はじめに
構造化された液体（特に懸濁液、エマルション、発泡体）のせん断レオロジー測定を行う場合、「ウォールスリップ」と呼ばれる現象の影響を受ける可能性が高くなります。ウォールスリップは一般に、形状壁近傍で分散相が局所的に減少し、効果的に表面に潤滑層が形成されることに起因します。その結果、バルクのレオロジー特性が正確に測定できなくなり、真の粘度が過小評価されることになります。
同様の現象は、固体のような試料を測定する場合にも見られます。このような場合、試料と壁との間の摩擦が不十分であるため、加えられる応力を支えることができません。
回転型レオメータで試験を行う場合、壁のスリップをさまざまな方法で防止することができます。特に、粗面化または鋸歯状の形状を使用することで、試料のバルクに効果的に形状運動を取り込み、試料と壁の相互作用を犠牲にして試料と試料の接触を最大化することができます。カップとボブのシステムでは、ベーンやスプライン形状も利用できます。
図2は、平滑な平行プレートを使用して測定した、濃縮粒子懸濁液の滑りの結果を示しています。流動曲線における見かけの「ドッグレッグ」は、壁スリップのよく知られた特徴であり、この場合、鋸歯状プレートを使用することにより、ほぼ除去することができる。
壁スリップがより微妙に発生する場合は、平滑プレートと鋸歯状プレートまたは粗面化プレートで測定しない限り、その存在を確認することは容易ではありません。
このような場合、異なるギャップにおいて応力制御測定を行うことで、すべりの証拠を得ることができる。スリップが発生した場合、スリップ速度Vsは、印加されたせん断応力σのみに依存し、ギャップには依存しません。対照的に、せん断速度の計算に使用される試料全体の速度差は、ギャップとせん断応力の両方に依存します。したがって、ギャップhを変化させ、応力σを一定に保つことで、式1を使用してすべり速度と真のせん断速度を決定することができます。
Vは上部プレートの速度
-γappは測定されたせん断速度
-γは真のせん断速度。
これは、実測せん断速度-γappを1/hに対してプロットすることによって行われ、勾配2Vs、切片γ-の直線となる。
場合によっては、真のせん断速度に負の値が観測されることがあり、これは負荷誤差、ギャップ精度、ギャップ依存の材料特性に起因する。従って、このような誤差が最小になるような大きな隙間で作業することが望ましい。
実験的
- この実験では、ボディローションとシャワージェルを評価し、レオロジー測定中の壁スリップの程度を測定しました。
- 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 ソフトウェアの標準設定済み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。
- 事前に設定したシーケンスにより、スキンクリームには50 Pa、シャワージェルには10 Paの一定の応力をかけて、1.2～0.9 mmのさまざまな隙間で連続して測定を行うことができました。
- 測定されたせん断速度は、逆ギャップに対して自動的にプロットされ、線形回帰モデルが当てはめられた。滑り速度と真のせん断速度は、それぞれ勾配と切片から推定された。
結果と考察
図3は、ギャップに対するせん断粘度のプロットである。シャワージェルが各隙間において比較的一定の粘度を示すのに対し、スキンクリームはわずかな勾配を示し、隙間が小さいほど粘度が低いことが報告されている。スリップ速度を推定するために、測定されたせん断速度を式1に従って逆ギャップに対してプロットした。曲線の勾配を2Vsに、切片を真のせん断速度に等しくして、線形モデルフィット（y＝mx＋c）をデータに適用した。
スキンクリームの場合、すべり速度は1.3mm/s、真のせん断速度は1.016s-1と推定された。これは、測定された（見かけの）せん断速度の値である3～4 s-1よりかなり低い値であり、かなりの程度壁がすべることを示唆している。したがって、今後の試験においては、この特定の試料に粗面化したプレートまたは鋸歯状のプレートを使用することをお勧めする。
シャワージェルについては、すべり速度はわずか0.08mm/sと推定され、見かけのせん断速度が約0.76s-1であるのに対し、真のせん断速度は0.68s-1であった。この差は、この試験に関連すると思われる誤差の範囲内であり、したがって、シャワー・ジェルは、この測定条件下では滑りを示さないと考えることができる。
結論
シャワージェルとスキンクリームを様々な隙間で試験し、壁と試料の界面におけるスリップ速度を評価した。スキンクリームは著しい壁面すべりを示したが、シャワージェルでは無視できる程度であった。したがって、この試験は、特定の材料と試験条件に対するすべりの程度を推定し、粗面化またはプロファイル形状の使用が必要かどうかを示すために使用することができる。
ご注意ください
滑らかな平行平板形状の組み合わせで試験を行う必要がある。