粘度は流体の重要な特性であり、流動に対する液体の抵抗を説明し、流体内の内部摩擦に関係します。 最も一般的なタイプの流動作用はせん断流動です。せん断流動では、流体層がせん断力に応じて相互に関連して移動します。 この外力はせん断応力の形を取り、流体の単位面積に作用する力として定義され、せん断率という、サンプルの厚みにわたる速度勾配になります。 このプロセスに関連するせん断粘度または動的粘度は、次の図のように、せん断率に対するせん断応力の比率によって与えられます。

非ニュートン性流体

多くの単純な流体は、その粘度が、加えられるせん断の量に依存しないという意味でニュートン性に分類されます。 この例として、水と単純な炭化水素が挙げられます。 気泡、液滴、粒子、ポリマーが含まれることで流体が複雑になると、流体の挙動はさらに複雑になって非ニュートン性の反応を示すことがあり、この場合、粘度は加えられるせん断の量に応じて決まります。 これらの種類の流体は一般的に構造化流体または複雑流体と呼ばれ、その挙動は、単純な粘度計よりも幅広い範囲のせん断率、せん断応力、温度で粘度の範囲を測定できるレオメーターを使用して適切に説明できるようになります。

このような非ニュートン性挙動は、練り歯磨き、マヨネーズ、塗料、化粧品、セメントなど、多くの工業製品と商用製品で一般的であり、通常はシェアシニング流体であって粘度はせん断率の上昇とともに下がりますが、一部の非常に構造化された流体ではシェアシニングが発生することがあります。 

粘度の応用 

多くの製品では、低いせん断率では粘度を高くして沈殿やスランピングを防止する必要がありますが、高いせん断率では粘度を薄めて、塗布や加工を容易にする必要があります。 このため、このような材料の粘度を説明するには、1回の粘度測定では不十分であり、一定範囲のせん断率や応力、最低でも目的の加工や塗布に関連するせん断率で粘度を測定する必要があります。 非ニュートン性流体は、降伏応力、チクソ性、粘弾性など、その他の現象を示すこともあり、材料の挙動と製品のパフォーマンスに大きな影響を及ぼすことがあります。


分散に関連するその他の粘度パラメータは、相対粘度、比粘度、固有粘度であり、溶液の粘度または分散に対する溶質または分散相の貢献度を図ることができます。 これらのパラメータは、OMNISECゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)システムで使用されるような粘度検出器を使用して簡単に測定できます。

狭い範囲のせん断率にわたってニュートン性流体のパフォーマンスを説明するには、多くの場合、単純な粘度計で十分ですが、非ニュートン性流体および幅広いせん断率範囲を評価する必要がある用途では、さらに高度な粘度計とレオメーターが必要です。 Malvern Panalyticalでは、これらの要件を満たすために、さまざまな高度な粘度計とレオメーターを提供しています。これらは次の用途で使用できます。

  • 非ニュートン性のようなせん断に依存する流体を調査するための、粘度測定による処理条件または使用条件のシミュレーション
  • 材料の粘弾性識別による固体的または液体的挙動の程度の特定
  • 分散安定性の最適化と評価
  • 製品塗布および最終仕上げ品質を調査するための塗料およびコーティングのチキソトロピーの特定
  • 成形加工および最終使用時の性能を調査するための、ポリマーの分子構造による粘弾性への影響
  • ポンピング性または塗り広がり性を調査するための、食品およびパーソナルケア製品のベンチマーキング
  • 接着材あるいはゲルの完全な硬化プロファイリング
  • 治療薬、特にバイオ医薬品のための予備処方スクリーニング