Gel coiffant : viscosité et seuil d'écoulement avec le MCR 72

Problématique / Besoin :

Le seuil d’écoulement et la viscosité sont ce qui donne au gel coiffant son volume et sa qualité. Dans le présent rapport, le seuil d’écoulement et la viscosité sont déterminés au moyen d’un rhéomètre MCR 72.

Les cheveux sont particulièrement importants à nos yeux : ils sont l’expression de la beauté et de l’individualité et peuvent montrer l’affiliation à une culture ou à un groupe. Le gel coiffant d’aujourd’hui doit répondre à de nombreuses exigences. Il doit, p. ex., offrir un excellent maintien, tenir longtemps, résister à l’humidité et ne pas rendre les mains gluantes.

Gel est une abréviation de « gélatine » et possède la même racine latine que « gelée » (jus de fruit ou de viande épaissi). Il s'agit d’un système à dispersion fine consistant en au moins une phase solide et une phase liquide. Les deux phases sont entremêlées et forment un réseau tridimensionnel.

Un gel n’est ni liquide ni huileux ni solide, comme une balle en caoutchouc. Sa consistance se site entre liquide et solide. Un gel peut être utilisé comme matériau de support pour les onguents, les crèmes ou les gels coiffants pour donner un style à la chevelure. Agarose, gomme de guar et alginate de sodium sont fréquemment utilisés pour former du gel dans les produits cosmétiques.

Le présent rapport décrit une méthode permettant l’évaluation rhéologique d’un gel coiffant cosmétique. Le seuil d’écoulement et la viscosité influencent l’aptitude à la mise en oeuvre des ingrédients et du produit final durant la fabrication (pompage, remplissage) et ainsi la consistance durant l’application (propriétés de gel).

Méthode utilisée / Réponse apportée :

Configuration expérimentale

Toutes les mesures ont été réalisées avec un rhéomètre MCR 72 d’Anton Paar au moyen d’un système de mesure à cylindres CC27, conformément à ISO 3219. ISO 3219 décrit la structure de la géométrie cylindrique et définit le rapport entre le diamètre du godet et le diamètre de la cellule de mesure à 1,0847. Cela permet d’avoir un standard industriel pour le cisaillement de l’échantillon dans l’entrefer de mesure, indépendamment de la taille du système de mesure et du fabricant.

La température du système de mesure est contrôlée directement sur l’appareil via une cellule de mesure C-TPD à température contrôlée. La température du système de mesure peut être contrôlée via le logiciel RheoCompass™. L’utilisation de profils de température définis offre d’autres options pour l’étude de la sensibilité thermique des gels, p. ex. une rampe de température de 5 °C à 40 °C avec une rampe de chauffage de 2 °C/min et un gradient de cisaillement constant de 5 s-1.

Conditions du test 

Le profil de mesure se compose de trois phases :

Phase 1 : Contrôle de la température et précisaillement de 60 s. À des températures élevées ou basses, un équilibrage de la température d’une durée minimale de 3 min est recommandé. Si les résultats semblent difficiles à reproduire, un (pré)cisaillement à un gradient de cisaillement de 2 s-1 peut s’avérer utile. Aucun point de mesure n’est relevé durant la phase 1.

Phase 2 : Rampe de gradient de cisaillement de 0,1 s-1 à 100 s-1 avec 21 points et une durée logarithmique en chaque point de 10 à 1 s.

Le seuil d’écoulement est analysé avec une régression dans la plage de 0,1 s-1 à 100 s-1. La mesure est contrôlée manuellement via le logiciel RheoCompass™.

Pour une meilleure illustration de l’influence du gradient de cisaillement sur la viscosité, les valeurs de viscosité suivantes ont été calculées avec la méthode d’analyse « Interpolation à point unique ».

Gradient de cisaillement [ s-1]                  Viscosité [Pas]

1                                                                68

10                                                              14

50                                                               6

100                                                             4       

Le tableau montre que le gel coiffant possède des propriétés de fluidification par cisaillement, à savoir que la viscosité diminue au fur et à mesure que le gradient de cisaillement augmente. Dans la plage de faible gradient de cisaillement, le changement de viscosité est plus important qu’à des gradients de cisaillement très élevés.

Les propriétés d’écoulement lorsque le gel est pratiquement au repos, p. ex. lorsque le tube est retourné ou après application du gel, peuvent être déterminées par régression. Ceci est habituellement appelé le seuil d’écoulement de l’échantillon. Les échantillons ayant un seuil d’écoulement ont une structure interne basée sur des interactions chimiques et physiques. Cela signifie que le matériau se comporte comme un matériau solide lorsqu’il est soumis à une faible sollicitation. Dès que la sollicitation augmente et que le seuil d’écoulement est franchi, la structure interne se transforme et le matériau se met à couler. La valeur du point d'écoulement dépend fortement de la méthode de détermination.

Dans le présent rapport, le seuil d’écoulement a été calculé par régression selon les modèles de Herschel-Bulkley et de Casson qui fournissent deux résultats différents.
Pour chaque modèle, le seuil d’écoulement est calculé dans la plage de 0,1 s-1 à 100 s-1.

Casson                    Herschel-Bulkley

9,3                           34,2

Les résultats montrent que le seuil d’écoulement dépend fortement de la méthode de détermination.

Les gels dont le point de rupture est élevé ou possédant une caractéristique gélifiante élevée sont perçus par le consommateur comme ayant « plus de volume », et de qualité supérieure.
L’interaction du seuil d’écoulement et de la viscosité a un impact direct sur le caractère collant du gel coiffant. Les plages optimales pour le seuil d’écoulement et la viscosité peuvent seulement être déterminées par des mesures de référence sur des échantillons de bonne et de mauvaise qualité. Ces valeurs de référence peuvent être utilisées dans le logiciel RheoCompass™ comme les limites pour le contrôle du produit.