Suggerimenti e trucchi
Reologia per principianti - Determinare la viscosità di una crema per le mani
Le proprietà reologiche di una crema o di una lozione sono strettamente correlate alle diverse aspettative degli utenti:
- La sua capacità di rimanere nel tubetto finché non viene spremuto
- La capacità di rimanere dove viene erogato fino a quando non viene strofinato
- La buona fluidità durante lo sfregamento.
Di seguito, mostreremo come le misure effettuate con il reometro rotazionale Kinexus forniscano informazioni sul comportamento desiderato di una crema per le mani.
Informazioni generali
Un reometro rotazionale è tipicamente costituito da due piastre parallele, tra le quali viene caricato il campione. La piastra superiore ruota, trascinando il campione. La piastra inferiore rimane fissa. Il Kinexus è tipicamente utilizzato per effettuare due tipi di misurazioni:
Viscometria:
La piastra superiore ruota con una velocità di taglio definita, controllata dalla distanza e dalla velocità di rotazione. Di conseguenza, si registra la viscosità, η, del campione, cioè la sua resistenza al flusso.
Oscillazione:
La piastra superiore oscilla con un'ampiezza e una frequenza definite. Di conseguenza, si ottengono le proprietà viscoelastiche del campione, descritte dal modulo di taglio elastico, G´, dal Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo di perdita, G", e dall'angolo di fase, δ (per citarne alcuni).
Viscometria - Come quantificare il comportamento della crema nel tubo, durante la spremitura dal tubo e durante la stesura sulla mano
La Figura 1 mostra la curva di viscosità di una crema per le mani commerciale in funzione delle velocità di taglio applicate. Il materiale mostra un comportamento di Assottigliamento a taglioIl tipo più comune di comportamento non newtoniano è l'assottigliamento al taglio o flusso pseudoplastico, in cui la viscosità del fluido diminuisce all'aumentare del taglio.assottigliamento al taglio: la viscosità diminuisce all'aumentare delle velocità di taglio.
Le velocità di taglio più basse riflettono il comportamento della crema in condizioni di quasi riposo. La viscosità più elevata a basse velocità di taglio garantisce due proprietà del prodotto: La crema non uscirà dal tubo senza una sollecitazione dall'esterno (= spremitura del tubo). Inoltre, dopo averla erogata sulla pelle, rimarrà nella mano senza scorrere via.
Non appena l'utente spreme il tubo, alla crema vengono applicate velocità di taglio più elevate. Secondo la curva risultante, ciò porta a una diminuzione della viscosità del prodotto, in modo che esso fuoriesca facilmente dal tubetto. I tassi di taglio più elevati imitano anche il comportamento della crema durante la spalmatura sulla pelle. Questo processo diventa più facile grazie alla minore viscosità, che si traduce in una sensazione di maggiore morbidezza sulla pelle. In questo contesto, un termine importante è la Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento, cioè la tensione minima che deve essere applicata a un materiale per indurne lo scorrimento.
La Figura 2 mostra la misurazione dello Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.sforzo di snervamento della crema per le mani. Nell'intervallo di sollecitazioni di taglio più basse, si nota un apparente aumento della viscosità dovuto all'allungamento della struttura del campione prima dello snervamento. La crema per le mani inizia a fluire dopo il picco di viscosità (vedi freccia rossa). Per questo esempio, c'è un'altra transizione a una sollecitazione più elevata, a partire dalla quale la viscosità diminuisce fortemente ed è libera di fluire. Il software calcola automaticamente il valore della Sforzo di snervamentoLa tensione di snervamento è definita come la tensione al di sotto della quale non si verifica alcun flusso; letteralmente si comporta come un solido debole a riposo e come un liquido quando viene ceduto.tensione di snervamento: la crema inizierebbe a fluire a partire da una tensione di taglio di 11,7 Pa.
Oscillazione - Un materiale, comportamenti diversi ... A seconda della scala temporale del processo
Sweep di ampiezza
In una misura di oscillazione, il campione deve trovarsi nella cosiddetta Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.regione viscoelastica lineare (LVER), in cui la deformazione o la sollecitazione applicata non porta alla rottura della struttura associata del campione. Pertanto, in una prima fase si esegue sul materiale una prova di oscillazione con una frequenza definita e un'ampiezza di deformazione variabile. Di conseguenza, si ottiene l'ampiezza massima che consente un test non distruttivo - il limite di sollecitazione o di deformazione dell'Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.LVER.
La Figura 3 mostra le curve del Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico, G', e del Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo viscoso, G", durante l'ampiezza del test. Il Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico rimane costante fino allo 0,2%. Ciò significa che per deformazioni inferiori allo 0,2%, la sostanza si trova nella Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.LVER.
Sweep di frequenza
Nella misura successiva, l'ampiezza viene impostata allo 0,1%, mentre la frequenza viene variata per studiare la risposta del materiale su diverse scale temporali. I risultati sono illustrati nella figura 4.
Sull'intera gamma di frequenze misurate, i valori di G´ sono larger rispetto ai valori di G": le proprietà elastiche della crema sono più dominanti rispetto alle proprietà viscose. La crema non scorre, ma si comporta come un solido. Questo si può notare anche nell'angolo di fase, che è una scala di fluidità del campione, da zero, completamente solido, a 90°, che indica un comportamento perfettamente liquido. La Figura 4 mostra che questo campione rimane più solido (cioè, angolo di fase <45°) per l'intera gamma di frequenze testate, cioè non scorre
Conclusione
Un consumatore si aspetta dalla sua crema per le mani un comportamento quasi contraddittorio: Dovrebbe comportarsi come un solido, per evitare che esca dal tubetto prima che l'utente lo sprema e che non scorra dalla mano dell'utente dopo l'erogazione. Tuttavia, dovrebbe anche comportarsi come un liquido durante la spalmatura sulla pelle, scorrendo liberamente. Le misurazioni reologiche simulano questi diversi scenari di deformazione e non deformazione. La viscosità della crema diminuisce con l'aumentare della velocità di taglio: durante la spremitura del tubetto o lo sfregamento della crema sulla pelle, la sensazione è quella di una "minore viscosità" rispetto al riposo, proprio come si aspetta l'utente.