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Q&A 撥水性と透湿性

Q シリコーン皮膜は水を撥くが、湿気は透すと聞きました。ちよつと矛盾していませんか?

A 一見そのように見えますが、実は、同じ化学組成をもっていても、水と水蒸気では物理的性質がまったく異なります。ここにその秘密があるのです。

Q もう少し具体的に説明してください。

A まず、水にはその中心に集まろうとする力があります(凝集力)。表面積をできるだけ小さくしようとするので、この力を表面張力と呼んでいます。このため、水を無重力空間に浮かべると、形が真球状になります。水に限らず、液体はみなそうですが、水では特にその力が大きいのです,一方、地上で水滴を物体表面に戴せた場含には、重力のほか、物体表面が水を引き寄せようとする力(付着力)の影響を受けることになります。

Q 物体表面が水を引き寄せる力とは?

A 物体の表面は、その分子のもつ力によって、近接する水の分子を引き寄せようとしています。その度合は、その表面の物理的・化学的構造によって異なりますが、この力が十分に大きくて、水の凝集力に打ち勝ったとき、水は広がって表面が濡れます。逆に、物体表面の引力が弱いと、水は凝集力で丸まって水滴になり、いわば水が撥かれた状態になります。図中の接触角は濡れにくさの度合を示すもので、90°を超えると強い撥水性があることになります。シリコーン膜は、もともと引力の小さいメチル基が表面に並んでいるので撥水性を示します、,ジメチルシリコーンオイルで処理したガラス板の、水に対する接触角は約103°です。


Q シリコーンが水を撥く仕組はわかりましたが、湿気を透しやすいのはどうしてですか?

A 水蒸気の場含ヽは、水滴とは逆に周囲へ広がろうとします。この拡散力が透湿性の原動力です。

Q そうであれば、シリコーン以外の皮膜でも同じになりませんか?

A 水蒸気に限らず、気体が皮膜を通りやすいかどうか(気体透過係数)は、皮膜中への気体の浸入しやすさ(溶解度係数)と皮膜中での気体分子の拡散しやすさ(拡敵係数ろの積によってきまります。皮膜中では、当然自由空間にくらべると気体の働きは制限されますが、その程度は皮膜を構成している物質によって異なります。シリコーン皮膜中では、他の合成ゴムやプラスチックの皮膜にくらべて、桁違いに気体の拡散係数が大きいのです。大まかには、隙間の多い分子構造をしているといってもいいかも知れません,また、特に水蒸気の場合は溶解度係数も大きいので、結果として極めて高い透湿性を示すのです。

Q シリコーンの透湿性はどんなところで役立つていますか?

A 例えば、弾性コーティング材トスコートは、建築物外壁への水の浸入を防ぐのが役目ですが、壁内部にある水分は閉じ込められずに水蒸気として放出されるので、塗膜のふくれの原因にはなりません。また、ばんそうこうの粘着剤に応用すれば、防水に加え、皮膚が汗でむれるのを防ぐ効果が期待できます。

Q 水蒸気以外の気体についてはどうですか?

A  他の気体の透過係数も大きく、また気体の種類によりその程度に差があります。シリコーン膜の酸素と窒素の透過添数の差を利明して、空気中の酸素比率を高めること(酸素富化)が実際に行われています。例えば、酸素吸入器や高効率燃焼炉のための酸素富化装置などがそれです。

Q ところで、シリコーンは油も撥きますか?油は汚れやシミの原因になりやすいのですが。

A 油は表面張力(凝集かが水にくらべると約1/3と小さいので、通常のシリコーンの表面では付着カの方が勝り、油は広がってしまいます。つまり、撥油性は十分でほありません。
   良好な撥油性を発揮させるには、付着力がさらに小さいシリコーンをつくればよいのですが、それにはフッ素原子を利用する方法があります。特にトリフルオロメチル基(メチル基CH‐の水素すべてをフッ素で置換したCF‐)を分子内にもつシリコーンでは、付着力がきわだって小さくなっています。このような化学構造をもつフルオロアルキルシラン類が市販されていますが、このシランで処理した物体の表面は撥水性はもちろん、撥油性もあり、防汚性に優れています.

Q なんだかシリコーンの話を聞いていると、なんでもできてしまいそうな気がしてきますが?

A なんでも、というのはオーバーですが、確かにシリコーンは製品設計の自由度が大きく、シリコーンが本来の性質を上手に引き出して活用する目的で、無数といってもいい製品が開発され市販されています。撥水性のもとになっている他の物質に対する付着力が小さいという性質を利用したものに限ってみても、多種の用途に向けた離型シリコーンや、剥離紙用シリコーン、普通紙複写機の加熱定着ロール用シリコーンゴムなど、数多くの製品を挙げることができます,





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