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Fundamental Findings in Softmatter Rheology on the Basis of Multiple Methods 基于多种方法的软物质流变学的基本发现

Journal of the Society of Rheology, Japan Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.1678/RHEOLOGY.40.209

H. Watanabe

{"title":"Fundamental Findings in Softmatter Rheology on the Basis of Multiple Methods","authors":"H. Watanabe","doi":"10.1678/RHEOLOGY.40.209","DOIUrl":"https://doi.org/10.1678/RHEOLOGY.40.209","url":null,"abstract":"高分子やサスペンションに代表されるソフトマターは, それぞれの系に特有の分子・構造ダイナミクスを反映して, 特徴的なレオロジー特性を示す.例えば,高分子鎖は,切断されることなく大きく変形することが可能であるため,大変形下の絡み合いホモポリマー系では,鎖の収縮に由来する速い非線形緩和が観察される. また,ブロック共重合体系では, ナノドメイン形成の熱力学的駆動力がブロック鎖のダイナミクスにも大きな影響を与え,系の緩和を遅延し,緩和モード分布をブロードにする. さらに,非相溶性の液体を混合したエマルションでは,流動による液滴の分裂と配向を反映して,第一法線応力差が著しい非線形性を示す. これらの例のような興味あるレオロジー特性は,系内のダイナミクス・構造を複合的な(実験)手法で検出し,その知見を,系内の構成要素の構造と応力を関連づける応力表式に基づいて解析することで,深く理解される. 筆者は,1993 年度本学会有功賞の受賞以来,上記の視点から,ホモポリマー系,異種高分子ブレンド系,ブロック共重合体系,固体粒子分散系,ゲル系などを主対象として研究を行なってきた.この研究を通じて,これらの物質系のレオロジー挙動を,系内の構成成分の競合/相互作用という視点から捉えることも可能であり,この捉え方の下ではソフトマターと人間社会の共通性が見出される場合が多いことを実感してきた.この度,レオロジー学会賞受賞という身に余る栄に浴し,筆者の研究成果を本稿にまとめることになった.以下では,紙数の都合上,ホモポリマー系,高分子ブレンド系,固体粒子分散系に対象を限定し,筆者が 1994 年以降に遂行してきた研究事例の一部 4-33) を紹介したい.","PeriodicalId":17434,"journal":{"name":"Journal of the Society of Rheology, Japan","volume":null,"pages":null},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2013-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"89708816","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}

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The Usefulness of Rheology in Establishing Manufacturing Processes for Cleansing Milk 流变学在建立清洁乳生产工艺中的作用

Journal of the Society of Rheology, Japan Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.1678/RHEOLOGY.41.217

Yasuharu Nakagawa, Kumiko Goto, T. Ueda

{"title":"The Usefulness of Rheology in Establishing Manufacturing Processes for Cleansing Milk","authors":"Yasuharu Nakagawa, Kumiko Goto, T. Ueda","doi":"10.1678/RHEOLOGY.41.217","DOIUrl":"https://doi.org/10.1678/RHEOLOGY.41.217","url":null,"abstract":"化粧品には潤いを与えることを目的とした保湿クリーム, 乳液やメイク汚れを落とすことを目的としたクレンジングクリーム,クレンジングミルク等のエマルション製剤が多用されている.エマルションには油が水に分散した O/Wエマルション,水が油に分散したW/Oエマルションがあるが, いずれも調製方法により粒子径,粘度,安定性,感触などが大きく異なることが知られている. そのような化粧品製剤の多くは粘弾性体であるため,レオロジー測定が製剤開発にとって有用なツールとなり得ることは容易に想像でき, これまでにも化粧品開発へのレオロジーの応用例は多数報告されている.しかしながらその多くは基礎的な研究や処方開発に関する研究が多く,製造工程の検討に応用されているケースは少ない. 本研究で検討を行ったクレンジングミルクは,約 60 wt% の油が水中に分散されたO/Wエマルションであり,使用時のシェアにより乳化粒子が崩壊し,内相の油が汚れとなじみ, 拭き取ることによってメイク汚れを落とす機能を有する製剤となっている.処方開発にあたり,ラボスケール(数 kg) で完成した処方は使用感として適度な硬さ,こくを有し, さらに適度なマッサージが可能なように,ある程度時間をかけて乳化粒子が崩壊するよう設計されていた.しかし工場生産に移る過程において,大きなスケール(数百~数千 kg,工場スケール)で複数回製造した際に,ラボスケールで設計した通りの使用感を有するもの(正常品)に加えて, 偶発的に設計した使用感とは異なる使用感を有するもの(不良品)もできてしまうことが判明した.専門パネラーを用いた官能評価によって使用感の正常,不良は判別可能であるが,工場での品質管理においては,より明確な物性値による判別の必要性があった. そこで本研究では使用感の違いを物性として捉え,さらに使用感の違いを生じさせる製造工程を見出し,適切な製造方法を確立することを目的とし,製造条件検討にレオロジーを応用し,その有用性について評価した.工場スケールで製造したサンプルを官能評価,レオロジー測定,顕微鏡観察,pH測定,DSC測定により比較した結果,官能評価結果から得られた使用感の違いはレオロジー挙動のみに現れ, 物性値の違いとして捉えることができた.また種々の異なる製造条件で調製したサンプルのレオロジー測定結果から, 使用感の違いを引き起こす製造工程が判明し,製造条件確立にレオロジーが有用であることが示された. The Usefulness of Rheology in Establishing Manufacturing Processes for Cleansing Milk","PeriodicalId":17434,"journal":{"name":"Journal of the Society of Rheology, Japan","volume":null,"pages":null},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2013-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"91512871","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}

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Multi-Visco-Elastic Contact Model in Discrete Element Method -Application to Margarine's Process Engineering- 离散元法中的多粘弹性接触模型——在人造黄油工艺工程中的应用

Journal of the Society of Rheology, Japan Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.1678/RHEOLOGY.40.257

Y. Shimizu, Hiroshi Ito, T. Sadakane, Takashi Yamaguchi

{"title":"Multi-Visco-Elastic Contact Model in Discrete Element Method -Application to Margarine's Process Engineering-","authors":"Y. Shimizu, Hiroshi Ito, T. Sadakane, Takashi Yamaguchi","doi":"10.1678/RHEOLOGY.40.257","DOIUrl":"https://doi.org/10.1678/RHEOLOGY.40.257","url":null,"abstract":"マーガリン類は,油中水滴 (W/O)型エマルションで,連続相は液体油と網目状の油脂結晶で構成される.マーガリン類の製造工程は,現在,油脂に乳化剤などを添加した油相と食塩などを溶解させた水相とを混合し,冷却ユニットとピンマシンと呼ばれる混練ユニットを組み合わせた急冷捏和装置によって連続的に行われる.冷却ユニットによって, 液体だけのW/O型エマルション内の油脂の一部が結晶化して固体になり保形性や乳化安定性が付加される.また混練ユニットであるピンマシンによりマーガリン類の結晶構造の均一性や充填性の向上が促進される. 近年,健康上の関心の高まりから,従来よりその製造工程で使用されてきた安価で物理的性状に優れた水素添加油脂に含まれているトランス脂肪酸が敬遠されている.そのため水素添加油脂を用いない,すなわち,非水素添加油脂を用いて従来の性状を維持するための製品開発が行われている. しかしながら,非水素添加油脂は,水素添加油脂とくらべ結晶化速度,結晶の大きさ,結晶多形現象などの結晶性が大きく異なるため,水素添加油脂を用いたマーガリン類と同じ力学的物性にすることが難しく,従来の製造手法に関する情報や知識が通用しにくくなっているのが現状である. また,これまでの製造手法に関する情報や知識も最終製品の性状から判断した経験に基づくものが多く,製造中の個々の装置で起こっている現象を解析した事例はほとんど報告されていない. そこで,本研究では,マーガリン類の結晶構造の均一性や充填性を改善するために使用される混練ユニット内の流動現象を明らかし,製造工程プロセスの最適化や混練ユニットの性能向上を目的として,数値解析手法を用いたマーガリン類の製造工程の最適化研究を実施した.数値解析手法としては,個別要素法 (Discrete Element Method)を用いた.個別要素法は,離散した要素同士の力と変位の関係を解きながら,それぞれの要素(粒子)の運動を,陽解法を用いて追跡する手法であり,連続体解析手法では難しい固体の大変形時の力学応答や粒状体の動的な挙動を解析するのに適 Multi-Visco-Elastic Contact Model in Discrete Element Method -Application to Margarine's Process Engineering-","PeriodicalId":17434,"journal":{"name":"Journal of the Society of Rheology, Japan","volume":null,"pages":null},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2013-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"76674140","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}

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Application of Rheological Analysis for Dispersion System of Fine Particles 流变学分析在细颗粒分散体系中的应用

Journal of the Society of Rheology, Japan Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.1678/RHEOLOGY.41.203

A. Nasu

{"title":"Application of Rheological Analysis for Dispersion System of Fine Particles","authors":"A. Nasu","doi":"10.1678/RHEOLOGY.41.203","DOIUrl":"https://doi.org/10.1678/RHEOLOGY.41.203","url":null,"abstract":"紫外線散乱剤と総称される無機系紫外線防御粉体は, UV-Aから UV-Bまで広範囲にわたる紫外線を防御することが可能であり,さらには安全性も高い点から,紫外線防御を目的とする化粧品では広く使用されるようになった.中でも微粒子の酸化チタンと酸化亜鉛は,その高い機能の点から世界中で広く使用されている.現在使われている紫外線防御用粉体は,一次粒子径がサブミクロン以下で,数~ 数十ナノメートルと極めて細かな超微粒子と呼ばれる領域であるが,その結果として,粉体の表面エネルギーは大きなものとなり,分散媒の中では粉体間に強い凝集力が働いてしまうこととなる.そのため,適切な分散剤および分散条件が選定されない場合には,粉体間の凝集により,配合量に見合った紫外線防御効果が得られないばかりではなく, 製剤として肌に塗布したときの不自然な白さ,あるいは製剤そのものの安定性不良をももたらす要因となっていた.しかしながら,これまで得られてきたこの粉体分散分野に関する知見は,そのほとんどが個人の経験や官能に基づく定性的なものであり ,微粒子粉体の分散特性を定量的に評価し,さらには配合目的である紫外線防御性能との相関性を得るような研究はなされていなかった.そこで,分散特性を代表する指針として,定量的な解析が可能で,個人の技量に影響されにくい,微粒子粉体を分散したサスペンションのレオロジー特性値に着目した.そして,レオロジー解析結果と紫外線防御性能との相関性を得ることで,機能を最大限に発揮する微粒子粉体分散系を定量的に確立することを目標に研究を進めた.","PeriodicalId":17434,"journal":{"name":"Journal of the Society of Rheology, Japan","volume":null,"pages":null},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2013-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"82929704","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}

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On Ductile Fracture Mechanism under Tension in Semicrystalline Polymers 半晶聚合物拉伸韧性断裂机理研究

Journal of the Society of Rheology, Japan Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.1678/RHEOLOGY.41.167

K. Nitta, Chun-yao Li

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Internal Structure and Rheological Properties of Cosmetic and Toiletry Products 化妆品和盥洗用品的内部结构和流变性能

Journal of the Society of Rheology, Japan Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.1678/RHEOLOGY.41.195

Y. Yamagata

{"title":"Internal Structure and Rheological Properties of Cosmetic and Toiletry Products","authors":"Y. Yamagata","doi":"10.1678/RHEOLOGY.41.195","DOIUrl":"https://doi.org/10.1678/RHEOLOGY.41.195","url":null,"abstract":"香粧品や化粧品は皮膚や毛髪に直接塗布するため,生理学的作用や安全性を十分に考慮しなければならないことは, 製品開発を行う上で当然のことである. また,製品を使用する生活者の視点に立てば,人が五感で感じる使用感や触感などの感性工学的な要素も重要である.なぜならば,製品の使用感を制御できれば,それを使用する生活者の気持ちまでも変えることのできる効果・効能とは異なった付加価値に繋がるからである.通常,生活者は製品の有用性を評価する際,外観や触感,におい,色調,味, 使用性などを簡単な官能評価によって判断したり,自分の嗜好やイメージに合っているかどうかで評価する.例えば, クリームや泡状化粧料などの「のび」や「こし」,シャンプー時やリンス後の毛髪の風合いなどの人間の感覚的な判断が該当する. 一方,製造・品質管理の視点から見ると,製造ロットごとに規格内の外観や粘度を得ることや,これらの性状,物性値を一定期間維持することが重要な課題となってくる.しかしながら,熱力学的に不安定な O/Wエマルションのように,同一原料を使用しても,製造時の温度や攪拌条件によって微妙に粘度が異なったり,時間経過とともに粘度変化することが多い. これまで感性にもとづく官能評価や品質管理のための物性制御を客観的に評価するため,多くの物理化学的手法が提案されてきた.その中で,1960年代にレオロジー的なアプリーチを用いた化粧品の使用感に関する研究が Shermanや Barryらによって盛んに行われた.その後,1990年代後半から再び脚光を浴び,研究報告例が増加している.この背景には,測定機器の革新,すなわち,トルク制御技術・分 Internal Structure and Rheological Properties of Cosmetic and Toiletry Products","PeriodicalId":17434,"journal":{"name":"Journal of the Society of Rheology, Japan","volume":null,"pages":null},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2013-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"83544954","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}

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Numerical Simulations of Shear Flows of a Tumbling Liquid Crystal between Concentric Cylinders 同心圆柱间液晶翻滚剪切流的数值模拟

Journal of the Society of Rheology, Japan Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.1678/RHEOLOGY.40.239

T. Tsuji, S. Chono

{"title":"Numerical Simulations of Shear Flows of a Tumbling Liquid Crystal between Concentric Cylinders","authors":"T. Tsuji, S. Chono","doi":"10.1678/RHEOLOGY.40.239","DOIUrl":"https://doi.org/10.1678/RHEOLOGY.40.239","url":null,"abstract":"ネマティック液晶は,単純せん断流動中の液晶分子の配向挙動により,アライニング液晶とタンブリング液晶に大別される.前者では,流動中の分子の平均配向方向(ディレクタ)が流れ方向に対して Leslie角と呼ばれる微小な角度を保った状態で静止し,後者ではディレクタが回転し続ける. ネマティック液晶の流動解析に広く用いられている LeslieEricksen理論(L-E理論)において両挙動は,理論式中の 6個の粘性係数の一つであるα3の符号で決定される.すなわち,α3が負ならばアライニング挙動,α3が正ならばタンブリング挙動を示す. 従来,ネマティック液晶のアライニング挙動はもとより, タンブリング挙動についても L-E理論を用いた理論的研究が行われてきた.Carlssonおよび Burghardtら 6) はディレクタがせん断平面内に留まるという仮定(面内仮定)の下で, 平行平板間タンブリング液晶流動の数値解析を行った.せん断の印加により,ディレクタはせん断平面内で回転するが, 平板面におけるアンカリング(固定配向)の縛りによって有限の回転角度で定常に至る.この定常ディレクタ分布は, せん断速度に対して不連続となり,ディレクタの最大配向角がせん断速度に対して階段状に増加することが明らかにされている.Hanらはディレクタの面内仮定を用いないで平行平板間タンブリング液晶流動の数値解析を行い,せん断面内におけるディレクタの配向角が大きくなるとディレクタがせん断面外へと逃れる挙動を示すことを明らかにするとともに,せん断速度に依存して 2種類の面外挙動が存在することを見出している. 一方,液晶は流動異方性,誘電異方性,光学異方性といった性質を持った機能性流体であり,近年,これらの特性を活かした新たな液晶アプリケーションの探索が行われている.今後,液晶応用の更なる拡大のためには平行平板間流れだけでなく,様々な流れ場における液晶流動挙動に関するデータの蓄積が重要である.本研究では,タンブリング液晶の同心二重円筒間せん断流れの数値解析を行い,せん断速度の大きさと流路の曲率がディレクタ挙動に及ぼす影響について調べる.","PeriodicalId":17434,"journal":{"name":"Journal of the Society of Rheology, Japan","volume":null,"pages":null},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2013-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"72703890","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}

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Normal Force as Moisture Feel for Lipsticks ^|^sim;The Control of Spinnability^|^sim; 法向力对口红湿感的影响&可纺性的控制

Journal of the Society of Rheology, Japan Pub Date : 2013-01-01 DOI: 10.1678/RHEOLOGY.41.223

Eiko Tamura, K. Ohsaki, Y. Nabata

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種々の界面におけるポリ（メタクリル酸メチル）の分子鎖熱運動性多聚(甲基丙烯酸)在各种界面的分子链的热运动性

Journal of the Society of Rheology, Japan Pub Date : 2012-07-15 DOI: 10.1678/RHEOLOGY.40.143

義久藤井, 敬二田中

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Drag Reduction Effect of Microbubble/Water Mixtures and Complex Fluids into Capillary Flows 微泡/水混合物及复杂流体在毛细管流动中的减阻效应

Journal of the Society of Rheology, Japan Pub Date : 2012-01-01 DOI: 10.1678/RHEOLOGY.40.179

A. Ushida, T. Hasegawa, T. Narumi, Keiko Amaki, Ryuichi Kayaba

{"title":"Drag Reduction Effect of Microbubble/Water Mixtures and Complex Fluids into Capillary Flows","authors":"A. Ushida, T. Hasegawa, T. Narumi, Keiko Amaki, Ryuichi Kayaba","doi":"10.1678/RHEOLOGY.40.179","DOIUrl":"https://doi.org/10.1678/RHEOLOGY.40.179","url":null,"abstract":"近年,マイクロバブル(平均粒径が 10 μm~数 10 μmの気泡)を用いた様々な研究が注目を集めている.例えば,水産,農業分野では,養殖や育成促進への応用が報告され , 環境,土木分野では,水質改善(浄化作用)が報告されている.また,工業分野への応用としては,洗浄効果 ,殺菌効果 ,および,抵抗低減効果が報告されている.その中でも注目されているのが壁面摩擦の低減効果である. Kodamaらは,船舶の壁面に気泡を注入し,摩擦抵抗を低減する技術開発を行った.しかし,この研究は,ミリサイズの気泡を用いたものである.また,円管内の流れについては, Kawashimaらがマイクロバブル発生により乱流域(レイノルズ数 ; Re > 1.0×10)の圧力損失が数%減少すると報告している.Serizawaらは,鉛直管内にマイクロバブルを混合した水(以下,マイクロバブル水と呼ぶ.)の管摩擦係数λ を測定し,Reが 2.0×10まで層流の理論値(λ = 64/Re) とほぼ一致する擬層流化現象を見出した.しかしながら,マイクロバブルによる摩擦損失低減のメカニズムは未解明である.一方,界面活性剤や高分子添加による抵抗低減効果は, Inabaらや Kajishimaらにより報告されている.このような状況に鑑み,本研究では,水,マイクロバブル水,界面活性剤水溶液,高分子水溶液を内径 0.75 mm~ 0.11 mmの細管に流し,その際の圧力損失を測定し,管摩擦係数を算定する.これらを通して,マイクロバブルの摩擦損失低減のメカニズムを明らかにすることを目的とする.","PeriodicalId":17434,"journal":{"name":"Journal of the Society of Rheology, Japan","volume":null,"pages":null},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2012-01-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"85785068","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}

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