HAAKE Viscotester iQ便携式流变仪在乳液化妆品中质控应用

乳液化妆品的质控测试
化妆品产品的配方非常复杂，并且各类活性成分会起到 重要作用。而消费者则期望某一大类的膏霜产品具备相 同的质感，无论其中的特殊成分是芦荟，柠檬草，牛奶 还是蜂蜜。因此，开发能被消费者接受或者期待的质感 的产品是化妆品配方工艺中最重要的挑战之一。测试一 种乳液化妆品的流变性能则是这个产品质控过程中的重 要一环。 乳液化妆品流变测试的典型参数基本是粘度，触变性和 屈服应力。产品的粘度与其各类性能相关，取决于应用 的剪切速率范围。例如，在皮肤上涂抹的感觉对应于高 剪切速率下的粘度大小，而储存稳定性则依赖于低剪切 速率下的粘度。 一款乳液的屈服应力则决定了其储存稳定性及外观和感 觉。罐装出售的乳霜需要较高的屈服应力，消费者通常 希望能用手指从 罐中将其取出并稳定在手上；对于瓶装 的护肤液来说，消费者则期望其能够像液体一样，这就 要求其屈服应力尽可能的小。如果测试这些不同的流变 性能，则需要一台能够实现各种测试方法并且具备宽广 测试范围的质控型粘度计。为了简单可靠的完成各类质 控流变测试，赛默飞哈克Viscotest iQ智能流变仪（图 1）应运而生。而这台独特的仪器在质控表现方面具有很 多新的优势及特点，比如，它的灵敏度的高度提升保证 了其可以使用更小的测量夹具，并可以节约用户的样品 以及温度平衡的时间和清理时间。

图1：赛默飞哈克 Viscotester iQ智能流变仪
 

实验准备 本次实验选择的两个样品分别是一种乳霜和一种护肤液。 实验采用直径35 毫米平行板夹具，以1 毫米的测量间 隙进行，以减小样品结构在加载过程中受到的破坏。相 对于同轴圆筒夹具，35mm 平行板只需要大约1 毫升， 并可以节约每次装样及清理时间。在测试之前，将少量 样品先放置在测量下板上，然后小心的将测量上板降到测量间隙，以免对样品造成不必要的预剪切。最后， 将样品罩放置在测量系统上，可以提高温控精度及 减少蒸发。

哈克  RheoWin Job 当测量上板到达测量位时，开始使用赛默飞 哈克  RheoWinTM 软件进行操作. 测试程序第一部分是 实验条件设置。对于这两种样品，只是简单的进行 等待时间设置，给予样品足够的松弛时间并且达到 测试温度。虽然只是设置一个等待时间，但是仍然 需要将其放在整个测试程序中，以免忘记并且使得 整个实验以相同条件进行，保证测试结果的重复性。 测试程序的下一部分为测试环节，最后一部分为数 据评估，打印或者输出电子格式的实验报告。


粘度 测试粘度的最佳方法测试样品的稳态粘度，例如稳态粘 度随剪切速率的变化。与瞬时粘度相比，稳态粘度与时 间效应及剪切速率变化的斜率无关。在4 个数量级的剪 切速率范围内，两种样品的粘度都表现出明显的剪切变 稀行为，如图2 所示。与预期的一样，乳霜在低剪切 速率下表现出更高的粘度但是其剪切变形行为也更加明显。在整个测试剪切速率范围内，乳霜的粘度下降了几 乎 500 倍，而护肤液的粘度下降率则只有 120 倍。根据 实验高剪切速率下粘度结果可以推测出，当剪切速率超 过 2000s-1 时，两种样品的粘度应该几乎一样。这并不 是偶然现象，因为将乳霜或者护肤液涂在皮肤上时所产 生的的剪切速率就是在这个范围内，而此时则是皮肤感 觉最好的，因此两种产品在这个条件下的粘度应该一样。 触变性在质控中，产品的触变性行为通常使用“触变环”来表 征。这种测试方法与其他方法相比的优势在于测试时间 短。此方法包含三个步骤，剪切速率从 0 上升到最高值 （本实验中采用 200s-1），然后在此剪切速率下平衡一 段时间，再将剪切速率降低到 0（图 3）。通常，剪切速 率上升和下降的时间是一致的，而稳定时间则需要足够 长以使得样品的粘度在剪切速率下降之前不再变化。然 后通过计算上升曲线和下降曲线之间围城的不规则“环” 装的面积来评估实验结果。触变环面积越大，样品的触 变性越强。但是请注意，这个实验的结果完全取决于实 验参数，比如最大剪切速率以及剪切速率变化斜率。只 有当剪切速率设置相同时（如图3），不同测试结果才 可以相互比较。图4给出了两种样品的触变性实验结果， 很明显，乳霜是具有一定触变性的，而护肤液在完全没有。
总结 哈克 Viscotester iQ智能流变仪智能流变仪是一款简洁紧 凑的仪器，并将灵敏度及测试能力完美结合，通过控制 速率和控制应力的方法在很宽的范围内来进行各种样品 的质控测试。对于乳液化妆品，平行板是非常有效的测 试夹具，一来可以减少样品的用量，二来可以有效降低 样品在加样过程中的破坏，并且减少温度平衡时间及样 品清理时间。本报告中高质量的测试结果提供了一个很 好的数据平台，以便通过不同的方法及模型来进行数据 分析。



屈服应力

如果一个材料具有屈服应力，它在低于其屈服应力的剪切应力作用下会表现出弹性的性质，当剪切应力高于屈服应力时，则表现为液体的特性。因此，测试样品是否具有屈服应力以及其大小的最好方法是直接线性增加剪切应力，然后观察样品性质的变化 [1]。然后根据哈克 RheoWin 软件的计算功来得到相应的屈服应力的评估数据（图 5）。使用这种方法的优点是，样品在屈服应力前后的性质都可以被记录下来，而不用去进行额外的外推，这样可以大大提高测试重复性以及计算数据的可靠性。从数据上看，护肤液几乎没有屈服应力，而乳霜则很明显屈服应力，大约为 110Pa。