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せん断凝集の影響下における粘土懸濁液の非ニュートン流動の解析

Research Project

Project/Area Number 12J01583
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Irrigation, drainage and rural engineering/Rural planning
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

辻本 陽子  筑波大学, 大学院生命環境科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2012 – 2013
Project Status Completed (Fiscal Year 2013)
Budget Amount *help
¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2013: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsモンモリロナイト / 非ニュートン性 / せん断場 / 粘土 / 非ニュートン流動 / 低せん断場 / 電気粘性効果
Research Abstract

本研究は、粘土懸濁液の非ニュートン流動のメカニズムを解明を目的とし実施した。前年度と今年度のはじめでは、モンモリロナイト粒子間に働く微弱な長距離性相互作用を検討するため、分散状態における非ニュートン流動に着目し、せん断力や静電気力、拡散力のバランスで決まる相互作用によって特異な流動特性が引き起こされることを明らかにした。さらに今年度は、凝集領域で見られる顕著な粘度増加とせん断凝集による凝集体形成との関係を明らかにすることを目指した。そのために、同心円筒粘度計によるレオロジー測定、および凝集後の凝集体の粒径測定を行った。pHやイオン強度、せん断速度をパラメーターとしてレオロジー測定を行ったところ、せん断速度と最大粘度を両対数ブラフにプロットすると、溶液の科学条件によらず、両者は比例関係を示した。つまり、せん断速度の増加に伴い粘度が急激に減少した。これは高せん断場において、凝集体が破壊されたことで粘度が下がったと考えられる。また、この傾向がpHやイオン強度に依存しないことから、急速凝集条件である高イオン強度下では、粘土懸濁液のマクロな物性に対して、溶液化学性よりも外力の影響が支配的であるといえる。外力(せん断応力)によって凝集体が破壊されていることを確認するために、レオロジー測定後のサンプルの粒度分布を調べた。モンモリロナイトの単粒子の流体力学的直径が約数百nmなのに対して、その凝集体は数μmにまで成長しており、せん断速度が高くなるにつれて粒径分布が低い方へシフトする傾向が確認された。また、フロック強度を考察するために、得られた流動曲線に基づき、降伏値を算出したところ、およそ0.27Paであった。これは藤井ら(1999)が提唱した式に基づき算出した降伏値の値よりも高い。したがって、せん断凝集によって密で、強度の高い凝集体が形成され、結果的に凝集条件における粘土懸濁液のレオロジー特性に非ニュートン性をもたらしたと言える。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Report

(2 results)
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2013 2012

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Dielectric and electrophoretic response of montmorillonite particles as a function of ionic strength2013

    • Author(s)
      Y. Tsujimoto, C. Chassagne, and Y. Adachi
    • Journal Title

      Journal of Colloid and Interface Science

      Volume: 404 Pages: 72-79

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Comparison between the electrokinetic properties of kaolinite and montmorillonite suspensions at different volume fractions2013

    • Author(s)
      Y. Tsujimoto, C. Chassagne, and Y. Adachi
    • Journal Title

      Journal of Colloid and Interface Science

      Volume: 407 Pages: 109-115

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 電気二重層とコロイド分散系の凝集2013

    • Author(s)
      足立泰久、小林幹佳、Feng Lili、辻本陽子、山下祐司
    • Journal Title

      オレオナノサイエンス

      Volume: 13 Pages: 299-307

    • NAID

      130005122112

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Viscosity of Dilute Na-Montmorillonite Suspensions in Electrostatically Stable Condition under Low Shear Stress2013

    • Author(s)
      Yoko Tsujimoto, Motoyoshi Kobayashi, Yasuhisa Adachi
    • Journal Title

      Colloid and Surface A

      Volume: (印刷中) Pages: 20-26

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2012.11.005

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rheological behavior of dilute imogolite suspensions2013

    • Author(s)
      Yoko Tstujimoto, Asuka Yoshida, Motoyoshi Kobayashi, Yasuhisa Adachi
    • Journal Title

      Colloid and Surface A

      Volume: (印刷中) Pages: 109-114

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2012.12.041

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] モンモリロナイトの電気泳動および誘電特性2013

    • Author(s)
      辻本 陽子, Claire Chassagne, 足立泰久
    • Organizer
      2013年度土壌物理学会大会
    • Place of Presentation
      福島大学(福島県福島市)
    • Year and Date
      2013-10-26
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] モンモリロナイトの電気泳動および誘電特性2013

    • Author(s)
      辻本 陽子, Claire Chassagne, 足立泰久
    • Organizer
      平成25年度農業農村工学会大会講演会
    • Place of Presentation
      東京農業大学(東京都世田谷区)
    • Year and Date
      2013-09-04
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] モンモリロナイト懸濁液の電気粘性効果のせん断応力依存性2012

    • Author(s)
      辻本陽子
    • Organizer
      平成24年度農業農村工学会大会講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学
    • Year and Date
      2012-09-20
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Rheological behavior of imogolite suspensions2012

    • Author(s)
      辻本陽子
    • Organizer
      Interface Against Pollution 2012
    • Place of Presentation
      ナンシー(フランス)
    • Year and Date
      2012-06-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis of electroviscous effects of Na-montmorillonite dilute suspen sions under low shear stress2012

    • Author(s)
      辻本陽子
    • Organizer
      ELKIN2012
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2012-05-20
    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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