第4-5章_化妝品化妝品的流變特性及生產(chǎn)設(shè)備

1、.,1,主要內(nèi)容 第四章 化妝品的流變特性 剪切應(yīng)變和流體類型、觸變性、粘彈性、流變特性在化妝品中的應(yīng)用、流變性質(zhì)的測(cè)定 第五章 化妝品的生產(chǎn)設(shè)備 液體和乳液制品主要生產(chǎn)設(shè)備、粉類產(chǎn)品主要生產(chǎn)設(shè)備、其它設(shè)備,第一篇 化妝品的基礎(chǔ)理論,.,2,第四章 化妝品的流變特性,化妝品的流變特性是化妝品的重要特性之一，它主要涉及化妝品的黏（粘）性、彈性、硬度、潤(rùn)滑性、可塑性、分散性等物理性質(zhì),.,3,第四章 化妝品的流變特性,.,4,第四章 化妝品的流變特性,.,5,第四章 化妝品的流變特性,流變學(xué)(rheology)是指研究物質(zhì)（固體）變形和（氣、液體）流動(dòng)的科學(xué)，1929年由賓漢（Bengham）和克

2、勞福德（Crawford）提出。物體的二重性：物體在外力作用下可觀察到變形和流動(dòng)現(xiàn)象。 流變性：物體在外力作用下表現(xiàn)出來(lái)的變形性和流動(dòng)性。 流動(dòng)是液體和氣體的主要性質(zhì)之一，流動(dòng)的難易程度與流體本身的黏性有關(guān)，因此，流動(dòng)是一種非可逆性變形過(guò)程。,.,6,第一節(jié) 剪切應(yīng)變和剪切速率,Shear stress,剪切應(yīng)力,單位面積所受的拖拉作用力/剪切力,.,7,剪切應(yīng)力（Shear stress),使各液層間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的外力叫剪切力，在單位液層面積（A）上所需施加的這種力稱為剪切應(yīng)力，簡(jiǎn)稱剪切力。,也稱切變應(yīng)力,以S表示,.,8,剪切應(yīng)變（Shear Strain）,Shear Strain,剪切

3、應(yīng)變,單位長(zhǎng)度的拉長(zhǎng),外力F的作用下，物體長(zhǎng)度的相對(duì)變化叫剪切應(yīng)變,I0,I,.,9,楊氏模量G,楊氏模量用來(lái)表示材料對(duì)形變的阻力,楊氏模量G：物體所受的剪切應(yīng)力與剪切應(yīng)變g的比值,.,10,剪切速率(rate of shear),速度梯度（dv/dy）叫做剪切速率(rate of shear),單位為S-1,dv/dy,也稱切變速率，以D表示。,設(shè)想在層流中,.,剪切速率 在流速不太快時(shí)，可將流動(dòng)著的液體視為互相平行移動(dòng)的液層叫層流（如下圖），由于各液層的速度不同，便產(chǎn)生速度梯度dv/dy，這是流動(dòng)的基本特征。,vo,y,速度梯度的產(chǎn)生是由于流動(dòng)阻力的存在，流動(dòng)較慢的液層阻滯流動(dòng)較快液層的運(yùn)

4、動(dòng)。 剪切速率,也稱為“剪切梯度”、“速度梯度”、“應(yīng)變率”、“變形率”等,.,12,第二節(jié) 流體類型,流變學(xué)研究中，流體可分為完全流體（理想流體）和黏性流體（實(shí)際流體）。,化妝品工藝學(xué)研究中，根據(jù)流變特性可將流體分為牛頓流體和非牛頓流體。,非牛頓流體又分為塑性流體、假塑性流體、脹流流體、賓漢流體等,.,牛頓公式：純液體和多數(shù)低分子溶液在層流條件下的剪切應(yīng)力（）與剪切速率（ ）成正比。 遵循牛頓公式的流體稱為牛頓流體。黏度（系數(shù)），是表示流體黏性的物理常數(shù)。單位為Pas。,第二節(jié) 流體類型,一牛頓流體,黏度：在液體流動(dòng)過(guò)程中，由內(nèi)摩擦力而產(chǎn)生的流動(dòng)阻力稱為黏度，是重要參數(shù)。,.,14,1/,由

5、圖4-3曲線1可知，牛頓型流變曲線是直線，其剪切速率與剪切應(yīng)力呈線性正比。,.,一、牛頓流體,牛頓流體的特點(diǎn)： 1、一般為低分子的純液體或稀溶液； 2、在一定溫度下，牛頓液體的黏度為常數(shù)，它只是溫度的函數(shù)，隨溫度升高而減小。,3、黏度不受剪切應(yīng)力或剪切速率影響。,因此，溶液狀態(tài)的化妝品，比如發(fā)油、防曬油、化妝水、香水等可以當(dāng)作牛頓流體來(lái)處理。,.,16,二非牛頓流體,實(shí)際上一些乳化體、混懸劑、軟膏、懸浮體等化妝品既有黏性又有彈性，被稱為黏彈性物體，不符合牛頓定律，這些流體稱為非牛頓流體，這種的流動(dòng)現(xiàn)象稱為非牛頓流動(dòng)。,.,17,凡不遵守牛頓公式的流體，統(tǒng)稱為非牛頓型流體。非牛頓型流體又可分為塑

6、性流體、假塑性流體、脹（或漲塑）性流體等。,二非牛頓流體,.,二非牛頓流體,（一）塑性流體 塑性流體也叫賓漢流體，其流變曲線不經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，當(dāng)值小于層流剪切力M時(shí)呈曲線；而當(dāng)值大于層流剪切力M（或上限屈服值）后，流動(dòng)形式和牛頓流體完全相同，呈直線；當(dāng)值大于L（靜切力或下限屈服值）時(shí)流體開(kāi)始滑動(dòng)，當(dāng)剪切應(yīng)力超過(guò)臨界值y（開(kāi)始流,體系開(kāi)始流動(dòng)，剪切速率和之間跟牛頓流體一樣呈直線關(guān)系。,動(dòng)時(shí)的臨界剪切力，也叫屈服值）時(shí)，,.,19,化妝品中，比如，牙膏、唇膏、發(fā)蠟、無(wú)水油膏霜、濕粉、粉底霜及一些濃度較高的乳狀液等表現(xiàn)出塑性非牛頓流體的性質(zhì)，屬于剪切變稀非塑性流體。,二非牛頓流體,剪切變稠：如果流體的黏度

7、隨剪切速率的增加而增大，這種現(xiàn)象叫剪切變稠，簡(jiǎn)稱切稠；,剪切變稀：如果流體的黏度隨剪切速率的增加而減小，這種現(xiàn)象叫剪切變稀，簡(jiǎn)稱切稀；,.,20,二非牛頓流體,（脹性流體）,（塑性流體、 假塑性流體）,.,21,假塑性流體也叫準(zhǔn)塑性流體，它的的表觀粘度隨剪切速率的增大而減小，即流動(dòng)越快越顯得稀，最終達(dá)到恒定的最低值，屬于剪切變稀非塑性流體。,例：大多數(shù)大分子溶液、乳狀液、潤(rùn)膚霜等。,（二）假塑性流體,特點(diǎn)：流變曲線從原點(diǎn)開(kāi)始，沒(méi)有屈服值，剪切應(yīng)力很小就可以開(kāi)始流動(dòng)。,.,22,脹（或漲塑）性流體 一些固體粉末的高濃度漿狀體被攪動(dòng)時(shí)，其體積和剛性均有增加，稱為脹性流體。,例： 40%-50%淀粉

8、糊 多數(shù)粉末等,（三）脹性流體,特點(diǎn)：流變曲線從原點(diǎn)開(kāi)始，沒(méi)有屈服值。,它的的表觀粘度隨剪切速率的增大而增加，屬于剪切變稠流體。,.,23,1. 觸變性定義 在一定溫度下，非牛頓流體在外力（如攪拌等）作用下粘度隨時(shí)間降低，變成易流動(dòng)的，而在外力取消后又恢復(fù)到原來(lái)粘度的特性 。,4.2 觸變性,4 化妝品的流變特性,.,24,4.2 觸變性,.,25,體系的觸變性與質(zhì)點(diǎn)的性狀有關(guān)，針狀或片狀的質(zhì)點(diǎn)比球形質(zhì)點(diǎn)易于表現(xiàn)出觸變性。由于它們的邊或末端間的相互吸引而搭成架子，流動(dòng)時(shí)的結(jié)構(gòu)被拆散，且剪切應(yīng)力使質(zhì)點(diǎn)定向，被拆散的質(zhì)點(diǎn)要靠布朗運(yùn)動(dòng)使顆粒末端或邊相互碰撞才能重建結(jié)構(gòu)，這個(gè)過(guò)程需要時(shí)間，因而表現(xiàn)出觸

9、變性。,2. 影響觸變性的因素,4.2 觸變性,.,26,觸變性實(shí)際情況相當(dāng)復(fù)雜，影響觸變性的因素是多方面的，如質(zhì)點(diǎn)的大小（較小質(zhì)點(diǎn)有較小觸變性），電解質(zhì)的存在，質(zhì)點(diǎn)間的距離、體系的彈性、塑變值、介電常數(shù)、偶極距、介質(zhì)的pH值和容器形狀等。,4.2 觸變性,.,27,剪切速率保持一定的變化，首先增加速率，使體系結(jié)構(gòu)破壞，然后再逐漸減小，使體系結(jié)構(gòu)恢復(fù)，在未給予結(jié)構(gòu)平衡時(shí)間和各剪切速率下測(cè)定其剪切應(yīng)力或粘度，可得到滯后環(huán)。通過(guò)計(jì)算環(huán)的面積，可以知道體系觸變性的程度。環(huán)的面積越大，觸變性越大。,3. 觸變性的大小,4.2 觸變性,.,28,4.2 觸變性,.,29,4.3 黏彈性,1. 黏彈性流體

10、 黏彈性流體是指流體具有液體的黏性和固體的彈性，并且能在形變后呈現(xiàn)彈力恢復(fù)。 一些凝膠化妝品、膏體、乳液，特別是一些含有聚合物的體系都表現(xiàn)出黏彈性。,4 化妝品的流變特性,.,30,2. 黏彈性流體特性 （1）記憶效應(yīng) （2）膨脹效應(yīng) （3）爬桿效應(yīng) （4）湍流抑制效應(yīng) 高分子稀溶液的湍流摩擦阻力比純?nèi)軇┬　?4.3 黏彈性,.,31,3. 線性粘彈性流體的力學(xué)模型 3.1 基本模型 虎克彈簧,牛頓彈簧,4.3 黏彈性,.,32,3.2 應(yīng)用模型 Kelvin模型,Maxwell模型,4.3 黏彈性,.,33,1. 感觀評(píng)價(jià)與流變學(xué)性質(zhì)的關(guān)系 化妝品的感觀質(zhì)量是決定其受消費(fèi)者喜愛(ài)程度的重要因素

11、。如何確定一些可測(cè)定的物理量和一般消費(fèi)者反應(yīng)之間的相關(guān)性是化妝品質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要問(wèn)題。其中較重要的是感觀評(píng)價(jià)與流變學(xué)性質(zhì)的關(guān)系。,4.4 流變特性在化妝品中的應(yīng)用,4 化妝品的流變特性,.,34,1.1 感觀評(píng)價(jià) 取樣 涂抹 用后感覺(jué),4.4 流變特性在化妝品中的應(yīng)用,1.2 流變學(xué)性質(zhì) 粘度 屈服值 流變曲線類型 彈性 觸變性等,.,35,1.3 感觀評(píng)價(jià)與流變學(xué)性質(zhì) 的關(guān)系的測(cè)定 方法是在與使用過(guò)程相近的剪切速率條件下，測(cè)定有關(guān)流變學(xué)性質(zhì)，通過(guò)感官分析和測(cè)定得出的流變學(xué)參數(shù)的比較，確定感官判斷鑒別閾值和分級(jí)，最后確定其相關(guān)性。,4.4 流變特性在化妝品中的應(yīng)用,.,36,2. 取樣 2.1

12、取樣 將產(chǎn)品從容器內(nèi)取出，包括從瓶中倒出或擠出、用手指將產(chǎn)品從容器中挑出等。這一階段需要評(píng)價(jià)的感官特性是稠度。 2.2 稠度 稠度分為低稠度、中等稠度、高稠度。是產(chǎn)品感官結(jié)構(gòu)的描述，產(chǎn)品抵抗永久性形變的性質(zhì)和產(chǎn)品從容器中取出難易程度的量變。,4.4 流變特性在化妝品中的應(yīng)用,.,37,3. 涂抹 3.1 涂抹 根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)一功能，用手指尖把產(chǎn)品分散在皮膚上，以每秒兩圈的速度輕輕地作圓周運(yùn)動(dòng)，再摩擦皮膚一段時(shí)間，然后評(píng)價(jià)其效果，主要包括分散性和吸收性。,4.4 流變特性在化妝品中的應(yīng)用,.,38,3.2 可分散性 根據(jù)涂抹時(shí)感知的阻力來(lái)評(píng)估產(chǎn)品的可分散性。十分容易分散的為“潤(rùn)滑”，較易分散的為“

13、滑”，難于分散的為“摩擦”。,4.4 流變特性在化妝品中的應(yīng)用,.,39,3.3 吸收性 產(chǎn)品被皮膚吸收的速度，可根據(jù)皮膚感覺(jué)變化、產(chǎn)品在皮膚上的殘留量（觸感到的和可見(jiàn)的）和皮膚表面的變化進(jìn)行評(píng)價(jià)?？煞譃榭?、中、慢三級(jí)。吸收性主要與油分的結(jié)構(gòu)（分子量大小、支鏈等）和組分（油水相比例，滲透劑的存在等）有關(guān)。,4.4 流變特性在化妝品中的應(yīng)用,.,40,4. 用后感官評(píng)價(jià) 指產(chǎn)品涂抹于皮膚上后，利用指尖評(píng)估皮膚表面的觸感變化和皮膚外表觀察。包括皮膚上產(chǎn)品殘留物的類型和密集度、皮膚感覺(jué)的描述等。,4.4 流變特性在化妝品中的應(yīng)用,.,41,4.1 皮膚上產(chǎn)品殘留物 4.1.1 殘留物的類型 膜（油性

14、或油膩） 覆蓋層（蠟狀或干的） 片狀或粉末粒子。 4.1.2 殘留物的量 小 中等 多,4.4 流變特性在化妝品中的應(yīng)用,.,42,4.2 皮膚感覺(jué) 干（崩緊） 潤(rùn)濕（柔軟） 油性（油膩） 這些主要與產(chǎn)品油分性質(zhì)和組成、含粉末顆粒度等有關(guān)。,4.4 流變特性在化妝品中的應(yīng)用,.,43,4.5 流變性質(zhì)的測(cè)定,1.粘度法 1.1 毛細(xì)管粘度計(jì) 適用于測(cè)量液體化妝品的黏度。 注意控溫和保溫及液體流出時(shí)間。,4 化妝品的流變特性,.,44,1.2 Brookfield粘度計(jì) 適用于實(shí)測(cè)量非牛頓流動(dòng)黏性液體的黏度。,4.5 流變性質(zhì)的測(cè)定,.,45,1.3 同軸轉(zhuǎn)筒型粘度計(jì) 適用于研究。,4.5 流變

15、性質(zhì)的測(cè)定,.,46,1.4 圓錐子板型粘度計(jì) 適用液、膏等。,4.5 流變性質(zhì)的測(cè)定,.,47,2. 線性粘彈性行為的測(cè)定 2.1 振動(dòng)式流變儀,2.2 正交流變儀,4.5 流變性質(zhì)的測(cè)定,.,48,第五章 化妝品的生產(chǎn)設(shè)備,.,49,5.1 液體和乳液制品 主要生產(chǎn)設(shè)備,常見(jiàn)的乳化設(shè)備有: 攪拌釜 膠體磨 均質(zhì)器 真空攪拌乳化機(jī) 超聲波乳化設(shè)備等,5 化妝品的生產(chǎn)設(shè)備,.,50,1. 攪拌釜 又稱乳化攪拌鍋。是一類以攪拌粘度低的流體為主、適用于液-液混合及固-液懸浮液的混合機(jī)械裝置，即在攪拌鍋內(nèi)用機(jī)械攪拌的方法，強(qiáng)制液體運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)均勻混合。在化妝品生產(chǎn)中如生產(chǎn)洗發(fā)香波、護(hù)發(fā)素、化妝水、香水

16、等大都采用這種裝置。,5.1 液體和乳液制品主要生產(chǎn)設(shè)備,.,51,2. 膠體磨 膠體磨是一種剪切力很大的混合乳化設(shè)備。它主要是通過(guò)轉(zhuǎn)子和定子之間由于高速運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的剪切力而起到研磨、剪切、分散作用。,5.1 液體和乳液制品主要生產(chǎn)設(shè)備,.,52,3. 均質(zhì)器 均質(zhì)器的操作原理是將要乳化的混合物在很高的壓力下自一小孔擠出，是一種具有較強(qiáng)的剪切、壓縮、沖擊等作用的高效攪拌設(shè)備。,5.1 液體和乳液制品主要生產(chǎn)設(shè)備,.,53,真空均質(zhì)乳化機(jī) 真空均質(zhì)乳化機(jī)是在密封的抽真空的容器內(nèi)，中間有均質(zhì)器，轉(zhuǎn)速為500-10000 r/min，可無(wú)級(jí)調(diào)速，另外還有帶刮板的框式攪拌槳，轉(zhuǎn)速為10-100 r/m

17、in，為緩慢攪拌，以及槳式攪拌器，為快速攪拌，轉(zhuǎn)速為150 r/min。,5.1 液體和乳液制品主要生產(chǎn)設(shè)備,.,54,真空均質(zhì)乳化器具有三大優(yōu)點(diǎn)： （1）減少乳劑的空氣泡含量至最低程度，增加乳化的表面光潔度； （2）能減少和避免與空氣接觸，使其免受細(xì)菌污染； （3）由于在真空狀態(tài)下進(jìn)行攪拌，因此減少了氧化過(guò)程。,5.1 液體和乳液制品主要生產(chǎn)設(shè)備,.,55, 5.2 粉類產(chǎn)品主要生產(chǎn)設(shè)備,1. 混合機(jī) 混合機(jī)主要用于粉狀化妝品原料的混合。能承擔(dān)粉體原料的預(yù)備混合、整個(gè)粉體的調(diào)料混合，如調(diào)色或調(diào)香混合等。,5 化妝品的生產(chǎn)設(shè)備,.,56,2. 三輥研磨機(jī) 在化妝品制造生產(chǎn)過(guò)程中是一種應(yīng)用比較廣

18、泛的設(shè)備。如冷霜、粉霜、唇膏等產(chǎn)品制造生產(chǎn)可采用三輥研磨機(jī)。,5.2 粉類產(chǎn)品主要生產(chǎn)設(shè)備,.,57,5.2 粉類產(chǎn)品主要生產(chǎn)設(shè)備,.,58,研磨機(jī)在鑄鐵的機(jī)架上裝有三只不同的轉(zhuǎn)速的，用花崗石或不銹鋼制成的軋輥。軋輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物料從第一與第二只軋輥間加入進(jìn)行壓軋、研磨，后帶至第二與第三輥之間進(jìn)一步壓軋，物料轉(zhuǎn)至第三軋輥邊緣處，被裝置的刮刀刮下流至料筒內(nèi)。,5.2 粉類產(chǎn)品主要生產(chǎn)設(shè)備,.,59,3. 粉碎機(jī) 粉碎機(jī)是制作粉狀化妝品的主要設(shè)備。它可將粉體原料進(jìn)行粉碎，以達(dá)到生產(chǎn)各種粉類產(chǎn)品要求的細(xì)度。,5.2 粉類產(chǎn)品主要生產(chǎn)設(shè)備,.,60,4. 篩粉機(jī) 篩粉機(jī)是粉狀化妝品的制造除了需粉碎磨細(xì)外，還要用過(guò)篩的方法篩除混入的粗粒。,5. 滅菌器,5.2 粉類產(chǎn)品主要生產(chǎn)設(shè)備,.,61,6. 自動(dòng)壓制粉餅機(jī) 自動(dòng)壓制粉餅機(jī)是將粉類化妝品加工成粉餅。,5.2 粉類產(chǎn)品主要生產(chǎn)設(shè)備,.,62, 5.3 其它設(shè)備,1. 滅菌設(shè)備 1.1 高溫滅菌,5 化妝品的生產(chǎn)設(shè)備,.,63,1.2 紫外線滅菌,5.3 其它設(shè)備,.,64,1.3 氣體滅菌,5.3 其它設(shè)備,.,65,2.