Физико-химические свойства шампуней для волос

 

4 опыт: Поверхностное натяжение.

Я налила в стаканчики некоторое количество шампуней пяти различных марок. Затем с помощью миллидинамометра я определяла силу, необходимую для отрыва петли от поверхности шампуня

Результаты экспериментов:

σ=F|l, где l-длина проволоки, из которой сделано кольцо.

Образец №	Сила отрыва, мН	Коэффициент поверхностного натяжения, σ н/м	Место образца шампуня
1	4,5	0,066	1
2	8	0,117	4
3	10,5	0,153	5
4	6,5	0,095	2
5	7,5	0,109	3

Вывод: слишком большая сила поверхностного натяжения затрудняет равномерное нанесение и удаление шампуня с волос и кожи головы. Образец №1 имеет поверхностное натяжение даже меньше, чем у воды!

 

5 опыт: вискозиметрия

Для измерения вязкости (вискозиметрии) я наливала в стаканы по 100 мл. шампуней. И запускала в них стальной шарик d=1,65 см.=0,0165м. Процесс падения шарика в шампуне я фотографировала с интервалом 0,1 с.

 В данном случае на шарик  действуют три силы: сила тяжести - направлена вниз, направленная вверх сила Архимеда и направленная вверх сила трения. При небольших скоростях, когда за телом нет вихрей (ламинарное течение, идеальное обтекание), сила сопротивления обуславливается только вязкостью жидкости. В этом случае прилегающие к телу слои жидкости движутся вместе с телом. Но граничащие с ними слои жидкости также увлекаются в движение силами молекулярного сцепления. Так создаются силы, тормозящие относительное движение твёрдого тела и жидкости. Величину этих сил можно рассчитать с использованием формулы Стокса: Fтр=6πη υ, где η – коэффициент вязкости, а υ – скорость падения шарика. Равнодействующая сила будет равна: F= Fт+ Fа+ Fтр. Также для расчета равнодействующей силы можно использовать 2 закон Ньютона: F=ma.

Fт=4πr3 ρg/3, Fа=4πr3 ρ0 g/3, получим:

Ma=4πr3 ρg/3+4πr3 ρ0 g/3+6πη υ

Сила тяжести и выталкивающая сила постоянны. Сила сопротивления прямо пропорциональна скорости и поэтому на начальном этапе она меньше силы тяжести, и шарик падает равноускоренно. При этом сила сопротивления увеличивается и наступает момент, когда все три силы уравновешиваются. Шарик начинает двигаться равномерно: 4πr3 ρg/3=4πr3 ρ0g/3+6πη υ. Я буду условно считать, что шарик начинает двигаться равномерно через 0,1 с. после начала падения.

Тогда: η= (ρ- ρ0)gd2 t/18l, где l- расстояние, t- время, за которое шарик проходит это расстояние.

Уравнение справедливо лишь тогда, когда шарик падает в безграничной среде. Если шарик падает вдоль оси трубки радиусом R0, то приходится учитывать влияние боковых стенок. Поправки в формуле Стокса для такого случая теоретически обосновал Ладенбург:

η=2gr2 t(ρ- ρ0)/9l(1+2,4r / R0), R0=2,1 см.=0.021 м.

 

 

 

Результаты экспериментов:

№ образца	вязкость	место
1	2,660	3
2	1,426	1
3	1,555	2
4	3,672	5
5	0,377	4 (слишком жидкий)

 

Вывод: Вязкость – важная физико-химическая характеристика веществ. Вязкость свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу слоёв. Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоёв жидкости медленнее движущийся слой жидкости «тормозит» слой, движущийся быстрее, и наоборот. Вязкость обусловлена наличием между отдельными частицами (молекулами) жидкости сил притяжения, которые при перемещении одной части жидкости относительно другой сдерживают движение слоёв. Шампунь не должен быть слишком жидким, вязким, выдавливаться комками или непрерывными нитями. При выдавливании шампуня из флакона или из тубы капля должна прерываться.

 

6 опыт: ПАВ шампуней.

Я налила в стаканчики некоторое количество воды. Затем с помощью стеклянной палочки добавляла различные марки шампуней. И с помощью миллидинамометра я определяла силу необходимую для отрыва петли. σ=F|l, где l-длина проволоки, из которой сделано кольцо. На первом фото опыт с чистой водой, т.к. r кольца 1 см., то σ=0,073. данный результат совпадает с табличным при данной температуре жидкости (200 C)

 

 Результаты экспериментов:

Образец №	Сила отрыва, мН	Коэффициент поверхностного натяжения, σ н/м	Место образца шампуня
1	3	0,044	1
2	3,5	0,051	2
3	3	0,044	1
4	3	0,044	1
5	3,5	0.051	2

 

 

 

Вывод: Основой любого шампуня является моющая субстанция, состоящая из поверхностно-активных веществ — ПАВ (сурфактантов). Поверхностно-активные вещества снижают поверхностное натяжение между водой и жировыми частицами, облегчая таким образом удаление этих частиц и грязи; образуют пену и взвесь частиц грязи в пене, препятствуя повторному оседанию грязи на волосах; стабилизируют прочие ингредиенты шампуней или поддерживают их в растворенном виде; увеличивают вязкость шампуней. Таким образом, чем меньше коэффициент поверхностного натяжения раствора, тем лучше моющие свойства шампуня.

 

7 опыт: действие шампуня  на волос человека.

В процессе мытья головы волос лишается не только загрязнений, но и защитной пленки. Как результат, волос может терять влагу, становиться тусклым, ломким, жестким.

Я взяла 5 своих волосков. Обрезала их до 10 см. Каждый был обработан одним из образцов. Потом я поместила волоски в стеклянные трубки и обработала феном в горячем режиме в течении 15 минут. После я вновь измерила длину волосков.

 

№ образца	Длина волоса после обработки в см.	Относительно изменение длины волоса в %	Место образца шампуня
1	9,95	0,5	1
2	9,5	5	3
3	9,3	7	5
4	9,4	6	4
5	9,7	3	2

 

Каждый из волосков уменьшился в длине из-за пересушивания. Однако можно сказать, что образец №1 очищает волосы самым щадящим способом.

Кроме того, после обработки образцом №3 волос стал очень жестким, потерял эластичность и блеск.

 

8 опыт: действие на кожу

 
Я взяла 5 кусочков свиной кожи. Обработал их шампунями и оставила на 5 минут. После смыла шампунь и высушила кожу салфетками. Сначала я рассмотрела образцы под электронным микроскопом. Отличий между ними не было.

Однако по тактильным ощущениям образцы отличались друг от друга.

Образец №1 стал мягче, чем до обработки и более гладким и блестящим. Напротив, образец №3 стал жестче и шероховатее. Остальные образцы не отличались от контрольного образца (не обрабатывался).

 

 

№	Результат обработки (мягкость, эластичность, блеск)	Место образца шампуня
1	+	1
2	0	2
3	-	3
4	0	2
5	0	2

 

9 опыт: взаимодействие со  стальным шариком

Стальные шарики из опыта №5 были оставлены в шампуне на 1 сутки. По истечении этого времени я оценила изменения в их внешнем виде.

1-не изменился

2- изменения незначительны

3- изменился

4- сильные изменения

5- очень сильные изменения

 

 

 

№	блеск	цвет	гладкость	Место образца шампуня
1	2	2	1	1
2	4	5	4	4
3	5	5	5	5
4	3	5	2	3
5	1	5	1	2

 

 

Вывод на основе проделанных мною опытов:

 

№ образца	№1	№2	№3	№4	№5	№6	№7	№8	№9	10	Σ	Итоговое место
1	2	1	3	3	1	3	1	1	1	1	17	1
2	2	1	4	1	4	1	2	3	2	4	24	4
3	3	1	5	2	5	2	1	5	3	5	32	5
4	2	1	1	2	2	5	1	4	2	3	23	3
5	1	1	2	3	3	4	2	2	2	2	22	2