德國(guó)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(cè)試分析產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性

評(píng)估產(chǎn)品的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性 - 例如個(gè)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(shí)的過程，必須將產(chǎn)品的整個(gè)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(shí)，或者存儲(chǔ)于倉(cāng)庫(kù)中時(shí)，這類產(chǎn)品經(jīng)常可能暴露在從零下到高達(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(cè)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(duì)溫度的函數(shù)關(guān)系，可以對(duì)此進(jìn)行很好的評(píng)估。對(duì)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(huì)改變。對(duì)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(duì)于兩種護(hù)膚霜產(chǎn)品配方，測(cè)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(cè)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(cè)量，使用Peltier板盒+錐板測(cè)量系統(tǒng)，并使用在rSpace軟件中的標(biāo)準(zhǔn)預(yù)配置的測(cè)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(cè)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(cè)試中使用的應(yīng)力值（LVER測(cè)定由rSpace軟件自動(dòng)進(jìn)行，測(cè)得的應(yīng)變數(shù)值將應(yīng)用到測(cè)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(chǔ)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(duì)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(píng)價(jià)曲線對(duì)設(shè)定限值的偏離程度。例如，取決于產(chǎn)品的需求，在整個(gè)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(gè)重復(fù)熱循環(huán)下復(fù)數(shù)模量對(duì)溫度的圖譜。圖1為樣品A，圖2為樣品B。對(duì)于樣品A，兩個(gè)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(duì)于樣品B，很明顯地存在循環(huán)數(shù)據(jù)上的差異。對(duì)于兩個(gè)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(gè)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(duì)兩個(gè)護(hù)膚霜樣品的測(cè)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(cè)試，確定產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性。在兩個(gè)測(cè)試樣品中，樣品A呈現(xiàn)熱穩(wěn)定，不會(huì)在運(yùn)輸與儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)測(cè)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(duì)于評(píng)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(cè)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(cè)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(guó)NETZSCH耐馳旋轉(zhuǎn)流變儀

在旋轉(zhuǎn)流變儀上使用觸變性測(cè)試定量評(píng)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(duì)于牛頓流體為1，對(duì)于非牛頓流體為0 - 1之間。對(duì)樣品進(jìn)行變剪切速率測(cè)試，再使用冪律模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可得到這一數(shù)值。通過測(cè)量體積流速（在一定時(shí)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(cè)試（圖2）中。測(cè)試首先在一定的時(shí)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(cè)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(shí)測(cè)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(shí)間，來對(duì)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(gè)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(píng)估了牙膏和潤(rùn)膚露的粘度恢復(fù)特性。測(cè)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(gè)樣品都經(jīng)歷一致且可控的裝樣方式。所有流變學(xué)測(cè)量均在25°C下進(jìn)行。輸入擠出體積，擠出時(shí)間和孔徑半徑，可以自動(dòng)計(jì)算出相關(guān)的擠出剪切速率，并將其作為測(cè)試程序的一部分。在步階式剪切速率測(cè)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(dòng)測(cè)定產(chǎn)品恢復(fù)90％原始粘度所需時(shí)間，并在測(cè)試結(jié)束時(shí)報(bào)告。 使用自動(dòng)計(jì)算器，計(jì)算了產(chǎn)品擠出時(shí)的剪切速率為：牙膏為34 s-1，潤(rùn)膚露為840 s-1。在步階測(cè)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(cè)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(cè)試時(shí)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(rùn)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(duì)于消費(fèi)者來說，這意味著潤(rùn)膚露在與皮膚接觸后會(huì)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(duì)牙膏和潤(rùn)膚露進(jìn)行了三步剪切速率測(cè)試，用來評(píng)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(rùn)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(rùn)膚露是非觸變性的。