せん断減粘

レオロジーにおいて、ずり流動化とは、ずりひずみによって粘度が減少する流体の非ニュートン挙動のことである。これは擬塑性挙動と同義であると考えられることもあり、^{[1] [2] 、通常は}チキソトロピーなどの時間依存効果を除外したものとして定義される。^[3]

ずり流動化は、流体の非ニュートン挙動の最も一般的なタイプであり、多くの産業用途や日常の用途で見られます。^{[4]ずり流動化は、低}分子量の純粋液体や、ショ糖や塩化ナトリウムなどの小さな分子の理想溶液では一般的に観察されませんが、ポリマー溶液や溶融ポリマー、ケチャップ、ホイップクリーム、血液、^[5] ペイント、マニキュアなどの複雑な流体や懸濁液ではよく観察されます。

せん断流動化の正確な原因は完全には解明されていないが、流体内の小さな構造変化の影響であると広く考えられており、流体内のマイクロスケールの形状がせん断を容易にするために再配置される。^[6]コロイド系では、流動中の相分離がせん断流動化につながる。ポリマー溶融物や溶液などのポリマー系では、流動中にポリマー鎖がほどけることでせん断流動化が引き起こされる。静止状態では、高分子ポリマーは絡み合ってランダムに配向している。しかし、十分に高い速度で撹拌されると、これらの高度に異方性のポリマー鎖は、せん断力の方向に沿ってほどけ、整列し始める。^[7]これにより、分子/粒子相互作用が減少し、自由空間の量が増加し、粘度が低下する。^[4]

十分に高いせん断速度と非常に低いせん断速度の両方において、ポリマーシステムの粘度はせん断速度に依存しません。高せん断速度では、ポリマーは完全に絡み合いが解かれ、システムの粘度値はη _∞、つまり無限せん断粘度プラトーでプラトーになります。低せん断速度では、せん断は絡み合いによって妨げられないほど低く、システムの粘度値はη ₀ 、つまりゼロせん断速度粘度です。 η _∞の値は 達成可能な最低粘度を表し、せん断減粘の程度に応じてη ₀よりも桁違いに低くなる場合があります。

粘度はlog(η)対log( )プロットでせん断速度に対してプロットされ、線形領域はせん断流動化領域であり、オストワルドとド・ワールのべき乗則方程式を使用して表すことができます。^[8]${\displaystyle {\dot {\gamma }}}$

${\displaystyle \tau =K(T)\left({d\gamma \over dt}\right)^{n}=K(T){\dot {\gamma }}^{n}}$

オストワルドとド・ワールの式は対数形式で表すことができます。

${\displaystyle \log(\tau )=\log(K)+n\log \left({\dot {\gamma }}\right)}$

見かけの粘度はと定義され、これをオストワルド方程式に代入すると、見かけの粘度に関する2番目のべき乗法則方程式が得られます。 ${\displaystyle \eta ={\tau \over {\dot {\gamma }}}}$

${\displaystyle \eta =K(T){\dot {\gamma }}^{n-1}}$

この式は、n の値が 1 より大きい場合の ダイラタント(ずり粘稠化) 挙動を説明するためにも使用できます。

ビンガムプラスチックは、流動を開始するために臨界せん断応力を超える必要があります。この挙動は、通常、ポリマー/シリカマイクロおよびナノ複合材料で見られ、材料内のシリカネットワークの形成により、低せん断応力で固体のような応答が得られます。プラスチック流体のせん断流動化挙動は、オストワルド方程式に閾値せん断応力成分を追加したハーシェル-バルクレーモデルで説明できます。^[8]

${\displaystyle \tau =\tau _{y}+K(T){\dot {\gamma }}^{n}}$

ずり流動化はチキソトロピー挙動の特殊なケースであると考える著者もいる。なぜなら、液体の微細構造が初期状態に回復するには、常にゼロではない時間が必要であるからである。しかし、撹乱後の粘度の回復が非常に速い場合、観察される挙動は典型的なずり流動化または擬塑性である。なぜなら、せん断が除去されるとすぐに粘度が正常に戻るからである。粘度が回復するのに測定可能な時間がかかる場合、チキソトロピー挙動が観察される。^[9]しかし、液体の粘度を説明する場合、ずり流動化（擬塑性）挙動とチキソトロピー挙動を区別することが有用である。チキソトロピー挙動では、攪拌後、すべてのせん断速度で粘度が一定期間低下する。これらの効果は両方とも、同じ液体で別々に見られることが多い。^[10]

壁用塗料は擬似塑性材料です。^[11]現代の壁用塗料を塗布すると、ブラシやローラーによって生じるせん断力により、塗料が薄くなり、表面が均一に湿ります。塗布されると、塗料はより高い粘度に戻り、垂れたり流れ出たりすることを防ぎます。

ケチャップは剪断流動性物質であり、静止しているときは粘性があるが、瓶を絞ったり、振ったり、叩いたりして撹拌すると高速で流れる。^[11]

ホイップクリームもせん断減粘性材料です。^[6]ホイップクリームを容器から噴射すると、高流量でも粘度が低いため、ノズルからスムーズに流れ出ます。しかし、スプーンにホイップクリームを噴射すると、流れなくなり、粘度が上昇して硬くなります。

• 非ニュートン流体 – 加えられる力や応力の量に応じて粘度が変化する流体
• べき乗法則流体 – 一般化されたニュートン流体の一種
• ビンガムプラスチック - 低応力では固体だが、高応力では粘性になる材料
• レオロジー – 主に流体状態における物質の流れの研究
• ケイ効果 – 複雑な液体の特性
• 時間依存粘度
• レオペクティ: 流体がせん断ひずみを受ける時間が長いほど、粘度が高くなります。時間依存のせん断増粘挙動。
• チキソトロピー: 流体がせん断ひずみを受ける時間が長いほど、粘度は低くなります。これは時間依存のせん断減粘挙動です。
• ずり粘稠化：レオペクティに似ていますが、時間の経過とは無関係です。
• 増粘剤
• ペイントシンナー

• ケチャップの大ミステリー