팁 및 유용한 정보
초보자를 위한 유변학 - 핸드크림의 점도 측정하기
크림이나 로션의 유변학적 특성은 다양한 사용자 기대치와 밀접한 관련이 있습니다:
- 짜내지 않는 한 튜브에 머무르는 능력
- 문지를 때까지 디스펜싱 된 위치에 머무르는 능력
- 문지르는 동안의 우수한 유동성.
다음에서는 키넥서스 회전 레오미터로 측정하여 핸드크림의 이러한 바람직한 거동에 대한 정보를 제공하는 방법을 보여드리겠습니다.
일반 정보
회전 레오미터는 일반적으로 두 개의 평행한 플레이트로 구성되며, 그 사이에 시료가 로드됩니다. 상단 플레이트가 회전하면서 시료를 따라 드래그합니다. 하부 플레이트는 고정된 상태로 유지됩니다. 키넥서스는 일반적으로 두 가지 유형의 측정을 수행하는 데 사용됩니다:
점도 측정:
상단 플레이트는 갭과 회전 속도에 의해 제어되는 정의된 전단 속도로 회전합니다. 그 결과 시료의 점도(η), 즉 흐름에 대한 저항을 기록합니다.
진동:
상판은 정의된 진폭과 주파수로 진동합니다. 그 결과 탄성 전단 계수 G´, 손실 계수 G", 위상각 δ로 설명되는 시료의 점탄성 특성을 얻게 됩니다(몇 가지 예를 들면).
점도 측정 - 튜브에서 짜낼 때, 튜브에서 꺼낼 때, 손에 펴 바를 때 크림의 거동을 정량화하는 방법
그림 1은 적용된 전단 속도에 따른 상용 핸드크림의 점도 곡선을 보여줍니다. 이 재료는 전단 속도가 증가함에 따라 점도가 감소하는 전단 얇아지는 거동을 보여줍니다.
낮은 전단 속도는 거의 정지 상태에서의 크림의 거동을 반영합니다. 낮은 전단 속도에서 점도가 높을수록 제품의 두 가지 특성이 보장됩니다: 크림이 외부로부터의 스트레스(=튜브의 압착) 없이 튜브에서 나오지 않습니다. 또한 피부에 도포한 후에도 흘러내리지 않고 손에 남아 있습니다.
사용자가 튜브를 짜는 순간 크림에 더 높은 전단 속도가 적용됩니다. 결과 곡선에 따르면 이로 인해 제품 점도가 감소하여 튜브에서 쉽게 흘러 나옵니다. 전단 속도가 높을수록 크림이 피부에 퍼지는 동안의 동작도 모방됩니다. 점도가 낮아지면 이 과정이 더 쉬워져 피부에 더 부드러운 느낌을 줍니다. 이러한 맥락에서 중요한 용어는 항복 응력, 즉 재료의 흐름을 유도하기 위해 재료에 가해야 하는 최소 응력입니다.
그림 2는 핸드크림의 항복 응력 측정값을 표시합니다. 낮은 전단 응력 범위에서는 항복하기 전에 샘플 구조가 늘어나면서 점도가 뚜렷하게 증가하는 것을 볼 수 있습니다. 핸드크림은 점도가 정점에 도달한 후 흐르기 시작합니다(빨간색 화살표 참조). 이 예에서는 더 높은 응력에서 또 다른 전환이 발생하며, 이 시점부터 점도가 크게 감소하고 자유롭게 흐릅니다. 소프트웨어는 항복 응력 값을 자동으로 계산합니다. 크림은 11.7 Pa의 전단 응력에서 흐르기 시작합니다.
진동 - 하나의 재료, 다른 동작 ... 프로세스의 시간 척도에 따라 달라짐
진폭 스윕
진동 측정에서 시료는 가해진 변형이나 응력이 시료의 관련 구조를 파괴하지 않는 소위 선형 점탄성 영역(선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER)에 있어야 합니다. 따라서 첫 번째 단계로 재료에 대해 정의된 주파수와 다양한 변형 진폭의 진동 테스트가 수행됩니다. 그 결과 비파괴 테스트에 허용되는 최대 진폭, 즉 선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER의 응력 또는 변형률 한계가 얻어집니다.
그림 3은 진폭 스윕 중 탄성 계수 G' 및 점성 계수 G"의 곡선을 보여줍니다. 탄성 계수는 최대 0.2%까지 일정하게 유지됩니다. 즉, 0.2%보다 낮은 변형의 경우 물질이 선형 점탄성 영역(LVER)LVER에서는 적용된 응력이 구조물의 구조적 파괴(항복)를 일으키기에 충분하지 않으므로 중요한 미세 구조적 특성을 측정하고 있습니다.LVER에 있음을 의미합니다.
주파수 스윕
다음 측정에서는 진폭을 0.1%로 설정하고 주파수를 변경하여 다양한 시간 척도에 대한 재료의 반응을 조사합니다. 결과는 그림 4에 나와 있습니다.
전체 측정 주파수 범위에서 G´ 값이 G" 값보다 더 크게 나타나 크림의 탄성 특성이 점성 특성보다 더 우세합니다. 크림은 흐르지 않고 고체처럼 행동합니다. 이는 시료의 유동성을 나타내는 척도인 위상각에서도 확인할 수 있는데, 0은 완전히 고체와 같은 상태부터 90°는 완벽한 액체와 같은 거동을 나타냅니다. 그림 4는 이 샘플이 테스트한 전체 주파수 범위에서 더 고체와 유사한 상태(즉, 위상각 <45°)를 유지하며 흐르지 않음을 보여줍니다
결론
소비자는 핸드크림에 대해 거의 상반된 행동을 기대합니다: 사용자가 짜기 전에 튜브에서 흘러나오지 않도록 고체처럼 작동하고, 디스펜싱 후 사용자의 손에서 흘러내리지 않아야 합니다. 그러나 피부에 펴 바르는 동안에는 자유롭게 흐르면서 액체처럼 행동해야 합니다. 유변학 측정은 이러한 다양한 변형 및 무변형 시나리오를 모방합니다. 전단 속도가 증가함에 따라 크림의 점도는 감소합니다. 튜브를 짜거나 피부에 크림을 문지르는 동안에는 사용자가 기대하는 대로 안정된 상태보다 "점도가 낮은" 느낌이 듭니다.