Inleiding
Als het gaat om materialen voor zintuiglijk spelen, bieden kinetisch zand en stopverf kinderen duidelijk verschillende ervaringen - beide fascinerend op hun eigen manier. Hoewel ze op het eerste gezicht op elkaar lijken, onthullen hun onderliggende samenstelling en fysieke gedrag een wereld van verschil.
Kinetisch zand is een dispersie van zanddeeltjes gedispergeerd in een small hoeveelheid polymeer (PDMS - polydimethylsiloxaan), waardoor het een uniek vloeiend gedrag heeft terwijl het toch de korrelige textuur van zand behoudt. Bij het bewegen gedraagt het zich bijna als een langzaam bewegende vloeistof, waardoor kinderen het gemakkelijk kunnen kneden, snijden en verkruimelen. De samenstelling ligt dicht bij de maximale verpakkingsfractie - wat betekent dat de zanddeeltjes dicht opeengepakt zijn, met net genoeg bindmiddel om zowel beweging als hechting mogelijk te maken zonder in elkaar te storten.
Speelplamuur daarentegen (ook op basis van PDMS) is meestal een dispersie van pigmentdeeltjes in een visco-elastische medium. Het rekt uit, stuitert en kan zelfs breken bij plotselinge kracht. In tegenstelling tot kinetisch zand heeft speelplamuur een veel lagere vaste lading met aanzienlijk kleinere deeltjes, wat resulteert in een vloeibaarder en elastischer gedrag.
Hoewel zowel kinetisch zand als speelplamuur worden geclassificeerd als dispersies, zijn ze heel verschillend geformuleerd. Reologische testen verklaren de unieke eigenschappen van kinetisch zand en speelplamuur en hun afhankelijkheid van hoe ze worden behandeld.
Testresultaten en discussie
Figuur 1 toont de resulterende curven van een frequentiesweep uitgevoerd op speelplamuur.
Terwijl G' (elastic shear modulus) de vaste eigenschappen van het materiaal beschrijft, is G" (visceuze shear modulus) gerelateerd aan de vloeibare eigenschappen. De fasehoek δ is het verschil tussen de toegepaste oscillerende rek en de resulterende spanning. Deze wordt gedefinieerd als:
De fasehoek varieert van 0° voor een perfect elastisch materiaal tot 90° voor een perfect viskeus materiaal.
Bij hoge frequenties is de elastische afschuifmodulus groter dan de viskeuze afschuifmodulus. Als gevolg hiervan vertoont het materiaal voor snelle oscillaties (geassocieerd met korte tijdschalen of snelle bewegingen) solide gedrag.
Een overgang tussen G' en G" wordt waargenomen bij 3 Hz, wat overeenkomt met een fasehoek van 45°. Bij lagere frequenties, die duiden op langzamere bewegingen, vertoont speelplamuur vloeiend gedrag.
Figuur 2 illustreert het frequentie-afhankelijke gedrag van de elastische afschuifmodulus (G'), de viskeuze afschuifmodulus (G") en de fasehoek (δ) voor kinetisch zand. Over het gehele gemeten frequentiebereik vertoont het materiaal overwegend vaste-stofachtige kenmerken. Dit blijkt uit de consistent lagere fasehoekwaarden (onder 45°) en de dominantie van G' over G" gedurende de gehele meting.
Conclusie
Frequentiescans worden gebruikt om te voorspellen hoe een materiaal zich gedraagt op zowel korte als lange tijdschalen. De curven die verkregen zijn bij het testen van play putty en kinetisch zand kunnen in verband gebracht worden met de zintuiglijke ervaringen van de personen die ze gebruiken. Met kinetisch zand kunnen vormen of structuren worden gemaakt die hun vorm behouden. Speelplamuur vloeit geleidelijk en neemt na gebruik de vorm van de verpakking aan.