化妆品加工工艺

——流变性质分析

化妆品加工工艺12化妆品近20年的发展3

美国P&G雅芳英国的联合利华德国的汉高威娜日本的资生堂、花王、高丝法国的欧莱雅、迪奥等自90年代陆续进入中国市场，销售日益火爆，中国的化妆品行业也飞速发展。4化妆品中不可缺少的成分--表面活性剂表面活性剂不仅具有很高的活性，即在溶液（主要应用月水溶液）中加入量很少，例如，0.001―0.2mol／L就能使水的表面张力大幅度地降低，而且还具有润湿和反润湿（防油、放水）、乳化和破乳、发泡和消泡、洗涤、渗透、分散与絮凝、增溶、抗静电、润滑等应用特性。因此，表面活性剂已被广泛应用于石油、纺织、医药、采矿、食品、洗涤、化妆品等许多领域中。在化妆品中表面活性剂作为乳化剂，其作用是极为重要的。5表面活性剂的分类

678化妆品的流变特性化妆品的流变特性主要涉及化妆品的黏性、弹性、硬度、润滑性、可塑性、分散性等物理性质，这些性质既影响化妆品的使用，又关系到化妆品在产品配方设计、工艺过程、设备的选择、质量管理等方面。此外，流变特性是化妆品内部单个粒子以及粒子之间相互作用的反映。因此，研究化妆品的流变特性，有助于了解化妆品内部的构造。综上所述，化妆品的流变性质不仅是化妆品设计、制备、运输、贮存等方面的重要参数，也是产品质量保证的依据。9流型

黏度是液体流动时所表现出来的内摩擦。设在两平行板间有某液体，其中一块保持静止，另一块（如上面的平板）以速度v向x方向作匀速运动。如果将液体沿y方向分为很多小薄层，则各液层向x方向的流动速度随y值的变化而不同。如图所示，用带有箭头且相互平行、长短不等的线段表示各个液层的流动速度。液体流动时存在着速度梯度dv/dy。因此，产生了流动阻力。若要维持稳定的流动即保持一定的速度梯度，则需施加恒定的力F，此力为剪切力。如果该板的面积为A，那么切力F的大小与A和dv/dy成正比，即F=ηAdv/dy式中η——比例系数，又称液体的黏度。10牛顿将粘度定义为所加应力与流动梯度的比例。StationaryPlateMoveablePlateA=Areacm2A=Areacm2X

=

DistanceF

=

Force(dynes)剪切力剪切率*假定:板的长度远大于板的间距。τ=F/Aγ=V/X11

非牛顿流体在实际应用中遇到的多数乳化体、悬浮体和凝胶状等体系的化妆品，其D-τ关系不符合牛顿公式，即τ/D的比值不再是常数，而是速度梯度D的函数。不符合牛顿公式的流体称为非牛顿流体。对非牛顿流体来说，可分为塑性型、假塑性型和胀性型的类型.流变性质与流变曲线若以剪切速率D对单位面积上的切力τ作图，得到的曲线称为流变曲线。不同的流体、不同的类型都有不同种类的流变曲线。12牛顿流体

牛顿型流体的粘度在一定温度下有定值，D与τ呈线性正比关系，即流体的流变曲线为直线，其斜率1/η，且经过原点，如图所示。这种流型的流体只要有微小的外力作用，就能引起液体的流动。13塑性液体

塑性流体也叫Bingham流体，其特点是切力须超过某一临界值τy后，体系才开始流动，一旦开始流动，其D-τ之间的关系跟牛顿流体一样呈线性关系。其流变方程为τ－τy=ηpD其中ηp――塑性黏度；τy――开始流动时的临界切力。塑性流体的流变曲线基本上是一条不通过原点的直线，只在剪切力很低时呈曲线。从流变曲线可知，只有当τ大于某一值τL时，流体才开始流动，τL称为静切力，这时体系并非全部发生变形，只是在容器的边缘区域发生变形，产生滑动。当τ值大于τM后，流动形式和牛顿体完全一样，可认为体系中粒子间的结构完全拆散，故称τM为层流切力。如果黏度随剪切速率D的增加而增大，这种现象称为剪切变稠；反之，如果黏度随切速率D值的增加而降低，这种现象称为剪切变稀。塑性流体中分散相粒子以聚集态存在并形成空间网状结构，当切力大于τM后，结构完全破坏。在化妆品中属于塑性流体的有牙膏、唇膏、无水油膏霜、粉底霜、胭脂等膏霜以及部分乳状液。14假塑性流体假塑性流体，流动曲线所示。其特点是流变曲线从原点开始，即体系没有屈服值，或者说只要加上很小的外力，就会发生流动；黏度是随剪切速率D的增加而降低，即具有切稀作用。此类流型的流变曲线可用下面的流变方程表示。τ=kDn式中n，k――与体系有关的常数。K是流体稠度的量度，k越大，流体越稠。n是非牛顿型的度量，它与1相差越大，非牛顿行为月显著。用ηa表示τ/D，ηa称为非牛顿流体表观黏度。假塑性流体的表观黏度表示为ηa=τ/D=kDn-1因为n＜1，所以表观黏度随剪切速率的增大而变小。大多数大分子溶液和乳状液属假塑性流体。大部分化妆品乳液都表现出假塑性的流变行为。15胀性流体

有些固体粉末的高浓度浆状在搅动时，其体积和刚性都有增加，故称为胀性流体。由图中曲线可见，胀性流体的特点为流变曲线也是通过原点的，即无屈服值，但是，与假塑性流体相反，其表观黏度随切速率的增大而变大，表现为切稠作用。胀性流体的流变曲线（或流变方程）也可用式（3）表示，但n>1。τ=kDn(n>1)16

对胀性流动曲线的解释是：在静止时，粒子全是分散开的；搅拌时，粒子发生重排，形成了混乱的空间结构，但这种结构不牢固，只是搅在一起，却大大增加了流动阻力，使表现黏度升高；当停止搅拌时，粒子又呈分散状态，因此，黏度又降低。通常胀性流体需满足一下两个条件：粒子必须是分散的，而不能聚结；分散相浓度较高，但只在一个狭小的范围内才呈现胀性流体。浓度低时为牛顿流体，浓度稍高时是塑性流体，浓度再高时为胀性流体。例如，淀粉糊大约在40%~50%的浓度范围内才表现出明显的胀性流型。某些细分散固体的浓悬浮体属于胀性流体。在化妆品中这种流型较少见。17触变性

上面介绍的流体类型，其流变性质和时间无关。但是，有些体系的流变性质却不然，其黏度还和切力作用的时间长短有关。在一定的剪切速率下剪切力随时间而减小，这样的体系成为触变性体系。这种体系在搅动时成为流体，停止搅动并经静置后它会慢慢恢复到原来的状态（如黏度的复），这就是所谓的触变性。触变性的产生与体系内部结构有关。触变结构的主要特点是：从搅动前一定的内部结构到搅动后这种结构遭到破坏，后者从结构的拆散到结构的恢复是一个恒温可逆过程；体系结构的这种反复转变，与时间有关，即是时间的函数。18从图触变性流体的流变曲线中可以看出，流变曲线不是从原点开始，这是因为只有当外力超过对结构的破坏力后才会流动；并且随剪切速率的增大，表现黏度下降。这点类似于塑性流体。19

影响体系触变性的因素多而复杂，许多问题尚不清楚。关于触变性产生的原因，见解也不一致。比较流行的看法是-：体系内粒子靠一定方式形成网架结构，流动时结构被拆散，并在切力作用下粒子发生定向流动，当剪切速率降低或者为零时，被拆散的粒子要靠布朗运动移动到一定的几何位置，才能重新形成原来的结构，这个过程需要一定的时间，从而呈现出时间的依赖，即表现出触变性。钻井泥浆、油漆等属于触变性流体。化妆品中的膏、牙膏、唇膏和湿粉等都是要求有较合适的触变性。硅铝酸盐类无机增稠剂易使体系产生较好的触变性。20粘弹性

某些物质如大分子浓溶液、化妆品的霜膏或粉体等在呈现黏性流动行为的同时，也具有弹性特征，这样的流体是