強誘電体粒子分散系の電気レオロジ-に関する研究

絶縁性の油に固体粒子を懸濁させた分散系のレオロジ-的性質が、外部から電場を与えることにより著しく変化する現象を電気レオロジ-効果と呼ぶ。本研究は、電気的に粘度をコントロ-ルすることのできる分散系の開発を目指し、その作用機構を解明することを目的とする。研究経過と得られた結果は次の通りである。1.電気レオロジ-挙動を調べるには、高電圧下で粘度測定ができるレオメ-タが必要なる。しかし、このような装置は市販されていないので、5kVまで電圧を印加できるように既存のレオメ-タを改良して使用した。2.絶縁性物質に電場を与えると誘電分極を生じる。分散粒子間の双極子ー双極子相互作用により粒子間引力が発生し、分散系の粘度が増大することが考えられるので、最初に誘電率の大きなチタン酸バリウム粒子を用いて検討した。低せん断速度域で顕著な電気レオロジ-効果が現れたが、少量の水や界面活性剤を添加するとその挙動が劇的に変化することが認められた。電気レオロジ-挙動を支配する因子として、粒子のバルクとしての誘電分極ばかりでなく、界面吸着物質の分極による粒子間相互作用の増大も考慮しなければならないことが明らかとなった。3.界面の効果を検討するため、界面制御および分散技術が最も進歩しているシリカ粒子を用いて電気レオロジ-挙動を調べた。シランカップリング剤で表面処理したシリカ粒子を分散した系について検討した結果、水素結合機能を有するOH基やHN_2基を含むカップリング剤で処理したシリカにおいて、顕著な電気レオロジ-効果が認められた。このことは、粒子の表面修飾により性能の良い電気レオロジ-流体を設計することが可能であることを示唆するものである。

絶縁性の油に固体粒子を懸濁させた分散系のレオロジ-的性質が、外部から電場を与えることにより著しく変化する現象を電気レオロジ-効果と呼ぶ。本研究は、電気的に粘度をコントロ-ルすることのできる分散系の開発を目指し、その作用機構を解明することを目的とする。研究経過と得られた結果は次の通りである。1.電気レオロジ-挙動を調べるには、高電圧下で粘度測定ができるレオメ-タが必要なる。しかし、このような装置は市販されていないので、5kVまで電圧を印加できるように既存のレオメ-タを改良して使用した。2.絶縁性物質に電場を与えると誘電分極を生じる。分散粒子間の双極子ー双極子相互作用により粒子間引力が発生し、分散系の粘度が増大することが考えられるので、最初に誘電率の大きなチタン酸バリウム粒子を用いて検討した。低せん断速度域で顕著な電気レオロジ-効果が現れたが、少量の水や界面活性剤を添加するとその挙動が劇的に変化することが認められた。電気レオロジ-挙動を支配する因子として、粒子のバルクとしての誘電分極ばかりでなく、界面吸着物質の分極による粒子間相互作用の増大も考慮しなければならないことが明らかとなった。3.界面の効果を検討するため、界面制御および分散技術が最も進歩しているシリカ粒子を用いて電気レオロジ-挙動を調べた。シランカップリング剤で表面処理したシリカ粒子を分散した系について検討した結果、水素結合機能を有するOH基やHN_2基を含むカップリング剤で処理したシリカにおいて、顕著な電気レオロジ-効果が認められた。このことは、粒子の表面修飾により性能の良い電気レオロジ-流体を設計することが可能であることを示唆するものである。