Dlaczego gęstość i lepkość kosmetyków jest tak ważna?

Produkty kosmetyczne charakteryzują się właściwościami fizykochemicznymi, które mogą sprawiać, że są nie tylko atrakcyjne dla użytkowników, ale także wspomagają właściwości aplikacyjno-użytkowe. Należą do nich między innymi gęstość i lepkość. Nadanie im pożądanych wartości często stanowi duże wyzwanie dla technologa. Badanie lepkości i gęstości kosmetyków jest bardzo ważne z wielu powodów, m.in.: ze względu na ich stabilność, zastosowanie i funkcjonalność, estetykę i komfort użytkowania, bezpieczeństwo oraz zgodność z normami i regulacjami. Gęstość i lepkość są to jedne z najważniejszych cech produktów kosmetycznych takich jak: płyny, kremy, balsamy, pasty czy żele. Przeprowadzenie odpowiednich badań zapewnia, że produkt spełnia nie tylko normy jakościowe, a także te dotyczące bezpieczeństwa. Właściwa lepkość i gęstość pomagają kontrolować jak produkt oddziałuje na skórę, minimalizując ryzyko podrażnień lub innych niepożądanych reakcji. Decydują one o ilości aplikowanego produktu, określając w ten sposób jego wydajność. Pomiar lepkości jest ważny aby określić i kontrolować przepływ, rozprzestrzenianie się i poziom produktów w określonych warunkach. Pomiar gęstości daje informacje odnośnie czystości i jakości surowców, półproduktów i wyrobu końcowego.

Gęstość definiujemy jako wartość ciężaru (masy) przypadająca na jednostkę objętości w określonej temperaturze. W kontroli jakości piknometry są używane w celu wykrycia błędów w składzie produktu/ surowca.

Piknometry są to urządzenia służące do pomiaru gęstości. Wysokiej jakości produkty oferuje firma BYK-Gardner (fot.1) Piknometry to cylindryczne kubki wykonane ze stali nierdzewnej. Ich pokrywa jest szczelna i odpowiednio wyprofilowana z centralnym otworkiem, który służy do odprowadzania nadmiaru materiału, a jej kształt zapobiega powstawaniu pęcherzyków powietrza i podnosi jego dokładność pomiarową. Kubki są łatwe do napełniania, opróżniania oraz czyszczenia.

BYK – Gardner oferuje 5 rodzajów piknometrów, które pozwalają określić gęstość oraz ciężar właściwy:

Piknometry wg ASTM

W Ameryce Północnej w przypadku piknometrów stosuje się jednostkę masy na 1 galon (weigt per galon, wpg). Objetość kubka o wielkości „wpg” wyrażona jest jako wartość masy wody w gramach równoważna, lub 10x wieksza, wartości masy wody w funtach jaką mieści 1 galon w określonej temperaturze. Jeden galon US wody waży 8,32 funtów. Standardowa objętość wynosi 83,2 ml. Temperatura próbki i kubka podczas pomiaru musi być taka sama , zazwyczaj 25st. C lub 77 st. F.

Piknometry wg ISO

Objętość tych piknometrów jest zdefiniowana przez określoną ilość cieczy. Firma BYK Gardner oferuje dwa standardowe modele ISO o pojemności 50ml i 100ml. Badanie przeprowadza się w temperaturze 23°C ±2°C.

Lepkość definiujemy jako opór występujący pomiędzy cząsteczkami płynu w momencie przemieszczania się  względem siebie.  Jest to ważna właściwość produktu, która należy określić i kontrolować, aby zoptymalizować przepływ, rozprzestrzenianie się lub poziom cieczy w określonych warunkach. Parametr ten jest ważny przy projektowaniu procesów technologicznych, a także przy ocenie możliwości ich dozowania oraz w przypadku doboru opakowania. Lepkość żelu dozowanego z butelki z pompką lub z tuby będzie całkiem inna, podobnie z płynem do kąpieli wylewanym bezpośrednio z butelki. Tak samo emulsje w słoiczku będą różniły się lepkością od emulsji w butelce z pompką. Dla płynów niutonowskich, lepkość jest stałą wielkością zależną tylko od ciśnienia i temperatury. Płyny nieniutonowskie nie spełniają powyższego prawa proporcjonalności. Aby zapewnić stabilność tego parametru należy przeprowadzić badania lepkości zarówno produktu końcowego jak i komponentów oraz półproduktów. W pomiarach tych ważny jest wybór metody i odpowiedniego przyrządu pomiarowego.

Urządzenia do pomiaru lepkości dzieli się na dwie grupy:

Pierwsza z nich obejmuje przyrządy oparte o metody lepkości kinetycznej. Są to kubki wypływowe, czerpalne oraz zanurzeniowe, skonstruowane zgodnie z normami ISO, DIN lub ASTM (fot. 2). Przyrządy te bardzo dobrze spełniają swoje zadanie przy wyrywkowej kontroli na produkcji lub przy pomiarze w terenie. Do tej grupy zaliczamy również wiskozymetr bąbelkowy. Stanowią one rozwiązanie atrakcyjne pod względem łatwości przeprowadzenia pomiaru, należy jednak pamiętać, iż ich precyzyjność pomiarowa ustępuje rozwiązaniom takim jak wiskozymetry.

Druga grupa to urządzenia pozwalające na pomiar lepkości dynamicznej. Są rekomendowane do zastosowań, w których pracuje się z cieczami nienewtonowskimi. Współczesne laboratoria kontroli jakości, wymagają od lepkościomierzy elastyczności potrzebnej do różnorodnych zadań pomiarowych. Gdy ważna jest precyzja pomiaru lepkości oraz na dobre  parametry odtwarzalności  i powtarzalności, warto sięgnąć po rozwiązania takie jak  wiskozymetry rotacyjne byko-visc RT oraz wiskozymetry stożek-płytka byko-visc CP renomowanej, niemieckiej firmy BYK-Gardner.

Najnowsze modele wiskozymetrów, zapewniają wszechstronność zastosowania, rozumianą jako możliwość pomiaru zarówno produktów o parametrach lepkości zbliżonych do wody, takich jak płyny micelarne czy toniki, jak również produktów wykazujących wysoką lepkość, takich jak kremy, pasty, oleje czy balsamy. Wiskozymetry byko-visc, gwarantują, że pomiary są łatwe, szybkie, a wyniki powtarzalne i odtwarzalne. Dodatkowo, rejestracja każdego parametru w trakcie pomiaru, umożliwia przeanalizowanie przebiegu procesu oraz otrzymanych wyników.

Wiskozymetry rotacyjne są powszechnie stosowane do badania lepkości lakierów, kremów, balsamów, mydeł w płynie i innych produktów. Posiadają duże, kolorowe ekrany dotykowe, intuicyjne menu, różnorodne opcje sterowania, opcję przywoływania ustawień operatora, która sprawia, że konfiguracja każdego testu jest wyjątkowo szybka. Urządzenia posiadają możliwość regulacji wysokości oraz łatwe, zatrzaskowe mocowanie wrzeciona. Dzięki tym usprawnieniom możemy osiągnąć zwiększoną wydajność pracy. Oprócz standardowych akcesoriów, takich jak wrzeciona, sondy temperatury czy certyfikowane oleje o standardowej lepkości, niektóre modele wiskozymetrów, można dodatkowo wyposażyć w adaptery do niskich lepkości, pozwalające mierzyć lepkość nawet 1cP lub adaptery do pomiaru próbek objętości kilku mililitrów, co jest istotne, w przypadku kosmetyków zawierających drogie składniki.

Wszystkie lepkościomierze byko-visc RT (fot.3) dostarczane są z wrzecionami odpowiednimi do większości zastosowań. Wykonane są ze stali nierdzewnej. Ponadto dostępne są również szybkozłącza i przedłużenia dla wybranych wrzecion.

Wiskozymetry stożek-płytka umożliwiają pomiar substancji charakteryzujących się niskim ścinaniem, takich jak lakiery bezbarwne lub substancji charakteryzujących się wysokim ścinaniem, takich jak kremy, lakiery do paznokci. Do wyboru jest dziesięć opcjonalnych stożków wykonanych ze stali nierdzewnej obejmujących szeroki zakres możliwych szybkości ścinania. Urządzenie pozwala na łatwe i dokładne określenie lepkości bezwzględnej oraz pomiar małych próbek (<2ml), a wbudowana kontrola temperatury sprawia, że nie są potrzebne żadne dodatkowe systemy termiczne. Wiskozymetry  byko – visc CP (fot.4 ) posiadają kolorowy wyświetlacz dotykowy, automatyczne elektroniczne podnoszenie wrzeciona z łatwym i precyzyjnym mocowaniem wrzeciona zaciskowego.

Każdy wiskozymetr dostarczany jest z certyfikatem kalibracji ISO 17025 z akredytowanego laboratorium, co gwarantuje wysoki standard urządzeń. Zasada „niskie parametry odtwarzalności i powtarzalności, gwarantują najwyższą precyzję pomiaru” obowiązuje w każdym rodzaju sprzętu pomiarowego. Powtarzalność (z ang. repeatability) jest stopniem zgodności kolejnych wyników pomiarów tej samej wielkości , wykonywanych w tych samych warunkach pomiarowych, tzn. tą samą metodą, przez tą samą osobę, przy użyciu tego samego przyrządu, bez zmiany miejsca i warunków otoczenia oraz w krótkich odstępach czasu. Z kolei odtwarzalność (z ang. reproducibility), to stopień zgodności wyników pomiarów tej samej wielkości mierzonej, wykonywanych w zmienionych warunkach pomiarowych. Zmienić się może osoba wykonująca pomiar, przyrząd pomiarowy, metoda pomiarowa, warunki otoczenia oraz czas.

Autoryzowanym dystrybutorem opisanych w artykule urządzeń oraz innych przyrządów pomiarowych marki BYK Gardner jest firma PTH Eurotom Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie.