使用旋转流变仪的蠕变测试评估沐浴露的分散稳定性
乳液或悬浮液的长时间稳定性是由零剪切粘度、还是由屈服应力控制，取决于其微观结构。长时间尺度下的微观结构状态很重要，因为*终任何的分散相在长的储存时间下都会面对这一问题。判定这一问题，以及材料的低剪切（零剪切）粘度高低的一种方式是蠕变测试。测试方法为在一个长的时间尺度下应用恒定的应力，监测由此产生的应变或柔量（应变/应力）随时间的变化。如图1所示，纯粹粘性的材料将显示柔量随时间的线性增加，即出现代表流动性的稳态粘性响应。与此相对，固体的柔量瞬间达到*大值并保持恒定，这是弹性响应的表现。 对于粘弹性材料，其响应是粘性与弹性效应的结合，如图2所示。其在长时间下的响应过程将体现它是拥有屈服应力（弹性），或稳态粘滞响应（粘性）。如果材料表现为稳态粘性响应，零剪切粘度则仅由柔量对时间谱图的斜率的倒数来决定。 实验 -分析了两种商品化的沐浴露产品。一种只包含表面活性剂，另一种包含表面活性剂与缔合增稠剂。 -旋转流变测量使用Kinexus流变仪，Peltier板盒，锥板测量系统，并在rSpace软件中使用标准的预配置的测量程序。 -采用标准流程加载样品，确保对所有样品进行一致、可控的加载。 -除非特别说明，所有的流变测量均在25℃下进行。 -执行了应力控制的振幅扫描，以测量线性粘弹性区域（LVER）的长度，并确定合适的、应用于后续蠕变测试的应力值（LVER测定由rSpace软件自动进行，测得的应力值用于程序的下一部分）。 -在LVER范围内，使用预定义的应力值，执行了蠕变测试 -- 其*终条件设为达到一定阈值范围内的稳定状态。 -使用“从蠕变数据获取零剪切粘度”功能进行数据分析。 -使用软件中的Stokes定律计算器，对粒子的沉降速率进行估算。使用测试得到的粘度，结合用户输入的变量，以进行粒子表征。 图3以对数坐标的形式显示了两种沐浴露产品的蠕变响应。很明显，两种产品表现出相似的起始阶段弹性响应，然而，其后的延迟弹性响应存在差异，这可以从达到稳态所需的时间尺度观察到。这一测试设定的稳态偏差范围为60s内±1%。很明显，样品A几乎立刻显示了稳态行为，样品B则存在一些残余弹性。 图4以线性坐标显示了同一测试结果。这使得区分柔量对时间谱图的斜率差异性更为容易。由于η0由曲线稳态部分的斜率倒数所给出，那么很明显，样品B的零剪切模量将比样品A更大。这些数值在软件中自动计算，对于样品A与B，其值分别为6 Pas与12 Pas。根据方程1，这意味着对于具有相同粒子与体积比的悬浮液，样品B的沉降速率仅为样品A的一半。这些粘度数据是否足以给出有效的稳定性，取决于比尺寸、密度、分散相的体积，这些都需要使用独立的技术测量得到。 蠕变测试是一种有效的用于测定材料的零剪切粘度的方法，可用于评估悬浮液的稳定性。在这一测试中，已经显示对以表面活性剂为主成分的沐浴露，在具有同样的悬浮粒子与体积含量的情况下，若添加少量的缔合增稠剂，其零剪切粘度将加倍，沉降速率则降至一半。 参考文献 [1] Barnes, H A, ´The 1992 IChemE Research Event`, pp. 注：也可使用平行板或同轴圆筒型的夹具。这类测试建议使用溶剂捕捉肼，因为溶剂（例如水）在测量系统边缘的蒸发可能使测量失效，特别在较高温度下进行测试时。
液滴浓度对乳液粘度的影响
简介乳液是具有液体连续相和液滴分散相的一种分散系统。*常见的两大类乳液是水包油乳液和油包水乳液（图1）。在水包油乳液中，连续相是水，分散相是油，而在油包水乳液中，连续相是油，而分散相是水。油包水乳液是否转变为水包油乳液取决于两相的体积分数和乳化剂。乳化剂是通过在油/水界面处吸附，来稳定乳液的材料。表面活性剂是乳化剂的*常见形式，尽管聚合物和颗粒材料通常可以起到类似的作用。 乳液流变学认为分散相的体积分数以及液滴尺寸至关重要。关键的流变参数是粘度、法向应力、粘弹性和屈服应力。随着液滴体积分数的增加，剪切稀化的影响愈趋显著。在参考文献[2]中，是通过调整Φm，以得到在每一剪切速率下的*佳拟合。随着体积分数的增加，可能会出现液滴被卡住的情况，从而阻碍了颗粒之间的彼此相对移动。在这种情况下，系统被认为是具有屈服应力的。这在单独的应用文章中进行了讨论。还应注意，该相关理论假设采用简单的乳液，并且不考虑流变改性剂（例如交联微凝胶）的存在，这类流变改性剂具有相当大的相体积，会显著影响溶剂，从而影响乳液的流变性。针对给定的乳化体系，为了对理论进行实验验证，有必要测定不同液滴浓度下乳化液的零剪切粘度，随后使用悬浮介质的粘度来计算不同浓度下的零剪切相对粘度。基于零剪切相对粘度和浓度之间的关系图，可验证上述理论是否切合于所研究的乳液体系的行为。可以对数据进行进一步的提炼和分析，以考察对上述模型的匹配准确程度。使用同样的程序，也可研究液滴大小对粘度的影响。 -该测试方法以预配置序列的形式，存在于Kinexus旋转流变仪的rSpace软件中。 -该序列运行一个剪切应力表，然后使用Ellis模型对数据进行拟合，以确定η0和ηr,0。 -对多个浓度重复此操作，获得ηr,0对浓度的关系图，随后可以将其导出，并在软件之外进行分析。注意：还可以使用平行板或同轴圆筒夹具。如果材料可能显示出壁滑效应，则应考虑使用经表面喷砂处理的夹具。尺寸较大的夹具适用于较低扭矩下的测量，这类情况在较低的频率下更易于遇到。建议在这些测试中使用溶剂阱，因为溶剂（例如水）在测量系统边缘周围的蒸发会使测试失效，尤其在测试温度较高的情况下。 参考文献 [1] Barnes, Hutton & Walters, An Introduction to Rheology-Barnes [2] Ronald G. Larson, The Structure & Rheology of Complex Fluids
拨号
首页
飞语
我的
反馈
