ヒントとコツ
初心者のためのレオロジー - ハンドクリームの粘度を測定する
クリームやローションのレオロジー特性は、さまざまなユーザーの期待と密接に関係している：
- 絞らない限り、チューブの中に留まる能力。
- 擦られるまで、吐出された場所に留まることができる。
- 擦過時の流動性が良好であること
以下では、Kinexus回転型レオメータによる測定が、ハンドクリームのこのような望ましい挙動に関する情報をどのように提供するかを示します。
一般情報
回転型レオメーターは、一般的に2枚の平行なプレートで構成され、その間に試料をセットします。上部プレートは試料を引きずりながら回転します。下部プレートは固定されたままです。Kinexusは、一般的に2種類の測定に使用されます：
ビスコメトリー：
上部プレートは、ギャップと回転速度によって制御されたせん断速度で回転する。その結果、試料の粘度η、すなわち流動に対する抵抗が記録されます。
振動：
上部プレートが規定の振幅と周波数で振動する。その結果、弾性せん断弾性率（G*）、損失弾性率（G"）、位相角δ（いくつか例を挙げます）によって表される試料の粘弾性特性が得られます。
粘度測定 - チューブ内のクリームの挙動、チューブから絞り出す際の挙動、手の上で広げる際の挙動を定量化する方法。
図1は、市販のハンドクリームの粘度曲線をせん断速度の関数として示したものである。この材料はせん断減粘挙動を示し、粘度はせん断速度の増加とともに減少する。
低いせん断速度は、静止状態に近い状態でのクリームの挙動を反映している。低せん断速度における粘度の高さは、製品の2つの特性を保証する：外からの応力（＝チューブを絞ること）がなければ、クリームはチューブから出てこない。さらに、皮膚に塗布した後、流れ出ることなく手に残る。
使用者がチューブを絞ると同時に、より高いせん断速度がクリームに加えられる。その結果、粘度が低下し、チューブから流れ出しやすくなる。高いせん断速度は、クリームを皮膚に塗布する際の挙動も模倣している。粘度が低くなることで、このプロセスはより容易になり、その結果、皮膚上での感触がより滑らかになる。この文脈において、重要な用語は降伏応力、すなわち、流動性を誘発するために材料に加えなければならない最小応力である。
図2は、ハンドクリームの降伏応力を測定したものです。低いせん断応力範囲では、降伏前に試料構造が伸びることに起因する粘度の明らかな上昇が見られます。ハンドクリームは粘度のピーク後に流動し始めます（赤矢印参照）。この例では、応力が高くなるにつれて粘度がさらに上昇し、そこから粘度が強く低下してフリーフローになります。降伏応力はソフトウェアによって自動的に計算され、11.7 Paのせん断応力からクリームは流動し始める。
振動 - 1つの素材、異なる挙動 ...プロセスの時間スケールによる
振幅スイープ
振動測定では、試料はいわゆる線形粘弾性領域（LVER）にある必要があり、この領域では印加されたひずみや応力は試料の関連構造の破壊につながりません。そのため、まず第一段階として、定義された周波数と変化する変形振幅を持つ振動試験が材料に対して実施されます。その結果、非破壊試験を可能にする最大振幅、すなわちLVERの応力またはひずみ限界が得られます。
図3は振幅掃引中の弾性率G'および粘性弾性率G "の曲線を示す。弾性率は0.2%まで一定である。つまり、0.2％以下の変形では、物質はLVERにある。
周波数スイープ
次の測定では、振幅を0.1%に設定し、周波数を変化させて、異なる時間スケールでの材料の応答を調べた。結果を図4に示す。
クリームの弾性特性が粘性特性よりも支配的である。クリームは流動せず、固体のように振る舞う。これは位相角にも表れている。位相角は試料の流動性を示す尺度であり、ゼロから90°までは完全に固体のようであり、90°からは完全に液体のような挙動を示す。図4は、この試料が試験された周波数の全範囲にわたって、より固体的なまま（すなわち、位相角<45°）であることを示している。
結論
消費者がハンドクリームに期待するのは、ほとんど相反する行動である：ハンドクリームは、使用者がチューブを絞る前にチューブから流れ出ないように固体のようにふるまい、吐出された後は使用者の手から流れ落ちないようにしなければならない。しかし、皮膚に塗布する際には、液体のように自由に流れる挙動を示すはずである。レオロジー測定は、このような変形と無変形の異なるシナリオを模倣したものである。クリームの粘度は、せん断速度が大きくなるにつれて低下します。チューブを絞ったり、皮膚上でクリームをこすったりしている間は、静止時よりも「低粘度」に感じられます。