はじめに
製品の機能性と官能性を両立させることは難しい課題である。特に後者は、ユーザーからのフィードバックに大きく依存しており、これを得るにはかなりの時間と労力を要することがあります。さらに、このようなフィードバックを材料特性、ひいてはレオロジーデータと照らし合わせて解釈することは、必ずしも容易ではありません。
製品の感触を評価するツールとしてレオロジーを使用するには、特定の用途を最もよく模倣するレオロジー試験モードと、その試験で使用する最も適切なパラメータを理解することが重要です。例えば、スキンクリームの塗布と摩擦は高せん断速度のプロセスであり、適切なせん断速度での定常せん断試験を用いて評価するのが最適です。ポット内のテクスチャーとは逆に、テクスチャーは、振動試験やクリープ試験によって評価するのが最適である下層の微細構造に関係しています。
small 変形下での材料組織を評価する簡単な試験は、振動振幅掃引です。これにより、試料の剛性、バネ性、構造強度、および変形に関連する重要な情報を得ることができます。剛性は複素弾性率G*に反映され、値が高いほど硬い構造を示し、位相角δは弾性率およびしたがって構造のバネ性を示します。この情報は、図1に示すように、G*対δの単純なプロットを用いて示すことができる。
このような試験から抽出できるその他の情報は、降伏応力と降伏ひずみで、それぞれ構造強度と構造変形の程度に関係します。この情報は、弾性応力σ'（弾性（および貯蔵）応力率G'に関連する応力）とひずみのプロットから得ることができます。図2に示すように、弾性応力のピークは降伏点を示し、この点で測定された応力とひずみの値がそれぞれ降伏応力と降伏ひずみとなります。
これらの情報をすべて組み合わせることで、巨視的な流動が始まる前に、材料がsmall 剪断変形に対してどのように反応するかを知ることができます。
これは製品のベンチマークや、特定の官能特性や機能的利点を製品に組み込む際に役立ちます。
実験的
- 多くの異なる製品を評価し、テクスチャー特性の違いを示しました。
- 回転型レオメータ測定は、ペルチェプレートカートリッジと40 mm粗面化パラレルプレート測定システム(ジオメトリ表面での試料スリップを回避するため)2を備えたKinexusレオメータを使用し、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が使用されました。
- 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。
- この測定では、材料の降伏ひずみを超えてひずみ制御振幅スイープを行い、データを自動的に解析して、線形領域内のG*とδの値、および弾性応力のピーク（σ'）に基づく降伏応力と降伏ひずみの値を求めました。
結果と考察
図3は、周波数1Hzにおける相対的な剛性と弾性の観点から、さまざまな製品を比較したものです。このグラフから、ほとんどの試料は、位相角が45°より低く、主に弾性的であることがわかります。しかし、これらの試料は様々な程度の硬さを示し、例えばボディバターはボディローションより25倍硬く（弾性率が高い）、ヘアガムはほぼ100倍硬い。逆に、シャワークリームは主に流動的で、位相角は90°に近く、硬さは比較的低く、G*値はボディバターの約8000Paに対し、わずか23Paである。
バターのテクスチャーに対する温度の影響は非常に大きく、低温（冷蔵庫）での脂肪の結晶化により、硬く弾性の高い構造が形成される一方、室温では、この脂肪マトリックスの融解により、より柔らかく弾性の低い構造となり、ボディバター製品や歯磨き粉により似たテクスチャーとなる。
表1は、各製品に対応する降伏応力と降伏ひずみの値を示している。降伏応力は本質的に、網目構造の破壊を開始するのに必要な応力を表すことに注意してください。粘弾性流体（δ > 45°）は網目構造を持たないため、この場合の降伏応力は、顕著な流動（せん断減粘）を開始するのに必要な応力に関係します。
表1：応力-ひずみ曲線のピーク解析結果
| 試料 | 降伏応力 (Pa) | 降伏ひずみ(%) |
|---|---|---|
| マヨネーズ | 11.26 | 1.79 |
| 歯磨き粉 | 1.86 | 0.057 |
| ボディバター | 15.87 | 0.81 |
| ボディローション | 2.24 | 2.63 |
| シャワークリーム | 10.18 | 27.22 |
| ヘアスタイリングガム | 11.12 | 0.15 |
| バター（5） | 34000 | 1.06 |
| バター（25） | 1.12 | 0.096 |
ボディバターとボディローションを比較すると、前者が構造を破壊するために高い応力を必要とすることは明らかである。これは製品の使用中にも明らかで、ボディバターは流動を開始するためにより大きな力を必要とする。ボディローションは降伏ひずみが大きく、薄くなる前にさらに変形することから、より延性があり、脆くない構造であることが示唆される。弾力性のあるマヨネーズは、降伏応力と降伏ひずみの両方が高く、瓶の中で観察される「ゴムのような質感」を反映している。
ボディーソープは高い臨界応力と応力を示すが、マヨネーズとは異なり、網目構造（δ > 45°）を持たない。したがって、これらの臨界値は、流動性が著しく高まる前に材料が耐えられる応力と変形に関連する。これは時に、フィラメント形成の程度や製品のひもじさに関係することがある。
冷蔵庫の温度ではバターの降伏応力は非常に高く、そのためスプレッドが困難な場合がある。興味深いことに、降伏ひずみが小さいことからわかるように、この高温ではバターがよりもろくなる。
結論
振幅掃引試験は、剛性、バネ性、構造強度、脆性など、材料の織物特性に関連する重要な情報を提供することができます。これらの特性に関連するパラメータを測定することで、small の変形の下で材料がどのように見え、どのように振る舞うかについてのイメージを構築することが可能です。このような技法は、材料の特性評価や適切な比較に役立ちます。
コーン・プレートまたはパラレル・プレートのジオメトリーで試験を実施することが推奨され、large 粒径の分散液やエマルションには後者が望ましいことに留意されたい。このような材料タイプでは、ジオメトリー表面でのスリップに関連するアーティファクトを避けるため、鋸歯状ジオメトリーまたは粗面化ジオメトリーの使用も必要となる場合があります。