第4-5章_化妆品化妆品的流变特性及生产设备

1、1,主要内容 第四章 化妆品的流变特性 剪切应变和流体类型、触变性、粘弹性、流变特性在化妆品中的应用、流变性质的测定 第五章 化妆品的生产设备 液体和乳液制品主要生产设备、粉类产品主要生产设备、其它设备,第一篇 化妆品的基础理论,2,第四章 化妆品的流变特性,化妆品的流变特性是化妆品的重要特性之一，它主要涉及化妆品的黏（粘）性、弹性、硬度、润滑性、可塑性、分散性等物理性质,3,第四章 化妆品的流变特性,4,第四章 化妆品的流变特性,5,第四章 化妆品的流变特性,流变学(rheology)是指研究物质（固体）变形和（气、液体）流动的科学，1929年由宾汉（Bengham）和克劳福德（Crawfo

2、rd）提出。物体的二重性：物体在外力作用下可观察到变形和流动现象。 流变性：物体在外力作用下表现出来的变形性和流动性。 流动是液体和气体的主要性质之一，流动的难易程度与流体本身的黏性有关，因此，流动是一种非可逆性变形过程。,第一节 剪切应变和剪切速率,6,Shear stress,剪切应力,单位面积所受的拖拉作用力/剪切力,剪切应力（Shear stress),7,使各液层间产生相对运动的外力叫剪切力，在单位液层面积（A）上所需施加的这种力称为剪切应力，简称剪切力。,也称切变应力,以S表示,剪切应变（Shear Strain）,8,Shear Strain,剪切应变,单位长度的拉长,外力F的作

3、用下，物体长度的相对变化叫剪切应变,I0,I,杨氏模量G,9,杨氏模量用来表示材料对形变的阻力,杨氏模量G：物体所受的剪切应力与剪切应变g的比值,剪切速率(rate of shear),10,速度梯度（dv/dy）叫做剪切速率(rate of shear),单位为S-1,dv/dy,也称切变速率，以D表示。,设想在层流中,剪切速率 在流速不太快时，可将流动着的液体视为互相平行移动的液层叫层流（如下图），由于各液层的速度不同，便产生速度梯度dv/dy，这是流动的基本特征。,vo,y,速度梯度的产生是由于流动阻力的存在，流动较慢的液层阻滞流动较快液层的运动。 剪切速率,也称为“剪切梯度”、“速度梯

4、度”、“应变率”、“变形率”等,第二节 流体类型,12,流变学研究中，流体可分为完全流体（理想流体）和黏性流体（实际流体）。,化妆品工艺学研究中，根据流变特性可将流体分为牛顿流体和非牛顿流体。,非牛顿流体又分为塑性流体、假塑性流体、胀流流体、宾汉流体等,牛顿公式：纯液体和多数低分子溶液在层流条件下的剪切应力（）与剪切速率（ ）成正比。 遵循牛顿公式的流体称为牛顿流体。黏度（系数），是表示流体黏性的物理常数。单位为Pas。,第二节 流体类型,一牛顿流体,黏度：在液体流动过程中，由内摩擦力而产生的流动阻力称为黏度，是重要参数。,14,1/,由图4-3曲线1可知，牛顿型流变曲线是直线，其剪切速率与剪

5、切应力呈线性正比。,一、牛顿流体,牛顿流体的特点： 1、一般为低分子的纯液体或稀溶液； 2、在一定温度下，牛顿液体的黏度为常数，它只是温度的函数，随温度升高而减小。,3、黏度不受剪切应力或剪切速率影响。,因此，溶液状态的化妆品，比如发油、防晒油、化妆水、香水等可以当作牛顿流体来处理。,16,二非牛顿流体,实际上一些乳化体、混悬剂、软膏、悬浮体等化妆品既有黏性又有弹性，被称为黏弹性物体，不符合牛顿定律，这些流体称为非牛顿流体，这种的流动现象称为非牛顿流动。,17,凡不遵守牛顿公式的流体，统称为非牛顿型流体。非牛顿型流体又可分为塑性流体、假塑性流体、胀（或涨塑）性流体等。,二非牛顿流体,二非牛顿流

6、体,（一）塑性流体 塑性流体也叫宾汉流体，其流变曲线不经过原点，当值小于层流剪切力M时呈曲线；而当值大于层流剪切力M（或上限屈服值）后，流动形式和牛顿流体完全相同，呈直线；当值大于L（静切力或下限屈服值）时流体开始滑动，当剪切应力超过临界值y（开始流,体系开始流动，剪切速率和之间跟牛顿流体一样呈直线关系。,动时的临界剪切力，也叫屈服值）时，,19,化妆品中，比如，牙膏、唇膏、发蜡、无水油膏霜、湿粉、粉底霜及一些浓度较高的乳状液等表现出塑性非牛顿流体的性质，属于剪切变稀非塑性流体。,二非牛顿流体,剪切变稠：如果流体的黏度随剪切速率的增加而增大，这种现象叫剪切变稠，简称切稠；,剪切变稀：如果流体的

7、黏度随剪切速率的增加而减小，这种现象叫剪切变稀，简称切稀；,20,二非牛顿流体,（胀性流体）,（塑性流体、 假塑性流体）,21,假塑性流体也叫准塑性流体，它的的表观粘度随剪切速率的增大而减小，即流动越快越显得稀，最终达到恒定的最低值，属于剪切变稀非塑性流体。,例：大多数大分子溶液、乳状液、润肤霜等。,（二）假塑性流体,特点：流变曲线从原点开始，没有屈服值，剪切应力很小就可以开始流动。,22,胀（或涨塑）性流体 一些固体粉末的高浓度浆状体被搅动时，其体积和刚性均有增加，称为胀性流体。,例： 40%-50%淀粉糊 多数粉末等,（三）胀性流体,特点：流变曲线从原点开始，没有屈服值。,它的的表观粘度随

8、剪切速率的增大而增加，属于剪切变稠流体。,23,1. 触变性定义 在一定温度下，非牛顿流体在外力（如搅拌等）作用下粘度随时间降低，变成易流动的，而在外力取消后又恢复到原来粘度的特性 。,4.2 触变性,4 化妆品的流变特性,24,4.2 触变性,25,体系的触变性与质点的性状有关，针状或片状的质点比球形质点易于表现出触变性。由于它们的边或末端间的相互吸引而搭成架子，流动时的结构被拆散，且剪切应力使质点定向，被拆散的质点要靠布朗运动使颗粒末端或边相互碰撞才能重建结构，这个过程需要时间，因而表现出触变性。,2. 影响触变性的因素,4.2 触变性,26,触变性实际情况相当复杂，影响触变性的因素是多方

9、面的，如质点的大小（较小质点有较小触变性），电解质的存在，质点间的距离、体系的弹性、塑变值、介电常数、偶极距、介质的pH值和容器形状等。,4.2 触变性,27,剪切速率保持一定的变化，首先增加速率，使体系结构破坏，然后再逐渐减小，使体系结构恢复，在未给予结构平衡时间和各剪切速率下测定其剪切应力或粘度，可得到滞后环。通过计算环的面积，可以知道体系触变性的程度。环的面积越大，触变性越大。,3. 触变性的大小,4.2 触变性,28,4.2 触变性,29,4.3 黏弹性,1. 黏弹性流体 黏弹性流体是指流体具有液体的黏性和固体的弹性，并且能在形变后呈现弹力恢复。 一些凝胶化妆品、膏体、乳液，特别是一些

10、含有聚合物的体系都表现出黏弹性。,4 化妆品的流变特性,30,2. 黏弹性流体特性 （1）记忆效应 （2）膨胀效应 （3）爬杆效应 （4）湍流抑制效应 高分子稀溶液的湍流摩擦阻力比纯溶剂小。,4.3 黏弹性,31,3. 线性粘弹性流体的力学模型 3.1 基本模型 虎克弹簧,牛顿弹簧,4.3 黏弹性,32,3.2 应用模型 Kelvin模型,Maxwell模型,4.3 黏弹性,33,1. 感观评价与流变学性质的关系 化妆品的感观质量是决定其受消费者喜爱程度的重要因素。如何确定一些可测定的物理量和一般消费者反应之间的相关性是化妆品质量评价的重要问题。其中较重要的是感观评价与流变学性质的关系。,4.

11、4 流变特性在化妆品中的应用,4 化妆品的流变特性,34,1.1 感观评价 取样 涂抹 用后感觉,4.4 流变特性在化妆品中的应用,1.2 流变学性质 粘度 屈服值 流变曲线类型 弹性 触变性等,35,1.3 感观评价与流变学性质 的关系的测定 方法是在与使用过程相近的剪切速率条件下，测定有关流变学性质，通过感官分析和测定得出的流变学参数的比较，确定感官判断鉴别阈值和分级，最后确定其相关性。,4.4 流变特性在化妆品中的应用,36,2. 取样 2.1 取样 将产品从容器内取出，包括从瓶中倒出或挤出、用手指将产品从容器中挑出等。这一阶段需要评价的感官特性是稠度。 2.2 稠度 稠度分为低稠度、中

12、等稠度、高稠度。是产品感官结构的描述，产品抵抗永久性形变的性质和产品从容器中取出难易程度的量变。,4.4 流变特性在化妆品中的应用,37,3. 涂抹 3.1 涂抹 根据产品性质一功能，用手指尖把产品分散在皮肤上，以每秒两圈的速度轻轻地作圆周运动，再摩擦皮肤一段时间，然后评价其效果，主要包括分散性和吸收性。,4.4 流变特性在化妆品中的应用,38,3.2 可分散性 根据涂抹时感知的阻力来评估产品的可分散性。十分容易分散的为“润滑”，较易分散的为“滑”，难于分散的为“摩擦”。,4.4 流变特性在化妆品中的应用,39,3.3 吸收性 产品被皮肤吸收的速度，可根据皮肤感觉变化、产品在皮肤上的残留量（触

13、感到的和可见的）和皮肤表面的变化进行评价。可分为快、中、慢三级。吸收性主要与油分的结构（分子量大小、支链等）和组分（油水相比例，渗透剂的存在等）有关。,4.4 流变特性在化妆品中的应用,40,4. 用后感官评价 指产品涂抹于皮肤上后，利用指尖评估皮肤表面的触感变化和皮肤外表观察。包括皮肤上产品残留物的类型和密集度、皮肤感觉的描述等。,4.4 流变特性在化妆品中的应用,41,4.1 皮肤上产品残留物 4.1.1 残留物的类型 膜（油性或油腻） 覆盖层（蜡状或干的） 片状或粉末粒子。 4.1.2 残留物的量 小 中等 多,4.4 流变特性在化妆品中的应用,42,4.2 皮肤感觉 干（崩紧） 润湿（

14、柔软） 油性（油腻） 这些主要与产品油分性质和组成、含粉末颗粒度等有关。,4.4 流变特性在化妆品中的应用,43,4.5 流变性质的测定,1.粘度法 1.1 毛细管粘度计 适用于测量液体化妆品的黏度。 注意控温和保温及液体流出时间。,4 化妆品的流变特性,44,1.2 Brookfield粘度计 适用于实测量非牛顿流动黏性液体的黏度。,4.5 流变性质的测定,45,1.3 同轴转筒型粘度计 适用于研究。,4.5 流变性质的测定,46,1.4 圆锥子板型粘度计 适用液、膏等。,4.5 流变性质的测定,47,2. 线性粘弹性行为的测定 2.1 振动式流变仪,2.2 正交流变仪,4.5 流变性质的测

15、定,48,第五章 化妆品的生产设备,49,5.1 液体和乳液制品 主要生产设备,常见的乳化设备有: 搅拌釜 胶体磨 均质器 真空搅拌乳化机 超声波乳化设备等,5 化妆品的生产设备,50,1. 搅拌釜 又称乳化搅拌锅。是一类以搅拌粘度低的流体为主、适用于液-液混合及固-液悬浮液的混合机械装置，即在搅拌锅内用机械搅拌的方法，强制液体运动来实现均匀混合。在化妆品生产中如生产洗发香波、护发素、化妆水、香水等大都采用这种装置。,5.1 液体和乳液制品主要生产设备,51,2. 胶体磨 胶体磨是一种剪切力很大的混合乳化设备。它主要是通过转子和定子之间由于高速运转所产生的剪切力而起到研磨、剪切、分散作用。,5

16、.1 液体和乳液制品主要生产设备,52,3. 均质器 均质器的操作原理是将要乳化的混合物在很高的压力下自一小孔挤出，是一种具有较强的剪切、压缩、冲击等作用的高效搅拌设备。,5.1 液体和乳液制品主要生产设备,53,真空均质乳化机 真空均质乳化机是在密封的抽真空的容器内，中间有均质器，转速为500-10000 r/min，可无级调速，另外还有带刮板的框式搅拌桨，转速为10-100 r/min，为缓慢搅拌，以及桨式搅拌器，为快速搅拌，转速为150 r/min。,5.1 液体和乳液制品主要生产设备,54,真空均质乳化器具有三大优点： （1）减少乳剂的空气泡含量至最低程度，增加乳化的表面光洁度； （2

17、）能减少和避免与空气接触，使其免受细菌污染； （3）由于在真空状态下进行搅拌，因此减少了氧化过程。,5.1 液体和乳液制品主要生产设备,55, 5.2 粉类产品主要生产设备,1. 混合机 混合机主要用于粉状化妆品原料的混合。能承担粉体原料的预备混合、整个粉体的调料混合，如调色或调香混合等。,5 化妆品的生产设备,56,2. 三辊研磨机 在化妆品制造生产过程中是一种应用比较广泛的设备。如冷霜、粉霜、唇膏等产品制造生产可采用三辊研磨机。,5.2 粉类产品主要生产设备,57,5.2 粉类产品主要生产设备,58,研磨机在铸铁的机架上装有三只不同的转速的，用花岗石或不锈钢制成的轧辊。轧辊转动时，物料从第

18、一与第二只轧辊间加入进行压轧、研磨，后带至第二与第三辊之间进一步压轧，物料转至第三轧辊边缘处，被装置的刮刀刮下流至料筒内。,5.2 粉类产品主要生产设备,59,3. 粉碎机 粉碎机是制作粉状化妆品的主要设备。它可将粉体原料进行粉碎，以达到生产各种粉类产品要求的细度。,5.2 粉类产品主要生产设备,60,4. 筛粉机 筛粉机是粉状化妆品的制造除了需粉碎磨细外，还要用过筛的方法筛除混入的粗粒。,5. 灭菌器,5.2 粉类产品主要生产设备,61,6. 自动压制粉饼机 自动压制粉饼机是将粉类化妆品加工成粉饼。,5.2 粉类产品主要生产设备,62, 5.3 其它设备,1. 灭菌设备 1.1 高温灭菌,5 化妆品的生产设备,63,1.2 紫外线灭菌,5.3 其它设备,64,1.3 气体灭菌,5.3 其它设备,