毛細管現象の促進方法

あるものに油を染み込ませようとしています。
自然含浸より早く染み込ませたいのですが（できれば一瞬で）何か方法はないでしょうか？
例えば、真空中ではどうでしょうか？あるいは振動を与えるとか？
お知恵をお貸しください、よろしくお願いします。

No.1 回答者： shindi 回答日時： 2007/07/19 02:09

経験者かも知れませんので，詳細を教えていただけたら少しは役にたてるかもしれません。

あるものってものがすごく気になります。

私は，油にガラス管を立てて，毛細管現象により上昇したガラス管内の液面高さより表面張力を測定していました。油はゆっくりでしか吸い込まず，イライラした経験があり，試行錯誤を繰り返しました。

結論から言うと方法は見つけられませんでした。自然の力には勝てませんでした。
振ってもダメ。叩いてもダメ。角度を変えてもダメ。
外圧を真空にしても見ましたが，変化はありませんでした。
表面張力は圧力にほとんど依存しないようです。

少し効果があったのは，ガラス管の表面を綺麗にすることぐらいでした。あと，液体を冷やすと若干表面張力が上昇し，速くなるかもしれないです（自信なし）。

この回答へのお礼

どうもありがとうございました。
真空にしてもダメなのですね。

お礼日時：2007/07/27 08:26

No.2 回答者： inara 回答日時： 2007/07/19 20:33

毛細管関係（？）の仕事に就いております。

毛細管構造（あるもの）への液体の浸透速度を表わすものとして、ルーカス・ウォシュバーンの式 [1] というのが知られています。
　　　L = √{ r*γ*cos(θ)*t/( 2*η) }
L は浸透長 [m]、r は毛管半径 [m]、γ は液体の表面張力 [N/m]、θ は液体と毛細管との接触角、η は液体の粘性係数 [Pa・s]、t は時間 [s] です。

液体が水の場合、浸透現象のメカニズムが複雑なため、この式からはずれた挙動が多いのですが、油の場合はこの式がよく当てはまります。毛細管構造に液体を染み込ませたときの浸透時間を短くするというのは、上式の L を大きくすることです。使用する毛細管構造や油の種類を変えられないのであれば、L を大きくする最も手っ取り早い方法は、油の温度を上げることです。油の場合、もともと粘性係数が大きく、浸透しにくい物質なのですが、粘性係数の温度依存が大きく、温度を上げると粘性係数がかなり小さく（サラサラに）なります。表面張力 η は温度が上がると小さくなりますが、表面張力の温度依存は粘性係数の温度依存に比べて一般に小さいので、γ/η は温度が高いほど大きくなります。

また、これは直感に反しますが、毛管半径を大きくすること（緻密な毛細管構造でなくスカスカにする）も L を大きくするのに効果があります（全てのパラメータがそうですが、√でしか効かないので、L を2倍にするには r を４倍にする必要があります）。毛管半径は、「あるもの」が管なのか、紙のような繊維質なのか、スポンジのようなものなのかで、どの部分のサイズを指すのか変わりますが、「あるもの」の正体が分からないので一般論的なことしか言えません。ただしあまりにスカスカでは染み込むという現象は起こりませんので限度はあります。

最後に残ったパラメータになりますが、接触角 θ が小さければ L を大きくすることができます。接触角とは、例えばコップに水を入れたときに、水面がコップの壁面に接するところで、水面と壁面が作る角度のことです（ 角度の測り方は、水面が凹型なら θ < 90度、面が凸型なら θ > 90度という具合です ）。θ の下限はゼロ（ cos(θ) = 1 ) ですので、すでに θ が小さい場合、これを減らしてもあまり効果がありません。接触角 θ は毛細管構造と油の組み合わせで決まってしまうので、その組み合わせ以外の選択肢がなければ変えようがありません。しかし、使用している油が毛細管構造とあまり濡れない（接触角が大きい）場合、毛細管構造に何らかの親油性処理を施せば接触角を小さくすることができます。

[1]　ルーカス・ウォシュバーンの式（ PDFファイル 2ページ目）　http://psl.fp.a.u-tokyo.ac.jp/hp/enomae/Paper%20 …

この回答へのお礼

どうもありがとうございました。

お礼日時：2007/07/27 08:22

No.3 ベストアンサー 回答者： xiade 回答日時： 2007/07/19 21:35

毛細管という所から布状・スポンジ状のものだとは思いますが、

対象物の形状・材質や油の種類がどのようなものか分からないので
ジャストアイデアで記載してみます。
ただし、工業製品向けであり食品等にはそのままでは使えません：）

化学的：
・分子量の大きな油脂(染み込ませたい油)を溶剤で希釈して浸透を促進する。
　浸透後溶剤を蒸発分離する。(溶剤は回収再利用。真空加熱分離等)
　石油系、アルコール系のほか塩素化炭化水素系(代替フロン等)などいろいろあります
・浸透促進剤として界面活性剤を添加する。
　ただし溶剤と違って簡単な除去が難しいので残存する界面活性剤による特性変化に注意。
　もっとも一口に界面活性剤といっても多種多様ありますが…
　界面活性剤のほかにも適した添加剤があるかもしれません。

物理的：
・振動の一種ですが、超音波(数十KHz～1000kHz)を利用する。
　対象物と油特性により適した周波数・出力は異なるでしょうから要研究です。
　浸透時に直接利用するほか、油脂の前処理として利用する方法も考えられます。
・加温加圧噴霧 (おそらく検討済みでしょうが…)

見当違いでしたらすいません ：）

この回答へのお礼

どうもありがとうございました。
物理的方法で色々試してみようと思います。

お礼日時：2007/07/27 08:21

No.4 回答者： xiade 回答日時： 2007/07/19 22:25

No.3の補足です

>化学的：
>・浸透促進剤として界面活性剤を添加する。

"あるもの" の素材が親油性というよりも親水性寄りのものの場合、
陽イオン(カチオン)界面活性剤で前処理しておくことで油の吸着性が向上します。
(親油性処理)

身近なモノとしては洗濯用柔軟仕上げ剤に含まれています ：）