德國NETZSCH耐馳旋轉(zhuǎn)流變儀

在旋轉(zhuǎn)流變儀上使用溫度循環(huán)測試分析產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性

評估產(chǎn)品的長時間穩(wěn)定性 - 例如個人護(hù)理與居家產(chǎn)品,，食品,，飲料，油漆,，油墨,，涂料等 - 可能是既乏味又耗時的過程，必須將產(chǎn)品的整個使用壽命中可能遇到的各種環(huán)境條件納入考慮,。當(dāng)在卡車中運(yùn)輸時,，或者存儲于倉庫中時，這類產(chǎn)品經(jīng)?？赡鼙┞对趶牧阆碌礁哌_(dá)50℃的溫度范圍內(nèi),。在這些條件下，產(chǎn)品可能變質(zhì),，產(chǎn)生外觀上的改變,，或者失效。 為了測定這類產(chǎn)品的溫度穩(wěn)定性,，需要在一系列的溫度循環(huán)下監(jiān)控產(chǎn)品的流變行為,。通過監(jiān)控復(fù)數(shù)模量（G*）對溫度的函數(shù)關(guān)系，可以對此進(jìn)行很好的評估,。對于熱穩(wěn)定的材料,，應(yīng)該顯示相似的循環(huán)行為，因?yàn)槲⒂^結(jié)構(gòu)不會改變,。對于熱不穩(wěn)定的樣品,，溫度循環(huán)將導(dǎo)致在每一循環(huán)下，材料的復(fù)數(shù)模量隨溫度的函數(shù)關(guān)系發(fā)生變化,。本應(yīng)用實(shí)例顯示了對于兩種護(hù)膚霜產(chǎn)品配方,，測定熱穩(wěn)定性的方法與得到的數(shù)據(jù)。 在10…50℃的溫度范圍內(nèi)測定了兩種護(hù)膚霜產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性,。使用Kinexus旋轉(zhuǎn)流變儀進(jìn)行流變測量,，使用Peltier板盒+錐板測量系統(tǒng),，并使用在rSpace軟件中的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)配置的測量程序。使用標(biāo)準(zhǔn)的裝樣程序,，以確保樣品遵循一致且可控的裝樣方法,。執(zhí)行了應(yīng)變控制的振幅掃描，以測量線性粘彈性區(qū)域（LVER）的寬度,，并確定合適的將在后續(xù)溫度掃描測試中使用的應(yīng)力值（LVER測定由rSpace軟件自動進(jìn)行,，測得的應(yīng)變數(shù)值將應(yīng)用到測量程序的下一階段中）。執(zhí)行了單頻應(yīng)變控制的溫度掃描,，溫度范圍設(shè)置為產(chǎn)品在運(yùn)輸與儲存過程中可能遇到的極限溫度范圍 -- 本例中為10到50℃,。在設(shè)置的溫度上下限之間進(jìn)行掃描，并定義了循環(huán)數(shù),。產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性通過比較G*對溫度的圖譜得到量化,，并應(yīng)用曲線統(tǒng)計(jì)以分析不同曲線的數(shù)據(jù)差異，評價曲線對設(shè)定限值的偏離程度,。例如,，取決于產(chǎn)品的需求，在整個數(shù)據(jù)系列中,，若所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)值偏差 < 5%,，可以視為熱穩(wěn)定；而 > 5 % 的偏差可視為熱不穩(wěn)定,。 以下顯示了兩個重復(fù)熱循環(huán)下復(fù)數(shù)模量對溫度的圖譜,。圖1為樣品A，圖2為樣品B,。對于樣品A,，兩個溫度循環(huán)的曲線顯示出良好的重疊性，這由rSpace軟件的統(tǒng)計(jì)分析輸出中可以得到確認(rèn),，其中第二循環(huán)的重復(fù)數(shù)據(jù)均在±5%公差范圍內(nèi),。按照該設(shè)定的閾值，樣品A是一種熱穩(wěn)定的材料,。但對于樣品B,，很明顯地存在循環(huán)數(shù)據(jù)上的差異。對于兩個溫度循環(huán),，特別是第二循環(huán)的下行部分,，復(fù)數(shù)模量有一個明顯的上升。應(yīng)用相同的曲線統(tǒng)計(jì)方法,，樣品B的重復(fù)的數(shù)據(jù)超出±5%的閾值限值,。這表明樣品B是一種熱不穩(wěn)定的材料。對兩個護(hù)膚霜樣品的測試結(jié)果表明，可以通過在單一頻率下進(jìn)行溫度循環(huán)測試,，確定產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性,。在兩個測試樣品中，樣品A呈現(xiàn)熱穩(wěn)定,，不會在運(yùn)輸與儲存過程中降解,。而樣品B熱不穩(wěn)定，更傾向于在運(yùn)輸與儲存過程中,，在 ji duan 的溫度條件下發(fā)生降解,。 注：rSpace軟件在實(shí)時測試過程中同樣顯示了相角 - 這一參數(shù)未包含在分析圖譜中，但對于評估樣品彈性隨溫度的改變很有用,。參考文獻(xiàn) 1. An Introduction to Rheology – Barnes 2. Viscoelastic Properties of Polymers – Ferry 注：本測試也可使用平行板夾具或同軸圓筒夾具 - 這些夾具更適合于含有較大顆粒的懸浮液與乳液。這類測試可能還需要使用表面粗糙的夾具,，如果樣品表現(xiàn)出壁滑傾向的話,。

德國NETZSCH耐馳旋轉(zhuǎn)流變儀

在旋轉(zhuǎn)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(fù)

許多消費(fèi)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(dǎo)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(fù),。此過程涉及的剪切速率與孔口半徑r,、體積流速Q相關(guān)，可由右圖一方程式表示,。 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(jìn)行變剪切速率測試,，再使用冪律模型對數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)剪切速率。該值可以輸入到步階式剪切速率測試（圖2）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(biāo)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(fù),。該測試展示了樣品在擠出后的粘度恢復(fù)快慢，并與產(chǎn)品使用過程中的厚度或粘度相關(guān)。 可以通過在第一階段結(jié)束時測量最終粘度,，以及在第三階段計(jì)算粘度恢復(fù)到一定比例所花費(fèi)的時間,，來對觸變性進(jìn)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(yīng)用于各個行業(yè),。 在與產(chǎn)品使用過程中的擠出相關(guān)的剪切速率條件下，評估了牙膏和潤膚露的粘度恢復(fù)特性,。測量使用Kinexus旋轉(zhuǎn)流變儀,，Peltier溫控單元，糙面平行板夾具,，以及rSpace軟件中標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)配置程序,。使用標(biāo)準(zhǔn)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(xué)測量均在25°C下進(jìn)行,。輸入擠出體積，擠出時間和孔徑半徑,，可以自動計(jì)算出相關(guān)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(jì)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(fù)90％原始粘度所需時間,，并在測試結(jié)束時報告,。 使用自動計(jì)算器，計(jì)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(yīng)用了這些剪切速率。圖2顯示了牙膏的測試結(jié)果,。 顯然,，這是一種高度觸變性的材料，因?yàn)樗鼰o法在測試時間內(nèi)恢復(fù)其結(jié)構(gòu),，大約需要6分鐘才能恢復(fù)到其原始粘度的70％,。 相比之下，圖3中所示的潤膚露幾乎可以恢復(fù)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(fù),，恢復(fù)到90％也僅需23秒即可。該材料可歸為基本沒有觸變性,。 對于消費(fèi)者來說,，這意味著潤膚露在與皮膚接觸后會很快重組結(jié)構(gòu),，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(dāng)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。 對牙膏和潤膚露進(jìn)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(fù)程度,。牙膏顯示出高度的觸變性，需要6分鐘才能恢復(fù)其原始粘度的70％,。然而潤膚露僅需7秒即可達(dá)到相同程度的恢復(fù),，兩相比較，可以認(rèn)為潤膚露是非觸變性的,。