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Molecular mechanism of shear-induced gelation of nanocolloid/polymer mixtures

Research Project

Project/Area Number 25410224
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Polymer/Textile materials
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Koga Tsuyoshi  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80303866)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2014: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords流動誘起ゲル化 / 会合性高分子 / 分子動力学シミュレーション / シア・シックニング / コンホメーション転移 / レオロジー / ナノ粒子 / 組み替え網目理論 / シミュレーション / クレイ / ゲル化 / 剪断流 / コロイド分散系 / 分子動力学 / クレイ粒子 / 高分子
Outline of Final Research Achievements

We study the shear-induced gelation of mixtures of nanoparticle and associating polymers by using a molecular dynamics simulation method and transient network theory. The steady shear viscosity obtained by the simulation exhibits strong shear thickening at moderate shear rates, and shear thinning at larger shear rates. By analyzing the simulation data, it is shown that strong shear-thickening is caused by the network formation induced by shear flow. The scenario of the shear-induced network formation is as follows. In the small shear-rate regime, polymer chains take compact conformations due to strong association with a few colloid particles, which suppress the network formation. In the shear-thickening regime, such associated structures are destroyed by shear flow, leading to expanded conformations of polymer chains. This conformational change promotes the intermolecular association of polymers bridging colloid particles, and as a result, the network formation is enhanced.

Report

(4 results)
  • 2015 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2014 Research-status Report
  • 2013 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Book (4 results)

  • [Journal Article] Shear-induced Network Formation in Colloid/Polymer Mixtures:A Molecular Dynamics Study2014

    • Author(s)
      Tsuyoshi Koga and Chen Li
    • Journal Title

      Journal of the Society of Rheology, Japan

      Volume: 42 Pages: 123-127

    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Microrheological study of associating polymers with multiple stickers having variable lifetimes in solutions and gels2015

    • Author(s)
      Hiroto Ozaki, Tsutomu Indei, Tsuyoshi Koga and Tetsuharu Narita
    • Organizer
      International Symposium on Rheology 2015
    • Place of Presentation
      Kobe(Japan)
    • Year and Date
      2015-09-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 濃厚ポリマーブラシの潤滑性に関する分子シミュレーション2015

    • Author(s)
      岡本寛史,古賀毅
    • Organizer
      第63回レオロジー討論会
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2015-09-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 四分岐高分子からなるゲルの構造形成と力学物性に関する分子シミュレーション2015

    • Author(s)
      田中碩樹,古賀毅
    • Organizer
      第63回レオロジー討論会
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2015-09-23
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素結合性超分子ブロック共重合体の相分離ダイナミクスの計算機シミュレーションII2015

    • Author(s)
      有村崚,古賀毅
    • Organizer
      第64回高分子討論会
    • Place of Presentation
      東北大学 川内キャンパス( 宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2015-09-15
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 四分岐高分子からなるゲルの構造と力学物性に関する分子シミュレーション2015

    • Author(s)
      田中碩樹,尾﨑弘人,棚橋耕太郎,古賀毅
    • Organizer
      第64回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2015-05-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素結合性超分子ブロック共重合体の相分離ダイナミクスの計算機シミュレーション2015

    • Author(s)
      有村崚,古賀毅
    • Organizer
      第64回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道札幌市)
    • Year and Date
      2015-05-27
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Structure Formation and Rheology of Associating Polymers2014

    • Author(s)
      Tsuyoshi Koga
    • Organizer
      The 10th SPSJ International Polymer Conference (IPC2014)
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2014-12-02 – 2014-12-05
    • Related Report
      2014 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] DSAによるブロック共重合体の構造形成過程の計算機シミュレーション2014

    • Author(s)
      成山穂奈美,古賀毅
    • Organizer
      第58回日本学術会議材料工学連合講演会
    • Place of Presentation
      京都テルサ(京都府京都市)
    • Year and Date
      2014-10-27 – 2014-10-28
    • Related Report
      2014 Research-status Report
  • [Presentation] スライドリングゲルの溶媒透過性の分子シミュレーション2014

    • Author(s)
      棚橋耕太郎,古賀毅
    • Organizer
      第62回レオロジー討論会
    • Place of Presentation
      福井市地域交流プラザ(福井県福井市)
    • Year and Date
      2014-10-15 – 2014-10-17
    • Related Report
      2014 Research-status Report
  • [Presentation] 架橋構造が制御された物理ゲルのネットワーク形成と力学物性の理論的研究2014

    • Author(s)
      尾﨑弘人,古賀毅
    • Organizer
      第63回高分子討論会
    • Place of Presentation
      長崎大学 文京キャンパス(長崎県長崎市)
    • Year and Date
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • Related Report
      2014 Research-status Report
  • [Presentation] スライドリングゲルの溶媒透過性の分子シミュレーション2014

    • Author(s)
      棚橋耕太郎,古賀毅
    • Organizer
      第63回高分子討論会
    • Place of Presentation
      長崎大学 文京キャンパス(長崎県長崎市)
    • Year and Date
      2014-09-24 – 2014-09-26
    • Related Report
      2014 Research-status Report
  • [Presentation] コロイド/高分子混合系における剪断誘起ゲル化とシア・シックニング2014

    • Author(s)
      古賀毅
    • Organizer
      第63回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2014-05-28 – 2014-05-30
    • Related Report
      2014 Research-status Report
  • [Presentation] 円盤状クレイ/高分子混合系における剪断流動による構造変化とゲル化2013

    • Author(s)
      藤﨑研志,古賀毅
    • Organizer
      第62回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      京都国際会議場
    • Related Report
      2013 Research-status Report
  • [Presentation] スライドリングゲルの二軸伸張の分子シミュレーションと理論解析2013

    • Author(s)
      棚橋耕太郎,古賀毅
    • Organizer
      第62回高分子討論会
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス
    • Related Report
      2013 Research-status Report
  • [Presentation] DSAによるブロック共重合体の構造形成過程の計算機シミュレーション2013

    • Author(s)
      成山穂奈美,古賀毅
    • Organizer
      第62回高分子討論会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Related Report
      2013 Research-status Report
  • [Presentation] スライドリングゲルの二軸伸張の分子シミュレーションと理論解析2013

    • Author(s)
      棚橋耕太郎,古賀毅
    • Organizer
      第61回レオロジー討論会
    • Place of Presentation
      山形大学 工学部(米沢キャンパス)
    • Related Report
      2013 Research-status Report
  • [Presentation] Structure Formation and Rheology of Associating Polymers and Gels2013

    • Author(s)
      Tsuyoshi Koga
    • Organizer
      KIPS-ESPCI Workshop on Polymer Science 2013
    • Place of Presentation
      ESPCI ParisTech, Paris, France
    • Related Report
      2013 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Statistical Thermodynamic Theory of Heat-induced Gelation and Crosslinked Structure of Methylated Polyrotaxanes in Water2013

    • Author(s)
      Hiroyuki Kojima, Tsuyoshi Koga
    • Organizer
      KIPS-ESPCI Workshop on Polymer Science 2013
    • Place of Presentation
      ESPCI ParisTech, Paris, France
    • Related Report
      2013 Research-status Report
  • [Book] ゲルテクノロジーハンドブック2014

    • Author(s)
      中野義夫,岡野光夫,古賀毅,今野幹男,斎藤恭一,迫原修治,鈴木淳史,清田佳美,竹下健二,田谷正仁,長尾大輔,長瀬健一,長嶺信輔,原一広,廣川能嗣,吉田亮
    • Total Pages
      835
    • Publisher
      NTS
    • Related Report
      2014 Research-status Report
  • [Book] 高分子 Vol.632014

    • Author(s)
      古賀毅
    • Total Pages
      871
    • Publisher
      高分子学会
    • Related Report
      2014 Research-status Report
  • [Book] ブロック共重合体の自己組織化技術の基礎と応用2013

    • Author(s)
      古賀毅(共著)
    • Total Pages
      231
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • Related Report
      2013 Research-status Report
  • [Book] ゲルの安定化と機能性付与・次世代への応用開発2013

    • Author(s)
      古賀毅(共著)
    • Total Pages
      552
    • Publisher
      (株)技術情報協会
    • Related Report
      2013 Research-status Report

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Published: 2014-07-25   Modified: 2019-07-29  

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