Giriş
Bir emülsiyon veya süspansiyonun uzun vadeli stabilitesinin sıfır kayma viskozitesi veya akma gerilimi tarafından yönetilip yönetilmediği mikro yapısına bağlıdır. Ayrıca, önemli olan bu mikro yapının uzun zaman ölçeklerindeki durumudur, çünkü sonuçta herhangi bir dağılmış fazın uzun süreli depolamada karşılaşacağı şey budur.
Reolojik özelliklerdeki değişiklikleri zamanın bir fonksiyonu olarak değerlendirmek için bir dizi test vardır. 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, uygulanan bir gerilime verilen tepkiyi doğrudan zamanın bir fonksiyonu olarak incelediği için bu görev için idealdir. Bir başka faydalı test de numunenin bir dizi farklı frekansta art arda salındığı salınım frekansı taramasıdır. Frekans zamanın tersi olduğundan, yüksek frekanslar kısa zaman ölçeklerine ve düşük frekanslar uzun zaman ölçeklerine karşılık gelir. Zaman ölçeğinin, salınım testindeki döngü frekansının aksine açısal frekansa (ω) karşılık geldiği unutulmamalıdır.
Sınırlı bir frekans aralığında Elastik (veya Depolama) Modülü, G'; Viskoz (veya Kayıp) Modülü, G"; ve faz açısı, δ, değişikliklerini değerlendirerek, bir malzemenin 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 veya sıfır kayma viskozitesine sahip olup olmadığını ve ayrıca potansiyel stabilite sorunlarını belirlemek mümkündür. Çeşitli malzemeler için yaygın frekans tepkilerinin örnekleri Şekil 1'de gösterilmektedir. Eğer G' düşük frekanslarda G" değerini aşıyorsa, örneğin <0.01Hz, o zaman malzemenin akış başlamadan önce parçalanması gereken bir ağ yapısına sahip olduğu, yani akma gerilmesine sahip olduğu sonucuna varılabilir. G" düşük frekanslarda G' değerini aşarsa, bu makroskopik akışın meydana gelebileceğini gösterir ve kararlılık muhtemelen sıfır kayma viskozitesi veya dağılmış faz tarafından uygulanan gerilime karşılık gelen viskozite tarafından yönetilir.
Uzun test süreleri nedeniyle bir reometrede bu çok düşük frekanslara erişmek zor olduğundan, eğrilerin genel biçimini değerlendirmek yararlıdır. Faz açısı, δ veElastik modülKarmaşık modül (elastik bileşen), depolama modülü veya G', numunelerin genel karmaşık modülünün "gerçek" kısmıdır. Bu elastik bileşen, ölçüm yapılan numunenin katı benzeri veya faz içi tepkisini gösterir. Elastik Modül, G', yapısal özelliklerin genel göstergeleri olduğundan, azalan frekansla değişimin büyüklüğü ve yönü, daha uzun sürelerde malzeme tepkisinin doğasını gösterebilir.
- Eğer G' largel frekanstan bağımsızsa ve faz açısı sabit kalıyorsa ya da viskoelastik bir katı veya jel yapısında olduğu gibi azalan frekansla azalıyorsa, malzemenin ağ yapısını koruma olasılığının daha yüksek olduğu ve daha kararlı olacağı sonucuna varabiliriz.
- Faz açısı, δ, artar ve G' azalan frekansla azalırsa, bu yapının (ağ) elastik elemanlarının gevşediğini ve sıvı benzeri hale geldiğini gösterir, bu muhtemelen daha düşük kararlılık anlamına gelir.
Bu gözlemler kompleks viskoziteye de yansımalıdır, η*, akışkanlar için düşük frekanslara doğru sıfır kayma viskozitesi platosunun başlangıcını gösterirken, bir ağ yapısına sahip katılar için Şekil 2'de gösterildiği gibi giderek artan bir η* değeri gözlemlenmelidir.
Bu tekniğin pratik kullanımı için eğrilerin şeklinin uygun koşullar altında değerlendirilmesi önemlidir. Kararlılık potansiyelini değerlendirmek için minimum 0,01 Hz frekans yeterli olabilir, ancak bundan daha düşük bir frekans büyüklüğüne gitmek, daha fazla zaman alıcı olmasına rağmen, düşük frekans eğilimlerinin daha doğru bir resmini sağlayacaktır. Test sıcaklığı da önemlidir çünkü yapısal gevşeme, daha hızlı bir yapısal yeniden düzenleme oranı nedeniyle artan sıcaklıklarla genellikle daha kısa zaman ölçeklerinde gerçekleşecektir. Bu nedenle daha yüksek sıcaklıklarda yapılan testler gerçek saklama koşullarını daha iyi taklit edebilir ve potansiyel olarak sorunlu numunelerin seçilmesini kolaylaştırabilir. Bununla birlikte, uzun zaman ölçeklerinde daha yüksek sıcaklıklarda çalışırken numunenin buharlaşmasının önlenmesi önemlidir.
Bu uygulama notu, bir dizi duş jeli için salınım frekansı testinden elde edilen metodoloji ve verileri ve bunların formülasyonlardaki dağılmış kabarcıkları askıya alma kabiliyetlerini göstermektedir.
Deneysel
- Çeşitli seviyelerde birleştirici kalınlaştırıcı polimer (%0 ila %8 arasında değişen) içeren bir dizi duş jeli, kabarcıkları oda sıcaklığında uzun süre askıda tutma kabiliyetleri açısından değerlendirilmiştir.
- 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.
- Numunelerin tutarlı ve kontrol edilebilir bir yükleme protokolüne tabi tutulmasını sağlamak için standart bir yükleme dizisi kullanılmıştır. ∙ Tüm reoloji ölçümleri, özellikle belirtilmediği sürece 25°C'de gerçekleştirilmiştir.
- Lineer ViskoElastik Bölgenin (Doğrusal Viskoelastik Bölge (LVER)LVER'de, uygulanan gerilimler yapının yapısal bozulmasına (akma) neden olmak için yetersizdir ve bu nedenle önemli mikro-yapısal özellikler ölçülmektedir.LVER) uzunluğunu ölçmek ve sonraki frekans tarama testinde kullanılacak uygun bir gerinim değerini belirlemek için gerinim kontrollü bir genlik taraması gerçekleştirilir (Doğrusal Viskoelastik Bölge (LVER)LVER'de, uygulanan gerilimler yapının yapısal bozulmasına (akma) neden olmak için yetersizdir ve bu nedenle önemli mikro-yapısal özellikler ölçülmektedir.LVER belirleme işlemi rSpace yazılımı içinde otomatikleştirilir ve belirlenen gerinim değeri dizinin bir sonraki bölümüne aktarılır).
- Doğrusal Viskoelastik Bölge (LVER)LVER'de, uygulanan gerilimler yapının yapısal bozulmasına (akma) neden olmak için yetersizdir ve bu nedenle önemli mikro-yapısal özellikler ölçülmektedir.LVER içinde önceden belirlenmiş gerinim değerinde, varsayılan 10 Hz ve 0,005 Hz değerleri arasında bir frekans taraması gerçekleştirilir.
Sonuçlar ve Tartışma
Şekil 3, test edilen duş jeli ürün yelpazesi için frekans tarama verilerini göstermektedir. G' değerindeki artış ve faz açısındaki azalma ile vurgulandığı üzere, birleştirici koyulaştırıcı konsantrasyonundaki artışın elastikiyet derecesini arttırdığı açıktır. Bu esneklik, doğru konsantrasyonlarda jel benzeri bir yapı oluşturabilen yüzey aktif madde misellerininÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlanmasıyla ortaya çıkmaktadır.
6 ve %8 birleştirici polimer içeren numuneler düşük frekanslarda daha yüksek G' değerlerine sahiptir ve bu da daha fazlaÇapraz geçiş noktasıFrekans taraması veya zaman/sıcaklık taraması gibi reolojik testlerde, çaprazlama noktası numunenin "geçiş" noktasını belirtmek için uygun bir referans noktasıdır. çapraz bağlanma olduğunu gösterirken, faz açısının değeri ve yönü bu malzemelerin bu frekans aralığında katı veya jel benzeri davranış gösterdiğini belirtir. Bu durum, düşük frekanslarda akma gerilimi veya en azından yüksek sıfır kayma viskozitesi olasılığını gösterdiğinden stabilite için elverişlidir.
Daha düşük değerlerde birleştirici polimer içeren numunelerde G" baskındır ve faz açısı azalan frekansla birlikte artmaktadır, dolayısıyla bu frekans aralığında yapısal gevşemeye ve dolayısıyla sıvı benzeri davranışa işaret etmektedir ki bu da stabilite için elverişli değildir.
Bu durum kompleks viskoziteye de yansımaktadır, η* (bkz. Şekil 4), polimerik katkı maddesi içermeyen vücut yıkaması yaklaşık 5 Pas değerinde sıfır kayma viskozitesi platosu (yani sıvı benzeri davranış) göstermektedir. Buna karşılık, %8 birleştirici polimer içeren numune, 0,01 Hz'de 1000 Pas'a yakın bir viskozite ile aynı aralıkta güç kanunu davranışı sergilemektedir. İkincisinin daha düşük frekanslarda bir plato gösterip göstermeyeceği ancak daha düşük frekanslarda test edilerek (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) değerlendirilebilir, ancak yine de bu düşük frekanslardaki viskozite, dağılmış bir fazın çökelmesini yavaşlatmak için yeterince yüksek olmalıdır.
Sonuç
Uygun ölçüm koşulları altında Doğrusal Viskoelastik Bölge (LVER)LVER'de, uygulanan gerilimler yapının yapısal bozulmasına (akma) neden olmak için yetersizdir ve bu nedenle önemli mikro-yapısal özellikler ölçülmektedir.LVER içinde bir frekans tarama testi gerçekleştirerek dağılım kararlılığını tahmin etmek mümkündür. Bu, çeşitli konsantrasyonlarda birleştirici koyulaştırıcı madde içeren beş duş jeli ürünü için gösterilmiştir. Yüksek polimer seviyelerine sahip numuneler, daha yüksek G' değerleri ve düşük frekanslara doğru artmayan düşük bir faz açısı ile jel benzeri davranış gösterir. Bu numunelerin kabarcıkları uzun süreler boyunca askıda tutabildiği gösterilmiştir.
Lütfen unutmayın ...
paralel plaka geometrisi veya silindirik geometri de kullanılabilir. Malzemenin duvar kayması etkileri göstermesi muhtemel ise kum püskürtmeli bir geometri düşünülmelidir. Larger geometrileri, düşük frekanslarda karşılaşılması daha muhtemel olan düşük torklardaki ölçümler için kullanışlıdır. Ölçüm sisteminin kenarlarındaki çözücünün (örn. su) buharlaşması, özellikle yüksek sıcaklıklarda çalışırken testi geçersiz kılabileceğinden, bu testler için bir çözücü tuzağının kullanılması da önerilir.