|
رئولوژي محصولات آرايشي و بهداشتي
احمد مصدر ، مهدي صالحي
واحد تحقيق و توسعه شركت پاكشو
از اتمها گرفته تا كهكشانها،همه چيز درحال حركت است. گلها با وزش باد به اين سو و آن سو حركت مي كنند.خون در بدن ما درگردش است و حتي قاره ها به آهستگي در حال رانش هستند .حركت در ذات عالم است. ما با انواع گوناگوني از حركت مواجه هستيم : سياليت ، ارتعاش، لغزش ، چكيدن، گردش، فوران ، تراوش ، نشت كردن و ... . هر كدام از اين اصطلاحات به نوع ويژه اي از حركت اطلاق مي شوند و ما فوراً نوع حركت بيان شده را درك مي كنيم.
جريان يا حركت تمام مواد مي تواند بوسيله معادلات ويژه اي كه در طول سالها بسط يافته اند ، توصيف شود.گازهاوجامدات نيزجريان دارند. اگرچه اصطلاح "جريان "معمولاً براي توصيف حركت مايعات استفاده مي شود.جريان مايعات را بيشتر با اصطلاح" رئولوژي" توصيف مي كنيم.
رئولوژي در معناي لفظي به صورت " علم مطالعه يا چگونگي جريان مواد" تعريف مي شود .اين تعريف شامل هر نوع حركتي مي شود: از جريان متلاطم يك آبشار تا جريان آهسته شيره درخت افرا.محصولات آرايشي و بهداشتي هم جريان دارند هر چند كه امكان دارد هميشه از آن آگاه نباشيم.هنگاميكه يك لوسيون دست از درون ديسپنسر dispenser) )پمپ مي شود، در حال جريان است. اگر لوسيون بر روي دست چكه كند يا شره نمايد،اشتباهي در رئولوژي آن صورت گرفته است.وظيفه ساده استعمال يك لاك ناخن در واقع از لحاظ رئولوژيكي پيچيده است. سوسپانسيون رنگدانه بايد داراي قوام يا ويسكوزيته كافي باشد،بطوريكه به قلم مو چسبيده و به آساني روي ناخن منتقل شود. در زمان استفاده،لاك بايد بين دو الزام متضاد متعادل باشد : يكي سفت بودن به اندازه اي كه روي ناخن جاري نشود و دوم شل بودن به اندازه اي كه با حركت قلم مو بر روي سطح ناخن،ظاهري زيبا و صيقلي بر روي آن ايجاد شود.
هر طبقه ازمحصولات بهداشتي ومراقبت فردي ويژگيهاي رئولوژيكي مريوط به خود را داراست.بيشتر محصولات ضد عرق به صورت سوسپانسيون هستند و بنابراين بايد با درنظرگرفتن رئولوژي فرموله شوند. نگراني اصلي رئولوژيكي سوسپانسيون ها اين است كه جامدات با وجود نيروي مايعات براي تعليق آنهاميل به ترسيب دارند. اگرتوزيع ماده فعال دركل محصول به طور يكنواخت باقي نماند يا پس از هم خوردن به سادگي به تعليق در نيايد،ممكن است مصرف كننده مقدار نامناسبي را مصرف كند. اين مشكل رئولوژي مي تواند به بي اثر بودن ضد عرق ( در حالتي كه مقدار ماده فعال خيلي كم باشد ) يا تحريك كنندگي ( در حالتي كه مقدار ماده فعال خيلي زياد باشد )منجر شود.
استعمال يك محصول استيك(stick) ، خواه يك ضد عرق يا يك رژ لب با رئولوژي درگير است . درمورد رژ لب انتظار مي رود محصول به آساني از استيك به لبها منتقل شود . اگر اين كار به درستي انجام نگيرد،ممكن است پوشش روي لب ها ناصاف و غير قابل قبول باشد. از يك رژ لب بقاي شكل اوليه اش نيز حتي در شرايط خيلي گرم انتظار مي رود. زمانيكه محصول درون كيف و بر روي ساحل يا درون ماشين، گرم مي شود،صاحبش انتظار دارد كه رژلب به همان صورت باقي مانده و با بيرون ريختن از ظرفش موجب كثيف كاري نشود.
شيميدان هاي فرمولاتور نبايد فقط خودشان را با بخش جريان يافتن رئولوژي مشغول نمايند. آنها بايد مواردي را هم كه عدم وجود ويسكوزيته الزامي است، در نظر داشته باشند.زمانيكه يك خمير دندان از تيوب خارج مي شود، قبل از اينكه درون پرزهاي مسواك فرو برود بايد به سرعت ويسكوزيته اوليه اش را بازيابي نمايد. از يك شامپو يا ضدآفتاب، داشتن غلظت كافي انتظارمي رود به طوريكه هنگام خروج، قبل ازمصرف كامل از درون دست ريخته نشود.حتي بهتر است خواص كف شامپو به دقت طراحي شود تا به صورت انبوه و پرپشت بر روي سر باقي مانده و مقدار سورفكتانت ها يا مواد فعالي كه مي تواند درون چشمان مصرف كننده چكيده و باعث سوزش آن شود، به حداقل برسد.
در جريان توليد محصولات آرايشي و بهداشتي، مواقعي هست كه رئولوژي بحراني مي شود. هنگاميكه محصولات استيك درحالت مذاب هستند، رنگدانه ها يا مواد فعال مي توانند به سرعت در زير تانك همزن ته نشين شوند.دراينصورت محصول قابل قبول نخواهد بود.چند روش براي حل اين مشكل وجود دارد : كاهش اندازه ذرات جامد و يا كنترل دقيق ويسكوزيته مخلوط در حين تغييرات دما يا افزايش موادي كه به افزودنيهاي رئولوژيكي موسوم هستند. اين افزودنيهاي ويژه مي توانند به تغيير خواص جريان مخلوط كمك كنند.
اگر در ابتدا به طور خلاصه بعضي از اصطلاحات و خواص رئولووژيكي را تعريف كنيم ، بهتر مي توانيم اين افزودنيها را مورد بررسي قرار دهيم:
- ويسكوزيته: آشناترين و پرمصرف ترين اصطلاح رئولژيكي كه عموماً به صورت " سفتي هر چيز " تعريف مي شود. به عبارت كمي تكنيكي تر، ويسكوزيته " مقاومت در مقابل جريان " تعريف مي شود و از طريق نسبت تنش برشي (نيرو) به سرعت برش (حركت) اندازه گيري مي شود.
- تنش برشي(shear stress ): نيروي وارد بر سطح
- سرعت برش(shear rate): نسبت سرعت ماده به فاصله آن از بخش ساكن. محصولات آرايشي وبهداشتي دستخوش انواع مختلفي از سرعتهاي برش مي شوند: از سرعت برش كم در زمان خروج لوسيون از تيوب تا سرعت هاي برش خيلي زياد برس زني بر روي لاك ناخن .
- نقطه تسليم(yield value): حداقل نيروي مورد نياز جهت ايجاد جريان .
- نمودار ويسكوزيته: توصيف هندسي تغييرات ويسكوزيته يك ماده نسبت به تغييرات سرعت برش .
- سوسپانسيون: تمايل يك جامد به ساكن ماندن در يك مايع .
- جريان نيوتني: بهترين توصيف مربوط به جريان آب است كه با وجود تنش وارد شده، ويسكوزيته آن ثابت مي ماند .
- جريان سودوپلاستيك(pseudoplastic flow):نوعي "نازك برشي "جريان است. هنگاميكه ماده تحت تنش قرار مي گيرد، ويسكوزيته آن كاهش مي يابد ، با قطع تنش، ساختمان دروني ماده ( كه ويسكوزيته اوليه را داراست)خيلي سريع بازسازي مي شود.
- جريان ديليتنتflow) dilatant ( : بهترين توصيف آن مربوط به ريگهاي روان است كه با افزايش نيرو يا سرعت برش، ويسكوزيته زياد مي شود و در هنگامي كه نيرو قطع مي شود، ويسكوزيته به سرعت به مقدار اوليه اش باز مي گردد.
- جريان تيكسوتروپيك(thixotropic flow):در اينجا رئولوژي وابسته به زمان است.تيكسوتروپي شبيه سودوپلاستيسيتي شروع مي شود، يعني با افزايش سرعت برش، ويسكوزيته كاهش مي يابد.تفاوت اين دو در سرعت بازآرايي است.درحاليكه سودوپلاستيكها به سرعت بازآرايي مي شوند، بازيافت كامل ساختمان اوليه تيكسوتروپها از چند ثانيه تا چند روز طول مي كشد. بيشتر لوسيون ها تيكيسوتروپ هستند. اگر قصد ريختن آنها را داشته باشيم، پس از تكان دادن ظرف آنها متوجه مي شويم كه اين كار خيلي ساده تر صورت مي گيرد .
- ويسكومتر : دستگاهي جهت اندازه گيري ويسكوزيته مي باشد . ويسكومتري كه بيشتر در اين صنعت به كار مي رود به ياد كمپاني سازنده آن به بروكفيلد موسوم است.
- رئومتر : دستگاهي براي اندازه گيري اشكال گوناگون رئولوژي است.رئومترها همگي ويسكومتر هم هستند. بعضي رئومترها خيلي پيچيده تر ( و گران قيمت تر) از ويسكومترهاي ساده اند، اما درعين حال قادر به تهيه اطلاعات خيلي بيشتري از راههاي گوناگون هستند.براي مثال يك رئومتر مي تواند در محدوده كاملي از سرعت برش از 1- S3- 10 تا 1- S3 10 به طور اتوماتيك ويسكوزيته را گرفته و به طور متناوب آن را نشان دهد و نمودار ويسكوزيته را رسم نمايد.
وظيفه فرمولاتورها معمولاً چيرگي بر گرايشهاي طبيعي است. به طور نمونه تعليق جامداتي كه ذاتاً ميل به ترسيب دارند، پايدار كردن مخلوط دو مايع كه خواهان جداشدن از همديگر اند و توليد موادي كه گاهي سفت و گاهي شل باشند. خوشبختانه فرمولاتورها يك زرادخانه كامل از موادي دارند كه مي تواند در رسيدن آنها به اهدافشان كمك كند. اين گروه از مواد به " افزودنيهاي رئولوژيكي " موسوم اند. چندين راه مختلف براي طبقه بندي افزودنيهاي رئولوژيكي وجود دارد . عمومي ترين طبقه بندي براين اساس است كه آيا ماده افزودني با آب سازگار است يا خير. براي سادگي از دو طبقه" سازگار با آب" و "سازگار با روغن" نام خواهيم برد .
البته براي هر نوع، تعداد متغيرهاي مختلفي وجود دارد كه هر يك واكنش هاي رئولوژيكي اندكي متفاوت از همديگر نشان مي دهند . شيميست هاي فرمولاتور به دانشي كاربردي از افزودنيهاي رئولوژيكي نياز دارند، به طوريكه بتوانند به اندازه كافي به كنترل رئولوژيكي سيستمهايشان دست يابند. بعضي از افزودنيها مي توانند در غلظت 5/0 درصد، تشكيل ژلهاي سفت دهند، در حاليكه بعضي ديگر با غلظت بيش از 10 درصد، قابل جاري شدن هستند. بعضي افزودنيها به همان صورت كه اضافه مي شوند، توليد ژل مي كنند، در حاليكه بعضي ديگر به خنثي شدن، همزدن يا فعال شدن و گرما نياز دارند. افزودنيهاي ويژه اي مي توانند براي ساخت سيستمهاي شفاف به كار روند، در حاليكه بعضي ديگر مي توانند سبب پايداري حرارتي، پايداري امولسيون يا سوسپانسيون شوند .
سابقاً يك فرمولاتور به طور موفقيت آميزي از ميان راه پر پيچ و خم افزودنيهاي رئولوژيكي به مقصد مي رسيد و اين كار هنوز پايان نيافته است. پايداري نيز براي محصولي كه بخواهد در بازار باقي بماند، مهم است. تست پايداري جهت اطمينان از اين است كه محصول تا زمان رسيدن به دست مصرف كننده دچار افت نخواهد شد. تغييرات نامحسوس در محصول انبار شده در قفسه فروشگاه مي تواند به دردسر بزرگي منجر شود، به ويژه اگر محصول غير قابل استفاده گردد. اندكي افت در زيبايي محصول مي تواند در تصميم مصرف كننده براي دوباره نخريدن آن نام تجاري ويژه كافي باشد. همراه با بررسي هاي فيزيكي، ميكربي و خواص شيميايي، بيشتر خواص رئولوژيكي نيز در دستور كار تست جامع پايداري قرار مي گيرد: ويسكوزيته، سوسپانسيون، همترازي (leveling)، قابليت خروج و قابليت پخش .
در اين رابطه يك سري تستهاي استاندارد شده به همان خوبي تستهاي خانگي به كار مي رود.بيشتر تستها با دستگاههاي پيچيده درگير شده است، اما هنوز هيچ دستگاهي نميتواند جانشين آدمي شود. همه اختلافهاي جزئي ناشي از حس آدمي با استفاده از دستگاه از بين مي رود. حساسيت آدمي نسبت به خواص رئولوژيكي مانند ويسكوزيته، لغزش، اصطكاك و سفتي خيلي زياد است. همان زمانيكه شخص مشغول استنباط ذهني اين خواص است، در عين حال مي تواند ورودي هاي بصري مربوط به ظاهر، رنگ، براقيت و ويژگي هاي جريان را درك كند. از ديگر حساسيت هاي بساوايي كه مي تواند به صورت خودكار درك شود عبارتند از : دماي محصول، رطوبت، حالت روغني، چرب بودن، حالت دانه اي، نرمي و استحكام. حس گوشها هر صدايي را كه زمان بيرون آمدن محصول از پمپ يا آئروسل ايجاد مي شود، ثبت مي كنند و اگر محصول در دهان استفاده شود، پرزهاي چشايي فوراً ما را از خوشايند بودن آن آگاه كرده و آن حس ويژه را ثبت مي كنند.
دستگاهها قادر به دركي فراتر از آدمي هستند، اما تا كنون هيچكس حتي تصور نكرده كه چگونه مي توان با تركيب تمام نتايج دستگاههاي مختلف در مورد خواص گوناگون به پاسخي قطعي رسيد، به طوريكه دقيقاً نشان دهد چگونه يك محصول ازلحاظ زيباشناختي خوشايند خواهد بود. كوششهاي فراواني با دستگاهها جهت توصيف خوشايند بودن محصولات از لحاظ رئولوژيكي صورت گرفته است و گامهاي بزرگي برداشته شده است، اما براي تحليل نهايي هنوز بايد به رئومتر انساني متكي باشيم.
رئولوژي چيست ؟
رئولوژي مطالعه چگونگي جريان و تغيير شكل مواد تحت تاثير نيروهاي خارجي است. نام رئولوژي از كلمه يوناني " رئو " ( جريان) گرفته شده كه توسط دو تن از بنيان گذاران مطرح اين رشته علمي به نام هاي M.Reiner و E.C.binghamپيشنهاد شده بود. مطالعات و تحقيقات رئولوژيكي در ساخت و كاربرد مواد پلاستيكي، روان كننده ها، پوشش دهنده ها، مركبها، چسبها، مواد غذايي، داروها، محصولات آرايشي و بهداشتي و ... مهم هستند .
يك آزمايش ساده را در نظر بگيريد : يك قاشق عسل را بر روي يك كاغذ و يك قاشق سس مايونز را بر روي كاغذ ديگري بماليد.كاغذها را به صورت عمودي آويزان كرده و مشاهده كنيد. عسل فوراً به جريان در آمده و مي چكد، درحاليكه سس مايونز تكان نمي خورد .دراينجا جريان تحت تاثيرنيروي گرانش است. پس چرا همزدن يك ظرف عسل با يك قاشق، سخت تر از همزدن يك ظرف سس مايونز است؟ در اثرانواع ديگر نيروها چه اتفاقي مي افتد؟ مانند زمانيكه شخصي ديواري را رنگ مي كند يا هنگاميكه شخصي يك فرمولاسيون را درون يك ميكسر مخلوط مي كند؟
براي توصيف رفتار رئولوژيكي مواد، ابتدا به تعريف چند اصطلاح نياز داريم. ماده اي را در نظر بگيريد كه تحت يك نيروي برشي بررسي مي شود. اين ماده در ابتدا داراي ضخامت ، طول و عرض مي باشد. فرض كنيد پايين آن بي حركت و بالاي آن قابل حركت است. در اثر تنش، لايه بالايي به اندازه و ضخامت جابجا مي شود . نيروي هل دهنده همان تنش برشي σ مي باشد كه به صورت نيرويF وارد بر سطح تعريف مي شود :
واحد تنش برشي، نيوتن بر متر مربع (N/m2) يا پاسكال) (Pa است.
كشش برشي (shear strain )به صورت نسبت تغيير طول ماده پس از اعمال نيروي خارجي تعريف مي شود و بدون بعد است :
مقاومت ماده دربرابر اين تغيير شكل، نسبت تنش به كشش است كه با ضريب يانگ (G) نمايش داده مي شود و واحد آن نيوتن بر متر مربع يا پاسكال است:
اگر جريان آرام باشد، كشش ممكن است همراه باضخامت ماده تغيير كند. ماكزيمم سرعت جريان در بالاترين لايه و مي نيمم آن در پايين ترين لايه خواهد بود. اگربالاترين لايه با سرعت حركت كند، شيب سرعت به صورت سرعت برشتعريف مي شود :
واحد سرعت برش، معكوس ثانيه است .
اسحاق نيوتن كشف كرد كه در يك سيال ايده آل، تنش به صورت مستقيم با سرعت برش متناسب است :
ضريب در اين معادله مقياسي از مقاومت ماده در مقابل جريان است كه همان ويسكوزيته نام دارد . بنابراين مقدار ويسكوزيته ديناميك (يا ويسكوزيته مطلق) از تقسيم تنش برشي بر سرعت برش به دست مي آيد .طبق نظر نيوتن، ويسكوزيته مستقل از سرعت برش است كه البته فقط براي سيالات ايده آل (نيوتني) همانند حلالها و روغنها صحيح است. بنابراين بعد ويسكوزيته، پاسكال .ثانيه (Pa .S) است .
منحني هاي جريان :
زمانيكه ماده اي مورد استفاده قرار مي گيرد، تفاوت نيروهاي وارد بر آن آشكار مي شود. اين نيروها نتيجه شرايط ذخيره، فرآوري يا شرايط استفاده هستند. رفتار رئولوژيكي ماده ممكن است در اثر اين نيروها تغيير كند. اگر سرعت برش متغير باشد، تغييرات تنش به وسيله يك منحني جريان توصيف مي شود كه تابعي است از افزايش يا كاهش سرعت برش.( به صورتيكه در شكل 2 نشان داده شده است).معمولاً منحني هاي جريان جهت دهدهي كردن سرعت برش و تنش برشي يا ويسكوزيته در مقياس log-log رسم مي شوند. نسبت تنش برشي به سرعت برش درهر نقطه به منحني ويسكوزيته(يا نمودار ويسكوزيته ) منجر مي شود كه رابطه ميان ويسكوزيته و سرعت برش را توصيف ميكند .براي مايعات نيوتني، ويسكوزيته به صورت تابعي از سرعت برش ثابت است .
رفتار غير نيوتني :
سيالات ايده آل مانند آب به صورت برگشت ناپذير تغيير شكل مي دهند. آنها جريان يافته و وضعيتشان تغيير مي كند . انرژي تغيير شكل آنها معمولاً به صورت گرما در محيط تلف مي شود و ماده پس از قطع نيروهاي خارجي، به شكل اوليه خود بازسازي نمي شود .جامدات ايده آل مانند فنر استيل به صورت الاستيكي تغيير شكل مي دهند. شكل آنها تغيير مي كند و انرژي تغيير شكل ذخيره مي شود. زمانيكه نيروي خارجي حذف مي شود، آنها به وضعيت اوليه خود باز مي گردند. البته بيشتر مواد نه كاملاً نيوتني هستند و نه الاستيك.آنها هر دو رفتار را نشان مي دهند و بنابراين به مواد ويسكوالاستيك موسوم اند. ويسكوزيته آنها ثابت نبوده و به صورت تابعي از سرعت برش تغيير مي كند.
در بيشتر سيالات، افزايش سرعت برش موجب كاهش ويسكوزيته مي شود. چنين رفتاري به نازك برشي (shear thining) نيز موسوم است كه نشان دهنده مقاومت ماده درمقابل كاهش جريان بوده و نشان ميدهد كه انرژي مورد نياز براي بقاي جريان در سرعتهاي زياد برش كاهش مي يابد. اين مواد"شبه پلاستيك "((pseudoplastic نام دارند. رفتار آنها به صورت تابعي از سرعت برش در شكل 3 منحني B نشان داده شده است. درزمان استراحت، ماده به صورت يك ساختمان شبكه اي در مي آيد كه مي تواند توده اي از مولكولهاي مختلف يك شبكه درهم پيچيده از زنجيره هاي پليمري باشد. اين ساختمان در اثر نيروي برش مختل مي شود كه نتيجه آن، رفتار نازك برشي است. امولسيونها، ديسپرسيونها و سوسپانسيونها نمونه هايي از سيستم هايي هستند كه رفتار نازك برشي نشان مي دهند.
سيالات پلاستيكي، مايعات شبه پلاستيكي هستند كه داراي نقطه تسليم مي باشند. آنها در زمان استراحت به دليل تجمع بين ذره اي (interparticle association) شبيه جامدات رفتار مي كنند. نيروي خارجي بايد بر اين نيروهاي داخلي غلبه كرده و ماده از هم بگسلد. بنابراين تنش برشي بحراني لازم براي اين كار به صورت نقطه تسليم تعريف مي شود. بالاتر از نقطه تسليم، رفتار ماده از شكل جامد به مايع تغيير كرده و ويسكوزيته آن به صورت تابعي از افزايش سرعت برشي تغيير مي كند.اين رفتار درشكل 3 منحني C نشان داده شده است. اكنون اختلاف ميان عسل و سس مايونز مي تواند درك شود. اگر چه ويسكوزيته عسل Pa .S 11 است، اما نقطه تسليم آن Pa .S 5 است. اين اعداد بيانگر ويسكوزيته زياد، اما جريان فوري عسل تحت نيروي گرانش است. از طرف ديگر ويسكوزيته سس مايونز تنها Pa .S 6/0 است، در حاليكه نقطه تسليم آن Pa .S 85 است. اين اعداد توضيح مي دهد كه چرا سس مايونز آسان هم مي خورد اما تحت نيروي گرانش جريان نمي يابد .
در بعضي موارد ويسكوزيته با افزايش سرعت برش زياد مي شود. اين حالت، رفتار نمونه اي از خميرهاست كه حاوي مواد نرم كننده (Plasticizers) مي باشند يا زمانيكه ساختمان تحت تاثير تنش برشي، منظم مي شود( مانند پليمرهاي آنيوني). اين مواد به ديليتنت موسوم اند و رفتارشان به صورت تابعي از سرعت برش در شكل 3 منحنيD نشان داده شده است. سيستمهاي حاوي پيگمنت زياد و ماسه هاي روان نمونه هايي از مواد ديليتنت هستند.
رسم منحني هاي جريان يك سيستم در سرتاسر محدوده وسيعي از سرعتهاي برش نسبت به يك اندازه گيري تك نقطه اي ترجيح داده مي شود . شكل 4 ( نمايش ويسكوزيته دو سيستم به صورت تابعي از سرعت برش) اين موضوع را نشان مي دهد. هر دو سيستم در سرعت برش حدود 1/S 10 ويسكوزيته يكساني دارند. اگرفقط يك نقطه از اندازه گيري در اين سرعت برش استفاده شود، نتيجه اين است كه دو سيستم مشابه اند، در حاليكه در سرعتهاي برش كم، ويسكوزيته سيستم A به طور قابل توجهي از ويسكوزيته سيستم B بزرگتر است. به همين صورت ويسكوزيته سيستم B در سرعتهاي برش زياد، بزرگتر از ويسكوزيته سيستم A مي باشد. البته اين اختلاف به عنوان يك تفاوت مهم در خواص كاربردي اين سيستمها تعبير مي شود.
تيكسوتروپي و بازسازي زمان :
اگر يك ماده خاصيت نازك برشي داشته باشد، جهت گيري يا صف بندي مولكولها يا ذرات آن قابل تغيير است. با اعمال نيرو، ساختمان شبكه اي آن مختل شده و ويسكوزيته سيستم كاهش مي يابد. با قطع نيروي برش، پس از مدتي شرايط اوليه باز مي گردد. اين رفتار مي تواند بوسيله رسم منحني هاي جريان به صورت تابعي از افزايش سرعت برش( بالا منحني) و سپس به صورت تابعي از كاهش سرعت برش (پايين منحني) توصيف شود. همانطور كه سرعت برش كاهش مي يابد، ساختمان ماده بازسازي شده و ويسكوزيته به مقدار اوليه اش باز مي گردد. اگر بازسازي سريع باشد ( مانند بعضي از سيستمهاي بر پايه آب )، پايين منحني بر روي بالا منحني سوار مي شود. اگر بازآرايي سيستم آهسته باشد ( مانند بعضي از سيستمهاي آلي بر پايه حلال)، زماني طول مي كشد تا سيال پس از برش، خواص اوليه اش را باز يابد و بنابراين پايين منحني زير بالا منحني قرار مي گيرد. بدين ترتيب تيكسوتروپي به عنوان قابليت سيستم در ارائه ويسكوزيته كمتر با افزايش سرعت برش و قابليت آن در بازسازي ساختمان خود با گذشت زمان تعريف مي شود. در بعضي موارد، تيكسوتروپي با شاخص نازك برشي سيستم اشتباه گرفته مي شود. اين شاخص به صورت نسبت ويسكوزيته هاي ماده در دو سرعت برش متفاوت تعريف مي شود. تيكسوتروپي تنها پس از اينكه ماده برش مي خورد و سپس به صورت تابعي از كاهش سرعت برش بازسازي مي شود، مشاهده مي گردد. رفتار تيكسوتروپي در شكل 5 نشان داده شده است .
هنگاميكه تنش برشي به صورت تابعي از سرعت برش رسم مي شود، سطوح پسماند بين بالا منحني و پايين منحني، انرژي مورد نياز جهت مختل كردن ساختمان شبكه ماده را مشخص مي كند. بعد آن حجم / انرژي مي باشد. اگر ويسكوزيته، زمان برش خوردن ماده افزايش يابد ودر زمان استراحت به ويسكوزيته اوليه بازگردد، اين ماده رئو پكتيو(Rheopective) است. در اين حالت، پايين منحني بر روي بالا منحني قرار مي گيرد. شكل 6 يك منحني بازسازي را نشان مي دهد. دراين آزمايش سيستم در يك سرعت برش زياد و ثابت در طول يك زمان مشخص ( در اينجا 1/S 232 براي 5 دقيقه ) برش ميخورد . بازسازي ويسكوزيته به صورت تابعي از زمان در سرعت برش خيلي كم ( در اينجا 1/S 023/0 ) نشان داده شده است . در حالت ايده آل سرعت برش بايد صفر باشد، اما از آنجا كه اندازه گيري ويسكوزيته در سرعت برش صفر غير ممكن است، بهتر است سرعت برش در كمترين مقدار ممكن باشد. زمانيكه برش در سرعت برش بالا متوقف مي شود، ممكن است چند ثانيه، چند ساعت يا ماهها طول بكشد تا ماده ساختمان اوليه اش را كاملاً بازسازي كند.
نمونه اي از يك سيال تيكسوتروپ، رنگي است كه بر روي ديوار عمودي كشيده مي شود. برس كشيدن در ساختمان ژله اي آن اختلال ايجاد مي كند. در نتيجه ويسكوزيته كاهش يافته و رنگ جاري مي شود. زمانيكه برس كشيدن قطع مي گردد، خيلي مهم است كه رنگ به سرعت ساختمانش را بازسازي كند تا اينكه به ويسكوزيته اوليه خود برگشته و بر روي ديوار شكم ايجاد نكند. البته بهتر است رنگ فوراً به ويسكوزيته اوليه اش باز نگردد و زماني براي صافي و يكنواختي داشته باشد، به طوريكه شيارهاي ناشي از برس ديده نشود.
روش ديگر براي اندازه گيري اثر زمان در خواص رئولوژيكي سيستم، تعيين تغييرات تنش برشي به صورت تابعي از زمان در سرعتهاي متفاوت برش است. در هر سرعت برش، تنش برشي به يك مقدار ماكزيمم رسيده و سپس تا رسيدن به يك مقدر متعادل كاهش مي يابد. پيك تنش برشي با امتداد منحني تا زمان صفر به دست مي آيد و در هر سرعت برش يك ثابت سرعت براي مرحله استراحت مي تواند تعيين شود.
نتايج اندازه گيري اثرات وابسته به زمان، به گذشته سيستم و شرايط آزمايش بستگي دارد، بنابراين بهتر است با بررسي همين شرايط مورد تحليل قرار گيرند.
اثر دما :
از آنجائيكه ويسكوزيته يك سيستم به آْرايش مولكولها وابسته است، تغيير دما به تغيير ساختمان و درنتيجه تغيير ويسكوزيته سيستم منجر مي شود. معمولاً ويسكوزيته بر طبق رابطه آرنيوس با افزايش دما ، كاهش مي يابد .
در اين رابطه A ثابت، Eaانرژي فعال سازي، R ثابت گازها و T دماي مطلق است. نمودار لگاريتم ويسكوزيته بر حسب تابعي از 1/Tيك خط راست مي شود و Ea را مي توان از شيب آن به دست آْورد . شكل 7 نمودار يك تركيب رئولوژيكي افزوده شده به آب را نشان مي دهد.
مرجع:
Rheological Properties of Cosmetics and Toiletries, Dennis Laba ,1993
|