Советы и рекомендации
Реология для начинающих - определение вязкости крема для рук
Реологические свойства крема или лосьона тесно связаны с различными ожиданиями пользователей:
- Способность оставаться в тюбике до тех пор, пока его не выдавливают
- Способность оставаться на месте дозирования до момента растирания
- Хорошая текучесть при растирании.
Далее мы покажем, как измерения с помощью ротационного реометра Kinexus позволяют получить информацию о желаемом поведении крема для рук.
Общая информация
Ротационный реометр обычно состоит из двух параллельных пластин, между которыми помещается образец. Верхняя пластина вращается, увлекая за собой образец. Нижняя пластина остается неподвижной. Реометр Kinexus обычно используется для проведения двух типов измерений:
Вискозиметрия:
Верхняя пластина вращается с определенной скоростью сдвига, контролируемой зазором и скоростью вращения. В результате мы регистрируем вязкость η образца, то есть его сопротивление течению.
Колебания:
Верхняя пластина колеблется с определенной амплитудой и частотой. В результате мы получаем вязкоупругие свойства образца, описываемые модулем упругого сдвига, G´, модулем потерь, G", и фазовым углом, δ (и др.).
Вискозиметрия - как количественно оценить поведение крема в тюбике, при выдавливании из тюбика и при нанесении на руку
На рисунке 1 показана кривая вязкости коммерческого крема для рук в зависимости от скорости сдвига. Материал демонстрирует поведение, характерное для сдвига: вязкость уменьшается с увеличением скорости сдвига.
Более низкие скорости сдвига отражают поведение крема в состоянии, близком к покою. Более высокая вязкость при низких скоростях сдвига обеспечивает два свойства продукта: Крем не вытекает из тюбика без нагрузки извне (= сдавливание тюбика). Кроме того, после нанесения на кожу он остается в руке, не стекая.
Как только пользователь сжимает тюбик, на крем действует более высокая скорость сдвига. Согласно полученной кривой, это приводит к снижению вязкости продукта, так что он легко вытекает из тюбика. Более высокие скорости сдвига также имитируют поведение крема при распределении по коже. Этот процесс становится легче благодаря снижению вязкости, что приводит к более гладкому ощущению на коже. В данном контексте важным термином является предел текучести, то есть минимальное напряжение, которое необходимо приложить к материалу, чтобы вызвать его текучесть.
На рисунке 2 показано измерение предела текучести крема для рук. В нижнем диапазоне напряжений сдвига мы видим явное увеличение вязкости, вызванное растяжением структуры образца перед пределом текучести. Крем для рук начинает течь после пика вязкости (см. красную стрелку). Для данного примера существует еще один переход при более высоком напряжении, после которого вязкость сильно снижается и крем становится свободно текучим. Программа автоматически рассчитывает значение предела текучести: крем начнет течь при напряжении сдвига 11,7 Па.
Колебания - один материал, разное поведение ... В зависимости от временного масштаба процесса
Амплитудная развертка
При измерении колебаний образец должен находиться в так называемой линейной вязкоупругой области (Линейная вязкоупругая область (LVER)В LVER приложенные напряжения недостаточны для того, чтобы вызвать структурное разрушение (текучесть) конструкции, поэтому измеряются важные микроструктурные свойства.LVER), в которой приложенная деформация или напряжение не приводят к разрушению связанной структуры образца. Поэтому на первом этапе на материале проводится испытание на колебания с определенной частотой и изменяющейся амплитудой деформации. В результате получают максимальную амплитуду, позволяющую провести неразрушающий тест, - предел напряжения или деформации Линейная вязкоупругая область (LVER)В LVER приложенные напряжения недостаточны для того, чтобы вызвать структурное разрушение (текучесть) конструкции, поэтому измеряются важные микроструктурные свойства.LVER.
На рисунке 3 показаны кривые модуля упругости G' и модуля вязкости G" в процессе развертки амплитуды. Модуль упругости остается постоянным до 0,2%. Это означает, что при деформациях менее 0,2% вещество находится в ПВД.
Частотная развертка
В следующем измерении амплитуда устанавливается на уровне 0,1%, а частота изменяется, чтобы исследовать реакцию материала на различных временных интервалах. Результаты представлены на рисунке 4.
Во всем диапазоне измеренных частот значения G´ largeбольше, чем значения G": упругие свойства крема преобладают над вязкими. Крем не течет, а ведет себя как твердое тело. Это также видно по фазовому углу, который представляет собой шкалу текучести образца: от нуля, когда образец полностью твердый, до 90°, когда он ведет себя как идеальная жидкость. На рисунке 4 показано, что этот образец остается более твердым (т.е. фазовый угол <45°) во всем диапазоне частот, т.е. он не течет
Заключение
Потребитель ожидает от крема для рук почти противоречивого поведения: Он должен вести себя как твердое вещество, чтобы не вытекать из тюбика до того, как пользователь выдавит его, и не стекать с руки пользователя после дозирования. Однако при нанесении на кожу он должен вести себя как жидкость, свободно растекаясь. Измерения реологии имитируют эти различные сценарии деформации и отсутствия деформации. Вязкость крема уменьшается с увеличением скорости сдвига: при сжимании тюбика или растирании крема по коже он кажется менее вязким, чем в состоянии покоя - именно так, как ожидает пользователь.