流变学出现在20世纪20年代,因为当时的应用古典弹性理论、塑性理论和牛顿流体理论已不能说明橡胶、塑料等工业材料的复杂特性。现在流变学属于力学的一个新分支,主要研究材料在应力、应变、温度湿度、辐射灯条件下与时间因素有关的变形和流动的规律,探求材料屈服规律和长期强度,通过实验了解材料的微观结构性质,探讨材料流变的机制。对于日化产品而言流变学可被认为是流体粘度变化与时间效应的关系,研究它的流变性能就是研究它粘度的变化。
流体可以分为两大类:一是牛顿流体,二是非牛顿流体。在非牛顿流体中又可以分为两类,一是时间触变性非牛顿流体,即在固定不变的剪切率下,流体的粘度会逐渐减小;二是时间独立性非牛顿流体,即假塑性,它会随着剪切率的增大,粘度不断减小,也就是剪切变稀。
旋转粘度计的工作原理是用一个转速几乎不受电压变化影响的微型同步电机为动力,通过联轴器带动它的转筒旋转,转筒在被测液体中旋转受到了粘滞阻力的作用,产生反作用,使得悬挂安装的电机壳体发生0～90°的偏转,电机壳体和两根一正一反安装的游丝相连接,当壳体发生偏转的时候,使得游丝产生扭转,当游丝的扭矩与粘滞阻力达到平衡时,固定在电机壳体上的拨叉将指针稳定在某一个刻度上,使得刻度与转筒所受的粘滞阻力成正比。一次刻度读数乘特定系数,就表示成粘滞系数的量值。
相比毛细管粘度计、落球式粘度计,旋转粘度计测量更加快速方便,数据更加正确可靠,对于性质随时间而变化的流体的连续测量来说,可以在不同的切变率下对同种流体进行测量等优点,故选用旋转粘度计作为本次课题的测量工具。
DV3T流变仪(Brookfield公司),LV-4转子、LV-3转子,恒温箱(25℃)。
在25℃的条件下用DV3T流变仪在0.6RPM、1.5RPM、3.0RPM、6.0RPM、15.0RPM、30.0RPM、60.0RPM的转速梯度下测定了多家公司共计20种产品的粘度梯度。
选取了国内市面上常见的三种洗发水,分别为A、B和C,其粘度梯度如表1所示。
通过上表我们可以得到B洗发水在低转速的时候拥有更高的动力粘度,随着转速的不断提高粘度的跌幅显然比其他两种洗发水更大。而A洗发水和C洗发水的跌幅大致相同。表中可以得知A洗发水的跌幅是最稳定的,跌幅随着转速的提高不断的减少,利用线性回归计算最终会无限接近于5000cP左右,近似于一条幂函数。B洗发水的总跌幅为75.0%,A洗发水的总跌幅为42.67%。
将国外的A洗发水、B洗发水和D洗发水的粘度梯度做一次展示如表2所示。
从上表中我们能发现对比国内的洗发水,国外的洗发水普遍是一个高粘度,粘度梯度的跌幅也比国内的洗发水明显要更大。B洗发水无论国内外都具有一个很高的绝对粘度,A洗发水则处于一个比较中肯的阶段,而D洗发水经查实属于草本精华类洗发水,它的粘度更趋近于牛顿流体。表中我们可以得知A洗发水的跌幅很稳定,到了的时候跌幅突然增大,猜测是在30RPM到60RPM的转速区间中的某一转速达到了A洗发水的屈服界限,所以使得它的跌幅从8.44%暴涨至38.19%。而B洗发水则与国内生产的一样,跌幅普遍很大且跌幅不呈线性,D洗发水的跌幅则难以预测,但从粘度梯度的图像中查看则非常像一种牛顿流体。
对国内的洗衣液产品进行测定,选择了E、F以及G三个品牌各一种热销产品进行了检测,其粘度梯度如表3。
表3中,F洗衣液拥有更高的绝对粘度,G洗衣液的绝对粘度很低,只有400cP,流动性是比较接近水的一种流体,区别是由于表面活性剂和增稠剂的含量不同导致。E的绝对粘度处于这三种洗衣液的中间,而且呈现的图像类似于一种牛顿流体。我们可以得知F洗衣液的跌幅十分稳定,从低转速到高转速一直都保持着稳定的跌幅。F洗衣液和G洗衣液则从第一个转速区间0.6PM到1.5RPM中就达到了屈服界限,随后的跌幅十分不稳定的原因很大程度是因为这两种洗衣液已经产生了流动。
以下列出三种国外畅销洗衣液G,H和I的粘度梯度图与国内的三种洗衣液作对比如表4。
从表4中可以得知H洗衣液有最低的绝对粘度与国内的G洗衣液相似,而国外的G洗衣液则拥有最高的绝对粘度与国内的G洗衣液形成了鲜明的对比,同为某公司名下的I洗衣液则与G洗衣液相近。我们可以得知G洗衣液的跌幅十分的稳定,I洗衣液也是,I作为国外畅销的洗衣液并没有引进到国内。而H洗衣液的跌幅毫无规律性可言,猜测是第一个转速区间即0.6PM到1.5RPM区间就达到了屈服界限,所以跌幅毫无规律性。
对国内两种洗洁精产品进行测定,分别是J洗洁精以及K洗洁精,它们的粘度梯度图如表5。
从表5中我们可以看到洗洁精的绝对粘度比较高。K洗洁精的粘度梯度比较稳定,而J洗洁精的粘度梯度十分的不稳定,有可能是已经达到了屈服界限。K洗洁精的跌幅很稳定,一直处于一个下降趋势。J洗洁精的跌幅则毫无规律,很大可能是在第一个转速区间即0.6RPM到1.5RPM间就达到了屈服界限。
对两种国外洗洁精L洗洁精和I洗洁精进行测定,粘度梯度图如表6。
从表6中可以得知,两种洗洁精的粘度梯度都不稳定,L洗洁精的粘度梯度不减反增,但增加的幅度很小,类似于牛顿流体。I洗洁精的粘度梯度亦是如此。L洗洁精的跌幅从第一个转速区间后就十分的平缓在0+4%左右,可以初步判定在第一个转速区间前就已经达到了屈服界限,即从静止到附加0.6RPM转速的准备阶段该流体就达到了屈服界限。I洗洁精类似于L洗洁精,只是I洗洁精的表现没有L洗洁精的明显。
从以上的数据中我们可以得知不同的流体日化产品在粘度梯度上有很大的区别且不同类的流体日化产品的剪切变稀跌幅不同。
如上述数据所示,洗发水普遍初始粘度非常高,在常用的价位上一般为16000cP左右,而稍微高端一点的在30000cP左右,同一个价位的不同厂家的洗发水具有类似的粘度梯度以及剪切变稀的跌幅,如果进行国内外的同厂家同产品进行对比,可以知道美版的洗发水普遍粘度相比国内更高,考虑到各种因素,应该是以不同人种发质的差异为主。即使国内外的洗发水粘度梯度不相同,但国内外对标样品在60RPM的转速下最终还是会回落到差不多的粘度约为6000cP到8000cP的区间范围内。
洗衣液的粘度梯度范围很大,在国内三个厂家的洗衣液中,初始从400cP到2000cP区间范围都有,在国外的三个厂家洗衣液中,则400cP到3000cP区间范围都有。洗衣液的剪切变稀跌幅需要从初始粘度高低来进行区分,在低粘度的洗衣液如测试的国内版G洗衣液和国外的H洗衣液在第一个转速区间0.5RPM到1.5RPM就已经达到了屈服界限,所以在1.5RPM到60RPM的转速区间就不再有特别明显的跌幅或者粘度梯度有回涨的趋势。而高粘度的洗衣液的屈服界限没有这么低,所以在转速区间0.5RPM到60RPM中能呈现十分完整的粘度梯度,从中的提取数据就能获取到它的剪切变稀跌幅约为30%。
洗洁精的粘度梯度则幅度更大,从800cP到4000cP都有,而它们的剪切变稀跌幅也难以找出共同点,无论国内或国外的样品都有一个粘度回涨的趋势,且出现回涨的转速区间大不相同。
摘要：利用Brookfield DV3T流变仪测定了某些日化企业中20多种不同产品的绝对粘度,类别涵盖了洗发水,洗洁精以及洗衣液。并利用Brookfield PG Flash软件导出各日化产品的粘度梯度结合市场定位进行整合比较,再对每一个产品的粘度梯度数据进行线性回归及标准方差处理获得日化产品中剪切变稀的指标。结果表明:同一公司市场定位不同的产品粘度梯度差别明显,不同公司同一市场定位的产品差别较小。通过对全部产品粘度梯度的数据处理可得洗发水和洗衣液剪切变稀的幅度在粘度梯度的跌幅约为10%到30%,区别是由于表面活性剂和增稠剂的含量不同导致的,洗洁精的剪切变稀效应不明显。
关键词：流变,日化产品,粘度梯度,剪切变稀
[1] 胡鑑安,秦毅.旋转式粘度计工作原理及其主要部件设计[J].同济大学学报(自然科学版),1994(03):390-394.
[2] 徐春生,陈丽娜,罗永丹.羟丙基决明胶的流变学研究及其在无水牙膏中的应用[J].口腔护理用品工业,2020,30(Z1):6-9.
[3] 欧凯,吴伟都,赵志红,冯玉红,李言郡,王雅琼,李卫群.具有凝胶性能的黄原胶溶液凝胶强度的测定及其流变特性研究[J].饮料工业,2020,23(01):22-26.
[4] 王优,左士祥,李霞章,刘文杰,徐荣,钟璟,姚超.超细TiO2在硅油中的流变特性与紫外保护性能[J].日用化学工业,2020,50 (02):112-117.
[5] 付倩倩,俞科静,夏艳丽,钱坤,周洪福.剪切增稠胶/超高分子量聚乙烯复合材料低速冲击性能研究[J].化工新型材料,2019,47(12):62-65+70.
[6] 陈红霞,曹海建,黄晓梅.剪切增稠液流变性能的影响因素研究[J].化工新型材料,2019,47(11):137-140.
[7] 周腾.明胶复合水凝胶的制备与性能研究[D].郑州轻工业大学,2019.
[8] 田明月,孙润军,王蕊宁,王秋实,陈美玉.多相剪切增稠液的流变性能[J].纺织高校基础科学学报,2019,32(03):264-269.
[9] 凝胶型日化产品发展迅速[J].今日科技,1999(09):17.
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