Ich möchte unbedingt fragen: Warum vermischen sich die aus den farbigen Zahnpastastreifen herausgedrückten Farben nicht?

Apropos Zahnpasta mit farbigen Streifen: Ich glaube, viele Leute haben sie zu Hause. Das Rätselhafte dabei ist, dass die Farbe der gepressten Paste klar erkennbar bleibt und sich nicht vermischt, egal wie Sie diese farbige Zahnpasta ausdrücken.

Warum vermischen sich diese Pigmente nicht in der Zahnpastaverpackung? Manche Leute sagen, dass der Grund für die automatische Unterscheidung von Farben darin liegt, dass Zahnpasta eine nicht-newtonsche Flüssigkeit ist, während andere sagen, dass es daran liegt, dass Zahnpasta eine Bingham-Flüssigkeit ist. Wer kann also dafür sorgen, dass sich die Zahnpasta-Farbstreifen automatisch trennen? Welche Beziehung besteht zwischen Bingham-Flüssigkeiten und nicht-Newtonschen Flüssigkeiten? Lassen Sie uns weiter unten darüber sprechen.

Farbstreifen-Zahnpasta, Bildquelle: Screenshot der E-Commerce-Plattform

Newtonsche und nicht-Newtonsche Flüssigkeiten

Lassen Sie uns zunächst über newtonsche und nicht-newtonsche Flüssigkeiten sprechen.

Im täglichen Leben begegnen wir verschiedenen Arten von Flüssigkeiten, wie Wasser, Milch, Saft, Luft, Salatdressing, Ketchup usw. Diese Flüssigkeiten sind eigentlich nicht dasselbe.

Gewöhnliche Flüssigkeiten wie Wasser, Milch und Saft können als Newtonsche Flüssigkeiten betrachtet werden. Charakteristisch für diesen Flüssigkeitstyp ist, dass die Scherspannung proportional zur Scherdehnungsrate ist. Einfach ausgedrückt: Unter gleichen Temperatur- und Druckbedingungen hat die Viskosität einer Flüssigkeit nichts mit der äußeren Kraft zu tun, der sie ausgesetzt ist.

Wenn wir beispielsweise Wasser direkt aus einer Flasche gießen oder die Flasche fest zusammendrücken, um das Wasser herauszupressen, ändert sich die Viskosität des Wassers kaum.

Mit der Analogie der Newtonschen Flüssigkeit sind nicht-Newtonsche Flüssigkeiten leichter zu verstehen. Es bezieht sich auf die Flüssigkeit, deren Viskosität mit der äußeren Kraft zusammenhängt, der sie ausgesetzt ist.

Es gibt drei Arten nicht-Newtonscher Flüssigkeiten: scherverdickende Flüssigkeiten (dilatante Flüssigkeiten), scherverdünnende Flüssigkeiten (pseudoplastische Flüssigkeiten) und Bingham-Flüssigkeiten.

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Scherverdickende Flüssigkeit

Wie der Name schon sagt, besteht die Eigenschaft dieser Art von Flüssigkeit darin, dass ihre Viskosität zunimmt, wenn die äußere Kraft zunimmt. Im Alltag ist eine Mischung aus Maisstärke und Wasser leicht zu erkennen.

Wenn Sie Interesse haben, können Sie es gerne ausprobieren. Mischen Sie Wasser und Maisstärke im Verhältnis 1:1,25 bis 1:1,3. Die resultierende Stärkepaste ist eine scherverdickende nicht-newtonsche Flüssigkeit.

Wenn die Kraft relativ gering ist, ist die Viskosität nicht hoch und Sie können es leicht mit den Fingern umrühren. Wenn Sie jedoch plötzlich eine relativ große Kraft darauf ausüben, beispielsweise einen harten Schlag, erhöht sich seine Viskosität, nachdem es plötzlich der äußeren Kraft ausgesetzt wurde, und es wird „hart“.

Zahnpasta gehört jedoch offensichtlich nicht zu dieser Kategorie nicht-newtonscher Flüssigkeiten, denn je stärker man die Zahnpasta drückt, desto schwieriger wäre es, sie herauszupressen.

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Scherverdünnende Flüssigkeit

Im Gegensatz zu scherverdickenden Flüssigkeiten wird die Viskosität dieser nicht-newtonschen Flüssigkeit umso geringer, das heißt, sie wird dünnflüssiger, je größer die äußere Kraft ist, die auf sie ausgeübt wird. Tatsächlich kommt es im täglichen Leben sehr häufig vor. Menschliches Blut, Ketchup, Erdnussbutter usw. sind allesamt nicht-newtonsche Flüssigkeiten.

Wenn Sie Ketchup aus der Flasche zu Hause haben, können Sie es versuchen. Wenn Sie ihn direkt aus der Flasche gießen, wird der Ketchup sehr klebrig und lässt sich nur schwer ausgießen. Wenn Sie die Flasche jedoch beim Ausgießen schütteln, wird der Ketchup dünnflüssiger und fließt von selbst heraus (achten Sie darauf, dass Sie andere nicht damit bespritzen).

Zahnpasta kann durch äußere Krafteinwirkung herausgedrückt werden, was ein wenig wie eine solche nicht-newtonsche Flüssigkeit aussieht, es aber eigentlich nicht ist. Zahnpasta gehört zur dritten Art nicht-Newtonscher Flüssigkeiten – der Bingham-Flüssigkeit.

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Bingham-Flüssigkeit

Das mathematische Modell dieser Flüssigkeit wurde von Eugene C. Bingham vorgeschlagen, daher wird sie Bingham-Flüssigkeit genannt.

Diese Flüssigkeit unterscheidet sich von der oben erwähnten scherverdünnenden Flüssigkeit. Wenn die äußere Kraft auf die scherverdünnende Flüssigkeit zunimmt, nimmt die Viskosität langsam ab (d. h. die Fließfähigkeit nimmt langsam zu).

Wenn keine äußere Kraft vorhanden ist oder die äußere Kraft relativ gering ist, weist die Bingham-Flüssigkeit die Eigenschaften eines Feststoffes auf. Bis ein kritischer Wert erreicht ist, zeigt sich keine Fließfähigkeit. Wenn die äußere Kraft einen kritischen Wert erreicht, tritt plötzlich eine Flüssigkeitsreaktion auf. Zahnpasta gehört zu dieser Art von Flüssigkeit.

Bei normaler Lagerung und Transport ist die Zahnpasta nur sehr geringen äußeren Kräften ausgesetzt und kann fast als Feststoff betrachtet werden. Erst durch äußere Krafteinwirkung werden sie wie eine zähe Flüssigkeit herausgedrückt. Darüber hinaus fließt die Zahnpasta im Inneren nicht weiter heraus, wenn die äußere Kraft aufhört, und verteilt sich daher nicht überall.

Wenn die Zahnpasta versehentlich ins Waschbecken fällt, fließt sie natürlich nicht von selbst ab, sondern bleibt dort wie ein Feststoff liegen, bis Sie sie aufwischen.

Bingham-Flüssigkeit ermöglicht die „automatische Isolierung“ von Farbstreifen

Wenn wir die Eigenschaften der Bingham-Flüssigkeit kennen, können wir verstehen, warum die Farbstreifen „automatisch isoliert“ werden können. Wenn keine oder nicht genügend äußere Kraft vorhanden ist, können die farbigen Streifen als fest betrachtet werden und vermischen sich sicherlich nicht mit den benachbarten Farben.

Nach dem Ausdrücken ist die Zahnpasta zwar fließfähig, jedoch noch relativ zähflüssig, so dass sie in Form einzelner Streifen auf der Zahnbürste erscheinen kann.

Natürlich gibt es auch farbig gestreifte Zahnpasten, bei denen die farbigen und weißen Anteile vorne und hinten verteilt sind und deren Deckel innen spezielle Strukturen aufweisen.

Ein speziell entwickelter Zahnpastaverschluss, Bildquelle: Referenz 4

Beim Drücken wird die weiße Zahnpasta am hinteren Ende aus der groben Öffnung in der Mitte herausgedrückt. Aus den kleineren Löchern neben den groben Löchern wird am vorderen Ende die farbige Zahnpasta herausgedrückt. Auf diese Weise kann die herausgedrückte Zahnpasta auch in Form farbiger Streifen erscheinen.

Zahnpastadeckel in Sonderfarbe mit Streifen, Bildquelle: Play with me - Toys for Kids

Die Farbe des kleinen Quadrats am Ende der Zahnpasta.

Können Sie erkennen, ob die Inhaltsstoffe einer Zahnpasta natürlichen oder chemischen Ursprungs sind?

Bei meiner Suche nach Inhalten zum Thema „Farbstreifen“ in Zahnpasta bin ich auch auf ein Gerücht zum Thema Farbstreifen gestoßen, welches ich euch hier gerne näher erläutern möchte.

Ich weiß nicht, ob Ihnen aufgefallen ist, dass sich am Ende der Zahnpastaverpackung oft ein kleines Quadrat mit einem „Farbstreifen“ befindet. Es gab einmal ein weit verbreitetes Gerücht darüber: Bei Zahnpasta mit rein natürlichen Inhaltsstoffen ist das kleine Quadrat am Schwanz grün; bei Zahnpasta mit natürlichen Inhaltsstoffen plus Medizin ist das kleine Quadrat blau; und wenn das kleine Quadrat schwarz ist, bedeutet dies, dass die Zahnpasta vollständig aus chemischen Inhaltsstoffen besteht.

Bildquelle: Science Popularization China

Diese Entsprechung zwischen Schwanzetiketten und Farben ist völlig unbegründet. Das farbige Etikett am Ende der Zahnpasta dient lediglich dazu, der Maschine das Auffinden des Zahnpasta-Endes zu erleichtern und sie anhand dieser Position zu schneiden und zu verpacken.

Die unterschiedlichen Farben dienen lediglich der besseren Unterscheidung von den Verpackungsfarben und der maschinellen Erkennung und haben nichts mit den Inhaltsstoffen der Zahnpasta zu tun. Bei genauerem Hinsehen auf die Inhaltsstoffe von Zahnpasta erweist sich dieses Gerücht jedoch als widerlegt. In den Inhaltsstoffen von Zahnpasta mit grünem Etikett sind viele sogenannte „chemische Substanzen“ klar und deutlich aufgeführt. Daher ist die Behauptung, Inhaltsstoffe würden anhand der Farbe auf dem Etikett beurteilt, unbegründet und es besteht kein Grund zur Panik wegen der „chemischen Substanzen“ selbst.

Verweise

[1]https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/bulletin/13/nbsbulletinv13n2p309_A2b.pdf

[2] https://www.colgate.com.hk/oral-health/selecting-dental-products/what-is-a-toothpaste-color-code

[3] https://www.sciencefocus.com/science/striped-toothpaste

[4] https://patents.google.com/patent/US5324505A/en

[5] http://www.cocia.org/detail/985/

Planung und Produktion

Autor: Science Scraps Popular Science Creator

Rezension von Sun Mingxuan, Professor der Shanghai University of Engineering Science

Planung von Zhong Yanping

Herausgeber: Zhong Yanping

Korrekturgelesen von Xu Lailinlin

Hinweis: Das Coverbild ist urheberrechtlich geschützt. Der Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen.