1.介紹

具有高分辨率光學(xué)檢測的多樣品離心加速方法（STEP技術(shù)）是評估分散體長周期穩(wěn)定性的有效工具。沉降和上浮過程可以直接加速檢測，更重要的是，由于其他失穩(wěn)過程（聚結(jié)、奧式熟化和絮凝）導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變化也可以被很精確地檢測出，而且比在自然沉降的可視化觀察及監(jiān)測樣品的粘度變化或粒徑分布等方法更加快速有效。

另一方面，相對于在正常儲存條件下得到的穩(wěn)定性觀察結(jié)果，離心場中獲得的穩(wěn)定性分析結(jié)果的有效性有時(shí)會受到質(zhì)疑。為此，在多分散性和慣性粒子力（吸引力/排斥力）不同的系統(tǒng)上進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)在地球重力和離心加速度作用下測量沉降或乳脂。

為此，對不同多分散性和顆粒間作用力(吸引力/斥力)的產(chǎn)品體系進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，分別在重力作用和離心加速度的作用下監(jiān)測其沉降或上浮的變化。

圖1 STEP技術(shù)示意圖

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

圖2 離心加速相對多倍重力下分散體系分離速度的情況

從圖2我們可以看到分散體系大致在多倍重力下分為4種情況，第一類樣品不受剪切效應(yīng)的影響，分散體系的分離速度始終呈現(xiàn)線性關(guān)系，這類產(chǎn)品測定時(shí)可以使用最高轉(zhuǎn)速來進(jìn)行加速實(shí)驗(yàn)考察其體系的分散穩(wěn)定性。第二類樣品發(fā)生剪切變稀，隨著轉(zhuǎn)速增加，分離速度比線性狀態(tài)下偏高。第三類樣品發(fā)生剪切增稠，隨著轉(zhuǎn)速增加，分離速度比線性狀態(tài)下偏低。第二與第三類樣品測定時(shí)要注意選擇合理的轉(zhuǎn)速范圍，保證在測試過程中使結(jié)果在線性范圍內(nèi)。第四類樣品在重力或多倍重力加速度下都不顯示物理分離，極為穩(wěn)定，無需考察其分散體穩(wěn)定性。

圖3  穩(wěn)定的單一組分二氧化硅分散體

圖3中單一組分二氧化硅分散體整體呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系，同時(shí)隨著濃度的增加也降低分離的速度。

圖4  穩(wěn)定的多組分石英分散體

對于多組分石英分散體系，由于存在系統(tǒng)誤差，整體線性趨勢有一些偏離。在高轉(zhuǎn)速下，移動最快的粒子未被檢測系統(tǒng)捕捉到。然而，通過在較低加速度下逼近線性的非線性外推方法，仍然可以推導(dǎo)出地球重力下的分離加速度，以此來保證檢測的客觀性和準(zhǔn)確性。

圖5  發(fā)生絮凝的二氧化硅分散體系

圖5中，加入不同量的NaCl使單組二氧化硅分散體( 5 % , m/m , 200nm )變得不穩(wěn)定。整體的沉降速度幾乎呈線性，除在較高的加速度下，低結(jié)合度的絮凝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，樣品的圖譜的差異也可以從圖中看出。

圖6  溶于水性乳液的石蠟油

乳化液的乳化液速度尺度與乳化液的RCF成線性關(guān)系，可達(dá)油含量> 30 %。在高內(nèi)相比時(shí)，乳化液發(fā)生了減速的液滴遷移，可用冪律進(jìn)行擬合。然而，當(dāng)接近相轉(zhuǎn)化點(diǎn)時(shí)，觀察到一個(gè)屈服點(diǎn)，即乳液在正常重力下是物理穩(wěn)定的。

           圖7  奶油利口酒

比較3個(gè)奶油利口酒樣品，樣品在初始上浮速度不同。上浮速度與RCF成線性關(guān)系。這為計(jì)算正常重力下的物理保質(zhì)期。

3 小結(jié)

基于離心加速度的功能應(yīng)用，通過分散體系的分離速度可以用于評估不同類型的分散體系的穩(wěn)定性能。

對于穩(wěn)定的單組分散二氧化硅懸浮液，沉淀速度與加速離心力具有明顯的線性關(guān)系。在較高的固體濃度下，隨著濃度的增加，分子間的阻礙也在增加。

對于穩(wěn)定的多分散石英懸浮液，出現(xiàn)了系統(tǒng)性的低速偏差，然而，可以通過非線性方程可推斷地球重力下的沉淀速度。

對于絮凝二氧化硅，速度幾乎呈線性變化，除非在較高加速度下，如果絮凝程度較低，則絮凝網(wǎng)絡(luò)結(jié)果遭到破壞。

對于水包油乳液，當(dāng)接近較高含油量的相轉(zhuǎn)變點(diǎn)時(shí)，線性行為變?yōu)榉蔷€性。

自然重力下的保質(zhì)期可通過加速離心法快速用幾個(gè)小時(shí)來測試預(yù)測出來，相比于傳統(tǒng)方法用數(shù)周或數(shù)月進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定，大大提高了研發(fā)和品質(zhì)控制的效率。