카본블랙 입자 현탁액의 유변 물성과 입자 응집구조의 상관성 분석 Analysis on the relation between rheological properties and aggregate structure of colloidal suspension of carbon black원문보기
현탁액에서 이웃한 입자간 상호 작용이 발생할 때 인력이 우세하면 응집체가 형성된다. 현탁액 응집체가 자기 유사 구조를 형성할 때 프랙탈 이론을 적용하여 응집체의 프랙탈 차원을 구함으로써 구조를 정량화 할 수 있다. 프랙탈 차원은 입자의 크기, 밀도, 수, 응집체의 크기와 관련있으며 현탁액의 유변학적 물성을 이용하여 구할 수 있다. 겔화 된 현탁액은 입자 응집체가 사슬과 비슷하게 응집한다. 사슬들이 연결된 형태로 형성된 응집체가 모여 네트워크를 형성하기 때문에 스케일링 이론에 근거해서 입자간 결합에 기인하는 응집체의 탄성을 이용하여 응집 구조를 해석한다. 이 때 응집체간 결합력의 상대적 크기에 대한 입자간 결합력에 따라 이른바 strong-link regime과 weak-link regime으로 나누어 응집체의 구조를 설명 할 수 있다. 겔화 된 현탁액은 고체와 같은 거동을 보이다 ...
현탁액에서 이웃한 입자간 상호 작용이 발생할 때 인력이 우세하면 응집체가 형성된다. 현탁액 응집체가 자기 유사 구조를 형성할 때 프랙탈 이론을 적용하여 응집체의 프랙탈 차원을 구함으로써 구조를 정량화 할 수 있다. 프랙탈 차원은 입자의 크기, 밀도, 수, 응집체의 크기와 관련있으며 현탁액의 유변학적 물성을 이용하여 구할 수 있다. 겔화 된 현탁액은 입자 응집체가 사슬과 비슷하게 응집한다. 사슬들이 연결된 형태로 형성된 응집체가 모여 네트워크를 형성하기 때문에 스케일링 이론에 근거해서 입자간 결합에 기인하는 응집체의 탄성을 이용하여 응집 구조를 해석한다. 이 때 응집체간 결합력의 상대적 크기에 대한 입자간 결합력에 따라 이른바 strong-link regime과 weak-link regime으로 나누어 응집체의 구조를 설명 할 수 있다. 겔화 된 현탁액은 고체와 같은 거동을 보이다 응력을 받으면 액체처럼 흐름이 생기고, 이 때의 응력을 항복 응력이라 한다. 현탁액 응집체는 전단의 영향을 받기 때문에 전단 의존성으로 점도 거동을 분석한 항복 응력을 이용하여 응집체의 프랙탈 구조를 예측 할 수 있다. 겔화 되지 않은 더 묽은 현탁액에서는 입자가 현탁액의 점도에 미치는 영향을 농도 의존성으로 표현한 고유 점도를 이용하여 프랙탈 구조를 분석하였다. 본 연구에서는 현탁액의 점탄성적 물성으로 응집체의 프랙탈 차원을 구하여, 항복 응력과 고유 점도를 이용한 모델에 적용하여 전단 의존 상수를 예측하였다. 유변학적 물성으로 구한 프랙탈 차원과 전단 의존 상수를 포함한 매개 변수를 적용하여 점도 거동을 예측하였다. 현탁액 응집체가 서로 상호 작용할 때의 영향과, 분산매의 영향을 고려하여 평균적인 분포로 나타낸 effective-medium 모델 하에서, Quemada 식과 Batchelor 식을 이용하여 상대 점도를 계산하였다. 이 때, 응집체간 상호 작용이 점도 예측에 얼마나 영향을 미치는지 알아보기 위해 상호 작용을 고려하지 않은 식으로 상대 점도를 계산하여 실험값과 비교하였다.
주요어: 응집체, 콜로이드, 프랙탈
현탁액에서 이웃한 입자간 상호 작용이 발생할 때 인력이 우세하면 응집체가 형성된다. 현탁액 응집체가 자기 유사 구조를 형성할 때 프랙탈 이론을 적용하여 응집체의 프랙탈 차원을 구함으로써 구조를 정량화 할 수 있다. 프랙탈 차원은 입자의 크기, 밀도, 수, 응집체의 크기와 관련있으며 현탁액의 유변학적 물성을 이용하여 구할 수 있다. 겔화 된 현탁액은 입자 응집체가 사슬과 비슷하게 응집한다. 사슬들이 연결된 형태로 형성된 응집체가 모여 네트워크를 형성하기 때문에 스케일링 이론에 근거해서 입자간 결합에 기인하는 응집체의 탄성을 이용하여 응집 구조를 해석한다. 이 때 응집체간 결합력의 상대적 크기에 대한 입자간 결합력에 따라 이른바 strong-link regime과 weak-link regime으로 나누어 응집체의 구조를 설명 할 수 있다. 겔화 된 현탁액은 고체와 같은 거동을 보이다 응력을 받으면 액체처럼 흐름이 생기고, 이 때의 응력을 항복 응력이라 한다. 현탁액 응집체는 전단의 영향을 받기 때문에 전단 의존성으로 점도 거동을 분석한 항복 응력을 이용하여 응집체의 프랙탈 구조를 예측 할 수 있다. 겔화 되지 않은 더 묽은 현탁액에서는 입자가 현탁액의 점도에 미치는 영향을 농도 의존성으로 표현한 고유 점도를 이용하여 프랙탈 구조를 분석하였다. 본 연구에서는 현탁액의 점탄성적 물성으로 응집체의 프랙탈 차원을 구하여, 항복 응력과 고유 점도를 이용한 모델에 적용하여 전단 의존 상수를 예측하였다. 유변학적 물성으로 구한 프랙탈 차원과 전단 의존 상수를 포함한 매개 변수를 적용하여 점도 거동을 예측하였다. 현탁액 응집체가 서로 상호 작용할 때의 영향과, 분산매의 영향을 고려하여 평균적인 분포로 나타낸 effective-medium 모델 하에서, Quemada 식과 Batchelor 식을 이용하여 상대 점도를 계산하였다. 이 때, 응집체간 상호 작용이 점도 예측에 얼마나 영향을 미치는지 알아보기 위해 상호 작용을 고려하지 않은 식으로 상대 점도를 계산하여 실험값과 비교하였다.
The particle aggregation structure is a factor affecting the dispersibility of the suspension. Aggregates are formed when attractive force predominates when interactions between neighboring particles occur in the suspension. The suspension agglomerates are formed into a self-similar structure, and t...
The particle aggregation structure is a factor affecting the dispersibility of the suspension. Aggregates are formed when attractive force predominates when interactions between neighboring particles occur in the suspension. The suspension agglomerates are formed into a self-similar structure, and the fractal theory can be applied to analyze the microstructure by calculating the fractal dimension of the aggregate. Fractal dimensions are related to particle size, density, number and size of aggregates and can be obtained by analyzing the rheological properties of the suspension. The gelled suspension is agglomerated with particles similar to chains. Since agglomerates composed of chains form a network, we analyze the agglomeration structure considering the elasticity of interparticle bonding by using the scaling theory. At this time, the structure of agglomerates can be explained by strong-link regime and weak-link regime according to the strength of the interparticle bonding force and bonding force between aggregates. The gelled suspension exhibits the same behavior as a solid. When subjected to stress, a flow occurs like a liquid, and the stress, so called a yield stress. Since the suspension agglomerates are influenced by the shear, the fracture structure of the agglomerate can be predicted by using the yield stress which analyzes the viscosity behavior with shear dependence. In the more dilute suspension without gelation, the fractal structure was analyzed by using the intrinsic viscosity which expresses the influence of the particles on the viscosity of the suspension by concentration dependence. In this study, the fractal dimension of the aggregate is determined by the viscoelastic properties of the suspension, and the shear dependent constant is predicted by applying it to the model using yield stress and intrinsic viscosity. Finally, an effective-medium model reflecting the interaction between the agglomerates was applied to the Quemada viscosity equation and the Batchelor viscosity equation, and the relative viscosity was calculated by considering both concentration dependence and shear dependence. The parameters used in the model consist of a shear dependent constant and a fractal dimension that can be predicted by the yield stress.
keyword: aggregation, colloid, fractal
The particle aggregation structure is a factor affecting the dispersibility of the suspension. Aggregates are formed when attractive force predominates when interactions between neighboring particles occur in the suspension. The suspension agglomerates are formed into a self-similar structure, and the fractal theory can be applied to analyze the microstructure by calculating the fractal dimension of the aggregate. Fractal dimensions are related to particle size, density, number and size of aggregates and can be obtained by analyzing the rheological properties of the suspension. The gelled suspension is agglomerated with particles similar to chains. Since agglomerates composed of chains form a network, we analyze the agglomeration structure considering the elasticity of interparticle bonding by using the scaling theory. At this time, the structure of agglomerates can be explained by strong-link regime and weak-link regime according to the strength of the interparticle bonding force and bonding force between aggregates. The gelled suspension exhibits the same behavior as a solid. When subjected to stress, a flow occurs like a liquid, and the stress, so called a yield stress. Since the suspension agglomerates are influenced by the shear, the fracture structure of the agglomerate can be predicted by using the yield stress which analyzes the viscosity behavior with shear dependence. In the more dilute suspension without gelation, the fractal structure was analyzed by using the intrinsic viscosity which expresses the influence of the particles on the viscosity of the suspension by concentration dependence. In this study, the fractal dimension of the aggregate is determined by the viscoelastic properties of the suspension, and the shear dependent constant is predicted by applying it to the model using yield stress and intrinsic viscosity. Finally, an effective-medium model reflecting the interaction between the agglomerates was applied to the Quemada viscosity equation and the Batchelor viscosity equation, and the relative viscosity was calculated by considering both concentration dependence and shear dependence. The parameters used in the model consist of a shear dependent constant and a fractal dimension that can be predicted by the yield stress.
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