Giriş
Bir ürünün reolojik özellikleri, tüketici tarafından görsel ve dokusal olarak nasıl algılandığını ve ürünün kullanımı sırasında nasıl davranacağını etkileyebilir. Örneğin, çok kayma inceltici malzemeler uygulanan stresteki değişikliklere oldukça duyarlı olurken, Newtonian malzemeler çok daha az bağımlılık gösterecektir. Böyle bir tepki, yayılma kolaylığı veya 'yayılabilirlik' göz önünde bulundurulduğunda önemlidir.
Yayılma süreci, Şekil 1'de gösterildiği gibi daha geniş bir yüzey alanına dağıldığı için katman kalınlığında sonuç olarak bir azalmaya neden olur. Kayma hızı, uygulanan hızın katman kalınlığına bölünmesine eşit olduğundan, yayılma bu nedenle tek bir kayma hızına atfedilemez.
Yayılma kabiliyetini değerlendirmenin daha iyi bir yolu, Şekil 2'de gösterildiği gibi bir dizi kayma hızı boyunca viskozitedeki değişimi karakterize etmektir. İlgilenilen bölge kayma incelmesi veya güç yasası bölgesidir, çünkü bu, malzeme yapısının uygulanan kayma ile ne kadar kolay bozulduğunu açıklar. Bu bölge, sabit bir gradyan ile kayma hızına karşı viskozitenin log-log grafiğinde doğrusal görünür, ancak doğrusal bir ölçekte çizildiğinde güç yasasına bağımlılık gösterir.
Matematiksel olarak akış eğrisinin bu bölgesi Denklem 1 ile verilen Güç Yasası veya Ostwald de Waele Modeli kullanılarak tanımlanabilir.
k tutarlılıktır
n güç yasası indeksidir
σ kayma hızıdır
Tutarlılık Pasn birimine sahiptir ancak sayısal olarak 1 s-1'de ölçülen viskoziteye eşittir. Güç kanunu indeksi, çok kayma inceltici malzemeler için 0 ile Newtonian malzemeler için 1 arasında değişir.
Gerekli 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 girdisi ne kadar düşükse malzemenin yayılması o kadar kolay olmalıdır. Daha düşük bir k değeri daha düşük viskozite ve dolayısıyla daha düşük 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 girdisi anlamına gelirken, daha düşük bir n değeri daha fazla kayma incelmesi anlamına gelir ve bu da artan kayma hızıyla birlikte smaller 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 artışı anlamına gelir.
Bu bilgi Şekil 3'te gösterilene benzer bir grafik üzerinde gösterilebilir. Düşük k değerlerine ve/veya düşük n değerlerine sahip malzemeler en kolay yayılabilen malzemeler olmalıdır.
Deneysel
- Bir dizi tüketici ürününün yayılma kabiliyeti, bir kayma hızı rampa testi 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.
- 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.
- Her iki numunenin de tutarlı ve kontrol edilebilir bir yükleme protokolüne tabi olmasını sağlamak için standart bir yükleme sırası kullanılmıştır.
- Tüm reoloji ölçümleri 25°C'de gerçekleştirilmiştir.
- Akış eğrisi, bir kesme hızı rampa testi ve bu eğriye 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.
Sonuçlar ve Tartışma
Şekil 4'te bir dizi ticari ürün için viskozite-kayma hızı eğrisi ve bunlara karşılık gelen uydurma parametreleri, Şekil 5'te ise bunların grafiksel sunumu gösterilmektedir.
Diş macunu ve el kremi benzer k değerlerine sahip olmasına rağmen, el kreminin çok daha düşük bir n değeri vardır, bu da onu daha fazla inceltir ve yayılmasını kolaylaştırır. Buna karşılık, şurup ve çikolata sosu çok daha düşük k değerlerine sahiptir ancak kayma inceltici değildir, bu nedenle uygulama sırasında kalın ve yapışkan görünürler. Vücut losyonu hem nispeten düşük k hem de n değerine sahiptir ve bu da uygulamayı çok daha kolay hale getirir. Eşdeğer kayma hızlarında sırasıyla bir el kreminin ve şurubun yayılması için gereken gerilimi niceliksel olarak karşılaştırmak için n ve k değerleri Denklem 1'de ikame edilebilir. Daha kalın bir ürün tabakasına denk gelebilecek 1 s-1 'lik tek bir kayma hızı göz önüne alındığında, bu kayma hızında akışı sürdürmek 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 el kremi için 279 Pa ve şurup için 10 P a'dır (1 s-1'de σ = k). Yayılma sürecinden kaynaklanan daha ince bir malzeme tabakasıyla ilgili olan 1000 s-1 kayma hızında, 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 gereksinimi el kremi için 734 Pa'ya ve şurup için 10.000 Pa'ya yükselir. Bu durum, yayılma sürecinde Newtonyen olmayan davranışın önemini vurgulamaktadır.
Sonuç
Çeşitli ticari ürünlerin yayılma kabiliyetini karakterize etmek için k ve n güç kanunu parametreleri kullanılarak güç kanunu modeline uygun bir kayma hızı rampa testi kullanılmıştır. k ve n 'nin düşük değerleri, daha düşük viskoziteye ve daha kolay yayılmaya katkıda bulunacak şekilde daha yüksek derecede kayma incelmesine işaret eder.
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 kayma ile ilgili artefaktları önlemek için tırtıklı veya pürüzlü geometrilerin kullanılmasını da gerektirebilir.