悬浮粒子数（精选3篇）
悬浮粒子数 篇1
依据中华人民共和国国家标准GB/T16292-1996 (以下简称国标) , 对医药工业洁净区 (假设一个洁净区是由一个或多个洁净室组成) 空气中悬浮粒子数的测试要求是:一个洁净室采样点数应不少于2点, 总采样次数应不少于5次, 并且计算该洁净室的95%置信上限 (UCL) 。在实际测试过程中, 常会遇到室内环境不均匀、采样点少, 致使UCL超标, 而增加采样点UCL又能达到级别要求的情况, 故笔者对悬浮粒子的计算方法进行了探讨。
1 存在的问题
在测试时, 根据实际面积及国标中的要求, 对一个洁净室一般选2至3个采样点进行测试。因此, 就出现了下面所述的问题。
例:某一要求达到100000级的洁净室, 面积约为15m2 (见图1) ,
在离地0.8m的层面上取2个采样点分别为P1、P2和取3个采样点分别为P1、P2、P3, 在静态条件下测得结果见表1, 并计算U-CL。
由表1可知, 取2个采样点即P1、P2时, ≥5um的悬浮粒子数的UCL超过了级别界限 (20000个/m3) , 不能达到100000级;而取3个采样点即P1、P2、P3时, ≥5um的悬浮粒子数的UCL又小于20000个/m3, 该洁净室即能达到100000级。
上述例子中出现矛盾的结果, 在实际测试过程中常会遇到, 我们一般是采用选取3个或者更多采样点, 降低t分布系数, 从而UCL值达到级别要求。那么这个结果仅是由于取2点时的SE和t分布系数的值大而引起的吗?
2 分析
2.1对国标中UCL的计算公式的理解
某个洁净室总采样点数n (一般n取2或3) , 每一采样点连续采样j次 (一般j取2或3) , , 利用数理统计的原理, 把一个洁净室空气中悬浮粒子数A看成一个总体, 洁净室中每一采样点粒子数看成个体。从这个洁净室中任取n个点进行测试, 称 (A1, A2, ……, An) 为总体A的一个测试次数为n的样本。
2.2 UCL的计算是基于A, Ai同服从正态分布, 即洁净室内任一采样点 (或采样点的层面上) 的粒子数的真值相等。但是, 当洁净室的送风口、回风口所处的位置不对称或在洁净室的同一侧等情况下 (如图1) , P1和P2采样点的测试条件 (如风速、风向等) 严重不一致时, 会出现P1、P2点的粒子数的真值严重不相等, 即P1、P2点测量均值各自都服从正态分布, 而其总体A不服从正态分布, 这样就不能用国标中UCL的计算方法来计算UCL。为此, 可用中心极限定理作解释。
2.3中心极限定理[1]:设A1、A2、…、An是独立同分布的随机变量序列, 而且Ai的数学期望E (Ai) 、方差D (Ai) 存在, 且D (Ai) ≠0, i=1, 2, …, n, 记M= (A1+A2+…+An) /n
对于A1, A2, …, An是独立服从正态分布, 则μ=E (Ai) ,
σ2=D (Ai) 得
E (M) =μ, D (M) =σ2/n
那么, 对于一切实数a
这表明, 当n→∞时, 随机变量 (M-μ) / (σ/n1/2) 近似服从标准正态分布N (0, 1) , 因此M也近似服从正态分布。反之, n值越小 (如n是2或3时) , M是不服从正态分布的。
2.4既然总体不服从正态分布, 而每个测点分别服从正态分布, 则可以以每个采样点几次采样的数值来计算UCL, 例题中的计算结果见表2。
结果显示, 该洁净室不论取2个或3个采样点均能达到100000级洁净级别的要求。
3 讨论
3.1中心极限定理证明了:一个洁净室采样点少 (一般取2或3个点) , 总体均值是不服从正态分布的, 这样仍用国标中UCL=M+ (S/n1/2) *tα (n-1) 公式计算一个洁净室的悬浮粒子的UCL是不合理的。
3.2 P1、P2点所处的测试条件不相同, P1、P2点的悬浮粒子数的真值不相等, 这种测试洁净室悬浮粒子数的方法在数理统计中称为单因素重复试验[1]。P1、P2点的均值是有显著差异的, 但各点又独立服从正态分布, 故可计算每个测点几次采样的悬浮粒子的UCL值, 并依据这些UCL值来判定该洁净室是否达到相应洁净级别。
注:表中括号内为取3点即P1、P1、P1时的UCL值
参考文献
[1]张有方, 黄柏琴, 张继昌.工程数学[M].杭州:浙江大学出版社, 1993:201, 255.
悬浮粒子数 篇2
药品生产环境的洁净度对药品的质量保证起到至关重要的作用。洁净室环境里除了存在悬浮在空气中的粒子外, 还有依附在粒子上的微生物。这些粒子自身会污染产品, 同时还是微生物依附的载体, 加重对药品的污染。因此, 洁净室空气中悬浮粒子的数量及分布情况与洁净室的洁净度有很大的关系, 需要有效控制和准确监测洁净室中悬浮粒子的数量及分布, 从而实时掌握洁净室的洁净程度。
洁净室悬浮粒子在线动态监测系统是一个具有特定功能的监测系统, 可以在设定的采样点连续、定量采样, 以达到实时监测空气中悬浮粒子含量的目的。
1 洁净区空气悬浮粒子的标准规定
根据《药品生产质量管理规范》 (2010年修订) 附录1第9条:无菌药品生产所需洁净区可分为4个级别, 具体如下:
(1) A级区, 属于高风险操作区, 如灌装区、放置胶塞桶和无菌制剂直接接触的敞口包装容器的区域及无菌装配或连接操作的区域, 对于该类区域应采用单向流操作台以维持其环境状态;
(2) B级区, 属于A级洁净区所处的背景区域;
(3) C级区和D级区, 属于灭菌药品生产过程中重要程度较低的洁净区, 通常在该区完成产品的非关键操作流程。
上述4级洁净区环境空气悬浮粒子的标准规定如表1所示。
2 动态监测系统的构成
洁净室及相关洁净设施应当进行常规的动态监测, 常用的监测系统结构包括:真空系统、粒子传感器、控制器、实时工作站、软件处理系统、声光报警器等 (图1) 。
真空系统主要是给洁净室监测系统中所有不带真空动力源的采样设备提供真空动力源。控制器包括电源模块、处理器模块、模拟信号输入模块、数字信号输入模块和继电输出模块。其中, 处理器模块通过以太网与实时工作站连接, 将模拟信号输入模块接收到的各种模拟传感器信号传送至实时工作站, 并根据实时工作站的指令控制继电输出模块的输出状态。
粒子传感器是监测系统中最关键的部件, 主要用于监测环境中悬浮粒子的数量, 以反映所监测环境的洁净级别。
粒子传感器的基本原理:气流经过粒子传感器时, 粒子传感器会发射出激光照射气流, 若气流中存在颗粒, 颗粒会对激光产生反射, 反射光经光学镜面收集后转换为电信号, 由粒子传感器通过接收到的电信号来计算粒子大小 (≥0.5μm粒子和≥5.0μm粒子2种) 和不同大小粒子的数量。
当在线监测系统工作时, 真空系统会一直保持粒子传感器有气流通过, 一旦达到设定的采样间隔, 粒子传感器会将这段时间中通过的≥0.5μm粒子和≥5.0μm粒子的数量分别进行累计, 并分别计算出粒子数值, 然后通过信号线传输给监测电脑进行存储, 同时显示在软件界面上;当达到下一次采样间隔时间时, 新产生的数据会替代原有数据并显示在监测电脑软件界面上。声光报警器会对报警事件进行警示, 可根据需要事先进行设置, 主要对粒子监测不正常、达到警告极限及报警极限、系统设备故障等起到警示作用。
3 悬浮粒子在线动态监测系统的操作
在开启悬浮粒子在线动态监测系统前, 需先确认洁净室无菌工作现场的环境良好, 无喷洒、清洁、消毒等影响悬浮粒子在线监测仪运行的操作, 然后才可打开悬浮粒子在线采样头保护罩。随后, 在实时工作站或网络工作站上开启真空泵, 设置并确认“生产模式”、“产品名称”、“生产批号”, 进而开始悬浮粒子的在线动态监测。
在洁净室无菌操作过程中, 操作人员可通过显示屏上显示的报警监测点位置、报警级别来修正自己的不规范操作动作。一般情况下, 无粒子警告或报警时, 则表示粒子监测设备均正常运行, 操作人员的动作、行为较规范, 且环境符合级别要求。
完成洁净室无菌操作后, 需及时生成粒子在线动态监测的各种类型的报告, 如单笔采样数据列表或采样数据统计水平汇总表。在报告格式选择好后, 需对该报告进行命名, 命名的内容可以是“产品名称”、“产品批号”等。
在实际使用时, 若在该批产品的生产过程中未发生任何警报, 则不需要做解释, 否则需将警报的对应时间打印, 并做注释。例如, 选择生成“采样数据统计水平汇总”格式的报告, 则报告中必须反映各个监测点符合筛选要求的数据情况, 具体包括已筛选的无菌操作时间段、监测点位置、监测数值、监测报警情况等。此外, 报告中可以提供粒子在线监测样本的统计数值和粒子在线监测样本报警总结这2种参数, 具体阐述如下:
(1) 粒子在线监测样本的统计数值 (Sample Value Statistics) :
Count:采样数量, 即符合时间、采样点等配置要求的采样数据量。
Minimum:在该采样点的所有采样数量 (Count采样数量中) 的最小值。
Maximum:在该采样点的所有采样数量 (Count采样数量中) 的最大值。
Average:所有符合要求的采样数据的平均值。
Std Deviation:符合数据要求的所有数据的标准偏差。
Total:所有符合数据要求的数据的总和。
(2) 粒子在线监测样本报警总结 (Alarm Summary) :
在系统中可设置反映大小不同的粒子超过警告界限和报警界限的数量。如果只出现警告报警, 无超标报警, 则不需要额外报告进行说明;若数据中出现超标报警, 则需有额外的调查报告或时间日志进行说明, 以确保环境的波动对产品质量无影响。
另外, 若发生设备流量和激光等的错误报警, 则说明粒子感应器在运行过程中出现问题, 采样数据出现不可信状态, 此时需额外资料进行说明, 如采用便携式粒子计数器测量的数据来证明生产过程中环境符合要求。
当粒子在线监测报告生成打印后, 可再生成打印曲线图。该曲线图主要包括产品名称、批号、在线监测日期及监测时间段, 并且在图中还可选择显示警告界限或报警界限, 以确保数据的准确性和完整性。
若某个采样点出现超标的情况, 则还需录入该点超标的实时情况, 以文字形式说明当时的详细情况, 如操作情况、风压情况及设备状态等信息。以上生成的采样数据统计水平汇总报告需打印, 并附在无菌生产批记录内, 以便于对该批产品质量的检查。
表2为×××生物制品无菌分装过程悬浮粒子在线监测报告的应用实例。
对超标的粒子在线监测事件进一步诠释, 产生事件日志如下:
4 结语
(1) 洁净室悬浮粒子在线动态监测系统优于原来的人工定期监测, 不会因人员手持监测仪而给洁净室带来二次污染, 从而保证洁净室的洁净度, 使监测数据更加准确地反映实际运行情况。悬浮粒子在线动态监测系统克服了人工监测过程中采样点相对不固定、不同时间的采样位置很难保证在同一点、监测报告生成滞后、不能及时反映实时监测结果, 且人力资源耗费大等缺陷。
(2) 对于A级区, 悬浮粒子在线监测系统的监测频率推荐在“自净期” (15~20 min) 后, 而对于其采样尺寸, 则要求每个取样点的空气取样量必须大于1 m3。
(3) 推荐B级区采用与A级区类似的监测系统, 但是其采样频率可相应降低。而对于B级区是否需要粒子监测系统, 则取决于B级区和A级区之间是否存在明显的隔断。
(4) C级区和D级区一般采用便携式颗粒计数器进行监测。
(5) 悬浮粒子在线动态监测位置、数量的选择都应基于风险评估研究, 要求覆盖到所有的关键区, 包括安装的机器设备。
(6) 在实际生产过程中, 洁净室的环境会因人员操作、物料进出、人员走动等影响而不断发生变化。一般在生产过程的开始阶段, 洁净室环境是满足要求的, 但随着生产的进行, 洁净室环境就开始发生变化, 甚至出现粒子数量超标等状况。人工监测无法提供连续的监测数据, 因而无法反映洁净室环境的真实粒子状态, 但是采用在线实时监测可以对整个生产过程进行实时监测。
(7) 对于某些情况, 如生产中产生的污染物会损坏粒子计数器或带来潜在威胁 (如有机体或存在放射性危险) , 可以不要求在线实时监测系统进行监测。不过, 对机器安装到污染物释放之前的过程, 仍需进行监测。
(8) 在无菌生产过程中要保持一个良好的洁净环境, 而悬浮粒子动态监测系统无疑是将无菌操作进行标准化的一个好帮手。通过标准化的无菌操作, 并对影响操作过程的悬浮粒子数据进行统计, 建立符合规范和符合实际的悬浮粒子标准化参数, 从而可以更好地监控生产过程。
摘要：介绍了药品生产洁净室的环境要求及其悬浮粒子动态监测系统, 结合监测系统实例, 详细叙述了悬浮粒子的动态监测过程, 同时讨论了影响动态监测系统实际应用的关键因素, 对其实际应用有重要的指导意义。
关键词：悬浮粒子,动态,监测,应用
参考文献
[1]药品生产质量管理规范[S]
[2]国家食品药品监督管理局药品认证管理中心.药品GMP指南[M].北京:中国医药科技出版社, 2011
[3]国家食品药品监督管理局药品认证管理中心.欧盟药品GMP指南[M].北京:中国医药科技出版社, 2008
[4]PMS粒子检测系统操作维护手册[K]
[5]FDA无菌生产工艺的无菌药品[S]
悬浮粒子数 篇3
能产生剪切增稠行为的悬浮液体系很多,在合适的条件下,几乎所有的固相粒子悬浮液体系都可以表现出剪切增稠的行为[3]。Barnes[3]曾总结了影响剪切增稠的因素主要有固相粒子的粒径及其分布、固相含量、粒子间的作用力、液相介质的粘度等。除此外,表现剪切增稠行为的悬浮液体系都具有一定的共同点即体系固相粒子含量高、固相粒子应是非团聚的粒子[4]。对于剪切增稠机理的研究,Hoffman[5,6]提出了“有序-无序转变”理论,认为剪切变稀是由于分散相粒子有序程度的提高,而剪切增稠则是由于体系中分散相粒子的有序结构受到流体作用力破坏而引起的。Bossis和Brady[7,8]通过模拟提出了“粒子簇”理论,认为体系中流体作用力超过粒子间相互作用力的时候体系中粒子会自发形成团簇,并引起体系粘度的上升。Dhaene[9]、Bender、Wagner[10]等通过流变学-光学实验,Maranzano和Wagner[11]、Laun[12]、Newstein[13]等通过小角度中子散射实验对粒子簇的生成与结构进行了观测,为粒子簇理论提供了实验依据,也为更好地理解悬浮液体系的流变行为提供了依据。
目前国内外学者对于二氧化硅粒子的分散体系已有较广泛的研究[14,15],但对于亚微米二氧化硅(SiO2)粒子分散于聚乙二醇200(PEG200)的高浓度体系的流变行为研究还比较少,本文采用自制合成的二氧化硅粒子制备SiO2/PEG200体系,研究该体系在稳态剪切条件下的流变行为,通过研究粒子浓度、粒径及温度对体系流变性的影响,分析粒子间作用力与流体作用力对体系流变性的作用,为高浓度悬浮液的流变行为的认识和应用提供实验依据。
1 实验
1.1 实验试剂与原料
正硅酸乙酯(TEOS,分析纯),广东西陇化工股份有限公司;无水乙醇(分析纯),天津富宇精细化工有限公司;氨水(分析纯),广东西陇化工有限公司;硅烷偶联剂甲基丙稀酰氧基丙基三甲氧基硅烷(CH2=C(CH3)CO2(CH2)3Si(OCH3)3,简称TPM),道康宁公司;聚乙二醇200(PEG200,化学纯),广东西陇化工股份有限公司;实验所用水为自制蒸馏水。
1.2 SiO2粒子与SiO2/PEG200悬浮液的制备
根据方法[16,17],在乙醇体系中利用正硅酸乙酯水解,氨水为催化剂,制备了三种不同粒径的SiO2粒子,并采用硅烷偶联剂TPM对粒子进行表面改性,后经洗涤,离心,干燥制得不同粒径要求的SiO2超微粉体。
SiO2/PEG200悬浮液采用高效球磨分散技术制备。首先将干燥的SiO2粉体进行预处理打开结块,然后采用球磨方法按一定比例将SiO2粒子分散在PEG200体系中,球磨时间4 h,制得具有一定固含量的稳定悬浮体系。
1.3 SiO2粒子的表征
采用Malvern Mastersizer 2000型激光粒度测试仪对SiO2粒子在合成溶液与SiO2/PEG200体系悬浮液中的粒径大小与分散状态进行表征;采用HITACHI S-4700 SEM对SiO2粒子的形貌与大小进行观测;采用NICOLET-380红外光谱仪对干燥SiO2粉末的化学结构进行测定。
1.4 SiO2/PEG200悬浮液体系流变性测试
采用Anton Paar Physica MCR301旋转流变仪对SiO2/PEG200体系的流变性能进行测试。实验采用椎板-平板测试系统,椎板直径25 mm,锥平板间夹角1°,锥平板间距0.51 mm。在25℃恒温下,测试剪切速率扫描范围为0.01~1000 s-1的SiO2/PEG200体系的流变曲线;在剪切速率扫描范围为0.01~1000 s-1时,测试不同温度下(10℃,20℃,30℃,40℃,45℃)的SiO2/PEG200体系的流变曲线。
2 结果与讨论
2.1 SiO2粒子性能表征
对自制的SiO2粒子进行粒径和形貌表征分析,结果如图1、表1所示。SiO2粉末的红外吸收光谱图如图2所示。
由图1可见,自制的SiO2粒子为规则的球形,表面相对光滑,粒子大小相对均匀。由粒度测试结果表1可见,三种粒子D50粒径分别为159 nm,353 nm,578 nm,而且径距均小于0.8,三种粒子粒径分布窄。可见激光粒度测试与SEM测试结果较为吻合。
由图2可见,3420 cm-1,1637 cm-1出现的吸收峰分别是-OH伸缩振动吸收峰与H-O-H弯曲振动吸收峰,主要是OH及HOH基团的特征吸收峰,表明粒子含有以氢键结合的水以及游离水;1102 cm-1,952 cm-1出现的吸收峰分别是反对称Si-O伸缩振动吸收峰与Si-OH拉伸振动吸收峰,主要是Si-OH基团特征吸收峰;797 cm-1,465 cm-1出现的吸收峰分别为[SiO4]四面体环振动吸收峰与Si-O-Si弯曲振动吸收峰,主要是Si-O-Si基团的特征吸收峰。而由于添加的硅烷偶联剂TPM量很少,因此并未出现明显表明TPM存在的特征峰。
2.2 SiO2/PEG200分散体系性能表征
对SiO2/PEG200悬浮液体系粒子分散性进行表征分析,结果如表2、图2所示。
由表2数据分析可见,三种悬浮液体系中SiO2粒子分散性较好,其粒度测试结果与原始合成溶液测试结果接近,D50与D90稍有不同程度的增大,径距也有所增大,并且随着粒子粒径减小,径距增大的趋势更为明显。这一方面说明自制的SiO2粉体分散性较好,在SiO2/PEG200悬浮液保持较好的单分散状态。另一方面说明悬浮液体系中存在部分的团聚现象,而且随着粒径的减小,团聚现象更为明显。进一步分析体系中粒度分布情况,由图3可见,三种体系中粒子的分布直方图与合成原液中粒子的分布规律一致,在小粒径条件下,出现拖尾的现象,随着粒径增大,分布规律吻合性变好,这与前面粒径测试规律一致。
2.3 SiO2/PEG200体系稳态流变性能分析
图4为的SiO2/PEG200体系的稳态流变曲线,其中SiO2的质量分数分别为50.0%与56.7%。由图4可知,体系的粘度随着剪切速率的变化而产生明显的变化,表现出非牛顿流体行为。对于图4中两组曲线来说,质量分数为50%的体系粘度变化幅度较小,并且没有明显的剪切增稠。而质量分数为56.7%的体系粘度变化幅度较大,如图4所示当剪切速率为0.01 s-1时体系粘度为87.1 Pa·s(点a),随着剪切速率增大体系粘度逐渐下降即剪切变稀,当剪切速率达到27.4 s-1时,体系粘度达最小值2.14 Pa·s(点b),当剪切速率继续增大时,体系粘度明显增大,体系发生剪切增稠,当剪切速率达到238.0 s-1时,体系粘度达到最大值95.5 Pa·s,当剪切速率继续增大时,由于样品的破坏以及样品与转子间的滑移体系粘度有所下降。其中点b为从剪切变稀转变为剪切增稠的临界转变点,其对应的剪切速率为临界剪切速率,体系增稠后在点c处达到最大粘度所对应剪切速率为。本文研究对象主要集中于具有明显剪切增稠流变性的体系,因此文中研究的体系浓度范围在54wt%~60wt%。
体系流变性能是不同外部条件下体系本身微观结构变化的宏观体现。在SiO2/PEG200体系中,由红外光谱可知SiO2粒子带有大量硅羟基,因而粒子表面具有一定的表面电荷,粒子间存在一定的静电斥力,经过TPM改性后SiO2粒子表面部分硅羟基被屏蔽并且TPM的存在具有一定的位阻作用,另外粒子硅羟基与PEG200分子链上的羟基可以形成氢键,粒子依靠这三种作用力保持良好分散状态而不致团聚。另外SiO2粒子受到PEG200分子热运动布朗力的影响趋向进行无规则的运动。在低剪切速率下,高浓度的体系中粒子趋向于在一个平衡位置做无规则的运动,此时体系粒子间相互作用是体系内主要作用力,体系表现出较高的粘度,当外部施加剪切作用时,体系内流体作用力随剪切速率增大而逐渐增强,而粒子间相互作用力及布朗力对粒子的影响逐渐减小,粒子趋向于层状排列并进行有方向的运动[18],此时体系表现为剪切变稀(曲线ab段);当剪切速率继续增大至时,流体作用力与粒子间相互作用达到平衡状态,此时体系粘度处于最小值;当剪切速率继续增大时,流体作用力克服粒子间相互作用成为体系内主要作用力,粒子间相互作用不能维持粒子的分散状态,使得粒子发生团簇形成“粒子簇”,粒子间仅被分散介质所分开,造成流动阻力增大,体系粘度增大,宏观上表现为剪切增稠(曲线bc段)。
2.4 粒子浓度对体系稳态流变性能的影响
图5、图6和图7分别为的三组SiO2/PEG200体系的流变曲线,每组曲线中SiO2质量分数的变化处于54wt%~60wt%之间。由图5~图7可知,三组SiO2/PEG200悬浮液体系都表现出明显剪切增稠的特性,随着SiO2粒子浓度的增加,体系发生剪切增稠的临界剪切速率逐渐减小,体系的粘度无论在剪切变稀区域还是剪切增稠区域都有增大的趋势,在剪切增稠区域的粘度变化尤为剧烈,当体系粒子浓度相对较小时体系剪切增稠幅度较小,增稠曲线为连续增稠曲线且粘度上升缓慢,增稠后粘度较低,随着粒子浓度的增大,体系在剪切增稠幅度从较为平缓逐渐的越来越剧烈,为不连续曲线。
当体系粒子浓度增加时,使得体系流动需要使粒子克服周围更多的粒子间的作用,因此在低剪切速率下体系表现出更高的粘度。而随着粒子浓度的增加,在更小的剪切变形下即可产生相同的流体作用力,因此临界剪切速率随粒子浓度增大而减小,并且由于粒子数量的增多,在流体作用力下粒子簇产生的体积与数量都会更大更多,因此增大了剪切增稠后的粘度。
2.5 粒子粒径对体系稳态流变性能的影响
如图5、图6和图7所示,三种不同粒径的SiO2/PEG200体系的剪切速率-粘度曲线都经历了剪切变稀区域与剪切增稠区域,但其具体的变稀与增稠行为的情况却各不相同。图8、图9和图10分别为三种不同粒径的SiO2/PEG200体系的起始粘度(剪切速率为0.01 s-1时的粘度)、发生剪切增稠的临界剪切速率以及增稠后最大粘度随粒子浓度的变化趋势。可以看出,随着SiO2粒径的减小,其相近浓度的SiO2/PEG200体系在0.01 s-1时的粘度增大,而临界剪切速率增大,而增稠后的最大粘度则没有明显的规律。
当改变体系的SiO2粒径时,相同质量分数内包含粒子数量随粒径减小而增多,因此粒子间相互作用更强,使得粒子运动则需更大的剪切应力,因此而表现为低剪切速率下更高的初始粘度;而与粒子相互作用力相平衡的流体作用力随粒径减小也相应增大,因此随着粒子粒径的减小体系的临界剪切速率增大;而增稠的幅度没有随粒径的减小或增大体现确定的规律,这与高剪切速率下体系内部产生粒子簇的具体情况有关,尚待进一步的研究。
2.6 温度对体系稳态流变性能的影响
图11所示为的SiO2/PEG200体系粘度在不同温度下随剪切速率的变化曲线,可看出当体系温度上升时,在相同剪切速率下体系的粘度有所下降,这主要因为当体系温度上升时,分散介质PEG200本身粘度随温度上升而下降。图12为体系在不同温度下的相对粘度(体系粘度与PEG200粘度之比)随剪切速率的变化曲线,如图所示随温度升高,体系的相对粘度在低剪切速率下增大,临界剪切速率增大,体系相对粘度曲线的增稠幅度减小。
随温度升高,在低剪切速率下粘度的升高表明体系中粒子间作用力增大,这一现象与温度升高后PEG200分子热运动增强有关,随着所受布朗力增强,粒子更加趋向进行无规则运动,因而需要对体系施加更大的剪切速率产生更大的流体作用力才能平衡粒子间作用力,导致临界剪切速率随温度升高而增大,而随着温度升高,体系本身体积由于温度上升增大,体系内粒子所占的空间体积有所增加,粒子的浓度相对减小,发生增稠后单位体积内粒子簇数量减少,因而增稠幅度减小。
3 结论
(1)合成了单分散的SiO2粒子并制备SiO2/PEG200体系悬浮液,在稳态剪切条件下,该体系表现出非牛顿流体行为,当剪切速率小于临界剪切速率时,体系表现为剪切变稀,当剪切速率大于临界剪切速率时,体系表现为剪切增稠。
(2)随体系粒子浓度增加,体系粘度增大,产生相同的流体作用力所需剪切变形减小,导致临界剪切速率减小,增稠后粒子簇数量与体积增大导致体系增稠幅度增大。
(3)随体系的粒径减小,体系中粒子数量相对增多,粒子间作用力相应增大,低剪切速率下粘度上升,临界剪切速率增大,而增稠幅度随粒径改变规律尚需进一步研究。