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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：2381

什么是配方科學,？

配方是將不同成分混合以達到預期性能的分散體系的科學。配方中的成分通常是互不兼容的,，它們必須按照特定的嚴格程序混合,，以獲得均勻和持久的結構。當使用天然成分時,，由于成分的一致性問題,，這個任務更具有挑戰(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現(xiàn)有配方,，所以需要連續(xù)檢測配方性能,。

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,。它是配方的關鍵成分之一,。其對于控制分散、達到理想的顆粒尺寸和保持“穩(wěn)定”的配方至關重要,。如今,，取決于具體應用，一個配方中的穩(wěn)定劑種類可能是非常多的,。在最近的研究熱點中,，學者正在使用新的聚合物和生物聚合物，蛋白質，甚至其他顆粒作為穩(wěn)定劑,。

—— 添加劑

用于調整配方的次要屬性,，但對于用戶的感官(粘度，氣味,，顏色,，紋理…)至關重要。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50種不同的成分，精心調整成分是獲得高質量配方的關鍵,。在開發(fā)階段,，還要考慮工藝、包裝和分配,、儲存條件和使用條件,，這個配方需要不斷調整以適應所有這些外部條件。

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個關鍵步驟需要被表征：分散性、穩(wěn)定性和再分散性,。

分散性好配方的基礎

分散性是連續(xù)相將顆粒均勻的分散在整個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，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

- 制備過程：攪拌工具,、時間和混合速度

分散性差將對最終產品的性質產生重大影響,，因為顆粒/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,，食品調味乳劑的口味等都受到分散性影響。

Turbiscan可通過分散度(Dr)評價懸浮體中顆粒的分散情況,，可以對樣品的分散過程進行監(jiān)測,，從而顯著節(jié)省開發(fā)和決策過程中的時間。

穩(wěn)定性和貨架期

良好分散的顆?？梢栽谪浖芷趦缺３衷谛枰牧６确秶鷥?。這樣，穩(wěn)定性就是下一個重要的參數(shù),。穩(wěn)定性是指配方在儲存和使用條件下,，在給定的時間內保持分散狀態(tài)的能力,。大多數(shù)配方在熱力學上是不穩(wěn)定的，隨著時間的推移,，必然會發(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,，聚并，奧氏熟化

-粒子遷移

沉淀,、上浮,、相轉變、相分離

從熱力學角度講,，“穩(wěn)定”的配方并不存在(除了微乳液),。然而，在給定的時期內,，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"時間范圍"取決于最終的應用,，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來完成,，該指數(shù)基于失穩(wěn)程度來量化和評價穩(wěn)定性,。

再分散——用前搖一搖

某些產品的不穩(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,。這時就有了在分散的問題,。

- 手動晃動是否足以重新分散配方?

- 要搖多長時間?

- 使用什么方法:攪拌、搖動,、混合,、還是超聲波水浴?

- 配方能否恢復其初始分散狀態(tài)?

一旦樣品再分散成功，配方就會回到初始狀態(tài),。這時我們可以在新的配方生命周期內,，繼續(xù)反復研究分散、穩(wěn)定性,、再分散問題,，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,，到再分散研究。

分散性和顆粒大小測量僅需要30秒,，無需稀釋或樣品制備,，可搭配在線測量模塊。

穩(wěn)定性測量的特點是比肉眼快200倍,，并提供了對失穩(wěn)機制,、穩(wěn)定性評價和相對穩(wěn)定性預測的充分理解。

再分散性可以被科學的表征,，從而指導完全再分散所需的混合能量和時間,。