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    全面表征配方的生命周期——分散、穩(wěn)定性和再分散

    2022-04-19

    什么是配方科學(xué)?

    配方是將不同成分混合以達(dá)到預(yù)期性能的分散體系的科學(xué)。配方中的成分通常是互不兼容的,它們必須按照特定的嚴(yán)格程序混合,以獲得均勻和持久的結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用天然成分時(shí),由于成分的一致性問(wèn)題,這個(gè)任務(wù)更具有挑戰(zhàn)性。配方工作者需要根據(jù)批次情況不斷創(chuàng)建新的配方或重新改進(jìn)現(xiàn)有配方,所以需要連續(xù)檢測(cè)配方性能。

     

    配方組成可歸納如下:

    —— 液相連續(xù)相

    其中水是最常用的溶劑,也包括其他種類液體。

    —— 分散相

    液體、固體或空氣。分散相的特殊性在于它與連續(xù)相不相容。顆粒/液滴的大小可以從幾納米到1毫米,濃度范圍從ppm到95%。

    —— 穩(wěn)定劑

    表面活性劑一直是最常用的穩(wěn)定劑。它是配方的關(guān)鍵成分之一。其對(duì)于控制分散、達(dá)到理想的顆粒尺寸和保持“穩(wěn)定"的配方至關(guān)重要。如今,取決于具體應(yīng)用,一個(gè)配方中的穩(wěn)定劑種類可能是非常多的。在最近的研究熱點(diǎn)中,學(xué)者正在使用新的聚合物和生物聚合物,蛋白質(zhì),甚至其他顆粒作為穩(wěn)定劑。

    —— 添加劑

    用于調(diào)整配方的次要屬性,但對(duì)于用戶的感官(粘度,氣味,顏色,紋理…)至關(guān)重要。這些添加劑需要與連續(xù)相、分散相或界面有親和力。

     

    配方可以包含超過(guò)50種不同的成分,精心調(diào)整成分是獲得高質(zhì)量配方的關(guān)鍵。在開發(fā)階段,還要考慮工藝、包裝和分配、儲(chǔ)存條件和使用條件,這個(gè)配方需要不斷調(diào)整以適應(yīng)所有這些外部條件。

     

    配方表征的步驟

    在顏料,電子漿料,化妝品,食品或藥物等行業(yè)中,根據(jù)配方的生命周期,這3個(gè)關(guān)鍵步驟需要被表征:分散性、穩(wěn)定性和再分散性。

    分散性好配方的基礎(chǔ)

    分散性是連續(xù)相將顆粒均勻的分散在整個(gè)體積中并且保持他們的初始粒徑的能力。它是好的配方的基礎(chǔ),并且有以下影響因素:

     

    - 溶劑與顆粒的親和力

    - 連續(xù)相和穩(wěn)定劑之間的相互作用

    - 穩(wěn)定劑和顆粒之間的相互作用

    - 穩(wěn)定劑在界面的覆蓋率

    - 制備過(guò)程:攪拌工具、時(shí)間和混合速度

     

    分散性差將對(duì)最終產(chǎn)品的性質(zhì)產(chǎn)生重大影響,因?yàn)轭w粒/液滴的大小和均勻性將影響整體穩(wěn)定性。例如油墨顏色的持久性,CMP漿的拋光效率,食品調(diào)味乳劑的口味等都受到分散性影響。

     

    Turbiscan可通過(guò)分散度(Dr)評(píng)價(jià)懸浮體中顆粒的分散情況,可以對(duì)樣品的分散過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè),從而顯著節(jié)省開發(fā)和決策過(guò)程中的時(shí)間。

    穩(wěn)定性和貨架期

    良好分散的顆粒可以在貨架期內(nèi)保持在需要的粒度范圍內(nèi)。這樣,穩(wěn)定性就是下一個(gè)重要的參數(shù)。穩(wěn)定性是指配方在儲(chǔ)存和使用條件下,在給定的時(shí)間內(nèi)保持分散狀態(tài)的能力。大多數(shù)配方在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的,隨著時(shí)間的推移,必然會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定。失穩(wěn)現(xiàn)象多種多樣,根據(jù)成因不同,可分為兩大類:

     

    -粒徑增加

    絮凝-聚結(jié),聚并,奧氏熟化

    -粒子遷移

    沉淀、上浮、相轉(zhuǎn)變、相分離

     

    從熱力學(xué)角度講,“穩(wěn)定"的配方并不存在(除了微乳液)。然而,在給定的時(shí)期內(nèi),一定程度的不穩(wěn)定(肉眼不可見)是可以接受的。可接受的變化和"時(shí)間范圍"取決于最終的應(yīng)用,從幾分鐘(吸入器、疫苗……)到幾年(化妝品或油漆……)不等。因此,需要不斷監(jiān)測(cè)和量化發(fā)生現(xiàn)象的程度。這可以使用Turbiscan穩(wěn)定性指數(shù)TSI來(lái)完成,該指數(shù)基于失穩(wěn)程度來(lái)量化和評(píng)價(jià)穩(wěn)定性。

    再分散——用前搖一搖

    某些產(chǎn)品的不穩(wěn)定現(xiàn)象是不可避免的,但是卻是可逆的。例如油漆、注射藥物、乳制品飲料等配方都需要在使用前搖勻。這時(shí)就有了在分散的問(wèn)題。

     

    - 手動(dòng)晃動(dòng)是否足以重新分散配方?

    - 要搖多長(zhǎng)時(shí)間?

    - 使用什么方法:攪拌、搖動(dòng)、混合、還是超聲波水浴?

    - 配方能否恢復(fù)其初始分散狀態(tài)?

     

    一旦樣品再分散成功,配方就會(huì)回到初始狀態(tài)。這時(shí)我們可以在新的配方生命周期內(nèi),繼續(xù)反復(fù)研究分散、穩(wěn)定性、再分散問(wèn)題,在配方的不穩(wěn)定現(xiàn)象變?yōu)椴豢赡嬷?以及在何種存儲(chǔ)條件下),該配方可以支持多少這樣的“再分散"?

     

    TURBISCAN ——全面表征穩(wěn)定性

    Turbiscan®技術(shù)是配方表征最完整的解決方案:從分散性、平均粒徑、穩(wěn)定性定量和監(jiān)測(cè),到再分散研究。


    分散性和顆粒大小測(cè)量?jī)H需要30秒,無(wú)需稀釋或樣品制備,可搭配在線測(cè)量模塊。


    穩(wěn)定性測(cè)量的特點(diǎn)是比肉眼快200倍,并提供了對(duì)失穩(wěn)機(jī)制、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和相對(duì)穩(wěn)定性預(yù)測(cè)的充分理解。


    再分散性可以被科學(xué)的表征,從而指導(dǎo)*再分散所需的混合能量和時(shí)間。


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