はじめに
エマルションや懸濁液の長期安定性が、ゼロせん断粘度に支配されるか降伏応力に支配されるかは、その微細構造に依存します。さらに、長期保存中に分散相が最終的に遭遇するのはこの微細構造であるため、重要なのは長期的な時間スケールにおける微細構造の状態です。
時間の関数としてのレオロジー特性の変化を評価するための試験は数多くあります。クリープ試験は、加えられた応力に対する反応を時間の関数として直接見ることができるため、この作業に最適です。もう1つの有用な試験として、試料を複数の異なる周波数で連続的に振動させる振動周波数スイープがあります。周波数は時間の逆数であるため、高い周波数は短いタイムスケールに対応し、低い周波数は長いタイムスケールに対応する。タイムスケールは、振動試験におけるサイクル周波数とは対照的に、角周波数（ω）に対応することに留意すべきである。
弾性率（および貯蔵率）（G'）、粘性率（および損失率）（G"）、および位相角（δ）の変化を限定された周波数範囲にわたって評価することによって、材料が降伏応力またはゼロせん断粘度を持つ可能性があるかどうか、および潜在的な安定性の問題を判断することができます。様々な材料の一般的な周波数応答の例を図 1 に示します。低周波数、例えば0.01Hz未満でG'がG "を上回る場合、その材料は流動を開始する前に破壊する必要がある網目構造を有している、すなわち降伏応力を有していると推測できます。低周波数でG "がG'を上回った場合、巨視的な流動が発生する可能性があり、安定性はゼロせん断粘度または分散相によって課される応力に対応する粘度によって支配される可能性が高くなります。
レオメーターでこのような非常に低い周波数を測定することは、試験時間が長いため困難であるため、曲線の一般的な形を評価することが有用です。位相角δおよび弾性率G'は構造特性の一般的な指標であるため、周波数の減少に伴う変化の大きさおよび方向は、より長い時間における材料応答の性質を示すことができます。
- G'が周波数にほとんど依存せず、位相角が一定のままか、粘弾性固体やゲル構造のように周波数の減少とともに減少する場合は、材料がネットワーク構造を維持する可能性が高く、より安定であると推測できます。
- 位相角δが増加し、G'が周波数の減少に伴って減少する場合は、構造（ネットワーク）の弾性要素が緩和され、液体状になっていることを示し、安定性が低下する可能性が高い。
このような観察は、複素粘度η*にも反映されるはずである。流体の場合は、低周波数に向かってゼロせん断粘度のプラトーが始まるが、網目構造を持つ固体の場合は、図2に示すように、η*の値が増加し続けることが観察されるはずである。
この技術を実用化するためには、適切な条件下で曲線の形を評価することが重要である。安定性の可能性を評価するには、最小周波数0.01 Hzで十分かもしれませんが、時間はかかるものの、これより低い周波数の大きさにすることで、低周波の傾向をより正確に把握することができます。一般に構造緩和は、温度が高くなるにつれて構造再配列の速度が速くなるため、より短い時間スケールで起こるようになるため、試験温度も重要である。従って、より高い温度で試験を行うことで、実際の保管条件をよりよく再現することができ、問題のある試料をより容易に選び出すことができる可能性がある。しかし、長い時間スケールで高温作業を行う場合、試料の蒸発を防ぐことが重要です。
このアプリケーションノートでは、一連のシャワージェルに関する振動数試験の方法とデータ、および製剤中の分散気泡を懸濁させる能力を示す。
実験的
- 様々なレベルの会合性増粘ポリマー（0%から8%の範囲）を含む一連のシャワージェルについて、室温で長時間気泡を懸濁させる能力を評価した。
- 回転型レオメーター測定は、ペルチェプレートカートリッジとコーン・プレート測定システム1を備えたKinexusレオメーターを使用し、rSpace ソフトウェアの標準設定済みシーケンスを利用して行いました。
- 試料に一貫した制御可能な負荷プロトコルを確実に適用するため、標準負荷シーケンスを使用した。∙ レオロジー測定は、特に断りのない限り、すべて25℃で行った。
- ひずみ制御振幅掃引は、線形粘弾性領域（LVER）の長さを測定し、後続の周波数掃引試験で使用する適切なひずみ値を決定するために実施される（LVER の決定はrSpace ソフトウェア内で自動化され、決定されたひずみ値はシーケンスの次の部分にフィードフォワードされる）。
- 周波数掃引は、デフォルト値10Hzから0.005Hzの間で、LVER内であらかじめ決定されたひずみ値で実行される。
結果と考察
図3は、試験したシャワージェル製品の周波数掃引データを示す。会合性増粘剤の濃度を上げると、G'の増加と位相角の減少によって強調されるように、弾力性の程度が増すことは明らかである。この弾力性は、界面活性剤ミセルの架橋によって生じ、適切な濃度でゲル状の構造を形成することができる。
6％および8％の会合性ポリマーを含む試料は、低周波数でG'の値が高く、架橋の程度が大きいことを示す一方、位相角の値と方向は、これらの材料がこの周波数領域で固体またはゲル状の挙動を示していることを示している。これは、降伏応力または少なくとも低周波数での高いゼロせん断粘度の可能性を示すので、安定性にとって有利である。
会合性ポリマーの値が低い試料では、G "が支配的であり、位相角は周波数が低くなるにつれて大きくなっている。したがって、この周波数範囲では、構造緩和、したがって液体のような挙動を示しており、安定性には好ましくない。
これは複素粘度η*（図4参照）にも反映され、ポリマー無添加のボディソープは、約5Pasのゼロせん断粘度プラトー（すなわち、液体のような挙動）を示した。逆に、8%の会合性ポリマーを添加した試料は、0.01Hzで1000Pasに近い粘度を示し、同じ範囲でべき乗則の挙動を示す。後者がより低い周波数でプラトーを示すかどうかは、より低い周波数での試験（あるいはクリープ試験）によってしか評価できないが、それでもこれらの低い周波数での粘度は、分散相の沈降を遅らせるのに十分高いはずである。
結論
適切な測定条件下でLVER内で周波数掃引試験を行うことにより、分散安定性を予測することが可能である。これは、様々な濃度の会合性増粘剤を含む5つのシャワージェル製品について実証された。高濃度のポリマーを含む試料は、高いG'値と低い位相角を持つゲル状の挙動を示し、この位相角は低い周波数に向かって増加することはない。これらの試料は、長時間にわたって気泡を浮遊させることができることが示された。
ご注意ください
平行平板形状や円筒形状も使用できる。材料が壁スリップ効果を示す可能性がある場合は、サンドブラスト形状を考慮する必要があります。より大きな形状は、低周波数で発生しやすい低トルクでの測定に有用である。これらの試験には、ソルベントトラップの使用も推奨されます。特に高温で作業する場合、測定システムの端部付近で溶媒（水など）が蒸発すると試験が無効になる可能性があるからです。