlamak için gereklidir. Formülatörler stabiliteyi genellikle arayüzey gerilimini en aza indirerek, dağılmış fazın sterik veya elektrostatik itmesini artırarak ve/veya sürekli fazın viskozitesini artırarak bir etki kombinasyonu yoluyla elde ederler. Seyreltik dispersiyonlar için, bu faktörlerin birleşik etkisi genellikle sıfır kayma viskozitesine yansıyabilir ve bu da damlacıkların birleşme ve ayrılma veya dispersiyonların çökme hızının bir göstergesi olabilir. Daha konsantre sistemler için, dağılmış faz etkileşimi veya partikül/damlacık sıkışması yoluyla bir ağ yapısı oluşumu meydana gelebilir. Bu durumda, kararlılık largeakma gerilimi ile ölçülebilen ağ yapısının gücü ile ilişkili olacaktır.
Kararlılık için Akma GerilmesiAkma gerilmesi, altında akmanın meydana gelmediği gerilme olarak tanımlanır; kelimenin tam anlamıyla hareketsizken zayıf bir katı gibi, akarken ise bir sıvı gibi davranır.akma gerilmesi, yerçekiminin etkisi altında dağılmış faz tarafından uygulanan gerilmeden daha büyük olmalıdır. Bu, aşağıdaki denklemden tahmin edilebilir:
Akma gerilimini belirlemek için bir dizi deneysel test vardır. En hızlı ve en kolay yöntemlerden biri, bir kayma gerilimi taraması yapmak ve viskozite pikinin gözlendiği gerilimi belirlemektir. Bu viskozite tepe noktasından önce malzeme elastik deformasyona uğramaktadır. Dolayısıyla bu tepe noktası, elastik yapının bozulduğu (aktığı) ve malzemenin akmaya başladığı noktayı temsil eder.
Bir sistemin kararlı olabilmesi için Akma GerilmesiAkma gerilmesi, altında akmanın meydana gelmediği gerilme olarak tanımlanır; kelimenin tam anlamıyla hareketsizken zayıf bir katı gibi, akarken ise bir sıvı gibi davranır.akma gerilmesi, dağılmış partiküller tarafından uygulanan gerilmelerin yanı sıra örneğin ürün nakliyesi sırasında karşılaşılabilecek ek gerilmelere de dayanacak kadar yeterli olmalıdır.
Bu uygulama notu, iki duş jeli (vücut yıkama) ürününün, bir ürün gereksinimi olarak kabarcıkları askıya alma kabiliyetlerine karşı stabilitesini değerlendirmek için metodoloji ve verileri göstermektedir.
Deneysel
- İki ticari duş jeli ürünü değerlendirilmiştir; biri sadece yüzey aktif madde içeren, diğeri ise yüzey aktif madde ve birleştirici bir kıvamlaştırıcı içeren.
- İkinci ürün, ürün raftayken şişedeki kabarcıkları askıda tutabilecek şekilde özel olarak formüle edilmiştir (not - kabarcıkların reolojik davranış üzerindeki etkisini ortadan kaldırmak için, bu örnekteki kabarcıklar testten önce santrifüjlenerek çıkarılmıştır).
- Parçacık özellikleri kullanıcı girdisi olarak kullanılarak, dağılmış bir parçacığın çevresindeki medium üzerine uyguladığı gerilimi hesaplamak için rSpace yazılımında bir parçacık gerilimi hesaplayıcısı kullanılmıştır (bkz. Denklem 1).
- Rotasyonel reometre ölçümleri, Peltier plaka kartuşu ve koni ve plaka ölçüm sistemine1 sahip bir Kinexus reometresi kullanılarak ve rSpace yazılımında önceden yapılandırılmış standart diziler kullanılarak yapılmıştır.
- Her iki numunenin de tutarlı ve kontrol edilebilir bir yükleme protokolüne tabi olmasını sağlamak için standart bir yükleme dizisi kullanılmıştır.
- Tüm reoloji ölçümleri 25°C'de gerçekleştirilmiştir.
- Bir kayma gerilimi rampası gerçekleştirilmiş ve veriler, akma gerilimini belirlemek için bir tepe analizi kullanılarak analiz edilmiştir.
- Ürün akma geriliminin büyüklüğü daha sonra sistemin uzun vadeli stabilitesini değerlendirmek için dağılmış partiküllerin özelliklerinden hesaplanan empoze edilen gerilim ile karşılaştırılmıştır.
Sonuçlar ve Tartışma
Şekil 1, 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 rampası testinde iki duş jeli numunesi için strese karşı viskozite eğrilerini göstermektedir. Bodywash 2 için veriler 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 rampası testinde net bir viskozite zirvesi gösterirken Bodywash 1 için veriler nispeten düzdür. Bu durum, Bodywash 2'nin akma gerilimi ile ilişkili olarak gerinim sertleşmesi sergilediğini, Bodywash 1'in ise sıfır kayma viskozitesine sahip bir sıvı gibi davrandığını göstermektedir.
Bazı durumlarda, viskoelastik sıvılar gerçek bir akma gerilimine sahip olmasalar bile viskozitede hafif bir tepe noktası gösterebilirler. Bu durumda, sıfır kayma viskozitesinin varlığını doğrulamak için kullanıcının takdiri gerekebilir veya alternatif olarak SürünmeSünme, sabit bir kuvvet altında zamana ve sıcaklığa bağlı plastik deformasyonu tanımlar. Bir kauçuk bileşiğine sabit bir kuvvet uygulandığında, kuvvetin uygulanması nedeniyle elde edilen ilk deformasyon sabit değildir. Deformasyon zamanla artacaktır.sürünme testi veya kayma oranları testi gibi alternatif bir test kullanılarak doğrulama yapılabilir2.
Bodywash 2 için ölçülen akma gerilimi 4 Pa'dır.
Denklem 1'i kullanarak, 100 μm çapındaki bir hava kabarcığı tarafından uygulanan gerilimin yaklaşık 0,65 Pa olacağını tahmin edebiliriz, bu nedenle 4 Pa'lık bir akma gerilimi kabarcık fazını askıya almak için yeterli olmalıdır, ancak taşıma sırasında karşılaşılan ek gerilimler ve artan sıcaklık nedeniyle ağ mukavemetindeki potansiyel azalma da dikkate alınmalıdır.
Bodywash 1'in akma gerilimi olmadığından, stabiliteyi değerlendirmek için SürünmeSünme, sabit bir kuvvet altında zamana ve sıcaklığa bağlı plastik deformasyonu tanımlar. Bir kauçuk bileşiğine sabit bir kuvvet uygulandığında, kuvvetin uygulanması nedeniyle elde edilen ilk deformasyon sabit değildir. Deformasyon zamanla artacaktır.sürünme testinden elde edilen analiz gibi doğru oranlı bir sıfır kayma viskozitesi değerine ihtiyaç vardır. Bu testten elde edilen veriler sıfır kayma viskozitesinin 8 Pas olduğunu göstermiştir ve bu rakamdan 100 μm'lik bir kabarcık için günde yaklaşık 6 cm'lik bir kabarcık yükselme hızı öngörülmüştür. Bu, dağılmış sistemin uzun vadeli stabilitesini korumak için açıkça kabul edilemez bir durumdur ve kabarcık süspansiyonlu bir ürün için gerekli uzun vadeli stabiliteyi ve raf ömrünü sağlamak için bir akma geriliminin dahil edilmesi gerekecektir.
Sonuç
İki duş jeli ürünü akma gerilimi rampa testi kullanılarak karşılaştırılmıştır. Birleştirici kıvamlaştırıcı içeren vücut yıkama suyu 2'nin gaz kabarcıklarını askıya alabilecek bir akma gerilimine sahip olduğu gösterilmiştir. İlave kıvam arttırıcı içermeyen vücut yıkama suyu 1'in sıfır kayma viskozitesi uzun vadeli stabiliteyi desteklemek için yetersizdi. Bu nedenle test, belirli bir partikül boyutu ve yoğunluğu için süspansiyon stabilitesini tahmin etmenin hızlı ve kullanışlı bir yolunu sunmaktadır.
Lütfen dikkat...
paralel plaka geometrisi de kullanılabilir - bu geometri 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.