一界面活性 剤 水溶液の粘弾性挙動の解明 と汚れ除去機構 との関連‑

洗浄機構に関する流休力の検討

一界面活性 剤 水溶液の粘弾性挙動の解明 と汚れ除去機構 との関連‑

( 研究課題番号 :13680 110)

平成

年度科学研究費補助金 ( 基盤研究

研究成果報告書

平成 15 年 6 月

研究代表者 天 木 桂 子

( 岩手大学教育学部 ･助教授)

ま え が き

ここに報告す る研究は,研究課題 ｢ 洗浄機構 に関す る流体 力の検討一界面活性剤水溶液の粘弾 性挙動の解明 と汚れ除去機構 との関連

Jと して,平成

年度の

年間にわた って文部科学 省科学研究費補助金 ( 基盤研究

の交付 を受けて行われたものである.

本研究の組織,経費および成果は以下の通 りである.

研究組織 (

名)

研究代表者 天 木 桂 子 岩手大学教育学部助教授

研究経費

平成

年度 直接経費

千円 間接経費

千円 計 3 , 1

^千円

平成

年度 直接経費

千円 間接経費 0 千円 計

千円

総 計 直接経費

千円 間接経費 0 千円 計

千円

研究成果の概要

1

.研究目的

洗浄における汚れの除去機構を考える場合, 化学的洗浄作用と物理的洗浄作用の

点からアプ ローチする必要がある.化学的洗浄作用とは,主として洗浄液である界面活性剤水溶液が持つ浸 透件用,分散作用,乳化,可溶化,再汚染防止作用 といった要因によって汚れ除去が行われるメ カニズムである.これ らに関 しては従来からあらゆる観点で多くの研究が行われており.ある程 度の解明も進んでいる.一方,物理的洗浄作用とは,主として外から布地や汚れに与えられる機 械力で,摩擦九 衝撃力などである.̲ 洗浄にこうした機械力を積極的に活用することは,汚れ除 去には有効だが,同時に繊維や布地の損傷,劣化をもたらすことは避けられない.

筆者は,この点を改善する,すなわち汚れ除去と布地損傷の低減の両方を満足させるね らいか ら,これまで洗浄液の持つ流体力に着目して検討を行ってきた.

その第

段階として,代表的な界面活性剤水溶液を調製 して,基質に付着させた汚れモデルに せん断流を外部流として当てることにより生 じる圧力損失を測定 し.これを抗力によって生 じた ものと見な して抗力係数を算出 した.同様に水や希薄高分子水溶液についても実験 し,界面活性 剤水溶液との比較から流動状の特徴を明らかにした.また,抗力でみられた特徴を溶液の粘性か ら検討 した り.汚れモデルのサイズや溶液濃度を変えた実験を行ってそれぞれ流体力にどう影響 するかを明 らかに してきた.

続いて第 2 段階として,布モデルである基質をせん断流に直角におき,流休が内部流として布 間隙を通過する際に生 じる圧力損失を計測 して抗力を算出 し, 外部流の実験 と比較 しながら各種 溶液の特徴を明らかに した.

本研究は.これ らを背景 としながら,界面活性剤水溶液の流動時の特徴をさらにミクロな視点 から解明することを目的として行った実験である.洗浄に用いられる界面活性剤のほとんどは, 水溶液中でミセルを形成することが知 られており,形は球状である.この球状 ミセルが静止時と 流動時ではどう変化するかをとらえ.ミクロレベルでの解析を行って,洗浄液全体の挙動と界面 活性剤 ミセル個々の挙動を比較 しながら,洗浄への影響を探ることを目的とする.

2.実験概要 2‑1

実験装置

実験装置は.試料観察部と制御 ･解析部の

つから構成されている.詳細および装置の全景は 以下の通 りである.

①試料観察部

暮加熱せん断流動観察システム

顕微鏡用加熱せん断ユニッ ト:ステージ,コン トローラー

･光学顕微鏡

･デジタル C C Dカメラ

･デジタルカラーモニタ

②制

･解析部

･PC本体

･P Cモニタ

･制御用ソフ ト Lj n k S ySf or削n

く ジャパンハイテック株式会社 C S S ‑4 5 0 A) ( Ni k onE cl i ps e4 0 0 )

( Fu jifi l nFuji xDi gi t alC a mer aH C ‑ 3 0 0 ) ( HI T A C HIC ol orVi de oM oni t orC T ‑1 4 51 )

(

富 士通

V

脚 e

E

⁵ 05 P

n d

富士 通

V

Y 2)

･画像解析ソフ ト I ma ge ‑Pr oPl u sf or削n

光学顕微鏡の直筒部には,リレー レンズを介 してデジタル C C Dカメラがセッ トされており,画 像モニタと接続 されて,映像が映 し出される.さらに C C Dカメラは制御用 P Cと接続されてお り, P h o t o gr a b ‑3 0 0を用いて画像を取 り込む.

加熱せん断ユニッ トのステージ部は光学顕微鏡の対物 レンズの下にセッ トされており,コン ト ロール部と接続 されている.制御用 P Cにインス トールされた Li n k s ysによりステージ部の速度 及び温度がコン トロールされる.さらに,取 りこんだ画像を制御用 P Cにインス トールされたソ

フ トI ma g e ‑ Pr o P L U Sによって解析する.

顕微鏡用加熱せi v断ユニ ット

装置説明

2 ‑ 2 試料

2‑2‑1 0/

Wエマルション く 水溶性界面活性剤)

･ラウリル硫酸ナ トリウム [ S D S】

C1 2 H 2 5 0 S O N a M W = 2 8 8. 3 8

ナカライテスク株 式会社 陰イオン系界面活性剤 く 油性物質)

･オ レイン酸 【 O A] C H 3( C H 2 ) 7 C H: C H( C H 2 ) 7 C O O H 比重

関東化学株式会社 鹿

級 ( 溶液の調製方法)

S D S O. 5 W% 水溶液を 1 0 0 m L調製する.この溶液 1 0 ml を試験管に分取 し,オ レイン酸 0 . 2g を加 える.これを上下に約 3 0 回振 り

エマルション溶液とする.

2‑2‑2 W/

0エマルション く 油溶性界面活性剤)

･ポリオキシエチ レン

ラウリルエーテル

SI G

C1 2 H 2 5 0( C H 2 C H 2 0 ) 4 H M W

3 6 2 非イオン系界面活性剤 ( 油性物質)

･オ レイン酸 [ O A] C H 3( C H 2 ) 7 C H: C H( C H 2 ) 7 6 0 0 日 比重 0 . 8 8 5･ 一0. 9 0 6 g / ml

関東化学株式会社 鹿

級

･流動パラフィン C H 2( O H ) C H( O H ) C H 2( O H ) 比重 0 . 8 8 0･ 一0 . 8 9 0g / ml 関東化学株式会社

級

･グリセ リン C H 2 0 H･ C H O H･ C H 2 0 H 比重 1 . 2 5 2g

関東化学株式会社

級 ( 溶液の調製方法)

A E( 4 )0. 5 W%O A ( グリセ リン,流動パラフィン)溶液を 1 0 0 ml 調製する.この溶液 1 0 n l l を試 験管に分取 し,イオン交換水 0 . 2g を加える.これを上下に流動パラフィンは 3 0 回,オ レイン 酸とグリセ リンは 7 0 回振 り

0エマルション溶液とする.

2 ‑ 3 測定方法

<実験の準備>

①

本体の電源を入れ

を立ち上げる.

② デスク トップ上のアイコン

をダブルクリックして立ち上げる.

③ コン トローラー.光学顕微鏡.デジタルカメラ.画像モニタのスイッチを

にする.

㊨ [

のタスクバーの

をク リック し.プルダウンメニューか ら

】を選択

LComm

lに設定する. ー

⑤ タスクバーの

をクリック し.プルダウンメニューから

を選 択 して温度表示を出 しておく.

<観察方法 >

デジタルCCDカメラ

M

･萱 1 腔

⊂= : コ

⊂ コ .

‑ Op c モ ニ

､ l

l t □韓学顕微銃

加熟せん 断ユニ ッ ト コントロール部

ん断ユニッ ト ジ部

装置全図

① 顕微鏡の対物 レンズに接触 しないように注意 しなが ら.ステージ部の上蓋を静かにはず し.

スタン ドに乗せる.

② 試料溶液を., スポイ トで

内に入れる.この時 こぼれた り.溢れた りしない程 度に適量入れる.

③ 上蓋を対物 レンズに注意 しなが らセ ッ トし.水平になるように両側の

つのね じを交互に し める.

㊨ 4

倍または

倍の対物 レンズをセ ッ トし, 画像モニタを見なが ら各試料の ピン トを合わせる.

㊨ Linksys

の

ボタンをクリックしプログラム表を開 く.

それぞれ ､ に温度設定に関わる条件を入力する.入力後コン トロールバーに入力 した値が表示されているの を確認する.表示されていない場合は.入力できていないのでや り直す.

(Rate:1

分間に何℃ずつ上げるか.本実験では

( Li mi t: ステージの温度を何℃まで上げるか.本実験では 2 5 :4 0 ℃)

( Ti ne: Li ni t に達 した後ステージの温度をどれ くらいキープさせておくか,本実験では 2 0 分)

⑥ M o t orC o n tr olS h e e t をク リック しプログラム表を開 く. M o d eにr S t e a d y ｣, G a p に r 2 5 0 0 ｣ , ‑ Di r n l に ｢ C w｣または ｢ A O w ｣, Ti me に ｢ / ｣を入力する.

( M o d e r S t e a d y ｣:一定速度で動 くこと)

( G a pr 2 5 0 0 ｣:ステージの上下間隔.統一 してある) ( Di r nl｢ C w ｣または ｢ A G w ｣:時計回 りまたは反時計回 り) ( Ti m e

｣:永遠に繰 り返すこと)

⑦ M o t o rC o n tr olS h e e t の S h e arR a t e に所定q ) ス ピー ド値 ( 0. 0 0トー1 0r a d s /s e c 範囲内の値)を入力する.

⑧ 所定温度に達 した ら, M o t orS t ar t をク リック してステージ部を回転 させる.画像モニタを 見ながら観察 し,エマルシ ョンが大きいものか ら小 さいものまで見 られる画面を選び

枚画像 を取 り込む.取 り込み方法は

で述べる.

⑨ 画像を取 り込んだ ら, M o t orS t o p をクリック し回転を停止する.

⑩ 再び S h e arR a t e に所定のス ピー ド値を入力 し,⑧ 昏を行 って同様に観察する.

⑪

種類の試料溶液の観察が終わった ら,対物 レンズに気を付けなが ら,ステージの上蓋をは ず し.スタン ドにのせ,ただちに B o t t o mwi n d o w 中の試料溶液をキムワイプで完全に拭 き取る.

放置 してお くと.試料溶液が乾燥 してこり固ま り故障の原因になるのです ぐ拭き取る.

⑫ 別の種類の試料を入れる場合は ,B o t t o mwi n d o w 内をエタノールで拭き取 り.舞全に乾燥 さ せた後注入する.

M o d e G a p Di r n Ti me Li mi t 倍率 o / W エマルシ ョンの改定条件

S t d y 2 5 0 0 C w

2 5 ℃

S t d y 2 5 0 0 C w

4 0 ℃

W / 0エマルションの設定条件

S t d y 2 5 0 0 C w

2 5 ℃

S t d y ‑ 2 5 0 0 C w

2 5 ℃

2 ‑ 4 解析方法

( 画像の取 り込み方法)

P h o t o gr a b ‑ 3 0 0 を用いて.親微鏡の各倍率における画像を取 り込む. M a cS C O P E に より解析 し,粒子 1 0 個あた りの縦横比を求める.

く P h o t o gr a b ‑ 3 0 0 による画像の取 り込み)

① 顕微鏡,デジタルカメラ,モニタのスイッチを入れる.

(

を立ち上げる.

③ モニタを見なが ら､エマルションが大きい粒子か ら小さい粒子まで見 られる画像をと らえ.取 り込む画像を決定する.

④

をクリックする･取 り込みが完了すると画面牢上に表示されるので確認する･

顕微鏡の

の各倍率につき,それぞれ

枚の映像を取 り込む.

⑤

をクリックする.

この時,モニタの画面が切 り替わっても

%にならない場合は,調子が悪 くなって きているので

度

を

L.顕微鏡,力メヲ,モニタのスイッ チを切って,再度同 じ手順で立ち上げた方がよい.

⑥

をクリック して画面を閉 じる.後ろにある

をアクティブにし

‑ [saveas

.日. ]の順に選択 し,保存先に

を指定 してファイル名をつけて保存 する.

くInage‑ProPLUS

による画像の処理方法)

①

を立ち上げる.

② [ ファイル1‑ [ 開 く】を選択 し,所定の画像を画面上に呼び出す.

③ 画像上にポインタをおいて右クリックして拡大を選択 し,画像を適当な大きさに拡大 する.

④ [ 強調】‑【 コン トラス ト韓調】を選択 し.見やすい画面の濃さに調節する.

⑤ 【 測定】‑[ マニュアル測定】を選択 し,‑ 図形選択を長さに設定する.＼ ( 直線)をクリックし たら,小さい粒子から大きい粒子までパラバラの大きさのエマルションを無作為に

個選んで 測定する. 1 個ずつ縦.横の順に測定する.

⑥ 測定値をメモ したら 【ファイル】‑ [ 画面印刷】を選択 し.画面を印刷する.

くExGe

Iによる処理)

①

を立ち上げ,シー ト上に

で測定 した縦,横の値を入力し,表を作成する.

②

個分の縦横比 ( 縦/ 横)を計算 し.さらに平均値を出す.

③横軸に

,縦軸に縦横比をとってグラフを作成する.

3.結果および考察

3‑1,0/W

エマルションの実験結果

全体的にオイル ドロップの輪郭がぼやけており,解析が難 しかった.そのため,当初考えていたほど せん断速度を上げることができなかった.また,粒子の流動にともなって焦点深度があるため.時間が 経過するにつれてピン トのずれが生 じ,調整が大変困難であった.この場合は,一度ステージの上蓋を 取 り外 した状態でピン トを合わせ,その後再び上蓋を乗せた状態でピン トを合わせるとよい.これを行

った後はピン トがぴった りあい,有効な方法であった.

o/ W エマルションは,溶液の粘度が低いため

I入れるだけで

全体に広がった. し か し,主に水でできているために蒸発 しやす く

に取 り込める画像の枚数が限度いっぱ いになった時点 ( 1 2 枚)で溶液を取 り替えて再び実験を行った.

i 倍率の決定)

図 1 ,画像 1 に顕微鏡の倍率と縦横比の関係を示す.

画像

は

回振とうし.静止状態で

℃に設定 し

倍と

倍を比較 したものである.

10×4

倍では,視野が広いため多くのオイル ドロップを確認でき

まで観察できた.また,肉 眼であれば

まで観察でき

以降オイル ドロップが楕円形になるのも確認できた.

×10

倍は

倍より見やす くなるが.視野が狭いため確認できるオイル ドロップの数は減少する.

そのため

まで しか観察できなかった･肉眼であれば

まで琴察でき,データは取れ なかったが

以降オイル ドロップが楕円形になるのが確認できた.図 1 を見ると

億,

倍とも,せん断速度が速 くなるほど縦長になることが確認できる.しかし,両者の傾向はやや 異なっていた.

これ らの結果をもとに,解析 しやすいエマルションの大きさと密度がそろっており,せん断速度の 影響を調べやすい

倍で以降の実験を行うことに決定 した.

( 振とう回数の決定)

図

,画像

に振とう回数による影響を示す.

振とう時の様子としては

回までは溶液が上下 している感触があるものの,それ以降は感 じられ なかった.

回で溶液も白濁 していることから.ある程度乳化 したと判断できる.

画像

をみると

回と

回はオイル ドロップの密度も高 く,画面の

分の

にもなる大きなオ イル ドロップも見 られた.また,溶液をセッ トした直後から会合現象が見られたため.エマルション が安定していないと判断 した.図

をみると

回と

回は

回とは異なり,縦横比の値が 飛び抜けて大きい傾向が見られ,オイル ドロップが小さく解析時に誤差が出やすいと考えられ,不適 当だと判断 した.

回と

回を比べると,全体的に

回が解析に適 したオイル ドロップの大きさと 密度であった.以上の結果により,振とう回数を

回として以降の実験を行うことに決定した.

( せん断速度の影響)

図3 にせん断速度による影響を示す.

解析の結果,回転時は静止時より縦長になっていた. しかも,画面下から上へ.流れに沿って縦長

へと形を変えていた.回転停止後は静止時の値まで縦横比の値がもどっていたため,オイル ドロップ

の形が元に戻ることがわかる.

せん断速度が速 くなるとカメラでとらえにくくなり,ピン トが合わなくなる.ピン トがぼやけると 解析できないため,その限界の速度を探 した.その結果,解析できる限界のせん断速度は

Cで

あった.

( 温度の影響)

図4に温度によるちがいを示す.

ほぼ室温に近い

℃と.ある程度の違いが出るであろうと予想 して決定した

℃を比べた結果を図

に示す.温度が高い方がエマルションの粘度が低下し,オイル ドロップの動きが活発になることか ら,せん断速度は

℃の方が速い速度まで見 られると予想 したが,結果は

℃が

℃が

cが限度で

℃がより高かっT s･両者とも,回転時が静止時よりも縦長になっていた.また.

回転停止後は静止時の値までもどっていたため,オイル ドロップの形が元に戻ることが確認できた, さらに.

℃では縦横比の増加はわずかであったが.

℃では大きく増加 した.

℃ではオイル ドロ ップの流動が活発になる速度の山が

つ確認できた.図4を見ると

と 0

Gがそれに相 当する.このことから, 速度の上昇と共に変形も大きくなるのではなく,両者には複雑な関係があり.

オイル ドロップが変形 しやすい速度というものが存在すると判断できる.これは,回転時におけるオ イル ドロップ と ,それを囲む水溶液の流動速度が必ず しも一致 しないためだと推察できる.すなわち.

水溶液よりオイル ドロップの流動速度が速い頃合と,オイル ドロップより水溶液の流動速度が速い場 合では,オイル ドロップが受ける抵抗が異なり.変形 しやすい.又は変形 しにくい状態が生 じて.縦 横比に反映されると推測できる.本結果から

および

c前後に

‑とは異なる流動が起こる,または.相対速度の逆転が起こると考えられるが,こ の点については今後さらに詳 しく解析する必要がある.肉眼観察でも,見やす くなる速度とそうでな い速度があることを確認できた.この傾向は

℃では確認できなかった.

3‑2.W/

0エマルションの実験結果 画像3 に焦点深度による影響を示す.

溶液の粘度が高いため

全体に広げるには約

J必要だった.その分焦点深度が大 きく.画像

を見てわかるように溶液の表面部分と底部分ではウオーター ドロップの見え方が大きく異 なった.回転時はと小さく軽いエマルションは表面部分に,大きくて重いウオーター ドロップは底部分 に集まる傾向が確認された.そのため.今回の実験では観察 しやすい底部分にピン トを合わせることに 決定した.

溶液全体が主に油であるため.

から溶液を拭き取るのが大変な作業であった.エタノ ールをキムワイプに付け,何回も拭き取った.溶液の取 り替えは

に取 り込める画像の 枚数がいっぱいになった時点 ( 1 2 枚)で行った.

オレイン酸では,ウオーター ドロップの輪郭が

エマルションに比べてはっきりしており,解析が 容易であった.また

0エマルションでウオーター ドロップa ) 輪郭がはっきりするのは,オレイン酸, 流動パラフィン.グリセリンの順であった.

( 倍率の決定)

オレイン酸で

回振とうし,静止の状態で

℃に設定 し

倍と

倍を比較 した.

×4

倍は,視野が広いため

Gまで観察できた.また,モニタ画面上であれば

Oまで観察 でき,

.

c以降ウオーター ドロップが楕円形になるのが確認できる

倍は

倍より 見やすいが.視野が狭いため確認できるウオーター ドロップ数は減少する.数が少なく解析できない ため

エマルション同様

倍に決定 した.

流動パラフィンとグリセ リンでは.振とう回数にかかわ らずウオーター ドロップが小さく.

倍ではいずれも確認できなかったため

倍で観察することに決定した.しかし,エマルション の輪郭がはっきりせず,解析が困難であった.

｢ ( 振とう回数の決定)

オレイン酸の場合,振ったときの様子として.

回までは鈍い音が して混ざっていないようだった が.

回以上振とうすると鈍い音はなくなり.白く濁ったのが確認できた.画像を比較 した結果,解 析に適 した大きさと数がそろっている

倍に顕微鏡の倍率を決定した.

回までは溶液を流 し 込んだ直後から会合が見られ,実験には不都合だった.

回と

回ではウオーター ドロップが小さ すぎて解析が困難であった.以上の結果から一旦は振とう回数を

回に決定 して実験を始めた.しか し

回でも会合が激 しく起こったため

回に変更 した.しか し

回では前述 したようにウ オーター ドロップが小さかったこと,暖房の影響で室温がこれ以上上昇すると観察が困難になると予 想されたことから

回とし.これを最終決定とした.ここまでで実験 した

回.

回

回を 比較すると,やはり会合が見られた

回は少 し傾向が異なり

cl o縦横比が跳び抜けて大きか

った.

グリセ リンは.オ レイン酸より粘度が高いため振とうしても混ざっている感 じが しなかった.振と う後も溶液は透明なままで,わずかに分離 していた水と界面活性剤が乳化 したのは確認できたが.気 泡が入っただけのようにも見えた.

回では会合がみられた.画像

からわかるように

回 と

回ではあまり大きな違いが見 られなかった点 と ,オ レイン酸を

回に決卑 した点もふまえて.

グリセリンの振とう回数も

回に決定した.

流動パラフィンは,グリセリンほど粘度が高 くないためか乳化もしやす く,数回の振とうだけで白 濁 し,乳化が確認できた.会合は

回のときのみ見 られた.

回と

回ではあまり大きなちがいが 見られなかった点と.

エマルションのオレイン酸が

回だった点から流動パラフィンの振とう 回数は

回に決定 した,

グリセ リンと流動パラフィンの振とう後の試験管内の様子を比較すると.グリセリンは振とうさせ ても透明なままであったが,流動パラフィンは乳化 して白濁 している様子がわかる.

( せん断速度の影響)

図5 ,図

,図7にせん断速度による影響を示す.

解析の結果,回転時は静止時より傾きが高 く縦長であった.回転停止後は静止時の値までもどって いたため,ウオーター ドロップの形状が元に戻っていたことがわかる.実験時はせん断速度の上昇と 共にカメラでとらえにくくなり,ピン トが合わなくなる.ピン トがぼやけると解析できなくなるため, その限界の速度を探った.その結果,解析できる限界のせん断速度はオレイン酸が

グリセ リンが

,流動パラフィンが

cであった.オ レイン酸は

,

cの縦横比の変化が小 さく,動きが活発になるのは.

G以降であると予想された.

せん断速度は,実験日が異なってもほとんど変わらなかったことから.本実験の値が正確なものと

言える.

( 温度の影響)

図 8 に温度による影響を示す.

オ レイン酸を用いて,室温に合わせた

℃ と,ある程度の違いが出ると予想 し決定 した

℃を比較 した.温度が高いと粘度が低下 してウオーター ドロップ全体の動きが活発になることか ら.せん断速 度は

℃の方が速い速度まで見 られると予想 したが,結果は

℃が

℃では

Gで, 予想とは逆であった,両者とも,回転時が静止時の壇合より縦長になっていた.また,回転停止後は 静止時の値まで縦横比がもどっていたため.ウオーター ドロップの形が元に戻っていたことがわかっ た.

25℃.40℃,

どちらの場合も速度と縦横比には比例関係が見 られず,最も縦横比が大きくなる速度 があることが確認できた.

℃では

付近.

℃は

と

である.そ れ以上の速度でも山が認められることが予想されることから,ウオーター ドロップが変形 しやすい速 度が複数存在 し,さらにその波も複数存在するようであり,流速とウオーター ドロップの変形には複 雑な関係があると判断された, .モニタ画面上でも,見やすい速度と見づらい速度があったことか ら,

この予想はある程度裏づけられたと言える.

( 油の種類による影響)

オ レイン酸,グリセ リン,流動パラフィンともに.縦横比は静止時の状態より回転時が縦長になる 傾向が見 られた.回転停止後は,静止時の値までもどっていたため,ウオーター ドロップの形が元に 戻っていたことがわかる.また

Wエマルションよりも

エマルシ ョンは粘度が低い分,ウオ ーター ドロップの形は元に戻 りやすいと判断された.

( 入れ替えのタイ ミング)

図

に溶液の入れ替えのタイミングによる影響を示す.

こらは,溶液を入れるタイミングが縦横比に影響を与え,値が変化するという予想か ら行 った確認 実験である.オ レイン酸で.

.

で入れ替えた場合と

回ごとに入れ替えた場合を比較 した結果.

どちらも縦横比の値が高 くなる山がグラフに見 られた.すなわち,入れ替えるタイミングは実験結果 に影響を及ぼさないことが証明された.

3‑3.

まとめ

o/

Wエマルション

0エマルションとも.オ レイン酸を用いた場合

倍が観察に適 していた.

しか し .0/ W より W/ 0の方がエマルション粒子の輪郭がはっきりして解析 しやすかった.同 じ条件で もエマルション粒子の大きさは異な り.オ レイン酸の場合 は,0/ W の方が少ない振とう回数でエマルシ ョンが安定 した.

振とう回数は,少なすぎると会合 して しまうため,最低でも

回は必要だった.また,回転時縦長に

なる傾向が見 られた.回転停止後は静止時の状態まで縦横比が戻ることか ら,一度縦長に形を変えるが,

再びもとの形へ戻ることが分かった.さらに.温度が高い方が顕微鏡でとらえやす く.そのためせん断

速度も速めることができた.縦横比の増加も温度が高い方が大きかった.最も大きな特徴 として,エマ

ルション粒子には変形 しやすいせん断速度が存在することが上げられる.

℃の場合には特に顕著に現

れた.0/

0どちらの場合も

℃ と

℃のグラフを比較すると

Gまではほぼ同じ値であ るのに

cから急激に変化する.エマルション粒子に変化をもたらすせん断速度は

e c以降 と考えられる.

0/ W エマルションの場合

℃の条件でカメラがとらえることのできるせん断速度は

cで,せ ん断速度が上がるほど縦横比も増加傾向を示 した.

℃の条件でカメラがとらえることができるせん断 速度は

Cで,オイル ドロップが好むせん断速度は

Gと

cの

ヶ所であった.

W/

oエマルションの場合,オ レイン酸を用いて実験すると

℃の条件でカメラがと らえることので きるせん断速度は

℃の条件では

cであった.どちらの温度でも,せん断速度のなか にウオーター ドE ]ツプが変形 しやすい値が存在 し

℃では

cと

c付近の

ヶ所

℃で は

Gと

cの

ヶ所確認できた.油性物質を変えた場合では,グリセ リン,流動パラフィン とも

以外は見られなかった.カメラがとらえることのできるせん断速度はグリセ リンが

流動パラフィンでは

Oだった.また,粘度が高 く,多くのせん断速度を調べることができなかっ たため,この 2 種類ではウオーター ドロップの変形 しやすい速度までは確認できなかった.

今後行 うべき実験 として,次の

つが考えられた.

①

℃より高温

℃など)

② 界面活性剤の濃度を変える

③ 界面活性剤の種類を変える

④ エマルション粒子が何秒で静止の状態に戻るのか調べる (

倍で

@

回ごとに入れ替える

⑦ o/ W エマルションで油性物質を変える

オレイン酸

回

静止

倍

1.20 1.150 11..051000

.

⊥

磐

i 0.0.0.0.959858000000 八 1= 13:

温 [

/ ＼

/ ＼

/ ⊥ ノ

r Y

l t l l L

#Jt O.l O.2 0.3 0.4 0.5

図 1 顕微鏡の倍率と縦横比の関係 [ 0/ W]

オレイン酸 4 倍

振る回数 1 0回

0回

1.04 1.030 11..020010

⊥j

｣ーl

# 1.000 i 0.0.0.0.990980979600

F

I l I

I l

10回 20回 30回 50回 70回 100回

図

振とう回数と縦横比の関係 [ 0/W]

オレイン酸

倍

回

静

0. 1

.

. 4

. 8停 止 後

1.500 1.300 jj

磐導 0.0.10..917500000000

l l l l l

l l l l l

I l

静止

停止後

図

せん断速度と縦横比の関係

オレイン酸 4 倍

回

静止

●…

1.800 1.600 1.400

3 3

繋 1i0.10...200000800600 A 一.垂

八 ハ

ノ ) ㌔

一L r T l

l l l 1 I I ) [

静止

図

温度と縦横比の関係

オレイン酸

倍

回

静

0.

.

縦横比 1 .

. 02

.

58

1.200 1.150 1.100 .▲コ

｣̲I

磐 1.050

鷲 0.0.1.000959000 】 l 】 l l I I I I I

静止

図

せん断速度と縦横比の関係

グリセリン

倍

70 回

静止

停止後

1.150 1.100 エ⊥コ4

磐

謹

l

静止 0.1 0.2

停止後

図

せん断速度と縦横比の関係 【 W/0]

流動パラフィン

倍

回 1 /1 8 静止

.

停止後

.40 1.120 1.100 1.080 当 1.060

磐 #

l

静止 0.01 0.05

停止後

図

せん断速度と縦横比の関係 [ W/0]

オレイン酸

倍

回

/7

静止

111,..200115000 .lエiコl

# 1.050

i 0.0.1.000950900 冗 1= …諾 L

J V V

◆̲メ

#J

図 8 温度と縦横比の関係 [ W/0]

オレイン酸

倍

回

静止

で入れ替え

.20 1.150 1.100 当

# 1i 0.0.1..050009590000 A .

ー 1

入れ替え

で

ー

入れ替え ¹ 回 ごとに

静止

図

入れ替えのタイミングによる影響

オ レイン酸

回

静止

4 倍

画像

顕微鏡の倍率 に よる影響

0/ W】

オ レイン酸

倍

1 /se e

20

回

lo

o回

画像

振 とう回数による影響 [ 0/ W]

オレイン酸

倍

o回 静止

画像

焦点深度 による影響 一同 じピン トの場合 ‑ [ W/ 0]

4.

総括

洗浄液の流動特性を探る目的で.本研究は特に汚れを含んだ洗浄液を想定 したエマルションに着目し て実験を行った.すなわち.油性物質が界面活性剤水溶液に混在 した状態 ( o/ Wエマルション),およ び水が界面活性剤油性物質溶液に混在 した状態 ( W/o エマルション)を対象として,せん断流動下にお ける流れ挙動の特徴を探 った.

o/ Wエマルションはイオン交換水を用いて,界面活性剤にはラウリル硫酸ナ トリウム

,油性物 質オ レイン酸

を添加 して調製 し ,W/ 0エマルションは,界面活性剤にポリオキシエチレン

ラ ウリルエーテル

,油性物質には

,グリセ リン,流動パラフィンの

種を用い,イオン交換水 を添加 して試料 とした.さらに,光学顕微鏡を用いその画像を

に取 りこんで画像解析を行い.縦横比 を算出 して実験条件ごとに比較 し,流動挙動に与える要因を探った.

得 られた結果は以下の通 りである.

① o/ W,W/ o ( オ レイン酸)とも回転流動時は流れに沿って縦横比は大 ( 縦長)になる.

②

o ( オ レイン酸)とも回転停止後は縦横比が静止時の値にもどり,形ももどる,

③

o ( オ レイン酸)とも温度が高いほうが縦横比が大にな り.縦長になる傾向が強い.

④

o ( オ レイン酸)とも速度の増加にともなって縦横比も順に大になるのでなく,速度 によってエマルシ ョン粒子の変形が活発になるせん断速度とそうでないせん断速度が存在 し,グ ラフは波のような形状を示 した.最もエマルション粒子の変形が活発だったせん断速度は,0/W では

℃で

0では

℃で

Gと

℃で

と

であった.

( 9 グリセ リンと流動パラフィンを用いて調製 したW/ 0では,両者とも回転流動時は流れに沿って縦

長にな り,せん断速度が速 くなるにつれ縦横比も大きくなった.また, 回転停止後はもとの形へ

もどった.