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チキソトロピーは、時間依存のずり流動化特性です。静的な状態では濃厚または粘性がある特定のゲルまたは流体は、振ったり、かき混ぜたり、せん断応力を加えたり、その他の応力を加えたりすると、時間の経過とともに流動します（粘度が薄くなり、粘性が低下します）。その後、一定の時間をかけてより粘性の高い状態に戻ります。[1] 一部の非ニュートン擬塑性流体は、粘度が時間依存的に変化します。つまり、流体が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。チキソトロピー流体は、せん断速度の急激な変化がもたらされた場合、平衡粘度に達するまでに限られた時間を要する流体です。ケチャップなど、一部のチキソトロピー流体はほぼ瞬時にゲル状態に戻り、擬塑性流体と呼ばれます。ヨーグルトなど、それよりもはるかに長い時間がかかり、ほぼ固体になるものもあります。多くのゲルやコロイドはチキソトロピー材料であり、静止時には安定した形状を示しますが、かき混ぜると流体になります。チキソトロピーは、粒子や構造化された溶質が組織化するのに時間を必要とするために発生します。[2]
一部の流体は反チキソトロピー性です。一定時間せん断応力が加わると粘度が上昇し、固化します。この特性を示す流体はレオペクティックと呼ばれることもあります。反チキソトロピー性流体はチキソトロピー性流体ほど文献に記録されていません。[2]
歴史
チキソトロピーの起源の多くは、バウアーとコリンズの研究に遡ります。1923 年後半には、他の研究者がチキソトロピーの実験を始め、多くのゲルが水性Fe 2 O 3分散液で構成されていることを報告し始めました。
研究者のミューウィスとバーンズ、シャレクとシェグヴァリ、そしてH.フロイントリッヒは、中身を振るだけでゲルを液体に変えることができることを発見しました。この物質についてさらに詳しくわかったことは、その製品を作っている人々が気付かなかった他の多くの製品にも含まれていることが判明しました。[3]
自然の例
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一部の粘土は熱化学処理の影響を受けるチキソトロピー性であり、その挙動は構造工学や土質工学において非常に重要です。[4] [5] ドーセット州ライムレジス周辺の崖やウェールズのアバーファン土捨て場災害でよく見られる地滑りは、この現象の証拠です。同様に、ラハールは火山活動によって液化した土の塊であり、静止すると急速に固まります。
土質工学用途で使用される掘削泥水はチキソトロピー性を示すことがあります。ミツバチの蜂蜜も、特定の条件下ではこの特性を示すことがあります (ヒース蜂蜜やマヌカ蜂蜜など)。
人体の細胞質と基質はどちらもチキソトロピー性があり、精液も同様である。[6]
洞窟探検の過程で発見された粘土堆積物の中には、チキソトロピー性を示すものがあります。つまり、最初は固いように見える泥の土手は、掘ったり、かき回したりすると、スープ状になり、水分を放出します。これらの粘土は、過去に、細粒の堆積物を堆積させる傾向がある低速の流れによって堆積したものです。
チキソトロピー流体は、泥の中に埋め込まれたオールのブレードでよく視覚化されます。オールに圧力がかかると、ブレードの高圧側には高粘性の (より固い) チキソトロピー泥が、オールのブレードの低圧側には低粘性の (非常に流動的な) チキソトロピー泥ができます。オールのブレードの高圧側から低圧側への流れは非ニュートン流体です。(つまり、流体の速度は、オールのブレード上の圧力差の平方根に直線的に比例しません)。
アプリケーション
多くの種類の塗料やインク、例えばシルクスクリーンの織物印刷に使用されるプラスチゾルはチキソトロピー性を示します。[7]多くの場合、液体が十分に流れて均一な層を形成し、その後さらに流れないようにすることで垂直面でのたるみを防ぐことが望ましいです。CMYKタイプのプロセス印刷で使用されるインクなど、他の一部のインクは、正確な色再現のためにドットの構造を保護するために、塗布されるとさらに速く粘度を回復するように設計されています。
チキソトロピーを利用する方法はいくつかあるが、最も一般的な方法は、2相混合物を使用してモデル化し、チキソトロピーが異なる材料でそのプロセスを実行しているときに、追加の方程式を入力しなくても混合物を継続できるようにすることである。[8]
チキソトロピックインク（ガス加圧カートリッジと特殊なせん断ボール設計とともに）は、米国とロシアの宇宙計画による無重力宇宙飛行中に筆記するのに使用される フィッシャー スペース ペンの重要な特徴です。
電子機器製造の印刷プロセスで使用されるはんだペーストはチキソトロピー性です。
ねじロック液は、嫌気性で硬化するチキソトロピー接着剤です。
チキソトロピーは、ナポリの聖ヤヌアリウスの血液液化の奇跡などの科学的説明として提案されてきた。[9]
チクソモールディングなどの半固体鋳造プロセスでは、一部の合金（主にマグネシウムなどの軽金属）のチクソトロピー特性を利用します。特定の温度範囲内で適切な準備を行うことで、合金を半固体状態にすることができ、通常の射出成形よりも収縮が少なく、全体的な特性が優れた状態で射出成形できます。
フュームドシリカは、低粘性の流体にチキソトロピー性を与えるレオロジー剤として一般的に使用されています。例としては、食品から、フィレットジョイントなどの構造接着用途のエポキシ樹脂まで多岐にわたります。
一般的な使用
チキソトロピーはセメントペーストに関して多くの点で有用であることが証明されています。チキソトロピーによりセメントが分解され、ユーザーは制御された方法でペーストをゆっくりと塗布して固め、乾燥させることができます。[10]
チキソトロピーは、そのレオロジー的構成のため、掘削流体にも利用されています。しかし、これは掘削油圧とチキソトロピーが油圧プロセスにどのように影響するかに関連しています。[11]
悪影響
チキソトロピーは粘土やセメントに関連する分野では有益であることが分かっていますが、この材料には多くの有害な影響もあります。チキソトロピーがコンクリートの持続可能性を破壊しないようにするために、チキソトロピーを打ち消すために緊張性ポリマーが使用され始めましたが、この薬剤は粘土とセメント質材料を混合するために必要です。[12]現在、セメントと粘土の材料を分解しながらチキソトロピーの影響を打ち消す本当の方法はありません。
語源
この単語は古代ギリシャ語のθίξις thixis「触れる」（thinganein「触れる」から）と-tropy、-tropousから来ており、古代ギリシャ語の-τρόπος -tropos「回転の」から来ており、τρόπος tropos「回転」から来ており、τρέπειν trepein 「回転する」から来ている。したがって、触れると回転する（または変化する）ものと翻訳することができる。これはもともとゾル-ゲル変換のためにヘルベルト・フロイントリッヒによって発明された。[13]
参照
参考文献
- ^ モリソン、イアン (2003)。「分散液」。カーク・オスマー化学技術百科事典。doi :10.1002/ 0471238961.0409191613151818.a01。ISBN 978-0471238966。
- ^ ab Mewis, J; Wagner, NJ (2009). 「チキソトロピー」.コロイドおよび界面科学の進歩. 147–148: 214–227. doi :10.1016/j.cis.2008.09.005. PMID 19012872.
- ^ Mewis, Jan; Wagner, Norman J. (2009 年 3 月). 「チキソトロピー」.コロイドおよび界面科学の進歩. 147–148: 214–227. doi :10.1016/j.cis.2008.09.005. PMID 19012872.
- ^ クルプスカヤ、VV;ザクシン、SV;テュピナ、EA;ドルジエワ、OV。ミシシッピ州チェルノフ。ビチコワ、そうだね。 V. (2019 年 3 月)。 「熱化学処理によるモンモリロナイトの構造変化と吸着特性」。地球化学インターナショナル。57 (3): 314–330。Bibcode :2019GeocI..57..314K。土井：10.1134/S0016702919030066。
- ^ Ogolo, Oghenerume; Arinkoola, Akeem O.; Ngene, Peter; Ogbaga, Chukwuma C.; Osisanya, Samuel (2023年11月12日). 「石油・ガス掘削作業のためのナイジェリア産生粘土の熱化学処理」. ChemEngineering . 7 (6): 110. doi : 10.3390/chemengineering7060110 .
- ^ Hendrickson, T:「整形外科疾患に対するマッサージ」、9 ページ。Lippincott Williams & Wilkins、2003 年。
- ^ ケーラー、クラウス; シミメンディンガー、ピーター; ロエル、ヴォルフガング; ショルツ、ウィルフリード; ヴァレット、アンドレアス; スロンゴ、マリオ (2010)。「塗料とコーティング、4. 顔料、増量剤、添加剤」。ウルマン工業化学百科事典。doi : 10.1002 /14356007.o18_o03。ISBN 978-3527306732。
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- ^ ライナー、M; スコット・ブレア、GW (1967)、アイヒ、FR、(編)レオロジー、理論と応用第4巻p 465 (アカデミック・プレス、ニューヨーク)
外部リンク
ウィクショナリーのチキソトロピーの辞書定義