Mâini care aplică o loțiune netedă, cremoasă, evidențiindu-i textura și absorbția pentru o îngrijire eficientă a pielii. Perfect pentru analiza cremei de mâini.

Sfaturi și trucuri

Reologie pentru începători - Determinarea vâscozității unei creme de mâini

Proprietățile reologice ale unei creme sau loțiuni sunt strâns legate de diferitele așteptări ale utilizatorilor:

Capacitatea sa de a rămâne în tub atâta timp cât nu este stors
Capacitatea sa de a rămâne acolo unde este distribuit până când este frecat
O bună fluiditate în timpul frecării.

În cele ce urmează, vom arăta cum măsurătorile cu reometrul rotațional Kinexus furnizează informații despre acest comportament dorit al unei creme de mâini.

Informații generale

Un reometru rotațional este alcătuit, de obicei, din două plăci paralele, între care este încărcată proba. Placa superioară se rotește, antrenând proba. Placa inferioară rămâne fixă. Kinexus este utilizat de obicei pentru a efectua două tipuri de măsurători:

Vâscometrie:
Placa superioară se rotește cu o rată de forfecare definită, controlată de spațiu și de viteza de rotație. Ca rezultat, se înregistrează vâscozitatea, η, a probei, adică rezistența sa la curgere.

Oscilație:
Placa superioară oscilează cu o amplitudine și o frecvență definite. Ca rezultat, obținem proprietățile vâscoelastice ale probei, descrise de modulul de forfecare elastic, G´, modulul de pierdere, G", și unghiul de fază, δ (pentru a numi câteva).

Viscometrie - Cum să cuantificați comportamentul cremei în tub, în timpul stoarcerii din tub și în timpul întinderii pe mână

Curba de vâscozitate a cremei de mâini arată că vâscozitatea de forfecare scade odată cu creșterea vitezei de forfecare, indicând un comportament fluid. — Fig. 1. Curba de vâscozitate a cremei de mâini în funcție de vitezele de forfecare (geometrie: placă conică 1/50; spațiu de măsurare: 0,03 mm; temperatură: 35°C; viteză de forfecare: 0,03 mm; viteză de forfecare 35°C, rata de forfecare: 0.01 până la 100 s-1)

Figura 1 prezintă curba de vâscozitate a unei creme de mâini comerciale în funcție de ratele de forfecare aplicate. Materialul prezintă un comportament de subțiere prin forfecare: vâscozitatea scade odată cu creșterea vitezelor de forfecare.

Ratele de forfecare mai mici reflectă comportamentul cremei în condiții apropiate de repaus. Vâscozitatea mai mare la rate de forfecare scăzute asigură două proprietăți ale produsului: Crema nu va ieși din tub fără o solicitare din exterior (= stoarcerea tubului). În plus, după distribuirea pe piele, crema va rămâne în mână fără să se scurgă.

De îndată ce utilizatorul strânge tubul, cremei i se aplică viteze de forfecare mai mari. Conform curbei rezultate, acest lucru duce la o scădere a vâscozității produsului, astfel încât acesta curge ușor din tub. Ratele de forfecare mai mari imită, de asemenea, comportamentul cremei în timpul întinderii pe piele. Acest proces devine mai ușor datorită vâscozității mai scăzute, ceea ce duce la o senzație mai fină pe piele. În acest context, un termen important este tensiunea de curgere, adică tensiunea minimă care trebuie aplicată unui material pentru a induce curgerea acestuia.

Figura 2 prezintă măsurarea tensiunii de curgere pe crema de mâini. În intervalul de tensiuni de forfecare inferioare, se observă o creștere aparentă a vâscozității care provine din întinderea structurii probei înainte de cedare. Crema de mâini începe să curgă după vârful de vâscozitate (a se vedea săgeata roșie). Pentru acest exemplu, există o altă tranziție la o tensiune mai mare, moment din care vâscozitatea scade puternic și curge liber. Software-ul calculează automat valoarea tensiunii de curgere: crema ar începe să curgă de la o tensiune de forfecare de 11,7 Pa.

Grafic de măsurare a tensiunii de cedare care ilustrează tensiunea de forfecare vs. vâscozitatea de forfecare pentru crema de mâini, care arată tranzițiile comportamentului de curgere. — Fig. 2. Măsurarea tensiunii de curgere (geometrie: placă conică 1/50; spațiu de măsurare: 0,03 mm; temperatură: 35°C; tensiune de forfecare: 0 la 200 Pa)

Oscilația - un material, comportamente diferite ... În funcție de scara de timp a procesului

Modulele elastice și vâscoase împreună cu unghiul de fază în funcție de deformația de forfecare în timpul testării reologice a cremei de mâini. — Fig. 3. Modulul elastic G'; modulul vâscos G" și unghiul de fază δ în timpul baleierii amplitudinii pentru determinarea Regiunea vâscoelastică liniară (LVER)În LVER, tensiunile aplicate sunt insuficiente pentru a provoca ruperea structurală (cedare) a structurii și, prin urmare, se măsoară proprietăți micro-structurale importante.LVER (geometrie: placă-placă 40 mm; spațiu de măsurare: 1,0 mm; temperatură: 30°C; deformație de forfecare: 0,01 până la 100% din spațiul de măsurare)

Scanare de amplitudine

Într-o măsurare a oscilațiilor, proba trebuie să se afle în așa-numita regiune vâscoelastică liniară (Regiunea vâscoelastică liniară (LVER)În LVER, tensiunile aplicate sunt insuficiente pentru a provoca ruperea structurală (cedare) a structurii și, prin urmare, se măsoară proprietăți micro-structurale importante.LVER), în care deformarea sau tensiunea aplicată nu duce la ruperea structurii asociate probei. Prin urmare, într-o primă etapă se efectuează pe material un test de oscilație cu o frecvență definită și o amplitudine variabilă a deformării. Ca urmare, se obține amplitudinea maximă care permite un test nedistructiv - limita de tensiune sau de deformare a Regiunea vâscoelastică liniară (LVER)În LVER, tensiunile aplicate sunt insuficiente pentru a provoca ruperea structurală (cedare) a structurii și, prin urmare, se măsoară proprietăți micro-structurale importante.LVER.

Figura 3 prezintă curbele modulului elastic, G', și ale modulului vâscos, G", în timpul explorării amplitudinii. Modulul elastic rămâne constant până la 0,2%. Aceasta înseamnă că, pentru deformări mai mici de 0,2%, substanța se află în Regiunea vâscoelastică liniară (LVER)În LVER, tensiunile aplicate sunt insuficiente pentru a provoca ruperea structurală (cedare) a structurii și, prin urmare, se măsoară proprietăți micro-structurale importante.LVER.

Scanare de frecvență

În următoarea măsurătoare, amplitudinea este setată la 0,1%, în timp ce frecvența este variată pentru a investiga răspunsul materialului pe diferite scări de timp. Rezultatele sunt reprezentate în figura 4.

Pe întreaga gamă de frecvențe măsurate, valorile G´ sunt mai mari decât valorile G": proprietățile elastice ale cremei sunt mai dominante decât proprietățile sale vâscoase. Crema nu curge, ci se comportă ca un solid. Acest lucru se poate observa, de asemenea, în unghiul de fază, care este o scară a fluidității probei, de la zero, care este complet solidă, până la 90°, care indică un comportament perfect lichid. Figura 4 arată că această probă rămâne mai mult solidă (adică unghiul de fază <45°) pe întreaga gamă de frecvențe testate, adică nu curge

Grafic care prezintă modulul elastic, modulul vâscos și unghiul de fază al unei creme de mâini analizate la frecvențe diferite pentru proprietățile reologice. — Fig. 4. Modulul elastic, G', modulul vâscos, G", și unghiul de fază δ, la diferite frecvențe (geometrie: placă-placă 40 mm; spațiu de măsurare: 1,0 mm; temperatură: 35°C; deformație de forfecare: 0,1%; frecvență: de la 0,01 la 20 Hz)

Concluzie

Un consumator așteaptă de la crema sa de mâini un comportament aproape contradictoriu: Aceasta ar trebui să se comporte ca un solid pentru a împiedica scurgerea din tub înainte ca utilizatorul să o stoarcă și să nu curgă de pe mâna utilizatorului după ce a fost distribuită. Cu toate acestea, ar trebui, de asemenea, să se comporte ca un lichid în timpul întinderii pe piele, curgând liber. Măsurătorile reologice imită aceste scenarii diferite de deformare și lipsă de deformare. Vâscozitatea cremei scade odată cu creșterea vitezei de forfecare: în timpul stoarcerii tubului sau al frecării cremei pe piele, aceasta pare "mai puțin vâscoasă" decât în repaus - exact așa cum se așteaptă utilizatorul.