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使用觸變性測試定量評估擠出或噴涂后的粘度恢復

更新時間:2022-07-05      點擊次數(shù):1505

在旋轉流變儀上使用觸變性測試

定量評估擠出或噴涂后的粘度恢復

簡介

許多消費產(chǎn)品包裝在管或者瓶中,其使用方法牽涉到以泵送的方式讓產(chǎn)品通過噴嘴。這類產(chǎn)品多表現(xiàn)為剪切變稀特性,在擠出過程中,由于剪切速率的增加導致粘度下降,然后在離開孔口后,隨著剪切速率的降低,粘度恢復。此過程涉及的剪切速率與孔口半徑r、體積流速Q(mào)相關,可由下式表示:

參數(shù)n是冪律指數(shù),對于牛頓流體為1,對于非牛頓流體為0 - 1之間。對樣品進行變剪切速率測試,再使用冪律模型對數(shù)據(jù)進行擬合,可得到這一數(shù)值。

通過測量體積流速(在一定時間內(nèi)擠出的體積)和孔的內(nèi)半徑,可以估算擠出過程的相關剪切速率。該值可以輸入到步階式剪切速率測試(圖1)中。測試首先在一定的時間內(nèi)以低剪切速率剪切樣品(模擬擠出之前),然后再提高到目標剪切速率(模擬擠出過程)。隨著剪切速率下降到其初始值,粘度逐漸恢復。該測試展示了樣品在擠出后的粘度恢復快慢,并與產(chǎn)品使用過程中的厚度或粘度相關。

圖1 步階速率測試中的觸變性

可以通過在第一階段結束時測量最終粘度,以及在第三階段計算粘度恢復到一定比例所花費的時間,來對觸變性進行量化表征。該數(shù)值可用于產(chǎn)品或配方之間的比較,廣泛地應用于各個行業(yè)。

方法

在與產(chǎn)品使用過程中的擠出相關的剪切速率條件下,評估了牙膏和潤膚露的粘度恢復特性。

 

測量使用Kinexus旋轉流變儀,Peltier溫控單元,糙面平行板夾具,以及rSpace軟件中標準的預配置程序。

使用標準的裝樣步驟,以確保兩個樣品都經(jīng)歷一致且可控的裝樣方式。

 

所有流變學測量均在25°C下進行。

 

輸入擠出體積,擠出時間和孔徑半徑,可以自動計算出相關的擠出剪切速率,并將其作為測試程序的一部分。

 

在步階式剪切速率測試中,以該計算值作為中間階段的剪切速率,其前后使用0.1s-1的恒定剪切速率。

 

自動測定產(chǎn)品恢復90%原始粘度所需時間,并在測試結束時報告。

結果

使用自動計算器,計算了產(chǎn)品擠出時的剪切速率為:牙膏為34 s-1,潤膚露為840 s-1。在步階測試的中間階段應用了這些剪切速率。

 

圖2顯示了牙膏的測試結果。 顯然,這是一種高度觸變性的材料,因為它無法在測試時間內(nèi)*恢復其結構,大約需要6分鐘才能恢復到其原始粘度的70%。

圖2 牙膏的階段剪切速率曲線

相比之下,圖3中所示的潤膚露幾乎可以*恢復其原始粘度,并且僅需7秒即可獲得與牙膏相同百分比的恢復,恢復到90%也僅需23秒即可。該材料可歸為基本沒有觸變性。

圖3 潤膚露的步階剪切速率曲線

對于消費者來說,這意味著潤膚露在與皮膚接觸后會很快重組結構,這可以防止過度鋪展或可能發(fā)生的滴落。牙膏在刷牙之前停留在牙刷上的粘度較低,這將使其更易于在口腔中分布開,并可能影響感官特性。當然,牙膏的粘度也不能低到可以流過刷毛、或在刷毛上下垂的程度。

結論

對牙膏和潤膚露進行了三步剪切速率測試,用來評估分別從管和瓶中擠出后的粘度恢復程度。牙膏顯示出高度的觸變性,需要6分鐘才能恢復其原始粘度的70%。然而潤膚露僅需7秒即可達到相同程度的恢復,兩相比較,可以認為潤膚露是非觸變性的。

 

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