今日のおじさん、なに食べました? (仮)

妻の料理と、おじさんの毎日の記録です。ほんのり工学テイスト。

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3倍はがしやすい~ふっ素樹脂の付着エネルギー
【今日の料理】 2011/4/30 夕食
 ブログを本格的に書き始めて,はや1ヶ月が経とうとしています.お蔭様で本ブログは大変好評で,1日に平均5~6件のアクセスを頂いております.このペースで行けば,年間2000アクセス,100年で20万アクセスを達成できる見込みです.今後も,この調子で,身近の科学を,工学的に,こねくり回していきたいと思っています.

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★米飯

★鮭アラ鍋
 具は,鮭アラ・大根・人参・こんにゃく・ごぼう・しめじ.鮭アラは,洗う→熱湯をかける→洗う,の工程の後,酒とだし汁で煮ました.アルコールが飛んだところで,残りの食材を全投入.20分ほど煮てから,味噌を加えました.(圧力鍋ではありません.)
 鮭アラは,脂が乗っていて,たいへん美味でした.ただ,中骨が大量に残ってしまいました.この中骨を,圧力鍋で,加圧40分ほど煮てみました.しかし,中骨缶詰のように柔らかくはならず,生ごみとなってしまいそうです.煮汁は使えそうですが,少し残念です.

★浅漬け,かぶ・きゅうり
 かぶときゅうりに,塩昆布を混ぜただけ.妻の好物.

★七目煮豆
 昨晩からの残り.本日は,朝昼晩とも登場.

★お助け惣菜(購入品)
・宗家キムチ
・キャラぶき

【今日の料理工学】  3倍はがしやすい~ふっ素樹脂の付着エネルギー
 昨日は,ふっ素樹脂コーティングの概要について,考察しました.

 今回は,ふっ素樹脂コーティングを施されたフライパンの,最大のウリである,「くっつかない」の理由を,考察してみたいと思います.
 この,くっつかない理由は,いろいろな文献で紹介されています.例えば,文献[1][2]があります.

[1]日本フッソ工業;簡単にわかるフッ素樹脂コーティング講座,フッ素コーティングって何?-2-
 http://www.nipponfusso.com/information/lecture.html
[2]ダイキン工業;フッ素化学 技術情報,フッ素樹脂の表面・界面の制御技術とその応用
 http://www.daikin.co.jp/chm/technology/index.html

 文献[2]によれば,ふっ素樹脂の非粘着性は,ふっ素樹脂表面の「濡れ性」で説明できる,とのことです.
 図1のように,固体の上に,液体が乗っている状態を考えます.液体の端の部分の角度(接触角と呼ぶ)をθとします.この角度θは,当該固体と液体の相性を示す指標となります.θが小さいときは「濡れ性が良い」,θが大きいときは「濡れ性が悪い」,と言います.
<図1>
z20110430z1.jpg
 このとき,次のYoung-Dupre(ヤング-デュプレ)の式が,成り立ちます[2].
<式1>
z20110430s1.jpg
 ここで,
 γS:固体の表面張力(表面エネルギー)[N/m]or[J/m^2]
 γL:液体の表面張力(表面エネルギー)[N/m]or[J/m^2]
 γSL:界面の界面張力(界面エネルギー)[N/m]or[J/m^2]

 また,図2のように,液体を固体から剥がした状態を,仮想的に考えます.
<図2>
z20110430z2.jpg
 液体を固体から剥がすのに要するエネルギー(仕事)を,W[J/m^2]とします.すると,次式が成り立ちます.
<式2>
z20110430s2.jpg
 式1と式2から,次式3が導かれます.この,剥がすためのエネルギーWを,「付着仕事」または「接着エネルギー」と呼ぶことがあります.
<式3>
z20110430s3.jpg
 式3をグラフ化すると,下図3のようになります.この図から,θが小さいほど,剥がすのに要する仕事が大きい(=剥がしにくい),ということが言えます.
<図3>
z20110430z3.jpg
 つまり,下図4で,左はθが小さいので剥がしにくく,右はθが大きいので剥がしやすい,ということです.(界面の面積は,両図で同一とします.)
<図4>
z20110430z4.jpg
 文献[2]によると,固体に水を落としたとき,角度θは次の値となるそうです(実験値).
 ・ふっ素樹脂(PTFE):θF=114deg
 ・アルミニウム:θA=4.6deg
 表面から水を取り去るための仕事の比WF/WAは,式4から,次のように計算できます.
 WF/WA=(1+cosθF)/(1+cosθA)=0.30

 つまり,ふっ素樹脂コーティングをしたフライパンでは,アルミ製のフライパンに比べて,約1/3のエネルギーで,水を取り除くことができる,というわけです(付着面積が同一の場合).
 実際には,フライパンの表面には,水でなく,様々な汚れが付着するでしょう.しかし,上記と同じ理由で,ふっ素樹脂コーティングをしたフライパンでは,汚れを取り除くのは簡単そうなことが,想像できます.

【今回の結論】
 ふっ素樹脂コーティングをしたフライパンに汚れがつかないのは,表面の「濡れ性」で説明される.

 次回は,上記の理屈を確認するために,実際のフライパンで,簡単な実験をしてみたいと思います.


【バックナンバー】
ふっ素樹脂編・前の記事:コーティング概要
ふっ素樹脂編・次の記事:液滴形状の実測

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