化妝品加工工藝

——流變性質(zhì)分析

化妝品加工工藝12化妝品近20年的發(fā)展3

美國(guó)P&G雅芳英國(guó)的聯(lián)合利華德國(guó)的漢高威娜日本的資生堂、花王、高絲法國(guó)的歐萊雅、迪奧等自90年代陸續(xù)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，銷售日益火爆，中國(guó)的化妝品行業(yè)也飛速發(fā)展。4化妝品中不可缺少的成分--表面活性劑表面活性劑不僅具有很高的活性，即在溶液（主要應(yīng)用月水溶液）中加入量很少，例如，0.001―0.2mol／L就能使水的表面張力大幅度地降低，而且還具有潤(rùn)濕和反潤(rùn)濕（防油、放水）、乳化和破乳、發(fā)泡和消泡、洗滌、滲透、分散與絮凝、增溶、抗靜電、潤(rùn)滑等應(yīng)用特性。因此，表面活性劑已被廣泛應(yīng)用于石油、紡織、醫(yī)藥、采礦、食品、洗滌、化妝品等許多領(lǐng)域中。在化妝品中表面活性劑作為乳化劑，其作用是極為重要的。5表面活性劑的分類

678化妝品的流變特性化妝品的流變特性主要涉及化妝品的黏性、彈性、硬度、潤(rùn)滑性、可塑性、分散性等物理性質(zhì)，這些性質(zhì)既影響化妝品的使用，又關(guān)系到化妝品在產(chǎn)品配方設(shè)計(jì)、工藝過程、設(shè)備的選擇、質(zhì)量管理等方面。此外，流變特性是化妝品內(nèi)部單個(gè)粒子以及粒子之間相互作用的反映。因此，研究化妝品的流變特性，有助于了解化妝品內(nèi)部的構(gòu)造。綜上所述，化妝品的流變性質(zhì)不僅是化妝品設(shè)計(jì)、制備、運(yùn)輸、貯存等方面的重要參數(shù)，也是產(chǎn)品質(zhì)量保證的依據(jù)。9流型

黏度是液體流動(dòng)時(shí)所表現(xiàn)出來的內(nèi)摩擦。設(shè)在兩平行板間有某液體，其中一塊保持靜止，另一塊（如上面的平板）以速度v向x方向作勻速運(yùn)動(dòng)。如果將液體沿y方向分為很多小薄層，則各液層向x方向的流動(dòng)速度隨y值的變化而不同。如圖所示，用帶有箭頭且相互平行、長(zhǎng)短不等的線段表示各個(gè)液層的流動(dòng)速度。液體流動(dòng)時(shí)存在著速度梯度dv/dy。因此，產(chǎn)生了流動(dòng)阻力。若要維持穩(wěn)定的流動(dòng)即保持一定的速度梯度，則需施加恒定的力F，此力為剪切力。如果該板的面積為A，那么切力F的大小與A和dv/dy成正比，即F=ηAdv/dy式中η——比例系數(shù)，又稱液體的黏度。10牛頓將粘度定義為所加應(yīng)力與流動(dòng)梯度的比例。StationaryPlateMoveablePlateA=Areacm2A=Areacm2X

=

DistanceF

=

Force(dynes)剪切力剪切率*假定:板的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于板的間距。τ=F/Aγ=V/X11

非牛頓流體在實(shí)際應(yīng)用中遇到的多數(shù)乳化體、懸浮體和凝膠狀等體系的化妝品，其D-τ關(guān)系不符合牛頓公式，即τ/D的比值不再是常數(shù)，而是速度梯度D的函數(shù)。不符合牛頓公式的流體稱為非牛頓流體。對(duì)非牛頓流體來說，可分為塑性型、假塑性型和脹性型的類型.流變性質(zhì)與流變曲線若以剪切速率D對(duì)單位面積上的切力τ作圖，得到的曲線稱為流變曲線。不同的流體、不同的類型都有不同種類的流變曲線。12牛頓流體

牛頓型流體的粘度在一定溫度下有定值，D與τ呈線性正比關(guān)系，即流體的流變曲線為直線，其斜率1/η，且經(jīng)過原點(diǎn)，如圖所示。這種流型的流體只要有微小的外力作用，就能引起液體的流動(dòng)。13塑性液體

塑性流體也叫Bingham流體，其特點(diǎn)是切力須超過某一臨界值τy后，體系才開始流動(dòng)，一旦開始流動(dòng)，其D-τ之間的關(guān)系跟牛頓流體一樣呈線性關(guān)系。其流變方程為τ－τy=ηpD其中ηp――塑性黏度；τy――開始流動(dòng)時(shí)的臨界切力。塑性流體的流變曲線基本上是一條不通過原點(diǎn)的直線，只在剪切力很低時(shí)呈曲線。從流變曲線可知，只有當(dāng)τ大于某一值τL時(shí)，流體才開始流動(dòng)，τL稱為靜切力，這時(shí)體系并非全部發(fā)生變形，只是在容器的邊緣區(qū)域發(fā)生變形，產(chǎn)生滑動(dòng)。當(dāng)τ值大于τM后，流動(dòng)形式和牛頓體完全一樣，可認(rèn)為體系中粒子間的結(jié)構(gòu)完全拆散，故稱τM為層流切力。如果黏度隨剪切速率D的增加而增大，這種現(xiàn)象稱為剪切變稠；反之，如果黏度隨切速率D值的增加而降低，這種現(xiàn)象稱為剪切變稀。塑性流體中分散相粒子以聚集態(tài)存在并形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)切力大于τM后，結(jié)構(gòu)完全破壞。在化妝品中屬于塑性流體的有牙膏、唇膏、無水油膏霜、粉底霜、胭脂等膏霜以及部分乳狀液。14假塑性流體假塑性流體，流動(dòng)曲線所示。其特點(diǎn)是流變曲線從原點(diǎn)開始，即體系沒有屈服值，或者說只要加上很小的外力，就會(huì)發(fā)生流動(dòng)；黏度是隨剪切速率D的增加而降低，即具有切稀作用。此類流型的流變曲線可用下面的流變方程表示。τ=kDn式中n，k――與體系有關(guān)的常數(shù)。K是流體稠度的量度，k越大，流體越稠。n是非牛頓型的度量，它與1相差越大，非牛頓行為月顯著。用ηa表示τ/D，ηa稱為非牛頓流體表觀黏度。假塑性流體的表觀黏度表示為ηa=τ/D=kDn-1因?yàn)閚＜1，所以表觀黏度隨剪切速率的增大而變小。大多數(shù)大分子溶液和乳狀液屬假塑性流體。大部分化妝品乳液都表現(xiàn)出假塑性的流變行為。15脹性流體

有些固體粉末的高濃度漿狀在攪動(dòng)時(shí)，其體積和剛性都有增加，故稱為脹性流體。由圖中曲線可見，脹性流體的特點(diǎn)為流變曲線也是通過原點(diǎn)的，即無屈服值，但是，與假塑性流體相反，其表觀黏度隨切速率的增大而變大，表現(xiàn)為切稠作用。脹性流體的流變曲線（或流變方程）也可用式（3）表示，但n>1。τ=kDn(n>1)16

對(duì)脹性流動(dòng)曲線的解釋是：在靜止時(shí)，粒子全是分散開的；攪拌時(shí)，粒子發(fā)生重排，形成了混亂的空間結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)不牢固，只是攪在一起，卻大大增加了流動(dòng)阻力，使表現(xiàn)黏度升高；當(dāng)停止攪拌時(shí)，粒子又呈分散狀態(tài)，因此，黏度又降低。通常脹性流體需滿足一下兩個(gè)條件：粒子必須是分散的，而不能聚結(jié)；分散相濃度較高，但只在一個(gè)狹小的范圍內(nèi)才呈現(xiàn)脹性流體。濃度低時(shí)為牛頓流體，濃度稍高時(shí)是塑性流體，濃度再高時(shí)為脹性流體。例如，淀粉糊大約在40%~50%的濃度范圍內(nèi)才表現(xiàn)出明顯的脹性流型。某些細(xì)分散固體的濃懸浮體屬于脹性流體。在化妝品中這種流型較少見。17觸變性

上面介紹的流體類型，其流變性質(zhì)和時(shí)間無關(guān)。但是，有些體系的流變性質(zhì)卻不然，其黏度還和切力作用的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。在一定的剪切速率下剪切力隨時(shí)間而減小，這樣的體系成為觸變性體系。這種體系在攪動(dòng)時(shí)成為流體，停止攪動(dòng)并經(jīng)靜置后它會(huì)慢慢恢復(fù)到原來的狀態(tài)（如黏度的復(fù)），這就是所謂的觸變性。觸變性的產(chǎn)生與體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。觸變結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是：從攪動(dòng)前一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)到攪動(dòng)后這種結(jié)構(gòu)遭到破壞，后者從結(jié)構(gòu)的拆散到結(jié)構(gòu)的恢復(fù)是一個(gè)恒溫可逆過程；體系結(jié)構(gòu)的這種反復(fù)轉(zhuǎn)變，與時(shí)間有關(guān)，即是時(shí)間的函數(shù)。18從圖觸變性流體的流變曲線中可以看出，流變曲線不是從原點(diǎn)開始，這是因?yàn)橹挥挟?dāng)外力超過對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞力后才會(huì)流動(dòng)；并且隨剪切速率的增大，表現(xiàn)黏度下降。這點(diǎn)類似于塑性流體。19

影響體系觸變性的因素多而復(fù)雜，許多問題尚不清楚。關(guān)于觸變性產(chǎn)生的原因，見解也不一致。比較流行的看法是-：體系內(nèi)粒子靠一定方式形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，流動(dòng)時(shí)結(jié)構(gòu)被拆散，并在切力作用下粒子發(fā)生定向流動(dòng)，當(dāng)剪切速率降低或者為零時(shí)，被拆散的粒子要靠布朗運(yùn)動(dòng)移動(dòng)到一定的幾何位置，才能重新形成原來的結(jié)構(gòu)，這個(gè)過程需要一定的時(shí)間，從而呈現(xiàn)出時(shí)間的依賴，即表現(xiàn)出觸變性。鉆井泥漿、油漆等屬于觸變性流體?；瘖y品中的膏、牙膏、唇膏和濕粉等都是要求有較合適的觸變性。硅鋁酸鹽類無機(jī)增稠劑易使體系產(chǎn)生較好的觸變性。20粘彈性

某些物質(zhì)如大分子濃溶液、化妝品的霜膏或粉體等在呈現(xiàn)黏性流動(dòng)行為的同時(shí)，也具有彈性特征，這樣的流體是