製剤、ぬれと接触角

前回の製剤、表面張力とGibbs(ギブズ)の吸着吸着等温式の表面張力に続いて、今回はぬれについて確認します。ぬれは固体表面に液滴が広がる現象を言います。

 

 

ぬれの近いイメージとしては、机の上にあるコップの水を倒してしまい、水が机の上に広がるような感じです。私は最近子供に花瓶を倒されて、床が水浸しになるという事件がありました。あちゃ〜って感じでしたね(笑)

 

ぬれも、製剤工程に関わる現象になります。

 

接触角

もし先ほどのコップの水が一滴だとするなら、その液滴と机が接触している間の角度である接触角θによってぬれの程度が表されます。どういうことかと言いますと、以下の図のようなイメージです。

 

 

この時、固体の表面張力をγS、液体の表面張力をγL、固体-液体表面張力をγSLとすると、γS=γSL+γLcosθが成り立ちます。これをYoung式(ヤング式)と言います。Young式(ヤング式)は物理の力学と同じように考えてもらえれば、覚えるまでもないと思います。

 

そして、接触角によって、以下のようなぬれの分類となります。

 

 

• 拡張ぬれ；θ=0°
• 浸漬ぬれ；θ≦90°
• 付着ぬれ；θ≦180°

 

この時のイメージとしては、一滴の水が落ちる様子をハイスピードカメラに撮って、どこまで形状が変わるかといった感じでしょうか。接触角が180°であれば、そのままの状態を保っているわけですから、ぬれにくいと言えます。逆に接触角が0°ということは、ベチャっとなって広がってしまっているわけですから、ぬれやすいと言うことになります。

 

ちなみに浸漬ぬれは「しんし」ぬれと読みます。初めての時、なんて読むんだろうと、国語力が乏しい私は苦しんだ記憶があります。「しんせき」とも読むこともあるそうですが、間違い?のようです。とりあえず、「しんゴニョゴニョ」ぬれと言うことです(笑)

 

 

Washburn式(ウォッシュバーン式)

実験的に接触角を求めるには、毛管中に粉を詰めて、液体に垂直に立てると、毛管中を液体が登る方法がとられます。この実験の式から、接触角θを出すには、Washburn式(ウォッシュバーン式)が使われます。

 

Rを平均毛管径、γを液体の表面張力、θを接触角、ηを液体の粘度、Lを時間tにおける液体上昇の高さとすると、以下のようにWashburn式(ウォッシュバーン式)は表されます。

 

 

これは、国家試験的には計算問題というよりも、Washburn式(ウォッシュバーン式)が何を求める式なのかというのを知っておくとよいと思います。私は、washは洗う→洗うには水が必要→水と言えば濡れる。といった感じから、Washburn式(ウォッシュバーン式)は、ぬれに関わる式だと覚えてました。適当過ぎてすいません(笑)

 

まとめ

• 固体表面に液滴が広がる現象をぬれという。
• 接触角θによってぬれの度合いが表され、拡張ぬれ、浸漬ぬれ、付着ぬれなどに分類される。
• Washburn式(ウォッシュバーン式)はぬれに関わる式。