はじめに
多くの消費者向け製品はチューブやボトルに包装されており、製品の適用にはノズルから製品を押し出す必要がある。このような製品はせん断減粘製品である傾向があり、せん断速度の増加により粘度が押し出しプロセス中に低下し、せん断速度が減少するにつれてオリフィスから出る際に回復する。この過程で発生するせん断速度は、オリフィスの半径rおよび体積流量Qと次式で表されます：
パラメータnはべき乗則指数であり、ニュートン流体では1、非ニュートン流体では0～1である。この値は、結果データにべき乗則モデルを当てはめることにより、可変せん断速度試験から容易に得ることができる。
体積流量（一定時間に吐出される体積）とオリフィスの内部半径を測定することにより、押出し中に遭遇するせん断速度を推定することが可能である。
食品、コーティング剤、トイレタリー/化粧品を含む多くの消費者製品は、非常に繊細な微細構造を持つことがあるため、これらの構造は押出工程中に容易に破壊され、有限時間が経過するまで元の構造を回復しないことがあります。時間に依存した構造回復や再構築をする材料は、チキソトロピーと呼ばれます。押出し時に発生するせん断速度を計算し、これを段階ひずみ-せん断速度試験の中間段階で使用することで、押出しに起因する構造破壊を模倣することができます。
弾性率G'を時間の関数として構造回復を即座に追跡することにより、系の構造回復、ひいては使用時の製品の構造的完全性を決定することが可能です。これは、物理的外観（耐スランプ性）、使用時の質感、または製品の機能性（例えば垂直面にしがみつく能力）の点で重要な場合があります。
実験的
- 歯磨き粉とヘアジェルの構造回復特性を、使用中の製品押し出しに伴うせん断速度条件下で評価した。
- 回転型レオメータによる測定は、ペルチェプレートカートリッジと粗面化パラレルプレート測定システム1を備えたKinexus回転型レオメータを使用し、rSpace ソフトウェアにあらかじめ設定された標準シーケンスを使用して行いました。
- 両方の試料が一貫して制御可能な負荷プロトコルに従うように、標準負荷シーケンスが使用されました。
- レオロジー測定はすべて25℃で行った。
- 関連する押出しせん断速度は、押出し量、押出し時間、および開口半径の入力値を使用して、試験シーケンスの一部として自動的に計算されました。試験は、ステップ1とステップ2が周波数1Hzで試料LVER内に一定のひずみ値を採用するステップせん断速度試験の中間せん断速度として、この計算値を使用するようにプログラムされた。
- 製品が元の弾性（G'）の90％を回復するまでの時間は自動的に決定され、試験終了時に報告された。
結果と考察
自動計算機は、押し出し工程におけるせん断速度を、歯磨き粉では86 s-1、ヘアジェルでは240 s-1と評価した。これらの値は、試験の中間せん断速度段階で使用された。
図1に歯磨き粉の結果を示す。約500秒後に元のG'値の50%にしか達しないという、試験の時間スケールでは完全に構造を回復していないことを示す回復曲線から観察されるように、この材料が非常にチキソトロピー性の高い材料であることは明らかである。
逆に、ヘアジェル（図2）はほとんど瞬時に構造を回復し、最初の5秒間で90％が回復し、20秒以内に完全に回復する。これはこの製品にとって重要なことで、樹脂が弾力性のある皮膜を形成して長期間のホールドを可能にする前に、毛髪に瞬間的なホールドを提供する必要があるからである。
G'がG "を上回っていることから、どちらの材料も測定された周波数において降伏応力挙動を示しているようである。
結論
チューブから押し出された後の弾力回復の速度と程度を評価するため、歯磨き粉とヘアジェルを用いて3段階のひずみ/せん断速度試験を行った。その結果、歯磨き粉はチキソトロピー性が高く、元の弾性の50％を回復するのに500秒を要したのに対し、ヘアジェルはほとんどすぐに回復した。
ご注意ください
粒子径がlarge の分散液やエマルションには後者が望ましい。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る。