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。