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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

麥奇克/Microtrac 2022-04-14 | 閱讀：2347

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(lèi)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(lèi)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(hù)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(kāi)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(kāi)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?？梢栽谪浖芷趦?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(lèi)：

-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(jiàn))是可以接受的?？山邮艿淖兓?quot;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(xiàn)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)完全再分散所需的混合能量和時(shí)間。

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