Wskazówki i porady
Reologia dla początkujących - określanie lepkości kremu do rąk
Właściwości reologiczne kremu lub balsamu są ściśle związane z różnymi oczekiwaniami użytkowników:
- Zdolność do pozostawania w tubce tak długo, jak długo nie zostanie ściśnięta
- Zdolność do pozostawania w miejscu dozowania aż do wcierania
- Dobra płynność podczas wcierania.
Poniżej pokażemy, w jaki sposób pomiary za pomocą reometru rotacyjnego Kinexus dostarczają informacji na temat pożądanego zachowania kremu do rąk.
Informacje ogólne
Reometr rotacyjny składa się zazwyczaj z dwóch równoległych płyt, pomiędzy którymi umieszczana jest próbka. Górna płyta obraca się, ciągnąc próbkę. Dolna płyta pozostaje nieruchoma. Reometr Kinexus jest zwykle używany do przeprowadzania dwóch rodzajów pomiarów:
Wiskozymetria:
Górna płyta obraca się z określoną szybkością ścinania kontrolowaną przez szczelinę i prędkość obrotową. W rezultacie rejestrujemy lepkość η próbki, tj. jej opór przepływu.
Oscylacja:
Górna płyta oscyluje z określoną amplitudą i częstotliwością. W rezultacie uzyskujemy lepkosprężyste właściwości próbki, opisane przez moduł sprężystego ścinania G´, Moduł lepkościModuł zespolony (składnik lepkościowy), moduł stratności lub G'' to "urojona" część ogólnego modułu zespolonego próbki. Ten lepki składnik wskazuje na reakcję próbki pomiarowej podobną do cieczy lub poza fazą. moduł stratności G" i kąt fazowy δ (aby wymienić tylko kilka).
Wiskozymetria - Jak ilościowo określić zachowanie kremu w tubce, podczas wyciskania z tubki i podczas rozprowadzania na dłoni?
Rysunek 1 przedstawia krzywą lepkości komercyjnego kremu do rąk w funkcji zastosowanych szybkości ścinania. Materiał wykazuje zachowanie rozrzedzane ścinaniem: lepkość maleje wraz ze wzrostem szybkości ścinania.
Niższe szybkości ścinania odzwierciedlają zachowanie kremu w warunkach zbliżonych do spoczynkowych. Wyższa lepkość przy niskich prędkościach ścinania zapewnia dwie właściwości produktu: Krem nie wydostanie się z tubki bez naprężenia z zewnątrz (= ściśnięcie tubki). Ponadto, po nałożeniu na skórę, krem pozostanie na dłoni bez spływania.
Gdy tylko użytkownik ściśnie tubkę, do kremu stosowane są wyższe szybkości ścinania. Zgodnie z uzyskaną krzywą prowadzi to do zmniejszenia lepkości produktu, dzięki czemu łatwo wypływa on z tubki. Wyższe szybkości ścinania naśladują również zachowanie kremu podczas rozprowadzania na skórze. Proces ten staje się łatwiejszy dzięki niższej lepkości, co skutkuje gładszym odczuciem na skórze. W tym kontekście ważnym terminem jest Naprężenie plastyczneGranica plastyczności jest definiowana jako naprężenie, poniżej którego nie występuje przepływ; dosłownie zachowuje się jak słabe ciało stałe w spoczynku i ciecz po ugięciu.granica plastyczności, tj. minimalne naprężenie, które należy przyłożyć do materiału, aby wywołać jego płynięcie.
Rysunek 2 przedstawia pomiar granicy plastyczności kremu do rąk. W niższym zakresie naprężeń ścinających widzimy wyraźny wzrost lepkości wynikający z rozciągania struktury próbki przed jej plastycznością. Krem do rąk zaczyna płynąć po osiągnięciu szczytu lepkości (patrz czerwona strzałka). W tym przykładzie występuje kolejnePunkt przecięciaW teście reologicznym, takim jak przemiatanie częstotliwości lub przemiatanie czas/temperatura, punkt przecięcia jest wygodnym punktem odniesienia wskazującym punkt "przejścia" próbki. przejście przy wyższym naprężeniu, od którego lepkość silnie spada i następuje swobodny przepływ. Oprogramowanie automatycznie oblicza wartość granicy plastyczności: krem zacząłby płynąć od naprężenia ścinającego 11,7 Pa.
Oscylacja - jeden materiał, różne zachowania ... W zależności od skali czasowej procesu
Przemiatanie amplitudy
W pomiarze oscylacyjnym próbka musi znajdować się w tak zwanym liniowym obszarze lepkosprężystym (Liniowy obszar lepkosprężysty (LVER)W LVER przyłożone naprężenia są niewystarczające do spowodowania strukturalnego rozpadu (plastyczności) struktury, a zatem mierzone są ważne właściwości mikrostrukturalne.LVER), w którym przyłożone odkształcenie lub naprężenie nie prowadzi do zerwania powiązanej struktury próbki. Dlatego w pierwszym etapie na materiale przeprowadza się test oscylacyjny o określonej częstotliwości i zmiennej amplitudzie odkształcenia. W rezultacie uzyskuje się maksymalną amplitudę pozwalającą na przeprowadzenie testu nieniszczącego - granicę naprężenia lub odkształcenia Liniowy obszar lepkosprężysty (LVER)W LVER przyłożone naprężenia są niewystarczające do spowodowania strukturalnego rozpadu (plastyczności) struktury, a zatem mierzone są ważne właściwości mikrostrukturalne.LVER.
Rysunek 3 przedstawia krzywe modułu sprężystości G' i modułu lepkości G" podczas zmiany amplitudy. Moduł sprężystościModuł zespolony (składnik sprężysty), moduł magazynowania lub G', jest "rzeczywistą" częścią ogólnego modułu zespolonego próbki. Ten składnik sprężysty wskazuje na stałą lub fazową reakcję mierzonej próbki. Moduł sprężystości pozostaje stały do 0,2%. Oznacza to, że przy odkształceniach mniejszych niż 0,2% substancja znajduje się w Liniowy obszar lepkosprężysty (LVER)W LVER przyłożone naprężenia są niewystarczające do spowodowania strukturalnego rozpadu (plastyczności) struktury, a zatem mierzone są ważne właściwości mikrostrukturalne.LVER.
Przemiatanie częstotliwości
W kolejnym pomiarze amplituda jest ustawiona na 0,1%, podczas gdy częstotliwość jest zmieniana w celu zbadania reakcji materiału w różnych skalach czasowych. Wyniki przedstawiono na rysunku 4.
W całym mierzonym zakresie częstotliwości wartości G´ są larger niż wartości G": właściwości elastyczne kremu są bardziej dominujące niż jego właściwości lepkie. Krem nie płynie, ale zachowuje się jak ciało stałe. Można to również zaobserwować w kącie fazowym, który jest skalą płynności próbki, od zera będącego całkowicie ciałem stałym do 90 ° wskazującego na idealne zachowanie podobne do cieczy. Rysunek 4 pokazuje, że ta próbka pozostaje bardziej podobna do ciała stałego (tj. kąt fazowy <45 °) w całym zakresie badanych częstotliwości, tj. nie płynie
Wnioski
Konsument oczekuje od kremu do rąk niemal sprzecznych zachowań: Powinien on zachowywać się jak ciało stałe, aby nie wypłynął z tubki zanim użytkownik go wyciśnie i nie spłynął z dłoni użytkownika po dozowaniu. Powinien jednak również zachowywać się jak ciecz podczas rozprowadzania na skórze, swobodnie płynąc. Pomiary reologiczne naśladują te różne scenariusze deformacji i braku deformacji. Lepkość kremu zmniejsza się wraz ze wzrostem szybkości ścinania: podczas ściskania tubki lub wcierania kremu w skórę odczuwa się "mniejszą lepkość" niż w stanie spoczynku - tak jak oczekuje tego użytkownik.