液体の温度を上げると？

質問

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。

回答No.5

tama606 · ベストアンサー

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。

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。

回答No.4

noname#211914

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/00000E46.htm
（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

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。

回答No.3

stomachman

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。

お礼

今度、試してみま～す。。。

回答No.2

siegmund

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．

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。

回答No.1

dragon-2

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。

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。

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。）