チクソトロピー（チキソトロピー）とは？非ニュートン流体の粘度変化と応用
チクソトロピー（チキソトロピー）の原理と非ニュートン流体の粘度変化、測定法、産業・食品・化粧品などの応用事例を図解でわかりやすく解説。
チキソトロピーとは、ある種のゲルや液体が、通常の状態では粘性が高く（厚く）、振ったり、攪拌したり、その他のストレスを与えると流動する（薄くなり、粘性が低下する）性質のことで、そのようなゲルや液体にはチキソトロピーがある。
非ニュートン流体には粘度変化を示すものがあり、せん断応力を受ける時間が長いほど粘度は低くなります。チクソトロピー性流体とは、せん断速度を段階的に変化させたときに、粘度が平衡状態になるまでに有限の時間がかかる流体のことです。ゲルやコロイドの多くはチクソトロピックな物質であり、静止状態では安定な形状をしているが、攪拌すると流動性を持つようになる。
流体には反チクソトロピックなものがあり、一定時間せん断応力をかけると粘度が上昇したり、固化したりします。一定のせん断応力は、振盪や混合によって加えることができる。これらははるかに一般的ではありません。
名称と注意点
日本語では「チクソトロピー」と表記することが多いですが、古い文献や慣用で「チキソトロピー」と書かれる場合もあります。どちらも同じ現象を指します。重要なのは、時間依存的に粘度が変化するという点で、これを単にせん断速度に依存する擬塑性（shear-thinning）と区別することが大切です。擬塑性は瞬時のせん断速度に依存するが、チクソトロピーは同じせん断条件でも時間経過で粘度が変わる点が特徴です。
物理的な仕組み（原理）
- 多くのチクソトロピック物質は、微粒子や高分子がつくるネットワーク構造やフロッキング（凝集）構造を持っています。
- せん断（振とうや攪拌）が加わると、これらの構造が壊れて流動しやすくなり、粘度が低下します。
- せん断を止めると、熱運動や静電的・分子間相互作用により時間をかけて元の構造が再形成され、粘度が回復します（可逆的な場合が多い）。
- 回復速度や壊れやすさは、粒子形状、濃度、pH、電解質、温度、添加剤などで大きく変わります。
測定と評価
- レオメーター（レオロジー機器）で、せん断速度やせん断応力を段階的に変化させる実験を行い、上向き・下向きの流動曲線の差（ヒステリシスループ）を調べることが多いです。
- 代表的な試験：ステップせん断（高→低→静止→再せん断）による粘度低下と回復の時間測定、上げ下げスイープでのループ面積（チクソトロピー指数の近似）など。
- データからは、破壊に要するせん断エネルギーや回復の時間定数を見積もることができます。
主な応用例
- 塗料・コーティング：塗布時には塗料が流れて均一にのびるが、塗装後は垂れにくくなる特性（作業性と保持性の両立）。
- 印刷インク・接着剤：印刷や塗布時の流動性と、定着後の保持を両立させるために利用。
- 化粧品・パーソナルケア製品：クリームやローションで、塗布時に伸びがよく、肌上では崩れにくい製品設計に有利。
- 食品（ヨーグルト、ゼリー類など）：口当たりや保持性の調整に関与。※ケチャップは主にせん断速度依存の擬塑性例で、必ずしもチクソトロピーとは限りません。
- 土木・掘削用泥水（ドリリングフルード）：カットされた固体を懸濁させ保持する能力や、ポンプ運転時の流動性確保に重要。
- セラミクスのスリップや3Dバイオプリンティング用ゲル：造形中の流動性と形状保持性の両立に利用。
反チクソトロピー（レオペクシー）について
せん断を加えると時間とともに粘度が上昇する現象は「反チクソトロピー」または英語で「rheopexy（レオペクシー）」と呼ばれ、稀です。特定の懸濁液や複雑な分散系で観察され、潤滑油や一部のペースト系で問題となることがあります。設計段階では、どちらの挙動が起きるかを確認することが重要です。
設計上のポイント
- 用途に合わせて、破壊しやすい構造（作業時の流動性）と回復しやすい構造（停止後の保持）をバランスさせる必要があります。
- 温度や化学環境（pH、イオン強度）が粘度挙動に影響するため、実使用条件での評価が欠かせません。
- 添加剤や表面処理でチクソトロピー性を調整できる場合が多く、処方設計が鍵になります。
以上のように、チクソトロピーは時間依存的な粘度変化を意味し、製品の「使いやすさ」と「保持性」を両立させるために多くの分野で応用されています。測定と処方設計を通じて、目的に合った挙動を実現することが可能です。
自然な例
砂の上を歩くと、ところどころで液状化するのはよくある経験だ。これは、圧力に対するチクソトロピックな反応である。流砂は、極端な場合、人や動物に危険を及ぼすことがある。
粘土の中にはチクソトロピー性を持つものがあり、その挙動は構造工学や地盤工学において非常に重要である。ドーセット州のライムリージス周辺の崖やウェールズのアバーファン災害のような地すべりは、その証拠である。同様に、ラハールとは、火山活動によって液状化した土塊が、いったん静止すると急速に固化する現象である。
地盤改良に使用される掘削泥水はチキソトロピー性を持つことがあります。また、ミツバチの蜂蜜も特定の条件下でこの性質を示すことがある（ヘザーハニー）。
チクソトロピー性の液体のもう一つの例は、いくつかの骨の間の関節に見られる滑液である。
洞窟探検の過程で発見された粘土質の堆積物の中には、最初は固いように見えた泥岩が、掘るなどして乱されると汁が出てくるチキソトロピーを示すものがある。このような粘土は、過去に細粒の土砂が堆積しやすい低速度河川によって堆積したものである。
この性質は、塗料や歯磨き粉など、表面に塗布する市販品によく利用されている。ペンキの場合、水（または油）が蒸発すると、流動性はすぐに消え、表面は永久に固まる。
質問と回答
Q: チキソトロピーとは何ですか?
A: チキソトロピーとは、ある種のゲルや流体が、通常の状態では粘性があるが、振ったり攪拌したりすると流動する性質のことです。
Q: 非ニュートン流体とは何ですか?
A: 非ニュートン流体とは、粘度が変化する流体のことです。せん断応力を受ける時間が長いほど粘度は低くなります。
Q: チキソトロピー流体とは何ですか?
A: チキソトロピー性流体とは、せん断速度を段階的に変化させた場合、平衡粘度に達するまでに有限の時間を要する流体のことです。
Q: チキソトロピー性物質の例を教えてください。
A: 多くのゲルやコロイドはチキソトロピー性物質の例であり、静止状態では安定な形態を示しますが、攪拌されると流動性を示します。
Q: 反チキソトロピー流体とは何ですか?
A: 反チキソトロピー性流体とは、一定のせん断応力を加えると粘度が上昇したり、固化したりする流体のことです。
Q:一定のせん断応力はどのように流体に加えることができますか?
A: 振とうや混合により一定のせん断応力を加えることができます。
Q: 反チキソトロピー流体は一般的ですか?
A: いいえ、反チキソトロピー流体はチキソトロピー流体よりもはるかに一般的ではありません。
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