Onlineviscometers met hoge schuifspanningLeveren nauwkeurige, realtime viscositeitsmetingen rechtstreeks binnen productielijnen. Voor niet-Newtoniaanse vloeistoffen zoals shampoo en conditioner – die schuifverdunnend gedrag vertonen waarbij de viscositeit afneemt onder stroming – liggen hun cruciale voordelen in het vastleggen van dynamische stromingseigenschappen die traditionele laboratoriuminstrumenten missen.
Watis tde viscositeitoShampoo?
Viscositeit, wetenschappelijk gedefinieerd als de weerstand van een vloeistof tegen interne stroming, is onmiskenbaar een kritische kwaliteitseigenschap (CQA) bij de productie van persoonlijke verzorgingsproducten, met name shampoo en conditioner. Deze fysische eigenschap bepaalt de stabiliteit, textuur, sensorische waarneming en algehele prestatie van een product tijdens het doseren en gebruik. Hoewel viscositeit een maatstaf is voor de dikte, is het voor complexe chemische formules zoals shampoo en conditioner van essentieel belang.
homogenisatie bij de productie van shampoo
*
Schuifverdunning, pseudoplasticiteit en thixotropie
In tegenstelling tot Newtoniaanse vloeistoffen, zoals water, waarbij de viscositeit constant blijft ongeacht de toegepaste schuifkracht, is de viscositeit van complexe waterige oppervlakteactieve systemen zoals shampoo en conditioner zeer variabel en volledig afhankelijk van de toegepaste schuifsnelheid. Deze bepalende eigenschap classificeert ze alsNiet-Newtoniaanse vloeistoffenHet meest relevante waargenomen gedrag isSchuifverdunning, ook wel pseudoplasticiteit genoemd, waarbij de schijnbareviscositeit van shampooDe viscositeit neemt dramatisch af naarmate de schuifsnelheid toeneemt. Deze eigenschap is bewust in het productontwerp verwerkt: de formule moet een hoge viscositeit behouden (lage stromingsweerstand) om stabiel te blijven in de fles en aan de hand te hechten (lage schuifsnelheid), maar de viscositeit moet onmiddellijk dalen (hoge stroming) wanneer erin geknepen, gepompt of door het haar gesmeerd wordt (hoge schuifsnelheid).
Bovendien vertonen veel verdikte emulsies en gels voor persoonlijke verzorging, waaronder bepaalde conditioners en lotions, een tijdsafhankelijk reologisch gedrag dat bekend staat als thixotropie. Thixotrope materialen worden dunner onder schuifspanning, maar hebben een bepaalde tijd nodig om hun oorspronkelijke, hogere viscositeit te herstellen nadat de spanning is weggenomen.
Het overwinnen van beperkingen bij metingen
Tekortkomingen van traditionele laboratoriumviscometriemethoden (offline)
Het gebruik van traditionele laboratoriummethoden voor complexe niet-Newtoniaanse vloeistoffen introduceert systematische inefficiënties en risico's. Handmatige bemonstering en testen op de werkbank leiden inherent tot aanzienlijke vertragingen, waardoor kwaliteitsborging een reactieve correctiestap na het proces wordt. Gedurende deze vertraging kan een volledige batch stroomafwaarts gaan, om vervolgens uren later alsnog afgekeurd te worden. Bovendien meten de meeste standaard laboratoriumviscometers de viscositeit bij lage of ongecontroleerde schuifsnelheden, waardoor gegevens ontstaan die irrelevant zijn voor de hoge schuifsnelheden in reactoren, pompen en transportleidingen. Dit is met name problematisch voor zeer complexe vloeistoffen.schuifverdunningproducten. Daarbij komt nog dat dethixotropischDe aard van veel formuleringen betekent dat viscositeitsmetingen zeer gevoelig zijn voor de behandeling van het monster en de tijd die is verstreken sinds de vloeistof aan mengspanning is blootgesteld. Dit leidt tot een slechte herhaalbaarheid en inconsistentie tussen batches. Bovendien brengt het handmatige bemonsteringsproces inherente risico's met zich mee, zoals contaminatie, procedurele inconsistenties en menselijke fouten, die allemaal de resultaten vertekenen en de productiekosten verhogen.
Inline hoge-schuifviscometer
Om deze fundamentele beperkingen te omzeilen, maakt de industrie steeds vaker gebruik vaninline ultra-shear viscometersDeze instrumenten bieden continue, realtime viscositeitsmeting direct binnen de productielijn. Deze overstap naar continue data-acquisitie maakt het mogelijk om procesomstandigheden dynamisch aan te passen op basis van live viscositeitsfeedback. Dit is essentieel voor het waarborgen van productconsistentie, het optimaliseren van de productiedoorvoer en het aanzienlijk verminderen van materiaalverspilling. De integratie van deze sensoren in deshampoo productieprocesDit transformeert kwaliteitscontrole fundamenteel van een testfunctie naar een actieve procescontrolefunctie.
Lonnmeter Ultra Shear Viscometer
De Lonnmeterinline ultra-shear viscometerHet systeem werkt op basis van een trillingsprincipe. Het kernsensorelement is een robuuste, staafvormige structuur die torsie-trilt langs zijn centrale as met een vaste resonantiefrequentie. Terwijl het element de vloeistof over zijn oppervlak afschuift, verliest het kinetische energie door de interne weerstand van de vloeistof, ook wel bekend als viskeuze wrijvingskrachten. De mate van energieverlies, of mechanische demping, is rechtstreeks evenredig met de viscositeit van de vloeistof: een hogere viscositeit resulteert in een grotere wrijving en een hoger energieverlies. De elektronische componenten van de sensor detecteren dit energieverlies en de zender verwerkt het signaal tot een duidelijke, nauwkeurige en realtime viscositeitswaarde. Het gebruik van een torsieresonator is zeer voordelig, omdat de sensor hierdoor inherent stabiel is, beter geïsoleerd van externe trillingen en primair gevoelig voor de dissipatieve viskeuze krachten van de vloeistof.
Technische specificaties en operationeel bereik
Het Lonnmeter-apparaat demonstreert robuuste engineering die nodig is voor veeleisende industriële omgevingen en garandeert betrouwbaarheid, precisie en chemische compatibiliteit.
Tabel: Technische specificaties van de Lonnmeter Ultra Shear Viscometer
| Parameter | Specificatie/Bereik | Relevantie voor de productie van persoonlijke verzorgingsproducten |
| Viscositeitsbereik | 1 - 1.000.000 cP | Voldoende voor het bedekken van grondstoffen (waterdun) tot sterk geconcentreerde, zeer viskeuze eindproducten. |
| Nauwkeurigheid | ±2% ~5% | Garandeert de nauwkeurige kwaliteitscontrole die nodig is voor hoogwaardige chemische formuleringen en strikte naleving van de CQA-normen. |
| Herhaalbaarheid | ±1% ~ ±2% | Cruciaal voor het bereiken van strikte consistentie tussen de verschillende batches en het voldoen aan strenge wettelijke en consumentennormen. |
| Operationele betrouwbaarheid | IP65, explosiebestendig (Ex dIIBT6) | Geschikt voor reiniging met water, zware omstandigheden en gevaarlijke zones die vaak voorkomen in de chemische industrie. |
| Uitvoer/interface | Viscositeit 4 - 20 mADC / RS485 | Standaard industriële output voorNaadloze integratie met DCS/SCADA-systemenen PLC's. |
| Materiaalcontact | 316 L, Teflon, Hastelloy | Biedt corrosiebestendigheid tegen waterige oppervlakteactieve oplossingen, verdikkingsmiddelen en pH-regelaars. |
Leer meer over dichtheidsmeters
Strategische implementatie in productielijnen
Uitgebreid overzicht van het productieproces van shampoo en conditioner.
Deproductieproces van shampoo/conditionerHet is een meerstappenproces dat is ontworpen om een uniforme verspreiding van ingrediënten en een stabiele vorming van de uiteindelijke emulsie te garanderen. De kernstappen omvatten: Voorbereiding van de grondstoffen (zuivering, verhitting, voorbehandeling met opgeloste vaste stoffen); Mengen, reactie en emulgering (opeenvolgende toevoeging van oppervlakteactieve stoffen, conditioneringsmiddelen en viscositeitsmodificatoren); Homogenisatie (mengen met hoge afschuifkracht om de emulsie te stabiliseren en de uiteindelijke additieven zoals geur- en kleurstoffen toe te voegen); Kwaliteitscontrole; en ten slotte vullen en verpakken. Viscositeitscontrole is geen eenmalige kwaliteitscontrole, maar een dynamische, continue vereiste in meerdere fasen.
Het bepalen van belangrijke meetpunten in shampoo-/conditionerlijnen voor viscositeitscontrole
Strategische plaatsing van deinline schuifviscometeris essentieel voor het creëren van effectieve gesloten-lusregelsystemen. Het doel is om CQA-veranderingen direct te monitoren tijdens fasen waarin aanpassing nog mogelijk is, om te voorkomen dat kwaliteitsafwijkingen zich verder ontwikkelen. Er zijn drie cruciale monitoringpunten geïdentificeerd:
| Procesfase | Metingsargumentatie | Vereiste besturingsactie / lus |
| P-1: Na toevoeging van verdikkingsmiddel/zout (primair controlepunt) | Het meet de onmiddellijke aanpassing van de micellaire netwerkstructuur en bevestigt het directe effect van viscositeitsmodificatoren. | Implementatie van een gesloten-lus PID-regeling voor realtime, nauwkeurige dosering van elektrolytoplossing (zoutoplossing) of chemicaliën voor pH-aanpassing. Dit is cruciaal om de abrupte viscositeitsdaling te voorkomen die optreedt wanneer het maximum van de parabolische "zoutcurve" wordt overschreden. |
| P-2: Uitlaat voor voorhomogenisatie/opslagtank | Het systeem bewaakt de stabiliteit op lange termijn en zorgt voor het juiste thixotrope herstel en de consistentie van het bulkproduct vóór de uiteindelijke menging en behandeling met hoge afschuifkracht. | Aanpassing van de batchverblijftijd of de resterende mengintensiteit. Zorgt voor een stabiele basisemulsiestructuur vóór de verwerking, waardoor een te hoge belasting van de apparatuur door een te stroperig product wordt voorkomen. |
| P-3: Overdracht van het eindproduct (voorvullijn) | Biedt de uiteindelijke validatie van de productconsistentie en zorgt ervoor dat de reologische eigenschappen voldoen aan de eisen voor geautomatiseerde vulmachines (vloei-eigenschappen) en consumentengebruik (dosering). | Zeer nauwkeurige kwaliteitscontrole: automatische omleiding van afgekeurde producten naar een herwerkingstank of onmiddellijke aanpassing van de volumestroom van de vulmachine. |
De continue bewaking van de viscositeit gedurende het hele proces, met name bij P-2 en P-3, biedt een niet-destructieve bevestiging van de uiteindelijke emulsiestructuur. Tijdens de homogenisatie ondergaan veel emulsies een aanzienlijke viscositeitsstijging naarmate de druppelgrootte afneemt, en de omvang van deze stijging dient als een betrouwbare indicator voor de algehele kwaliteit en stabiliteit van de emulsie. Realtime monitoring helpt bij het bepalen van het gewenste eindpunt van het mengen en maakt adaptieve aanpassingen mogelijk aan parameters zoals roerintensiteit of -tijd. Deze mogelijkheid verschuift de kwaliteitscontrole van het identificeren van productfouten naar het actief voorkomen van problemen zoals fasescheiding of oproming, wat uiteindelijk de houdbaarheid verlengt.
Gesloten-lusregeling en viscositeitsmodulatie
Hoe u de viscositeit van shampoo en de reologie van conditioner kunt beheersen
Controle overshampoo viscositeitDe reologie van een conditioner wordt bereikt door het nauwkeurig beheren van meerdere interactieve factoren, waaronder het type en de concentratie van oppervlakteactieve stoffen, de concentratie van toegevoegde polymeren of verdikkingsmiddelen, temperatuur, pH-waarden (die de ladingsinteracties beïnvloeden) en de concentratie van elektrolyten, zoals zout. Van deze methoden is de toevoeging van zouten vaak het meest kosteneffectieve en gangbare mechanisme om de viscositeit in op sulfaat gebaseerde oppervlakteactieve systemen te moduleren.
De rol van elektrolyten: inzicht in de zoutcurve en de dynamiek van het micellaire netwerk
Het regelmechanisme met elektrolyten, voornamelijk natriumchloride, is gebaseerd op de invloed van zoutionen op het micellaire netwerk van het waterige oppervlakteactieve systeem. Deze relatie is opvallend niet-lineair en volgt een parabolische functie die bekend staat als de "zoutcurve". Aanvankelijk verhogen kleine toevoegingen van zout deviscositeit van shampoodoor de elektrostatische afstoting tussen de kopgroepen van de oppervlakteactieve stoffen af te schermen. Deze afscherming bevordert de groei en verstrengeling van micellen, wat leidt tot verdikking. De viscositeit bereikt een piek bij een optimale elektrolytconcentratie; het overschrijden van deze kritische concentratie resulteert echter in overmatige vertakking van de micellen en een snelle, scherpe daling van de viscositeit (verdunning). Gezien het industrieel relevante bereik voor acceptabele viscositeit,shampoo viscositeitOmdat het vaak een smal segment van deze curve betreft (bijvoorbeeld 3 tot 15 Pa s), is het handhaven van consistentie binnen dit kleine werkingsgebied zeer lastig zonder realtime, zeer nauwkeurige metingen.
Realtime viscositeitsaanpassingsmechanismen: geautomatiseerde dosering en pH-modulatie
De inzet van eeninline ultra-shear viscometerDit maakt echte gesloten-lus procesregeling mogelijk. De sensor meet direct de schijnbare viscositeit van de vloeistof (de procesvariabele) en stuurt deze gegevens terug naar het gedistribueerde besturingssysteem (DCS) of het SCADA-systeem (Supervisory Control and Data Acquisition). Als de procesvariabele afwijkt van het ingestelde instelpunt (doelviscositeit), voert de regelaar een proportioneel-integraal-derivatieve (PID) regelkring uit, waardoor een automatische doseerpomp of doseerklep wordt geactiveerd om het berekende correctiemiddel, zoals een zoutoplossing of een pH-regelaar, te injecteren. Deze directe, datagestuurde respons is het kernmechanisme vanProcesintegratie en realtime besturingDeze proactieve controle voorkomt de veelvoorkomende productiefout van het overschrijden van kritische reologische parameters – met name de piek van de zoutcurve – waardoor de batchintegriteit wordt gegarandeerd en de hoge kosten die gepaard gaan met het herwerken van batches worden geminimaliseerd. Traditionele meetvertragingen dwingen tot conservatieve doseringen, wat vaak resulteert in materiaal dat niet aan de specificaties voldoet en kostbare herverwerking of verwijdering vereist.
Complexiteit en uitdagingen bij het bepalen van de viscositeit van shampoo en conditioner
De invloed van tijdsafhankelijkheid (thixotropie) op metingen
Een belangrijke uitdaging in de persoonlijke verzorgingsindustrie is het beheersen van de tijdsafhankelijke (thixotrope) eigenschappen van veel formuleringen. Thixotrope vloeistoffen, zoals bepaalde crèmes en gels, leveren inconsistente viscositeitsgegevens op als de meting niet gestandaardiseerd is, omdat de viscositeitswaarde verandert afhankelijk van de tijd die is verstreken sinds het materiaal voor het laatst is geschoren. Door gebruik te maken van eeninline schuifverdunnende viscometerDit probleem wordt verholpen. De sensor meet de schijnbare viscositeit bij een stabiele, constante schuifsnelheid die wordt bepaald door de processtroom. Deze aanpak levert een continu, industrieel relevant datapunt op dat veel betrouwbaarder en reproduceerbaarder is dan intermitterende laboratoriummonsters die worden genomen in een staat van reologisch herstel na handmatige verwerking.
Variabiliteit van grondstoffen en de noodzaak van voorspellende monitoring.
Variaties in de kwaliteit van de binnenkomende grondstoffen, zoals schommelingen in de consistentie van oppervlakteactieve stoffen, of kleine variaties in procesparameters (bijv. temperatuur, debiet, druk) kunnen onvoorspelbare veranderingen in de viscositeit van het eindproduct veroorzaken. Continue, hoogfrequente monitoring via deinline schuifviscometerHiermee kunnen operationele teams snel de exacte impact van specifieke grondstofbatches op de uiteindelijke CQA identificeren en vastleggen. Deze datastroom met hoge resolutie vormt de basis voor de integratie van geavanceerde voorspellende kwaliteitsmodellen, mogelijk in combinatie met andere technologieën zoals NIR-spectroscopie, om consistentie te waarborgen ondanks de onvermijdelijke variabiliteit in de input.
Operationele efficiëntie en totale eigendomskosten (TCO)
Vermindering van het aantal mislukte batches en materiaalverspilling.
De operationele rechtvaardiging voor de invoering vaninline ultra-shear viscometersis gebaseerd op dramatische, kwantificeerbare verbeteringen in efficiëntie en kwaliteitscontrole. De implementatie van realtime viscositeitscontrole transformeert batchkwaliteitsbeheer van reactief naar voorspellend. Vergelijkbare industriële toepassingen, waar viscositeit de productkwaliteit bepaalt (bijvoorbeeld polymerisatie), hebben aangetoond dat het gebruik van inline viscometers het batchfoutpercentage kan verlagen totnulDit succes is zeer goed toepasbaar op complexe oppervlakteactieve stoffen. Het elimineren van afgekeurde batches en het voorkomen van producten die niet aan de specificaties voldoen, leiden direct tot aanzienlijke kostenbesparingen en beperken het enorme verlies van dure grondstoffen en tussenproducten.
Batchtijdreductie en eindpuntdetectie
Naast het elimineren van afval, biedt het vermogen van deinline schuifviscometerHet direct bevestigen van reactie- of mengresultaten verbetert de doorvoer aanzienlijk. In plaats van te vertrouwen op vooraf gedefinieerde mengtijden of te wachten op de vertraging die gepaard gaat met offline laboratoriumvalidatie, bevestigt het systeem direct wanneer de gewenste viscositeit is bereikt. In productieomgevingen die vergelijkbare technologie gebruiken, is aangetoond dat deze nauwkeurige eindpuntdetectie de batchverwerkingstijd met wel 10% kan verkorten.2 uurDeze tijdsbesparing stelt de faciliteit in staat om te functioneren.meer batches per dagwaardoor het gebruik van de activa wordt gemaximaliseerd, de totale productiecapaciteit wordt verhoogd zonder verdere kapitaaluitgaven en het hoge energieverbruik dat gepaard gaat met langdurige meng- en verwarmingscycli aanzienlijk wordt verlaagd.
Weinig onderhoud en verbeterde operationele betrouwbaarheid
De robuuste constructie van de sensor, met gebruikmaking van hoogwaardige materialen zoals 316L roestvrij staal, Hastelloy en Teflon, in combinatie met het ontbreken van interne bewegende onderdelen, afdichtingen of lagers, garandeert een maximale operationele beschikbaarheid en minimale mechanische slijtage door blootstelling aan chemicaliën. Bovendien is het systeem ontworpen om in de fabriek te worden gekalibreerd en zijn betrouwbaarheid te behouden zonder dat frequente, complexe veldkalibratie nodig is. Deze combinatie van factoren garandeert een betrouwbare meting op lange termijn en verlaagt de arbeidskosten voor onderhoud aanzienlijk, wat substantieel bijdraagt aan een lage kostprijs.Totale eigendomskosten (TCO).
Het waarborgen van kwaliteitsnaleving en traceerbaarheid.
Consistente, hoogwaardige productie is afhankelijk van strikte naleving van protocollen en uitgebreide documentatie. Omdat de viscositeit direct van invloed is op de productstabiliteit, houdbaarheid en prestatie-eigenschappen, zijn nauwgezette protocollen voor viscositeitsmeting essentieel voor naleving van de regelgeving en het voldoen aan de verwachtingen van de consument.inline ultra-shear viscometerHet systeem biedt hoogfrequente datalogging en -registratie gedurende de gehele productiecyclus, waardoor een continue, gedetailleerde batchgeschiedenis wordt geboden die de beperkingen van intermitterende, discrete bemonstering overstijgt. Deze robuuste datahistorisering garandeert betrouwbare resultaten.Kwaliteitsnaleving en traceerbaarheidvoor interne audits, het indienen van documenten bij regelgevende instanties en onderzoek na de marktintroductie, waardoor het consumentenvertrouwen en de merkreputatie worden versterkt.
Naadloze integratie met DCS/SCADA-systemen
Datacommunicatiestandaarden en interfacespecificaties
De waarde van realtime viscositeitsgegevens komt pas volledig tot zijn recht wanneer de sensor is geïntegreerd in de automatiseringsinfrastructuur van de fabriek.inline ultra-shear viscometeris specifiek ontworpen voorNaadloze integratie met DCS/SCADA-systemenHet biedt standaard industriële uitgangen, waaronder het robuuste 4-20 mA DC analoge signaal, dat universeel compatibel is voor directe invoer in proportioneel-integraal-derivatieve (PID) regelaars en eenvoudigere regelkringen. Daarnaast biedt de RS485 seriële dataverbinding een uitgebreide digitale verbinding, waardoor de overdracht van zeer nauwkeurige viscositeits-, temperatuur- en statusgegevens mogelijk is voor geavanceerde berekeningen en historisering. Deze dubbele interface zorgt voor veelzijdigheid in zowel eenvoudige als complexe automatiseringsschema's.
Voordelen van gecentraliseerd gegevensbeheer voor proceshistorisering en -analyse
Integratie van deinline schuifviscometerIntegratie in een gedistribueerd besturingssysteem (DCS) of SCADA-systeem maakt het mogelijk om zeer nauwkeurige reologische gegevens centraal te verzamelen, te verwerken en te visualiseren, samen met andere cruciale procesparameters zoals temperatuur en druk. Centralisatie biedt operators realtime, bruikbare gegevens die worden gepresenteerd in dashboards op maat, wat de besluitvorming en operationele controle aanzienlijk verbetert. Bovendien stelt het centraliseren van deze realtime viscositeitsgegevens in de datahistoricus kwaliteitscontroleteams in staat om uitgebreide analyses na de batch uit te voeren. Ze kunnen viscositeitsveranderingen correleren met variabiliteit van ingrediënten, roersnelheid of thermische gebeurtenissen, waardoor een continue, gedetailleerde registratie wordt bijgehouden die essentieel is voor nauwkeurige batchtraceerbaarheid en robuuste compliance-documentatie.
Integratie van realtime viscositeit in IIoT-frameworks
De installatie van een continue, hoge-resolutieinline ultra-shear viscometerDit vertegenwoordigt meer dan alleen een verbetering van de meetmethoden; het is een fundamentele stap richting de implementatie van de principes van Industrie 4.0. De digitale levering van stabiele, zeer nauwkeurige reologische gegevens (via RS485) sluit perfect aan bij de huidige transformatie naar het Industrial Internet of Things (IIoT). Deze hoogwaardige datastroom is essentieel voor het ontwikkelen en trainen van geavanceerde besturingsalgoritmen en machine learning-modellen die nodig zijn voor voorspellende kwaliteitscontrole en dynamische procesoptimalisatie. Door viscositeit te integreren als kerncomponent van de algehele automatiseringsarchitectuur, kan de productiefaciliteit voor persoonlijke verzorging overstappen van statische besturing met vaste parameters naar flexibele, dynamische optimalisatie, waardoor de kwaliteit van de processen gewaarborgd wordt.shampoo viscositeiten andere reologische doelstellingen blijven consistent, ongeacht inherente stroomopwaartse of omgevingsvariaties.
De productie van niet-Newtoniaanse vloeistoffen zoals shampoo en conditioner vereist nauwkeurige reologische controle die traditionele methoden niet kunnen evenaren. Het is ten zeerste aan te raden dat managers van productieprocessen prioriteit geven aan de aanschaf en integratie vaninline ultra-shear viscometersmet standaard DCS/SCADA-systemen. Deze investering levert de essentiële, zeer nauwkeurige datastroom die nodig is voor geautomatiseerde, voorspellende kwaliteitscontrole, waardoor productconsistentie op lange termijn wordt gewaarborgd en de noodzakelijke basis wordt gelegd voor geavanceerde digitale productie.productieproces van haarconditioneroptimalisatie.
