Conseils et astuces
Rhéologie pour débutants - Déterminer la viscosité d'une crème pour les mains
Les propriétés rhéologiques d'une crème ou d'une lotion sont étroitement liées aux différentes attentes des utilisateurs :
- Sa capacité à rester dans le tube tant qu'il n'est pas pressé
- Sa capacité à rester à l'endroit où il a été distribué jusqu'à ce qu'il soit frotté
- Sa bonne fluidité pendant le frottement.
Dans ce qui suit, nous montrerons comment les mesures effectuées à l'aide du rhéomètre rotatif Kinexus fournissent des informations sur le comportement souhaité d'une crème pour les mains.
Informations générales
Un rhéomètre rotatif est généralement constitué de deux plaques parallèles entre lesquelles l'échantillon est placé. La plaque supérieure tourne, entraînant l'échantillon. La plaque inférieure reste fixe. Le Kinexus est généralement utilisé pour effectuer deux types de mesures :
Viscométrie:
La plaque supérieure tourne avec un taux de cisaillement défini, contrôlé par l'écart et la vitesse de rotation. Nous enregistrons ainsi la viscosité, η, de l'échantillon, c'est-à-dire sa résistance à l'écoulement.
Oscillation:
La plaque supérieure oscille avec une amplitude et une fréquence définies. Nous obtenons ainsi les propriétés viscoélastiques de l'échantillon, décrites par le module de cisaillement élastique, G', le Module visqueuxLe module complexe (composante visqueuse), module de perte ou G'', est la partie "imaginaire" du module complexe global des échantillons. Cette composante visqueuse indique la réponse liquide ou déphasée de l'échantillon mesuré. module de perte, G", et l'angle de phase, δ (pour n'en citer que quelques-uns).
Viscométrie - Comment quantifier le comportement de la crème dans le tube, lors de l'essorage du tube et lors de l'étalement sur la main ?
La figure 1 présente la courbe de viscosité d'une crème commerciale pour les mains en fonction des taux de cisaillement appliqués. Le matériau présente un comportement d'Effet de cisaillementLe type le plus courant de comportement non newtonien est l'amincissement par cisaillement ou l'écoulement pseudoplastique, où la viscosité du fluide diminue avec l'augmentation du cisaillement.amincissement par cisaillement : la viscosité diminue avec l'augmentation des taux de cisaillement.
Les taux de cisaillement les plus faibles reflètent le comportement de la crème dans des conditions proches du repos. La viscosité plus élevée à des taux de cisaillement faibles garantit deux propriétés du produit : La crème ne sortira pas du tube sans une contrainte extérieure (= pressage du tube). De plus, après avoir été appliquée sur la peau, elle restera dans la main sans s'écouler.
Dès que l'utilisateur presse le tube, des taux de cisaillement plus élevés sont appliqués à la crème. D'après la courbe obtenue, cela entraîne une diminution de la viscosité du produit, de sorte qu'il s'écoule facilement du tube. Les taux de cisaillement plus élevés imitent également le comportement de la crème lorsqu'elle s'étale sur la peau. Ce processus est facilité par la baisse de la viscosité, qui se traduit par une sensation plus douce sur la peau. Dans ce contexte, un terme important est la limite d'élasticité, c'est-à-dire la contrainte minimale qui doit être appliquée à un matériau pour qu'il s'écoule.
La figure 2 présente la mesure de la limite d'élasticité de la crème pour les mains. Dans la plage des contraintes de cisaillement les plus faibles, on observe une augmentation apparente de la viscosité due à l'étirement de la structure de l'échantillon avant la rupture. La crème pour les mains commence à s'écouler après le pic de viscosité (voir la flèche rouge). Pour cet exemple, il y a une autre transition à une contrainte plus élevée, à partir de laquelle la viscosité diminue fortement et la crème s'écoule librement. Le logiciel calcule automatiquement la valeur de la limite d'élasticité : la crème commencerait à s'écouler à partir d'une contrainte de cisaillement de 11,7 Pa.
Oscillation - Un matériau, des comportements différents ... En fonction de l'échelle de temps du processus
Balayage d'amplitude
Lors d'une mesure d'oscillation, l'échantillon doit se trouver dans ce que l'on appelle la Région viscoélastique linéaire (LVER)Dans le LVER, les contraintes appliquées ne sont pas suffisantes pour provoquer une rupture de la structure, ce qui permet de mesurer d'importantes propriétés micro-structurelles.région viscoélastique linéaire (LVER), dans laquelle la déformation ou la contrainte appliquée n'entraîne pas de rupture de la structure associée à l'échantillon. Par conséquent, un test d'oscillation avec une fréquence définie et une amplitude de déformation variable est effectué sur le matériau dans un premier temps. On obtient ainsi l'amplitude maximale permettant un essai non destructif - la limite de contrainte ou de déformation du Région viscoélastique linéaire (LVER)Dans le LVER, les contraintes appliquées ne sont pas suffisantes pour provoquer une rupture de la structure, ce qui permet de mesurer d'importantes propriétés micro-structurelles.LVER.
La figure 3 illustre les courbes du module élastique, G', et du Module visqueuxLe module complexe (composante visqueuse), module de perte ou G'', est la partie "imaginaire" du module complexe global des échantillons. Cette composante visqueuse indique la réponse liquide ou déphasée de l'échantillon mesuré. module visqueux, G", pendant le balayage de l'amplitude. Le module élastique reste constant jusqu'à 0,2 %. Cela signifie que pour les déformations inférieures à 0,2 %, la substance se trouve dans le Région viscoélastique linéaire (LVER)Dans le LVER, les contraintes appliquées ne sont pas suffisantes pour provoquer une rupture de la structure, ce qui permet de mesurer d'importantes propriétés micro-structurelles.LVER.
Balayage de fréquence
Dans la mesure suivante, l'amplitude est fixée à 0,1 %, tandis que la fréquence est modifiée pour étudier la réponse du matériau sur différentes échelles de temps. Les résultats sont présentés à la figure 4.
Sur l'ensemble de la plage de fréquences mesurée, les valeurs G' sont plus grandes que les valeurs G" : les propriétés élastiques de la crème sont plus importantes que ses propriétés visqueuses. La crème ne s'écoule pas, mais se comporte comme un solide. Ceci est également visible dans l'angle de phase, qui est une échelle de fluidité de l'échantillon, de zéro pour un comportement complètement solide à 90° pour un comportement parfaitement liquide. La figure 4 montre que cet échantillon reste plus solide (angle de phase <45°) sur toute la gamme des fréquences testées, c'est-à-dire qu'il ne s'écoule pas
Conclusion
Un consommateur attend de sa crème pour les mains un comportement presque contradictoire : Elle doit se comporter comme un solide pour éviter qu'elle ne s'écoule du tube avant que l'utilisateur ne le presse et qu'elle ne coule de la main de l'utilisateur après avoir été distribuée. Cependant, il doit également se comporter comme un liquide lorsqu'il s'étale sur la peau en s'écoulant librement. Les mesures rhéologiques reproduisent ces différents scénarios de déformation et d'absence de déformation. La viscosité de la crème diminue avec l'augmentation des taux de cisaillement : en pressant le tube ou en frottant la crème sur la peau, on a l'impression qu'elle est "moins visqueuse" qu'au repos - exactement comme l'utilisateur s'y attend.