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最大值并保持恒定,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。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。
如果分散相的平均粒径、密度与体积分数已知,且测定了连续相的零剪切粘度,则分散相的速率(v)可以通过以下修正的Stokes方程来估算:
a: 粒子半径(球形)
△ρ:粒子与液体间的密度差
η:液体的粘度(零剪切粘度)
g:重力加速度
Φ:相体积
对于粒径 > 1um,指数一般为4.75。对于粒径 < 1um,指数为5.25。
基于这些分析结果,可以调整与优化悬浮液的配方,以获取足够低的剪切粘度,使分散相能够悬浮足够长的时间;或者引入屈服应力,以在长时间下给出类似固体的响应。
值得注意的是,运行蠕变测试需要足够长的时间,以使体系达到稳态。如果不是这样,可能会给出过低的零剪切粘度,或者作出不正确的假设,认为材料有着零剪切粘度,而实际上它有着屈服应力。由于分散体系可能在架子上安静地置放多个星期甚至多月,需要在任何测试方案中将这种情况纳入考虑。
实验条件:
- 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。
- 旋转流变测量使用保圣RH-30流变仪,锥板测量系统,并在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 -- 其最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。
测试结论:
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。