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せん断減粘性(擬塑性)

1925
  • Wilhelm Ostwald
Demonstration of shear-thinning behavior in a laboratory with ketchup.

(画像はイメージです)

せん断減粘性、または擬塑性とは、 非ニュートン力学 流体の挙動 粘度 decreases with an increasing rate of shear stress. Many common substances, like ketchup or paint, exhibit this property. At rest, they are thick, but they flow more easily when shaken, stirred, or spread. This is often modeled by the Ostwald–de Waele power-law relationship.

Shear-thinning behavior is typically caused by the alignment of the fluid’s internal structure under shear. In polymer solutions, for instance, long-chain molecules are randomly coiled and entangled at rest, leading to high 粘度. When shear is applied, these chains begin to untangle and align in the direction of flow. This alignment reduces the interactions and friction between the molecules, causing a decrease in the apparent viscosity. The more the fluid is sheared, the more aligned the molecules become, and the lower the viscosity gets, until it potentially reaches a lower plateau.

この特性は多くの用途で非常に望ましいものです。たとえば、塗料は缶の中で顔料の沈殿を防ぎ、ブラシからの垂れを防ぐために十分な粘度が必要ですが(低せん断)、表面にブラシで塗ったときには容易に流れる必要があります(高せん断)。同様に、印刷インクは印刷機から紙に流れ出る必要がありますが、にじまずに留まる必要があります。食品業界では、ヨーグルトやクリームなどの製品は、口の中で濃厚な感触(低せん断)でありながら、飲み込みやすい(高せん断)ように設計されています。せん断減粘の反対は せん断増粘粘度はせん断速度とともに増加する。

UNESCO Nomenclature: 2210
機械工学

タイプ

物理的資産

混乱

実質的な

使用法

広く普及している

前駆物質

  • コロイドおよびポリマー溶液における異常粘度の観測
  • 異なるせん断速度での粘度を測定できる粘度計の開発
  • 比較の基準としてニュートンの粘性法則を用いる

アプリケーション

  • 缶の中では粘度が高いが、ブラシで簡単に伸ばせる塗料
  • 振るとボトルからスムーズに出てくるケチャップ
  • 滑らかに塗れて爪にしっかり密着するネイルポリッシュ
  • 血液はせん断減粘性流体であるため、血液循環
  • 容易にポンプで送液できるが、静止状態では岩屑を懸濁させることができる掘削泥水

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

  • self-leveling floor compounds that flow easily when poured but set quickly
  • sprayable coatings for electronics that are thin during application but form a thick protective layer
  • advanced firefighting foams that can be pumped easily but cling to vertical surfaces
  • cosmetic creams that spread effortlessly on the skin but feel rich and thick
  • injectable hydrogels for tissue engineering that flow through a needle but solidify in place
  • lubricants for high-speed machinery that thin out to reduce friction during operation
  • smart adhesives that are easy to apply but have high holding strength
  • culinary foams that are stable but have a light mouthfeel
関連キーワード:せん断減粘性、擬塑性、粘度、レオロジー、高分子溶液、ケチャップ、塗料、べき乗則流体。

歴史的背景

せん断減粘性(擬塑性)

1921
1922
1924
1925
1926
1926
1927
1920
1921
1924
1924
1925
1926
1927
1927

(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

10年目 周年

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