Съвети и трикове
Реология за начинаещи - определяне на вискозитета на крем за ръце
Реологичните свойства на крема или лосиона са тясно свързани с различните очаквания на потребителите:
- Способността му да остава в тубата, докато не бъде изстискан
- Способността му да остане там, където е разпределен, докато не се разтрие
- Добрата му течливост по време на втриване.
По-долу ще покажем как измерванията с ротационния реометър Kinexus дават информация за това желано поведение на крема за ръце.
Обща информация
Ротационният реометър обикновено се състои от две успоредни плочи, между които се поставя пробата. Горната плоча се върти, като придърпва пробата. Долната плоча остава неподвижна. Kinexus обикновено се използва за извършване на два вида измервания:
Вискометрия:
Горната плоча се върти с определена скорост на срязване, контролирана от разстоянието и скоростта на въртене. В резултат на това се регистрира вискозитетът, η, на пробата, т.е. нейното съпротивление на потока.
Осцилация:
Горната плоча осцилира с определена амплитуда и честота. В резултат на това получаваме вискозоеластичните свойства на пробата, описани от еластичния модул на срязване, G´, модула на загубите, G", и фазовия ъгъл, δ (за да назовем само няколко).
Вискозиметрия - как да определим поведението на крема в тубата, по време на изстискване от тубата и по време на разнасяне върху ръката
На фигура 1 е показана кривата на вискозитета на крем за ръце от търговската мрежа като функция на прилаганите скорости на срязване. Материалът показва срязващо-разреждащо поведение: вискозитетът намалява с увеличаване на скоростта на срязване.
По-ниските скорости на срязване отразяват поведението на крема при условия, близки до тези на покой. По-високият вискозитет при ниски скорости на срязване осигурява две свойства на продукта: Кремът няма да излезе от тубата без натиск отвън (= изстискване на тубата). Освен това, след като го разпределите върху кожата, той ще остане в ръката, без да се разтече.
Щом потребителят стисне тубата, върху крема се прилагат по-високи скорости на срязване. Според получената крива това води до намаляване на вискозитета на продукта, така че той лесно да се излива от тубата. По-високите скорости на срязване имитират и поведението на крема по време на разнасяне върху кожата. Този процес става по-лесен благодарение на по-ниския вискозитет, което води до по-гладко усещане върху кожата. В този контекст важен термин е границата на провлачване, т.е. минималното напрежение, което трябва да се приложи към даден материал, за да се предизвика неговото течене.
На фигура 2 е показано измерването на границата на провлачане на крема за ръце. В диапазона на по-ниските напрежения на срязване се наблюдава видимо увеличение на вискозитета, дължащо се на разтягане на структурата на образеца, преди да се разтвори. Кремът за ръце започва да тече след пика на вискозитета (вж. червената стрелка). За този пример има още един преход при по-високи напрежения, от който момент вискозитетът силно намалява и е свободно течащ. Софтуерът автоматично изчислява стойността на напрежението на провлачване: кремът ще започне да тече от напрежение на срязване 11,7 Pa.
Трептене - един материал, различно поведение... В зависимост от времевата скала на процеса
Амплитудно преливане
При измерване на осцилации пробата трябва да се намира в така наречената линейна вискоеластична област (Линейна вискоеластична област (LVER)При LVER приложените напрежения са недостатъчни, за да предизвикат структурно разрушаване (поддаване) на конструкцията, и следователно се измерват важни микроструктурни свойства.LVER), в която приложената деформация или напрежение не води до разрушаване на свързаната с пробата структура. Поради това на първия етап върху материала се провежда осцилационно изпитване с определена честота и променяща се амплитуда на деформация. В резултат на това се получава максималната амплитуда, която позволява безразрушително изпитване - границата на напрежението или деформацията на Линейна вискоеластична област (LVER)При LVER приложените напрежения са недостатъчни, за да предизвикат структурно разрушаване (поддаване) на конструкцията, и следователно се измерват важни микроструктурни свойства.LVER.
На фигура 3 са показани кривите на модула на еластичност, G', и на вискозния модул, G", по време на амплитудния размах. Еластичният модул остава постоянен до 0,2 %. Това означава, че при деформации, по-малки от 0,2 %, веществото е в Линейна вискоеластична област (LVER)При LVER приложените напрежения са недостатъчни, за да предизвикат структурно разрушаване (поддаване) на конструкцията, и следователно се измерват важни микроструктурни свойства.LVER.
Честотна смяна
При следващото измерване амплитудата се определя на 0,1 %, а честотата се променя, за да се изследва реакцията на материала в различни времеви интервали. Резултатите са показани на фигура 4.
В целия измерен честотен диапазон стойностите на G´ са по-големи от стойностите на G": еластичните свойства на крема са по-доминиращи от вискозните му свойства. Кремът не тече, а се държи като твърдо тяло. Това може да се види и във фазовия ъгъл, който е скала за течливостта на пробата - от нула, когато е напълно твърда, до 90°, което показва перфектно течно поведение. Фигура 4 показва, че тази проба остава по-скоро твърдоподобна (т.е. фазов ъгъл <45°) в целия диапазон на тестваните честоти, т.е. не тече
Заключение
Потребителят очаква от своя крем за ръце почти противоречиво поведение: Той трябва да се държи като твърдо вещество, за да не изтече от тубичката, преди потребителят да я стисне, и да не се стича от ръката на потребителя, след като е бил дозиран. Той обаче трябва да се държи и като течност по време на разнасяне върху кожата, като се стича свободно. Реологичните измервания имитират тези различни сценарии на деформация и липса на деформация. Вискозитетът на крема намалява с увеличаване на скоростта на срязване: по време на стискане на тубата или разтриване на крема върху кожата той се усеща като "по-малко вискозен", отколкото в покой - точно както очаква потребителят.