德國NETZSCH耐馳旋轉流變儀

在旋轉流變儀上使用溫度循環測試分析產品的熱穩定性

評估產品的長時間穩定性 - 例如個人護理與居家產品，食品，飲料，油漆，油墨，涂料等 - 可能是既乏味又耗時的過程，必須將產品的整個使用壽命中可能遇到的各種環境條件納入考慮。當在卡車中運輸時，或者存儲于倉庫中時，這類產品經常可能暴露在從零下到高達50℃的溫度范圍內。在這些條件下，產品可能變質，產生外觀上的改變，或者失效。 為了測定這類產品的溫度穩定性，需要在一系列的溫度循環下監控產品的流變行為。通過監控復數模量（G*）對溫度的函數關系，可以對此進行很好的評估。對于熱穩定的材料，應該顯示相似的循環行為，因為微觀結構不會改變。對于熱不穩定的樣品，溫度循環將導致在每一循環下，材料的復數模量隨溫度的函數關系發生變化。本應用實例顯示了對于兩種護膚霜產品配方，測定熱穩定性的方法與得到的數據。 在10…50℃的溫度范圍內測定了兩種護膚霜產品的熱穩定性。使用Kinexus旋轉流變儀進行流變測量，使用Peltier板盒+錐板測量系統，并使用在rSpace軟件中的標準預配置的測量程序。使用標準的裝樣程序，以確保樣品遵循一致且可控的裝樣方法。執行了應變控制的振幅掃描，以測量線性粘彈性區域（LVER）的寬度，并確定合適的將在后續溫度掃描測試中使用的應力值（LVER測定由rSpace軟件自動進行，測得的應變數值將應用到測量程序的下一階段中）。執行了單頻應變控制的溫度掃描，溫度范圍設置為產品在運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℃。在設置的溫度上下限之間進行掃描，并定義了循環數。產品的熱穩定性通過比較G*對溫度的圖譜得到量化，并應用曲線統計以分析不同曲線的數據差異，評價曲線對設定限值的偏離程度。例如，取決于產品的需求，在整個數據系列中，若所有數據點的數值偏差 < 5%，可以視為熱穩定；而 > 5 % 的偏差可視為熱不穩定。 以下顯示了兩個重復熱循環下復數模量對溫度的圖譜。圖1為樣品A，圖2為樣品B。對于樣品A，兩個溫度循環的曲線顯示出良好的重疊性，這由rSpace軟件的統計分析輸出中可以得到確認，其中第二循環的重復數據均在±5%公差范圍內。按照該設定的閾值，樣品A是一種熱穩定的材料。但對于樣品B，很明顯地存在循環數據上的差異。對于兩個溫度循環，特別是第二循環的下行部分，復數模量有一個明顯的上升。應用相同的曲線統計方法，樣品B的重復的數據超出±5%的閾值限值。這表明樣品B是一種熱不穩定的材料。對兩個護膚霜樣品的測試結果表明，可以通過在單一頻率下進行溫度循環測試，確定產品的熱穩定性。在兩個測試樣品中，樣品A呈現熱穩定，不會在運輸與儲存過程中降解。而樣品B熱不穩定，更傾向于在運輸與儲存過程中，在 ji duan 的溫度條件下發生降解。 注：rSpace軟件在實時測試過程中同樣顯示了相角 - 這一參數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 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，如果樣品表現出壁滑傾向的話。

德國NETZSCH耐馳旋轉流變儀

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

許多消費產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品通過噴嘴。這類產品多表現為剪切變稀特性，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相關，可由右圖一方程式表示。 參數n是冪律指數，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據進行擬合，可得到這一數值。通過測量體積流速（在一定時間內擠出的體積）和孔的內半徑，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2）中。測試首先在一定的時間內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，并與產品使用過程中的厚度或粘度相關。 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。該數值可用于產品或配方之間的比較，廣泛地應用于各個行業。 在與產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。自動測定產品恢復90％原始粘度所需時間，并在測試結束時報告。 使用自動計算器，計算了產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恢復其結構，大約需要6分鐘才能恢復到其原始粘度的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。 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。 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。