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Q&A 消泡と整泡

Q シリコーンは消泡剤として使われる一方、ウレタンフォームなどの整泡剤としても利用されています。そのような相反する性質がシリコーンにあるのはなぜでしょうか?

A ●泡について

 本題に入る前に泡について少し考えてみましょう。一般に泡とは液体と気体(多くの場合空気)とから成り立っています。泡立ちの現象は“泡立ちやすさ”と“泡の消えにくさ”という2つの囚子に分けて考えることができます。“泡立ちやすさ”とは泡を形成する液体中に起泡性の第3物質が存在することにより促進され、泡立ちの原因となるのです。これに対して“泡の消えにくさ”とは、発生した泡の界面の粘性や剛性の大きさに左右され、これらが大きいほど消えにくくなります。
   ここでいう起泡性の物質とは泡を形成する液体に均一に溶解して、液体と気体の液膜に吸着し、表面張力を低下させる働きをするものです。分子中に親水性部分と疎水性部分を持つことが構造上の特徴で、その代表的なものが石けんや中性洗剤などです。
   したがって、“泡立ちやすさ”と“泡の消えにくさ”を助長するものが整泡削に、それら(特に“泡の消えにくさ”)を減ずるものが消泡削として有効なわけです。
   では、なぜシリコーンはこの相反する2つの性質を持っているのかを以下に説明してみます。

●シリコーンの消泡性

 シリコーン(特にジメチルシリコーンオイル)は表面張力が小さいので、泡立っている液に対して均一に拡がり、個々の泡の表面に接しやすいと言えます。また、シリコーンはいろいろな液体に対しての溶解性(親和性)が小さいことから、シリコーンが触れた泡の表面は、その部分だけ局部的に表面張力が低下します。この部分がシリコーンの触れていない表面張力の大きい部分に強く引っ張られるので、結果として泡が破れることになるのです。その際、泡を形成している液体にシリコーンが溶解しないことが重要な点です。溶解してしまっては、液体の表面張を均一に広げることになり、かえって泡立ちを促進することになりかねません。ですから消泡削として必要な条件は

  1. 泡を形成している液体への溶解性が小さいこと。ただし、泡表面へ近づくだけの親和性はあること。
  2. 表面張力が小さいこと。
  3. 泡表面への分散性がよいこと。

などがポイントです。ジメチルシリコーンオイルの消泡効果が優れているのは、1)、2)の持性が他の消泡剤にくらべまさっているからにほかなりません。また、ジメチルシリコーンオイルにシリカ粉を配合したオイルコンパウンド型が消泡剤として一層適しているのは、3)の分散性が一段と向上しているからです。

●シリコーンの整泡性

 先に、石けんのような起泡性の物質は、一つの分子中に親水性部分と疎水件部分をもつことが特徴だと述べました。ウレタンフォーム発泡時などに用いられるシリコーン整泡剤は、起泡性物質のシリコーン版ともいえるのです。シリコーン整泡剤は、シリコーン部分(ジメチルシリコーンオイルの骨格と同じポリジメチルシロキサン鎖)を疎水性部分とし、中性洗剤の親水基と同じポリエチレングリコールなどを親水件部分とした界面活性剤としての構造を有しているわけです。
   ウレタンフォーム発泡時に整泡剤がどのような役割をはたすかをまとめると次のようになります。

1)相溶性のないウレタン原料の各成分を均一に分散させることっ

2)発泡系の表面張力を上げることによって、泡を発生させやすくすること。

3)できた泡を均一にし、安定化させること。

まさに石けんと同じ役割をはたしていることがわかると思います。ですから、消泡剤として用いられるシリコーンと整泡剤として用いられるシリコーンとは、同じシリコーンの仲間でも化学構造的にはかなり異なっているのです。そこに、消泡と整泡に使い分けられる秘密が隠されているのです。
   以上消泡性と整泡性について簡単に説明しましたが、この相反する性質を発揮させるためには、それぞれに適切なシリコーンを使用することが肝要なのです。





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