Tippek és trükkök
Reológia kezdőknek - A kézkrém viszkozitásának meghatározása
A krém vagy testápoló reológiai tulajdonságai szorosan kapcsolódnak a különböző felhasználói elvárásokhoz:
- Az a képessége, hogy a csőben marad, amíg nem nyomják ki
- Képessége, hogy ott marad, ahol adagolják, amíg el nem dörzsölik
- Jó folyékonysága dörzsölés közben.
A következőkben bemutatjuk, hogy a Kinexus rotációs reométerrel végzett mérések hogyan adnak információt a kézkrém e kívánt viselkedéséről.
Általános információk
A rotációs reométer jellemzően két párhuzamos lemezből áll, amelyek közé a mintát helyezik. A felső lemez forog, és végighúzza a mintát. Az alsó lemez rögzített marad. A Kinexus tipikusan kétféle mérés elvégzésére szolgál:
Viszkozimetria:
A felső lemez a rés és a forgási sebesség által szabályozott, meghatározott nyírási sebességgel forog. Ennek eredményeképpen rögzítjük a minta viszkozitását, η-t, azaz az áramlási ellenállását.
Oszcilláció:
A felső lemez meghatározott amplitúdóval és frekvenciával rezeg. Ennek eredményeként megkapjuk a minta viszkoelasztikus tulajdonságait, amelyeket a G´ nyírási modulus, a G" veszteségmodulus és a δ fázisszög (hogy csak néhányat említsünk) ír le.
Viscometria - Hogyan számszerűsíthető a krém viselkedése a tubusban, a tubusból való kipréselés és a kézre való felvitel során?
Az 1. ábra egy kereskedelmi forgalomban kapható kézkrém viszkozitási görbéjét mutatja az alkalmazott nyírási sebesség függvényében. Az anyag nyírási hígító viselkedést mutat: a viszkozitás csökken a nyírási sebesség növekedésével.
Az alacsonyabb nyírási sebességek a krém nyugalmi állapothoz közeli viselkedését tükrözik. A magasabb viszkozitás alacsony nyírási sebességeknél a termék két tulajdonságát biztosítja: A krém nem fog kijönni a tubusból kívülről érkező feszültség nélkül (= a tubus összenyomása). Továbbá a bőrre adagolás után a krém a kézben marad anélkül, hogy elfolyna.
Amint a felhasználó összenyomja a tubust, a krémre nagyobb nyírási sebességet alkalmaznak. A kapott görbe szerint ez a termék viszkozitásának csökkenéséhez vezet, így az könnyen kifolyik a tubusból. A nagyobb nyírási sebesség a krém viselkedését is utánozza a bőrön való felkenés során. Ez a folyamat a kisebb viszkozitásnak köszönhetően könnyebbé válik, ami simább tapintást eredményez a bőrön. Ebben az összefüggésben fontos fogalom a Termelési feszültségA folyási feszültséget úgy határozzák meg, mint azt a feszültséget, amely alatt nem következik be áramlás; a szó szoros értelmében nyugalmi állapotban gyenge szilárd anyagként, folyékony anyagként viselkedik, amikor folyik.folyáshatár, azaz az a minimális feszültség, amelyet egy anyagra kell alkalmazni ahhoz, hogy az anyag folyását előidézze.
A 2. ábra a kézkrémen végzett folyáshatármérést mutatja. Az alacsonyabb nyírófeszültség-tartományban a viszkozitás látszólagos növekedését látjuk, amely a minta szerkezetének nyúlás előtti megnyúlásából ered. A kézkrém a viszkozitási csúcs után kezd el folyni (lásd a piros nyilat). Ennél a példánál nagyobb feszültségnél újabb átmenet következik be, amelytől kezdve a viszkozitás erősen csökken és szabadon folyik. A szoftver automatikusan kiszámítja a folyási feszültség értékét: a krém 11,7 Pa nyírófeszültségtől kezdene el folyni.
Oszcilláció - Egy anyag, különböző viselkedés ... A folyamat időskálájától függően
Amplitúdó sweep
Az oszcillációs mérés során a mintának az úgynevezett lineáris viszkoelasztikus tartományban (Lineáris viszkoelasztikus régió (LVER)Az LVER-ben az alkalmazott feszültségek nem elegendőek ahhoz, hogy a szerkezet szerkezeti szétesését (engedékenységét) okozzák, ezért fontos mikroszerkezeti tulajdonságokat mérnek.LVER) kell lennie, ahol az alkalmazott alakváltozás vagy feszültség nem vezet a minta kapcsolódó szerkezetének megtöréséhez. Ezért első lépésben egy meghatározott frekvenciájú és változó amplitúdójú oszcillációs vizsgálatot végeznek az anyagon. Ennek eredményeként megkapjuk a roncsolásmentes vizsgálatot lehetővé tevő maximális amplitúdót - az Lineáris viszkoelasztikus régió (LVER)Az LVER-ben az alkalmazott feszültségek nem elegendőek ahhoz, hogy a szerkezet szerkezeti szétesését (engedékenységét) okozzák, ezért fontos mikroszerkezeti tulajdonságokat mérnek.LVER feszültség- vagy alakváltozási határértékét.
A 3. ábra a G' Rugalmassági modulusA komplex modulus (rugalmas komponens), tárolási modulus vagy G', a minták "valós" része a teljes komplex modulus. Ez a rugalmas komponens jelzi a mérendő minta szilárd, vagy fázisban lévő válaszát. rugalmassági modulus és a G" Viszkózus modulusA komplex modulus (viszkózus komponens), a veszteségmodulus vagy G'' a minták "képzeletbeli" része a teljes komplex modulus. Ez a viszkózus komponens jelzi a mérendő minta folyadékszerű vagy fázison kívüli válaszát. viszkózus modulus görbéit ábrázolja az amplitúdó-söprés során. A Rugalmassági modulusA komplex modulus (rugalmas komponens), tárolási modulus vagy G', a minták "valós" része a teljes komplex modulus. Ez a rugalmas komponens jelzi a mérendő minta szilárd, vagy fázisban lévő válaszát. rugalmassági modulus 0,2%-ig állandó marad. Ez azt jelenti, hogy 0,2%-nál kisebb deformációk esetén az anyag az Lineáris viszkoelasztikus régió (LVER)Az LVER-ben az alkalmazott feszültségek nem elegendőek ahhoz, hogy a szerkezet szerkezeti szétesését (engedékenységét) okozzák, ezért fontos mikroszerkezeti tulajdonságokat mérnek.LVER-ben van.
Frekvenciasöprés
A következő mérés során az amplitúdót 0,1%-ra állítjuk, míg a frekvenciát változtatjuk, hogy megvizsgáljuk az anyag válaszát különböző időskálákon. Az eredményeket a 4. ábra mutatja be.
A teljes mért frekvenciatartományban a G´ értékek nagyobbak, mint a G" értékek: a krém rugalmas tulajdonságai dominánsabbak, mint a viszkózus tulajdonságai. A krém nem folyik, hanem szilárd testként viselkedik. Ez a fázisszögben is látható, amely a minta folyékonyságának skálája, a nullától a teljesen szilárd viselkedést jelző 90°-ig, ami a tökéletes folyadékszerű viselkedést jelzi. A 4. ábra azt mutatja, hogy ez a minta a vizsgált frekvenciák teljes tartományában szilárdabb marad (azaz a fázisszög <45°), azaz nem folyik
Következtetés
A fogyasztó szinte ellentmondásos viselkedést vár el a kézkrémtől: Viselkedjen szilárd anyagként, hogy megakadályozza, hogy kifolyjon a tubusból, mielőtt a felhasználó összenyomja, és ne folyjon le a felhasználó kezéről, miután kiadták. Ugyanakkor a bőrön való eloszlatás során folyadékként kell viselkednie, szabadon folyva. A reológiai mérések ezeket a különböző deformációs és nem deformációs forgatókönyveket utánozzák. A krém viszkozitása a nyírási sebesség növekedésével csökken: a tubus összenyomása vagy a krém bőrön való dörzsölése közben "kevésbé viszkózusnak" érezzük, mint nyugalmi állapotban - ahogy a felhasználó is várja.