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から1の間である。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（一定時間内に吐出される体積）とオリフィスの内部半径を測定することにより、押出工程中に遭遇するせん断速度を推定することが可能である。この値は、ステップせん断速度試験（図1）に入力することができます。この試験では、目的のせん断速度にステップアップする前に、（押出前に）一定時間、低いせん断速度で試料をせん断します。その後、せん断速度を初期値まで下げ、粘度の回復を追跡します。この試験は、試料が押出し工程後に粘度を回復する速さを示し、使用時の製品の厚さや粘度を示します。
チキソトロピー特性は、第1段階終了時の最終粘度と、試験の最終段階でその粘度の一定割合が回復するまでの時間を測定することによって定量化することができます。この値は、製品や配合間の比較に使用でき、幅広い産業や用途に適用できます。
実験的
- 歯磨き粉とボディローションの粘度回復特性を、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0.1s-1の一定せん断速度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。
- 製品が元の粘度の90%を回復するまでの時間が自動的に決定され、試験終了時に報告された。
結果と考察
自動計算機は、製品出荷のための押し出しせん断速度を、歯磨き粉は34 s-1、ボディローションは840 s-1と評価した。これらの値を試験の中間段階で使用した。
図2に歯磨き粉の結果を示す。これは明らかにチキソトロピー性の高い材料であり、試験の時間スケールではその構造を完全に回復することはできず、元の粘度の70%にしか達しず、このレベルの回復に約6分かかっている。
対照的に、図3に示すボディローションは、元の粘度をほぼすべて回復し、歯磨き粉と同じ回復率を達成するのにわずか7秒、90％の回復を達成するのに23秒しかかからなかった。これと比較すると、この素材は本質的に非チクソトロピー性であると言える。
消費者用語では、これは、ボディローションが皮膚に接触した後、非常に迅速に再構築されることを意味する。歯磨き粉は、ブラッシング前のブラシ上では粘度が低くなり、口の中で分散しやすくなるはずで、おそらく官能特性にも影響するだろう。しかし、粘度が低すぎて、製品がブラシ毛を通り抜けたり、ブラシ上で垂れたりしないことが重要である。
結論
歯磨き粉とボディーローションについて、それぞれチューブとボトルから押し出した後の粘度回復の程度を評価するために、3段階のせん断速度試験を行った。歯磨き粉は、元の粘度の70％を回復するのに6分を要し、高いチキソトロピー性を示した。ボディローションはわずか7秒で同程度の回復を達成し、比較すると非チキソトロピー性であると考えられる。
1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。