Giriş
Bir malzemenin reolojik özellikleri, görsel ve dokusal olarak nasıl algılandığını ve işleme sırasında nasıl davranacağını etkileyebilir. Örneğin, çok kayma inceltici malzemeler uygulanan gerilimdeki değişikliklere karşı oldukça duyarlı olurken, Newtonian malzemeler* çok daha az bağımlılık gösterecektir. İlgilenilen ürünlerin çoğu kayma inceltici malzemeler olma eğiliminde olduğundan, bu tür davranışları ölçebilmek önemlidir. Bu, Şekil 1'de gösterildiği gibi bir akış eğrisinin güç yasası bölgesini değerlendirerek yapılabilir. Bu bölge, viskozitenin kayma hızına karşı loglog grafiğinde doğrusal görünür ve sabit bir gradyan gözlemlenir ancak doğrusal bir ölçekte çizildiğinde güç kanunu bağımlılığı gösterir.
Matematiksel olarak, akış eğrisinin bu bölgesi Denklem 1'de verilen Güç Yasası veya Ostwald de Waele Modeli kullanılarak tanımlanabilir:
k tutarlılık, n güç kanunu indeksi, σ kayma hızı, -γ kayma hızıdır.
Tutarlılık Pasn birimine sahiptir ancak sayısal olarak 1s-1'de ölçülen viskoziteye eşittir. Güç kanunu indeksi, çok kayma inceltici malzemeler için 0 ile Newtonian malzemeler için 1 arasında değişir.
Bu parametreler bilindiğinde, denklem kayma incelmesi bölgesi içindeki herhangi bir kayma hızı değerinde viskoziteyi tahmin etmek için kullanılabilir; ancak, test edilen malzemeye bağlı olarak ölçüm bölgesinin her iki tarafında bir Newton bölgesi bulunabileceğinden denklemin ölçülen kayma hızı aralığının dışında kullanılmaması önemlidir.
Deneysel
- Bir cilt losyonunun kayma incelmesi davranışı, bir kayma hızı tablosu testi gerçekleştirilerek ve ortaya çıkan eğri bir güç yasası modeline uydurularak analiz edilerek değerlendirilmiştir.
- Rotasyonel reometre ölçümleri, Peltier plaka kartuşu ve pürüzlendirilmiş paralel plaka ölçüm sistemine1 sahip Kinexus rotasyonel reometresi kullanılarak ve rSpace yazılımında önceden yapılandırılmış standart diziler kullanılarak yapılmıştır.
- Her iki numunenin de tutarlı ve kontrol edilebilir bir yükleme protokolüne tabi tutulmasını sağlamak için standart bir yükleme sırası kullanılmıştır.
- Tüm reoloji ölçümleri 25°C'de gerçekleştirilmiştir.
- Akış eğrisi, 0,1 ila 100 s-1 arasında test edilen kayma hızlarının denge tablosu ve bu eğrinin manuel olarak selected kısmına takılan bir Güç Yasası ModeliGüç yasası modeli, bir numunenin kayma incelmesi yapısını ölçmek için (tipik olarak) yaygın bir reolojik modeldir ve sıfıra yakın değer daha fazla kayma incelmesi olan bir malzemeyi gösterir.güç yasası modeli kullanılarak oluşturulmuştur.
*Newton akışkanları, akışkanların akış davranışını kayma gerilimi [mPa] ve kayma hızı [1/s] arasında basit bir doğrusal ilişki ile tanımlayan Sir Issac Newton'un (1642 - 1726) adını almıştır. Bu ilişki günümüzde Newton'un Viskozite Kanunu olarak bilinmektedir.
Sonuçlar ve Tartışma
Şekil 2 cilt losyonu için viskozite-kayma hızı eğrisini göstermektedir. Bu ürünün kayma incelmesi davranışı gösterdiği, artan kayma hızıyla viskozitedeki hızlı düşüşten açıkça anlaşılmaktadır. Daha yüksek kayma hızlarında hafif bir eğrilik olmasına rağmen, veriler daha düşük kayma hızlarında çift logaritmik grafikte nispeten düz görünmektedir.
Yaklaşık 10 s-1'in üzerindeki hafif eğrilik nedeniyle, veriler bu bölgede en doğrusal göründüğü için (logaritmik olarak çizildiğinde) yalnızca 0,1 ile 10 s-1 arasındaki veriler analize dahil edilmiştir. Hem modele uydurulan hem de orijinal verilere ait eğriler Şekil 3'te grafiksel olarak gösterilmiş olup uydurma parametreleri ve korelasyon katsayısı Tablo 1'de verilmiştir.
Tablo 1: Model uydurma parametre verileri
| Örnek Açıklama | Deney Adı | Eylem Adı | k1 | η | Ki kare | Korelasyon Katsayısı |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Cilt losyonu | Analyse_0004-1 | Güç Yasası Model Uyumu | 11.71 | 0.1735 | 617.2 | 0.9908 |
Newtonian malzemeler için n = 1 ve Newtonian olmayan malzemelerin çoğu için n = 0 olduğu düşünüldüğünde, bu malzemenin yüksek oranda kayma incelmesi olduğu tespit edilebilir. Bu kayma incelmesi indeksi, kıyaslama amacıyla farklı ürünler arasında karşılaştırma yapmak veya ilgili bir süreç veya uygulamadaki davranışı tahmin etmek için de kullanılabilir, çünkü bu değer genellikle Newtonyen olmayan sıvılar üzerindeki akış davranışını tanımlayan birçok modelde gereklidir. Genel olarak, n değeri ne kadar düşükse, kesme uygulaması altında o kadar kolay parçalanmalıdır. Kıvam k sayısal olarak 1 s-1 'deki viskoziteye eşittir ve bu özel örnek için 11,71 değerine sahiptir. Bu, karşılaştırma amacıyla genel bir viskozite ölçüsü olarak faydalı olabilir.
Korelasyon katsayısı, modelin verilere ne kadar iyi uyduğunun iyi bir ölçüsüdür ve mümkün olduğunca birliğe yakın bir değer tercih edilir. Bu özel numune için gerçek değer 0,988 olup ölçülen ve tahmin edilen veriler arasında iyi bir korelasyon olduğunu göstermektedir.
Şekil 4, diğer yaygın tüketici ürünleri için benzer verileri ve bunlara karşılık gelen uydurma parametrelerini göstermektedir.
K ve n belirlendikten sonra, güç yasası denklemini kullanarak herhangi bir kesme hızındaki viskoziteyi tahmin etmek için bu değerleri kullanmak mümkündür. Bu, selectadresinde optimum paketleme, belirli gereksinimleri karşılamak için bir ürünü yeniden formüle etme veya ürünün üretim sırasında veya paketleme hattında nasıl davranacağını belirlemede yararlı olabilir. Ancak bu model, daha yüksek veya daha düşük kayma hızlarında gözlemlenebilecek eğriliği tanımlamadığından, yalnızca güç yasası davranışının gözlemlendiği bölge içindeki davranışı tahmin etmek için kullanılmalıdır. Bu bölgenin dışındaki davranışları tanımlamak için Sisko veya Cross modelleri daha uygun olabilir.
Sonuç
Bir cilt losyonunun kayma incelmesi davranışı, bir kayma hızı testi tablosu gerçekleştirilerek ve ortaya çıkan eğri bir Güç Yasası ModeliGüç yasası modeli, bir numunenin kayma incelmesi yapısını ölçmek için (tipik olarak) yaygın bir reolojik modeldir ve sıfıra yakın değer daha fazla kayma incelmesi olan bir malzemeyi gösterir.güç yasası modeli kullanılarak analiz edilerek değerlendirilmiştir.
Güç yasası modelinin 0,1 ile 10 s-1 arasındaki akış eğrisine iyi bir uyum sağladığı ve n için 0,1735 ve k için 11,71 değerlerini verdiği görülmüştür. Bu da malzemenin 1 s-1 kayma hızında sudan 1000 kat daha büyük bir viskozite ile yüksek oranda kayma incelmesine sahip olduğunu göstermektedir.
Böyle bir modelin kayma incelmesi davranışını ölçmek ve ayrıca ürünler ve formülasyonlar arasında karşılaştırma yapmak için yararlı olduğu gösterilmiştir.
Lütfen dikkat: Testlerin koni ve plaka veya paralel plaka geometrisi ile yapılması tavsiye edilir; large partikül boyutlarına sahip dispersiyonlar ve emülsiyonlar için ikincisi tercih edilir. Bu tür malzeme türleri, geometri yüzeyinde kayma ile ilgili artefaktları önlemek için tırtıklı veya pürüzlü geometrilerin kullanılmasını da gerektirebilir.