產品穩定性或保質期與流變學的關系

每逢使用諸如乳液、懸浮液或泡沫等兩相系統時，重要的一點是它們的*穩定性對于產品的保質期而言至關重要。根據兩相的密度和化學性質差異，需采用特殊的制備步驟和 / 或添加劑，以保證產品的穩定性。

一個物相轉移通過另一個物相（例如由于重力或浮力作用）時會發生相分離。兩相的流動特性對于了解該過程是必要的。改變其中至少一相流動特性的方法可減少或抑制相分離。

為避免諸如沉積等情況的發生，須在低剪切速率時達到高粘度，從而減緩沉積過程。需要*防止相分離時，可選擇合適的組分或使用適當的添加劑將屈服應力引入產品之中。流變學是在配制新產品或測試現有產品時確保其*穩定性的重要方法之一。

低剪切粘度

由于在低剪切速率下平衡時間較長，測量低剪切速率下的粘度可能較為耗時。為盡量減少記錄粘度曲線所必需的時間，應使用一臺能夠快速達到理想轉速并在zui低速度時保持轉速恒定的流變儀。

圖 1: 現代化的控制回路設計使 HAAKE MARS 

即使在 10-8 rpm 的超低速率時也能快速達到恒定的轉速。

1 NPF/NAB-AK 21.1 第 143 號 DIN 技術報告 “流變學”,現代流變學測試方法 - 第 1 部分 : 屈服點的確定 - 基本原理和比較測試賽默飛 HAAKE MARS 結合快速精確的速度控制（圖 1）和優異的轉矩靈敏度，能夠記錄大范圍剪切速率下的粘度曲線。圖 2 示出起始于 10-8 s-1 剪切速率的粘度曲線實例。雖然剪切速率的跨度為 10 個數量級，但使用單個測量幾何結構在單次運行中便記錄下了粘度曲線。

圖 2: 35℃時巧克力醬在 10 個剪切速率數量級上的粘度曲線。

測試期間粘度下降超過 7 個數量級。

屈服應力

屈服應力 τ0 是材料不再表現彈性并開始流動時的應力。低剪切率下的高粘度只能減緩相分離，而足夠高的屈服應力可*防止沉淀。建議采用連續增加應力 1 的方法測試屈服應力。此法優勢在于應力在樣品上持續增加，采集到的是高于或者低于屈服應力的數據，無需外推。這一靈敏的方法也適用于測試較小的屈服應力。使用連續增加應力來確定屈服應力。根據樣品性質選擇時間，應選擇在開始 2-3 分鐘后達到屈服應力。

圖 3: 形變是軟奶油線性應力增加期間應力的函數。

蠕變中曲線的切線和流態中曲線的切線的相交點為屈服應力 τ0。

隨著屈服應力增加，物質能夠承受懸浮顆粒重力等更強的力量而不屈服。由于屈服應力增加，物質的靈活度也隨之變差。重要的一點是找到zui優值，以此取得良好的穩定性，同時不失去化妝品乳液、潤滑劑或特定食品等應用所需的平滑度。圖 3 示出化妝品乳液的屈服應力測試結果。賽默飛 HAAKE RheoWin 測量和評估軟件將 2條切線分別與曲線的蠕變和流態進行擬合，并取其交叉點為屈服應力。

取得的數值可關聯至顆粒在流體上施加的諸如沉淀應力τS 等可能使物料不穩定的應力（圖 4 所示），從而計算沉淀是否將會發生。

圖 4: 顆粒對其下液體施加的沉積應力 τS 取決于其尺寸以及顆粒與液體密度的差異。

由于在選擇參數和進行數據評估時需要一定的經驗，一些用戶會避免使用此測試法并尋找替代方法。有一種方法因其簡便性而獲得關注，它對樣品進行振蕩幅度掃描，并將線性粘彈性范圍（LVR）的極限作為屈服應力的關聯數據（見圖 5）。

圖 5: 不同可可牛奶的線性粘彈性范圍樣品 4（黑色曲線）是抗沉積的穩定的樣品。

由于 LVR 的極限通常較容易接近且結果顯示出良好的再現性，此方法具有一定的吸引力。然而，用戶須牢記LVR 的長度取決于所使用的振蕩頻率，因此它只是一個相對數。而且該測試在樣品上施加的不是穩定增加的應 力。在進行振蕩測試時，持續變化的應力被作用于每個數據點上，這是一種*不同的對樣品施加應力的方法。振蕩測試測定的數據不同于使用連續增加應力測定的屈服應力。因此，在比較屈服應力值前商定使用同樣的方法是至關重要的。

小結

流變學是測試液體或膏狀產品*穩定性的必要工具。用戶可使用低剪切速率下的粘性和屈服應力來減少或防止沉淀。HAAKE MARS 擁有扭矩靈敏性和精確的速度控制，是以高精度、高時效性進行參數測定的選擇。