Handen die een gladde, romige lotion aanbrengen en de textuur en absorptie voor een effectieve huidverzorging benadrukken. Perfect voor analyse van handcrème.

Tips en trucs

Reologie voor beginners - De viscositeit van een handcrème bepalen

De reologische eigenschappen van een crème of lotion hangen nauw samen met de verschillende verwachtingen van de gebruiker:

Het vermogen om in de tube te blijven zolang er niet in geknepen wordt
Het vermogen om te blijven waar het wordt aangebracht totdat het wordt ingewreven
De goede vloeibaarheid tijdens het wrijven.

Hieronder laten we zien hoe metingen met de Kinexus rotatie reometer informatie geven over dit gewenste gedrag van een handcrème.

Algemene informatie

Een roterende reometer bestaat meestal uit twee parallelle platen waartussen het monster wordt geplaatst. De bovenste plaat roteert, waardoor het monster wordt meegesleurd. De onderste plaat blijft gefixeerd. De Kinexus wordt meestal gebruikt om twee soorten metingen uit te voeren:

Viscometrie:
De bovenste plaat draait met een gedefinieerde afschuifsnelheid die wordt geregeld door de opening en de rotatiesnelheid. Hierdoor registreren we de viscositeit, η, van het monster, d.w.z. de weerstand tegen stroming.

Oscillatie:
De bovenste plaat oscilleert met een bepaalde amplitude en frequentie. Hierdoor verkrijgen we de visco-elastische eigenschappen van het monster, beschreven door de elastische afschuifmodulus, G´, de Viskeuze modulusDe complexe modulus (viskeuze component), verliesmodulus of G'', is het "imaginaire" deel van de totale complexe modulus van het monster. Deze viskeuze component geeft de vloeistofachtige, of uit fase, respons van het te meten monster aan. verliesmodulus, G", en de fasehoek, δ (om er een paar te noemen).

Viscometrie - Hoe kwantificeer je het gedrag van de crème in de tube, tijdens het uitknijpen uit de tube en tijdens het uitsmeren op de hand?

De viscositeitscurve van handcrème laat zien dat de afschuifviscositeit afneemt bij toenemende afschuifsnelheid, wat duidt op vloeigedrag. — Fig. 1. Viscositeitscurve van handcrème als functie van de afschuifsnelheden (geometrie: coneplate 1/50; meetopening: 0,03 mm; temperatuur: 35°C, afschuifsnelheid: 0.01 tot 100 s-1)

Figuur 1 toont de viscositeitscurve van een commerciële handcrème als functie van de toegepaste afschuifsnelheden. Het materiaal vertoont een afschuifverdunnend gedrag: de viscositeit neemt af met toenemende afschuifsnelheden.

De lagere afschuifsnelheden weerspiegelen het gedrag van de crème in bijna rusttoestand. De hogere viscositeit bij lage afschuifsnelheden zorgt voor twee eigenschappen van het product: De crème komt niet uit de tube zonder druk van buitenaf (= knijpen in de tube). Bovendien blijft de crème na het aanbrengen op de huid in de hand liggen zonder weg te vloeien.

Zodra de gebruiker in de tube knijpt, wordt een hogere afschuifsnelheid op de crème toegepast. Volgens de resulterende curve leidt dit tot een afname van de viscositeit van het product, zodat het gemakkelijk uit de tube vloeit. De hogere schuifsnelheden bootsen ook het gedrag van de crème na tijdens het uitsmeren op de huid. Dit proces wordt eenvoudiger dankzij de lagere viscositeit, wat resulteert in een gladder gevoel op de huid. Een belangrijke term in deze context is de OpbrengstspanningDe vloeispanning wordt gedefinieerd als de spanning waaronder geen vloei optreedt; letterlijk gedraagt het zich als een zwakke vaste stof in rust en als een vloeistof wanneer het vloeit.vloeispanning, d.w.z. de minimale spanning die op een materiaal moet worden uitgeoefend om het te laten vloeien.

Figuur 2 toont de vloeispanningsmeting van de handcrème. In het bereik van de lagere afschuifspanningen zien we een duidelijke toename van de viscositeit door het uitrekken van de structuur van het monster voordat het bezwijkt. De handcrème begint te vloeien na de piek in viscositeit (zie rode pijl). Voor dit voorbeeld is er nog een overgang bij hogere spanning, vanaf welk punt de viscositeit sterk afneemt en vrij vloeit. De software berekent de vloeispanningswaarde automatisch: de crème zou beginnen te vloeien vanaf een afschuifspanning van 11,7 Pa.

Grafiek van de vloeispanningsmeting die de schuifspanning versus de schuifviscositeit voor handcrème laat zien, met overgangen in stromingsgedrag. — Fig. 2. Meting van de OpbrengstspanningDe vloeispanning wordt gedefinieerd als de spanning waaronder geen vloei optreedt; letterlijk gedraagt het zich als een zwakke vaste stof in rust en als een vloeistof wanneer het vloeit.vloeispanning (geometrie: kegelplaat 1/50; meetopening: 0,03 mm; temperatuur: 35°C; schuifspanning: 0 tot 200 Pa)

Oscillatie - Eén materiaal, verschillende gedragingen ... Afhankelijk van de tijdschaal van het proces

Elastische en viskeuze moduli samen met de fasehoek uitgezet tegen de afschuifspanning tijdens het testen van de reologie van handcrème. — Fig. 3. Elastische modulusDe complexe modulus (elastische component), opslagmodulus of G', is het "echte" deel van de totale complexe modulus van het monster. Deze elastische component geeft de respons van het te meten monster op een vaste stof of in fase aan. Elastische modulus G'; Viskeuze modulusDe complexe modulus (viskeuze component), verliesmodulus of G'', is het "imaginaire" deel van de totale complexe modulus van het monster. Deze viskeuze component geeft de vloeistofachtige, of uit fase, respons van het te meten monster aan. viskeuze modulus G", en fasehoek δ tijdens de amplitude sweep om de Lineair visco-elastisch gebied (LVER)In de LVER zijn de toegepaste spanningen onvoldoende om structurele breuk (bezwijken) van de structuur te veroorzaken en daarom worden belangrijke microstructurele eigenschappen gemeten.LVER te bepalen (geometrie: plaat 40 mm; meetopening: 1,0 mm; temperatuur: 30°C; afschuifspanning: 0,01 tot 100% van de meetopening)

Amplitude Sweep

Bij een oscillatiemeting moet het monster zich in het zogenaamde lineaire visco-elastische gebied (Lineair visco-elastisch gebied (LVER)In de LVER zijn de toegepaste spanningen onvoldoende om structurele breuk (bezwijken) van de structuur te veroorzaken en daarom worden belangrijke microstructurele eigenschappen gemeten.LVER) bevinden, waarin de toegepaste rek of spanning niet leidt tot een breuk van de bijbehorende structuur van het monster. Daarom wordt in een eerste stap een oscillatietest met een gedefinieerde frequentie en een variërende vervormingsamplitude uitgevoerd op het materiaal. Hierdoor wordt de maximale amplitude verkregen die een niet-destructieve test mogelijk maakt - de spannings- of rekgrens van de Lineair visco-elastisch gebied (LVER)In de LVER zijn de toegepaste spanningen onvoldoende om structurele breuk (bezwijken) van de structuur te veroorzaken en daarom worden belangrijke microstructurele eigenschappen gemeten.LVER.

Figuur 3 toont de krommen van de elasticiteitsmodulus, G', en de Viskeuze modulusDe complexe modulus (viskeuze component), verliesmodulus of G'', is het "imaginaire" deel van de totale complexe modulus van het monster. Deze viskeuze component geeft de vloeistofachtige, of uit fase, respons van het te meten monster aan. viscositeitsmodulus, G", tijdens de amplitudetrek. De elasticiteitsmodulus blijft constant tot 0,2%. Dat betekent dat voor vervormingen lager dan 0,2% de stof zich in de Lineair visco-elastisch gebied (LVER)In de LVER zijn de toegepaste spanningen onvoldoende om structurele breuk (bezwijken) van de structuur te veroorzaken en daarom worden belangrijke microstructurele eigenschappen gemeten.LVER bevindt.

Frequentie Sweep

In de volgende meting wordt de amplitude ingesteld op 0,1%, terwijl de frequentie wordt gevarieerd om de respons van het materiaal over verschillende tijdschalen te onderzoeken. De resultaten worden weergegeven in figuur 4.

Over het hele gemeten frequentiebereik zijn de G´ waarden groter dan de G" waarden: de elastische eigenschappen van de crème zijn dominanter dan de viskeuze eigenschappen. De crème vloeit niet, maar gedraagt zich als een vaste stof. Dit is ook te zien aan de fasehoek, die een schaal is voor de vloeibaarheid van het monster, van nul voor volledig vast tot 90° voor perfect vloeibaar gedrag. Figuur 4 laat zien dat dit monster vaster blijft (d.w.z. fasehoek <45°) over het hele bereik van de geteste frequenties, d.w.z. het vloeit niet

Grafiek met elasticiteitsmodulus, viscositeitsmodulus en fasehoek van een handcrème geanalyseerd bij verschillende frequenties voor reologische eigenschappen. — Fig. 4. Elastische modulusDe complexe modulus (elastische component), opslagmodulus of G', is het "echte" deel van de totale complexe modulus van het monster. Deze elastische component geeft de respons van het te meten monster op een vaste stof of in fase aan. Elastische modulus, G', Viskeuze modulusDe complexe modulus (viskeuze component), verliesmodulus of G'', is het "imaginaire" deel van de totale complexe modulus van het monster. Deze viskeuze component geeft de vloeistofachtige, of uit fase, respons van het te meten monster aan. viskeuze modulus, G", en fasehoek δ, bij verschillende frequenties (geometrie: plaat-plaat 40 mm; meetopening: 1,0 mm; temperatuur: 35°C; afschuifspanning: 0,1%; frequentie: 0,01 tot 20 Hz)

Conclusie

Een consument verwacht van zijn handcrème bijna tegenstrijdig gedrag: Het moet zich gedragen als een vaste stof om te voorkomen dat het uit de tube loopt voordat de gebruiker erin knijpt, en niet van de hand van de gebruiker afvloeit nadat het is aangebracht. Het moet zich echter ook gedragen als een vloeistof tijdens het uitsmeren op de huid door vrij te stromen. De reologiemetingen bootsen deze verschillende scenario's van vervorming en geen vervorming na. De viscositeit van de crème neemt af met toenemende afschuifsnelheden: als je in de tube knijpt of over de huid wrijft, voelt de crème "minder viskeus" aan dan in rust - precies zoals de gebruiker verwacht.