彩条牙膏挤出的颜色为什么不会混在一起?

彩条牙膏挤出的颜色为什么不会混在一起?

说起彩条牙膏,相信很多人家里都有。让人疑惑的是,无论怎么挤这种彩条牙膏,挤出来的膏体颜色都依旧分明,不会混在一起。

为什么这些颜料在牙膏包装里不会混为一团呢?有人说,之所以颜色能自动区分开是因为牙膏是非牛顿流体,也有人说是因为牙膏是宾汉流体。那么,到底是谁能让牙膏彩条自动区隔开?宾汉流体和非牛顿流体是什么关系?下面我们就来说一说。

彩条牙膏,图片来源:电商平台截图

牛顿流体与非牛顿流体

首先说一说牛顿流体和非牛顿流体。

在日常生活中,我们会看到各种各样的流体,水、牛奶、果汁、空气、沙拉酱、番茄酱等,这些流体其实并不一样。

常见的水、牛奶、果汁之类的流体,可以被看作是牛顿流体,这一类流体的特点是,剪切应力与剪切应变率成正比。简单理解就是,在温度和压强相同的情况下,液体的黏度跟受到的外力无关。

比如我们直接把水从瓶子里倒出来,跟使劲挤压瓶子把水挤出来,水的黏度几乎不会发生什么变化。

有了牛顿流体作类比,非牛顿流体也就比较好理解了,它指的就是黏度跟受到的外力有关的流体。

非牛顿流体有三类:剪切增稠流体(胀流性流体)、剪切稀化流体(假塑性流体)以及宾汉流体。

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剪切增稠流体

顾名思义,这一类流体的特点是在外力增大的情况下黏性会增大。日常生活中,比较容易见到的是玉米淀粉与水的混合物。

如果你感兴趣可以试一试,把水和玉米淀粉按照 1:1.25 到 1:1.3 的比例混合,得到的淀粉糊糊就是一种剪切增稠型的非牛顿流体。

在受力比较小的情况下,它的黏度也不高,你可以很轻松地拿手指轻轻搅拌。但如果突然对它施加一个比较大的力,比如使劲朝着它打一拳,它突然受到外力之后黏度会变大,变得“硬邦邦”的。

但是牙膏显然不属于这一类非牛顿流体,否则你挤牙膏越使劲就越难挤出来。

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剪切稀化流体

跟剪切增稠流体相反,这种非牛顿流体受到外力越大,黏性会变得越小,也就是变得更稀。在日常生活中其实也很常见,人体的血液、番茄酱、花生酱等等,都是这一类非牛顿流体。

如果你家里有瓶装的番茄酱也可以试一试,如果直接拿起瓶子往外倒,番茄酱黏性很大,很难倒出来,但是如果你一边摇动瓶子一边往外倒,番茄酱就会变稀,自己就会流出来(当心不要甩到别人身上)。

牙膏受到外力之后能够被挤出来,看起来有点像这一类非牛顿流体,但实际上不是。牙膏属于第三类非牛顿流体——宾汉流体。

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宾汉流体

这种流体的数学模型是尤金·C·宾汉(Eugene C. Bingham)提出的,所以被称作宾汉流体。

这种流体和前面提到的剪切稀化流体不同,剪切稀化流体在受到的外力增加的情况下,黏度会缓缓下降(即流动性会缓缓增加)。

宾汉流体在不受外力以及受到外力比较小的时候,表现出的是固体的特征。在达到临界值之前,它都不会表现出流动性。而当外力达到临界值之后,它会突然表现出流动性,牙膏正属于这一类流体。

在平时存放运输的时候,牙膏受到的外力很小,几乎可以视为固体。只有当受到外力挤压的时候,它们才会像黏稠的液体一样被挤出来。而且外力一旦停止,里面的牙膏也不会继续往外流,所以不会把牙膏弄得到处都是。

当然了,挤出来的牙膏如果不小心掉在水池里,它们也不会自己流走,会像固体一样待在那,直到你去清理它们。

宾汉流体让彩条“自动隔离”

知道了宾汉流体的特征,我们就能够理解彩条为什么能够“自动隔离”了。在不受外力或未受到足够的外力时,不同颜色的彩条都可以视作固体,它们当然不会跟旁边的颜色混到一块。

在受到挤压之后,牙膏虽然能够流动了,但黏度依然是比较大的,所以它们能够以分离的条带形式出现在你的牙刷上。

当然了,有一些彩条牙膏的彩色部分和白色部分是前后分布的,它们的盖子内部有特别的结构。

经过特别设计的牙膏盖子,图片来源:参考文献 4

在挤压的时候,后端的白色牙膏从中间粗粗的孔里被挤出。而前端带有颜色的牙膏,则从粗孔旁边更小的孔里被挤出来。通过这种方式,也可以让挤出的牙膏呈现彩条状。

牙膏尾部的小方块的颜色,

可以辨认牙膏成分是天然还是化工?

在搜索牙膏“彩条”相关的内容时,还看到一则和彩色条带有关的谣言,在此也给大家做一下说明。

不知道你有没有注意过,在牙膏包装的尾部,往往也有一个“彩条”小方块。关于它,曾经有一则流传很广的谣言:纯天然成分的牙膏,尾部小方块颜色是绿色的;天然成分加药物的牙膏,小方块颜色是蓝色的;小方块颜色黑色,则表示牙膏是完全的化学成分。

图片来源:科普中国

这种尾部标签和颜色的对应是毫无依据的。牙膏尾部的彩色标签仅仅是为了方便机器定位牙膏的尾部,基于这个位置进行切割封装。

不同的颜色只是为了方便与包装颜色进行区分,方便机器识别,跟牙膏的成分没有任何关系。而如果仔细观察牙膏的成分,这个谣言也会不攻自破,在绿色标签的牙膏成分里,也赫然写着大量所谓的“化学物质”,所以根据标签颜色判断成分的说法毫无依据,而恐慌“化学物质”本身也是毫无必要的。

转自:科普中国

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