Efeito das condições de processo na reologia de máscaras capilares

Abstract

As máscaras capilares são emulsões altamente viscosas cujas propriedades reológicas variam com a composição e condições de processo, como temperatura e cisalhamento no processo de homogeneização. Este trabalho, em parceria com uma empresa de cosméticos, avaliou o processamento de máscaras capilares com alta viscosidade aparente, que tem levado ao travamento do agitador durante o processo de homogeneização. O objetivo principal foi avaliar o efeito das condições de processo nas propriedades reológicas e microestruturais de máscaras capilares. Inicialmente, a viscosidade aparente e a temperatura da máscara foram avaliadas ao longo do processo de fabricação industrial para identificação da condição crítica (fase intermediária com máxima viscosidade). Em seguida, a máscara foi produzida em laboratório em diferentes condições de processo, variando a taxa de adição de água, taxa de resfriamento e volume de água inicial. As máscaras foram analisadas quanto a sua microestrutura (distribuição e tamanho médio de gotas) e análise reológica, tanto na fase intermediária após adição de água, quanto na máscara final. Em todas as condições de processo avaliadas, a fase intermediária apresentou comportamento reológico descrito pelo modelo de Cross, enquanto a máscara final foi descrita pela lei da potência. Além disso, todas as máscaras finais apresentaram viscosidade aparente maior e diâmetro médio de gotas menor que a fase intermediária. A viscosidade aparente a 106 s-1 não foi afetada pela vazão de água adicionada. Porém, a fase intermediária produzida na vazão menor (15 mL·min-1) apresentou maior pseudoplasticidade. Além disso, uma maior frequência de gotículas menores foi observada nas fases intermediárias e máscaras finais produzidas com maiores vazões de água. Para a taxa de resfriamento, a condição de 0,28 °C/min produziu fase intermediária com maior viscosidade aparente a 106 s-1 e menor diâmetro médio de gota, ou seja, todas as demais taxas resultaram em menor viscosidade aparente, condição desejada para um processo de mistura. Além disso, a adição de volumes iniciais de água de 200 e 285 mL levou a fase intermediária com menor viscosidade aparente a 106 s-1, enquanto a máscara final produzida com 285 mL apresentou parâmetros reológicos iguais à condição industrial de referência desejada. Assim, este estudo identificou condições operacionais que fornecem menor resistência (menor viscosidade aparente) ao escoamento da fase intermediária, diminuindo as chances de travamento do equipamento de mistura, mantendo as características da máscara final semelhantes às do produto final da indústria. Palavras-chave: Emulsão; viscosidade; vazão; taxa de resfriamento; volume de água.

The hair masks are highly viscous emulsions whose rheological properties vary with composi-tion and processing conditions, such as temperature and shear rate during the homogenization process. This work, in partnership with a cosmetics company, evaluated the processing of high apparent viscosity hair masks, which has led to the agitator seizing up (stalling) during the homogenization process. The main objective was to evaluate the effect of processing condi-tions on the rheological and microstructural properties of hair masks. Initially, the apparent viscosity and temperature of the mask were evaluated throughout the industrial manufacturing process to identify the critical condition (intermediate phase with maximum viscosity). Subse-quently, the mask was produced in the laboratory under different processing conditions, varying the water addition rate, cooling rate, and initial water volume. The masks were analy-zed for their microstructure (droplet size distribution and average size) and rheological proper-ties, both in the intermediate phase after water addition and in the final mask. Under all eva-luated processing conditions, the intermediate phase exhibited rheological behavior described by the Cross model, while the final mask was described by the Power Law. Furthermore, all final masks showed higher apparent viscosity and smaller average droplet diameter than the intermediate phase. The apparent viscosity at 106 s-1 was not affected by the added water flow rate. However, the intermediate phase produced at the lowest flow rate 15 mL·min- 1showed greater pseudoplasticity. Additionally, a higher frequency of smaller droplets was observed in the intermediate phases and final masks produced with higher water flow rates. Regarding the cooling rate, the condition of 0.28 °C/min produced an intermediate phase with higher apparent viscosity at 106 s-1 and a smaller average droplet diameter, mea-ning that all other rates resulted in a lower apparent viscosity, which is the desired condition for a mixing process. Furthermore, the addition of initial water volumes of 200 mL and 285 mL led to an intermediate phase with lower apparent viscosity at 106 s-1, while the final mask produced with 285 mL showed rheological parameters equal to the desired industrial reference condition. This study identified operational conditions that provide less resistance (lower apparent viscosity) to the flow of the intermediate phase, decreasing the chances of the mixing equipment seizing up, while maintaining the characteristics of the final mask similar to those of the desired industrial product. Keywords: Emulsion; viscosity; flow rate; cooling rate ; water volume.