Dicas e truques

Reologia para iniciantes - Determinando a viscosidade de um creme para as mãos

As propriedades reológicas de um creme ou loção estão intimamente relacionadas às diferentes expectativas dos usuários:

  • Sua capacidade de permanecer no tubo, desde que não seja espremido
  • Sua capacidade de permanecer onde foi dispensado até ser esfregado
  • Sua boa fluidez durante a fricção.

A seguir, mostraremos como as medições com o reômetro rotacional Kinexus fornecem informações sobre esse comportamento desejado de um creme para as mãos.

Informações gerais

Normalmente, um reômetro rotacional é composto por duas placas paralelas, entre as quais a amostra é carregada. A placa superior gira, arrastando a amostra. A placa inferior permanece fixa. O Kinexus é normalmente usado para realizar dois tipos de medições:

Viscometria:
A placa superior gira com uma taxa de cisalhamento definida, controlada pela folga e pela velocidade de rotação. Como resultado, registramos a viscosidade, η, da amostra, ou seja, sua resistência ao fluxo.

Oscilação:
A placa superior oscila com uma amplitude e frequência definidas. Como resultado, obtemos as propriedades viscoelásticas da amostra, descritas pelo módulo de cisalhamento elástico, G', o Módulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo de perda, G", e o ângulo de fase, δ (para citar alguns).

Viscometria - Como quantificar o comportamento do creme no tubo, durante o espremer para fora do tubo e durante o espalhamento na mão

Fig. 1. Curva de viscosidade do creme para as mãos em função das taxas de cisalhamento (geometria: coneplate 1/50; intervalo de medição: 0,03 mm; temperatura: 35°C, taxa de cisalhamento: 0.01 a 100 s-1)

A Figura 1 exibe a curva de viscosidade de um creme para as mãos comercial em função das taxas de cisalhamento aplicadas. O material apresenta um comportamento de afinamento por cisalhamento: a viscosidade diminui com o aumento das taxas de cisalhamento.

As taxas de cisalhamento mais baixas refletem o comportamento do creme em condições próximas ao repouso. A maior viscosidade em baixas taxas de cisalhamento garante duas propriedades do produto: O creme não sairá da bisnaga sem EstresseA tensão é definida como um nível de força aplicado a uma amostra com uma seção transversal bem definida. (Tensão = força/área). As amostras com seção transversal circular ou retangular podem ser comprimidas ou esticadas. Materiais elásticos, como a borracha, podem ser esticados até 5 a 10 vezes seu comprimento original.estresse externo (= espremer a bisnaga). Além disso, após a aplicação na pele, ele permanecerá na mão sem escorrer.

Assim que o usuário aperta o tubo, taxas de cisalhamento mais altas são aplicadas ao creme. De acordo com a curva resultante, isso leva a uma diminuição da viscosidade do produto, de modo que ele flui facilmente para fora do tubo. As taxas de cisalhamento mais altas também imitam o comportamento do creme durante a aplicação na pele. Esse processo fica mais fácil graças à viscosidade mais baixa, o que resulta em uma sensação mais suave na pele. Nesse contexto, um termo importante é a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de escoamento, ou seja, a EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão mínima que deve ser aplicada a um material para induzir seu escoamento.

A Figura 2 exibe a medição da EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de escoamento no creme para as mãos. Na faixa de tensões de cisalhamento mais baixas, vemos um aumento aparente na viscosidade proveniente do estiramento da estrutura da amostra antes do escoamento. O creme para as mãos começa a fluir após o pico de viscosidade (veja a seta vermelha). Para este exemplo, há outra transição em uma EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão mais alta, a partir da qual a viscosidade diminui fortemente e o fluxo é livre. O software calcula automaticamente o valor da EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão de escoamento: o creme começaria a fluir a partir de uma tensão de cisalhamento de 11,7 Pa.

Oscilação - Um material, comportamentos diferentes ... Dependendo da escala de tempo do processo

Varredura de amplitude

Em uma medição de oscilação, a amostra deve estar na chamada Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.região viscoelástica linear (LVER), na qual a deformação ou tensão aplicada não leva à ruptura da estrutura associada da amostra. Portanto, em uma primeira etapa, é realizado um teste de oscilação com uma frequência definida e uma amplitude variável de deformação no material. Como resultado, a amplitude máxima que permite um teste não destrutivo é obtida - o limite de tensão ou deformação do Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.LVER.

A Figura 3 mostra as curvas do Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo elástico, G', e doMódulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo viscoso, G", durante a varredura de amplitude. O Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. módulo elástico permanece constante até 0,2%. Isso significa que, para deformações inferiores a 0,2%, a substância está na Região viscoelástica linear (LVER)No LVER, as tensões aplicadas são insuficientes para causar ruptura estrutural (cedência) da estrutura e, portanto, importantes propriedades microestruturais estão sendo medidas.LVER.

Varredura de frequência

Na próxima medição, a amplitude é definida em 0,1%, enquanto a frequência é variada para investigar a resposta do material em diferentes escalas de tempo. Os resultados são mostrados na Figura 4.

Em toda a faixa de frequência medida, os valores de G' são larger do que os valores de G": as propriedades elásticas do creme são mais dominantes do que suas propriedades viscosas. O creme não flui, mas se comporta como um sólido. Isso também pode ser visto no ângulo de fase, que é uma escala de fluidez da amostra, de zero, sendo completamente sólida, até 90°, indicando um comportamento líquido perfeito. A Figura 4 mostra que essa amostra permanece mais sólida (ou seja, ângulo de fase <45°) em toda a faixa de frequências testadas, ou seja, ela não flui

Fig. 4. Módulo elásticoO módulo complexo (componente elástico), módulo de armazenamento ou G', é a parte "real" das amostras, o módulo complexo geral. Esse componente elástico indica a resposta do tipo sólido, ou em fase, da amostra que está sendo medida. Módulo elástico, G', módulo viscoso, G", e ângulo de fase δ, em diferentes frequências (geometria: placa de 40 mm; lacuna de medição: 1,0 mm; temperatura: 35°C; tensão de cisalhamento: 0,1%; frequência: 0,01 a 20 Hz)

Conclusão

Um consumidor espera de seu creme para as mãos um comportamento quase contraditório: Ele deve se comportar como um sólido para evitar que escorra do tubo antes que o usuário o aperte e não escorra da mão do usuário após ser dispensado. No entanto, ele também deve se comportar como um líquido durante a aplicação na pele, fluindo livremente. As medições de reologia imitam esses diferentes cenários de deformação e ausência de deformação. A viscosidade do creme diminui com o aumento das taxas de cisalhamento: ao apertar a bisnaga ou ao esfregar o creme na pele, ele parece "menos viscoso" do que em repouso - exatamente como o usuário espera.