塗料の粘度をはかる時、塗料温度が高い方が、低い時より粘度が下がるのですが、なぜそうなるのでしょうか?
ご回答のほど宜しくお願い致します。

A 回答 (5件)

液体の粘度が高温ほど低くなるのは、siegmundさんもおっしゃっているようにごく一般的なものです。

液体は静止状態にあるとき、分子間で分散力(昔はファンデルワールス力でした。)や水素結合によって、ある程度の構造を持っています。外力が加わると、この構造が部分的に破壊されて、ズレが連続的に生じることになりますが、これが流動です。液体の構造は、温度による分子振動によってその強度が変わります。また、外力によって移動する固まりの大きさも変化します。温度が高いと分子の振動が大きくなりますので、強度は弱くなり、固まりは小さくなって、流動しやすくなるのです。

塗料は溶剤系ですと、顔料・樹脂と溶剤でできています(添加剤も入っていますが・・・)。これは樹脂が完全に溶剤に溶解していますので、単一の液体とほぼ同様に振る舞います(ニュートニアンと言います)。粘性は、この溶解している樹脂に由来しますので、温度が高くなると分子振動で樹脂の影響下にある溶剤の量が減って、流動する単位が小さくなりますので、抵抗が減って粘度が小さくなります。
顔料の配合が多いと、顔料が沈降(沈殿)したり、流動を妨げて塗りにくくなりますので(ダイラタンシー)、添加剤で構造を作って流動性を変えてやります(チクソトロピック)。製品の塗料は調整済みですね。
水系の塗料は、顔料を樹脂エマルションに分散させたものです。常温付近での流動性は上記と同様ですが、エマルションが破壊されるような温度になりますと(ものによっては60℃位)、樹脂が水を抱えたまま相互に融着しますので、見た目の粒子径が大きくなり、粘度が増加したり、ゲル化したりします。0℃付近でも、樹脂の種類によっては増粘したり、ゲル化したりしますので、分散系の樹脂はやっかいです(こっちは分子の熱振動が小さくなって、水の水素結合に負けてしまって、樹脂の親水性に寄与していた水がはがされるためと、私は考えています。)。

粘度測定の時ですから、20℃前後のことをおっしゃっているようですので、ちょっと蛇足でした。
私見がかなり入っていますので、怪しいと思った方は、つっこみをお願いします。
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。私自身、勉強不足でわからない言葉とかありますが、何となくわかりました。

お礼日時:2001/01/24 22:41

以下の参考URLサイトが参考になりますでしょうか?


「塗料のレオロジー」
関連情報として、以下のサイトも参考になるかもしれません・・・?
http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=11960
更に「レオロジー」に関しては、
--------------------------
1.分散系のレオロジー/松本孝芳/高分子刊行会/1997.8 
2.ポリマープロセッシング・レオロジー入門/大柳康/アグネ承風社/1996.9 
3.講座・レオロジー/日本レオロジー学会/高分子刊行会/1992.12 
4.レオロジー概論/小川明/山海堂/1991.10 
5.レオロジー基礎論/村上謙吉/産業図書/1991.5 
6.分散系レオロジーと分散化技術/梶内俊夫,薄井洋基/信山社出版/1991.2 
7.やさしいレオロジー工学/種谷真一/工業調査会/1990.6 
---------------------------------

具体的には、
http://kbweb3.kj.yamagata-u.ac.jp/2000/html/0000 …
(高分子レオロジー)
================================
第5週 粘度の温度依存性:Andrade式、Eyring理論、流動の活性化エネルギー
================================
このキーワードで調べられては如何でしょうか?

ご参考まで。
 

参考URL:http://www.nipponpaint.co.jp/mpc/paintrheo.html
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この回答へのお礼

塗装方式等の説明もあり、別の意味で参考になりました。

お礼日時:2001/01/13 13:06

回答じゃないんですが....


 塗料が濃い場合、激しくかき混ぜると刷毛に絡まってくるけど、静かにしておくとすんなり垂れる、ってことありませんか?
 液体の種類によりますが、掛かっている圧力によって粘性が変わるものがあるんです。「非ニュートン性流体」なんて言います。昔おもちゃで流行した「スライム」が典型的で、あと蜂蜜などでも観察できます。
 スライムの場合、投げるとボールみたいに跳ね返るくせに、置いておくとどろどろ。
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この回答へのお礼

今度、試してみま~す。。。

お礼日時:2001/01/13 13:05

気体,液体には粘性がありますが,


温度変化の様子は違います.
気体では温度が上がると粘性が増加,液体では逆です.
bisaku さんの観測されたとおりで,
別に塗料に限るわけではなく,一般的な状況です.

よく言われている理由は次のようなものです.
液体の粘性は分子間力から来ている.
すなわち,液体の形を変えようとすると,
隣り合っていた分子がはがされたりします.
分子間力ははがされまいとしますから,それが粘性として観測される,
というわけです.
で,温度が上がると,分子の運動が活発になりますから
隣とくっついているよりは勝手に動きたがるようになって,
粘性が小さくなる.

気体では速度の速い分子と遅い分子がありますが,
分子同士の衝突により速度を平均化しようとします.
これが粘性の原因だといわれています.
だから,粘性は衝突頻度が大きいほど大きくなります.
で,温度が高いほど気体分子の運動は活発で,
衝突頻度が増えますから粘性も大きくなります.

一応,もっともらしそうですが,
液体の粘性の主要原因が本当に分子間力かどうか確かめたか
どうかは知りません.
塗料だと,高分子が入っているでしょうから,
高分子の形によるからみあいみたいなこともありそうです.
通常,高分子の分子量Mが大きいほど,
粘性も大きいとされているようです.
昔,粘性がM何乗かに比例し,
そのべきが高分子の形(曲がっているか,棒状か)によって
違うというような話をどこかで見たのですが,
詳しいことはちょっと思い出せません.

ここに書いたのはしばらく前(大分前?)の知識です.
最近,摩擦や粘性を見直すプロジェクトもあるようですから,
もしかしたら最新の解釈は少し違うかも知れません.
私がすぐ回答できるのはこれくらいです.
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。温度が上がると分子の運動が活発になるというところが、よくわかりました。

お礼日時:2001/01/13 13:03

塗料は色素の溶質+それを溶かし乾燥・固化する溶媒に分かれます。

水分の蒸発が無い場合、一定温で、その溶液の粘度は濃度によります。
 このご質問では、一定の濃度の塗料の場合を考えます。溶質(色素)は考慮に入れなくてもいいでしょう。後は溶媒の温度-粘度の関係です。
 溶媒は有機溶媒です。分解までの温度では、固形→半個体→液状 と変化します。この液状では、温度が高温ほど粘度が低下します。
 よって、塗料は温度が高いほど粘度が低下して流れやすいが、広がりやすく、温度が低いほど粘度が高く流れ難いが固まり難く、変形し難い。となります。

この回答への補足

※塗料の場合、シンナーが揮発してしまうと、、粘度変化にも限界があるのでしょうか?例えば、50℃以降からは、粘度の低下があまりしない結果になりますかね!?(dragon-2さん以外の方でも回答宜しくお願いします。)

補足日時:2001/01/13 13:07
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この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
固形→半個体→液状という説明がよくわかりました。

お礼日時:2001/01/13 12:56

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どうしたら簡単にできるでしょうか?
宜しくお願いします。

参考
LM60データーシート
http://akizukidenshi.com/pdf/ns/LM60.pdf

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オペアンプを使って測定温度範囲を変える回路の一例を以下に紹介します。

 2.7V~10V   Vout  オペアンプ
  │┏━━━┓ ↓
  │┃ LM60 ┃┌───┤+\
  │┗┯┯┯┛│     |   >┬─ Vin ( AD入力 )
  └─┤└ ) ─┤   ┌┤- / │
      C  │  │   ├── R3 ┘   C = 0.1μF(積層セラミック)
  GND ┴─┤  C   R1
        │  │   ├─┬ R4 ── Vref
        │  │   R2  C
        └─┴──┴─┴───-- GND ( 0V )

計算方法は省略しますが、LM60の出力電圧を Vout [V] としたとき、オペアンプの出力電圧(AD変換の入力電圧) Vin [V] は
   Vin = [ { ( R1 + R3 )*( 1 + R4/R2 ) + R4 }*Vout - R3*Vref ]/{ R1 + R4*( 1 + R1/R2 ) }
で表わされます。Vref は基準電圧で、これは外部から与える電圧です。Vout は、温度を t [℃] としたとき
   Vout = 0.424 + 0.00625*t --- (1)
です。

測定温度範囲が tmin ~ tmax のとき、Vin の範囲が 0V ~ Vref となるようにするには
   R1 = { 0.00625*R3*( tmax - tmin ) - R2*( Vref - 0.00625*tmax - 0.424 ) }/{ Vref - 0.00625*( tmax - tmin ) }
   R4 = R2*( Vref - 0.00625*tmax - 0.424 )/( 0.00625*tmin + 0.424 )
とします。例えば、tmin = -20℃、tmax = 82.3℃(温度分解能 = 0.1℃)とするには
   Vref = 2.5V ならば R1 =3.352kΩ、R2 = 100Ω、R3 = 10kΩ、R4 = 522.3Ω
   Vref = 5V ならば  R1 = 1.373kΩ、R2 = 100Ω、R3 = 10kΩ、R4 = 1.358kΩ
とします。AD変換の一方の基準電圧 Vref+ を Vref に接続し、もう一方の基準電圧 Vref- をGNDに接続すれば、AD変換の電圧測定範囲は 0V ~ Vref になります。Vref は、できれば基準電圧発生用のIC(たとえば [1] )を使って安定化された電圧にしてください。PICのプログラムで、内部で Vref+ = Vdd、Vref- = Vss とすることも可能ですが、電源電圧安定していなかったりノイズが乗っていると測定値が安定しません。

R1 と R4 の値は中途半端になりますので、固定抵抗と半固定抵抗を組み合わせて所望の抵抗値を作ります(基板に実装する前にテスターで抵抗を測定しながら調整するといいでしょう)。その後、以下の手順で最終的な調整を行うのがいいでしょう。
  (1) LM60を接続しないで、Vout の部分に、最低温度に相当する Vout の電圧を印加する(式(1)で計算)
  (2) R4 を調整して、Vin が 0V ( <数mV)となるようにする
  (3) Vout の部分に、最高温度に相当する Vout の電圧を印加する
  (4) R1 を調整して、Vin の電圧が Vref に等しくなるようにする(Vin - Vref 間の電圧を測定して0 になるようにする)
  (5) (1)~(4)を繰り返す

なお、オペアンプの電源電圧と Vref が近い場合(どちらも5Vの場合など)、オペアンプによっては出力電圧が Vref まで出ない場合があります。オペアンプの電源電圧と Vref が近い場合は、出力電圧が電源電圧いっぱいに振れるレールトゥレール出力のオペアンプ(例えば [2] )を使ってください。オペアンプの入力電圧は最大1.2V程度なので入力側は問題ありません。

[1] 基準電圧IC LM336-2.5
     価格  http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%22I-00459%22&s=popularity&p=1&r=1&page=0&cl=1
     データシート http://akizukidenshi.com/pdf/ns/LM336-2.5.pdf
[2] レールトゥレール出力のオペアンプ(LMC662CN)
     価格 http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%22I-00067%22&s=score&p=1&r=1&page=
     データシート http://akizukidenshi.com/pdf/ns/LMC662.pdf
[3] PIC16F818/819データシート http://akizukidenshi.com/pdf/pic/pic16f818_819.pdf

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  └─┤└ ) ─┤   ┌┤- / │
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        │  │   ├─┬ R4 ── Vref
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2次方程式の解(要するに「関数=0」の時のxの値)については理解されていますよね?
2次不等式の解はその条件を満たすxの範囲を問われています。
そして、実数は2乗すると必ず0以上になります。


(1)について
「0以下になる範囲は?」と問われています。
通常0以上なのですから、与式を満たす範囲と問われても、0になる「x=-6」の1点しかありません。

(2)について
「0より大きくなる範囲は?」と問われています。
もし、「0以上」であれば「実数の全部」となりますが、「より大きい」ですから、0になる「x=1/3」の1点は条件を満たしていないので除く必要があります。


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