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2013 年度 実績報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号 12J01583
研究機関筑波大学

研究代表者

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)

キーワードモンモリロナイト / 非ニュートン性 / せん断場
研究概要

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。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Dielectric and electrophoretic response of montmorillonite particles as a function of ionic strength2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsujimoto, C. Chassagne, and Y. Adachi
    • 雑誌名

      Journal of Colloid and Interface Science

      巻: 404 ページ: 72-79

    • DOI

      10.1016/j-jcis2013.03.033

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Comparison between the electrokinetic properties of kaolinite and montmorillonite suspensions at different volume fractions2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Tsujimoto, C. Chassagne, and Y. Adachi
    • 雑誌名

      Journal of Colloid and Interface Science

      巻: 407 ページ: 109-115

    • DOI

      10.1016/j_jcis.2013.05.080

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 電気二重層とコロイド分散系の凝集2013

    • 著者名/発表者名
      足立泰久、小林幹佳、Feng Lili、辻本陽子、山下祐司
    • 雑誌名

      オレオナノサイエンス

      巻: 13 ページ: 299-307

    • 査読あり
  • [学会発表] モンモリロナイトの電気泳動および誘電特性2013

    • 著者名/発表者名
      辻本 陽子, Claire Chassagne, 足立泰久
    • 学会等名
      2013年度土壌物理学会大会
    • 発表場所
      福島大学(福島県福島市)
    • 年月日
      2013-10-26
  • [学会発表] モンモリロナイトの電気泳動および誘電特性2013

    • 著者名/発表者名
      辻本 陽子, Claire Chassagne, 足立泰久
    • 学会等名
      平成25年度農業農村工学会大会講演会
    • 発表場所
      東京農業大学(東京都世田谷区)
    • 年月日
      2013-09-04

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公開日: 2015-06-25  

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