解説

セラミックス基盤工学研究センター年報（2002）．Vol.2，9-16粒子の表面物性と粒子間付着力
藤

正督・高橋

実

名古屋工業大学セラミックス基盤工学研究センター〒507-0071

岐阜県多治見市旭ヶ丘10-6-19

Surface Properties of Particle and Adhesion Force between Particles
Masayoshi FUJI and Minoru TAKAHASHI
Ceramics Research Laboratory, Nagoya Institute of Technology
Asahigaoka 10-6-19, Tajimi 507-0071 Japan

Powders are frequently used in material processing such as fabrication of ceramics. For the control of dispersibility andcohesion, it is indispensable to understand the adhesion force between particles. The adhesion force is influenced by theenvironmental factors to which the powder is exposed and the properties of the particles. In handing powder, the surfacechanges caused by humidity are especially important. In this paper, the influence of humidity and the physico-chemical properties of particle surfaces on the adhesion between particles were reviewed.

１．はじめに要な要因が挙げられる。たとえば粉体が置かれている環
境や状態の差異，すなわち温度，湿度，あるいは粉体の粉体が関わる工業プロセスはセラミックスなどの固体充填率の違いがある。また，粉体粒子自身の特性，たと材料製造において欠くことができない。この場合，作製

えば粒子の大きさや，その形状，表面の物理的化学的特された材料の良し悪しは粉体の分散，凝集状態に強く依性等に，付着力の大小は強く影響される。実際に粉体を存する。例えば，不均一分散状態や凝集塊が有る状態で取り扱う場合において我々が観察する付着力は，これらセラミックを作製すると，密度不均一や欠陥を生じてし種々の要因が複合された結果であるため複雑な挙動を示まう。この場合，本来期待されるような強度や性能に達すのである。

しない。一方，製剤などにおける造粒操作のように粉体

本報では環境の要因影響として，湿度をとりあげるこの凝集性を積極的に用いることもある。これら分散性，ととする。これは日本のような高湿度な国において特に凝集性など粉体特有の性質の源は粒子間の付着力にあ重要と思われるからである。また，粉体粒子自身の特性る。それゆえ粉体の関与する各種プロセスにおいて，付としては粒子表面の物理的化学的特性について述べる。

着力がうまく利用される場合も，トラブルの原因となる

また両者が互いに密接な関係に有ることについても言及場合も，付着力のコントロールは重大な関心事の一つで

する。

ある。
付着力は通常Van der Waals 力，静電引力，液架橋力，

２．幾何学的構造と物理吸着水を考慮した粒子表面

固体架橋力等の要因で生じる力の総和とみなされる。理論的解析も実験的検証もすすみ，理想的な系においては粒子径が数十μm以下になると，粉体の動力学は重力

分子レベルからマクロのレベルまで体系づけられつつあ

支配から付着力支配に変わる。したがって，表面状態がる 1）。しかしながら，身近で起こる各種粉体の付着性を

粉体の種々の現象に大きく影響をするようになる。表面比較検討してみると，それが著しく大きい場合，あるい状態は表面化学的な変化に加え幾何学的構造因子も重要は逆に小さい場合が良く観察される。このような違いはである。また多くの場合，粉体が大気中で取り扱われる

何によって引き起こされるのだろうか？もちろん付着力ことを考えると，物理吸着水の影響も，粒子間付着力をの発生要因の差，すなわち前述したVan der Waals 力，

左右する重要な要因である。そこでここでは，粒子間付静電引力，液架橋力等の違いにより付着力の大きさは当着力に影響するであろう粉体の表面幾何学的構造と物理然異なるであろう。その他に付着力を左右する各種の重吸着水についてシリカを例として整理することにする。
−9−

粒子の表面物性と粒子間付着力

Fig 2. Classification of surface silanol（a）according to chemical
state,（b）according to chemical structure.

Fig 1. Conceptual classification of surface structure.（a）smoothsurface on molecular level,（b）surface with roughness onmolecular level,（c）surface with micropore.（d）surface
with mesopore.

表面水酸基のモデル図である。この場合，結晶構造から考えて，freeタイプでかつiso.タイプの表面水酸基しか生

付着力支配（表面支配）であるサブミクロン以下の粒子成し得ない。Fig. 3（b）は同じくβ-クリストバライトのを取り扱う場合，粒子間付着力に影響するであろう表面（100）面に生成した表面水酸基のモデルで，freeタイプ

幾何学構造は，粒子の大きさから判断して，ナノスケー

でかつgem.タイプの表面水酸基のみが生成可能である。

ルの構造を考えればよいであろう。なぜならば，これよ

このように平滑面おいてはH-bondタイプ表面水酸基は存り大きな表面幾何学構造は，マクロポア（50nm以上）も在しない。β-クリストバライト構造において，H-bond

含めて概ね粒子形状の範疇と考えられる。そして，このタイプ表面水酸基は（111）面と（100）面間のエッジ部

スケールの表面幾何学構造は電子顕微鏡で十分観察でなどに存在しうる。すなわち，原子レベルでのラフネス

き，粒子形状と粒子間付着力の問題として取り扱えるかや構造欠陥が存在しなければ，H-bondタイプ表面水酸基らである。この考えに基づき，かつ吸着分子と粒子の相は存在しないといえる。アモルファスシリカの正確な表

対的な大きさから，表面幾何学的構造は概ねFig. 1 に示

面構造を記述することは大変難しい。しかしながら，概す 4 つに分類できる。第一はFig. （1 a）の原子レベルで平ねFig. 3（a）〜（c）の構造が部分的に入り組んでいると滑な表面構造，第二は（b）の原子レベルのラフネスを理解できる。

持つ表面構造，第三の（c）はマイクロポアを有する表

実際問題，完全平滑の粉体表面は有り得ない。つまり，

面構造，第四の構造（d）はメソポアを有する表面構造

Fig. 1（a）は（b）の特別な場合と考えられる。したがっである。これらの表面構造の分類にしたがい，各表面構て，以降は両ケースを平滑表面あるいは無孔性粒子とし造と物理吸着水の状態について次に述べる。

て取り扱う。
ここで示した表面水酸基は物理吸着水の吸着サイトと2.1

原子レベルで平滑な粒子表面なる。大気雰囲気での取り扱いでは多くの場合，物理吸この表面構造は理想的な無孔性粒子の場合である。こ

着水が存在し，その存在量は湿度に依存し変化している。

のレベルは表面化学種に関係し，表面・界面化学的にみFig. 4 に比較的平滑な表面を持つといわれている気相合

た粒子間付着力の基本要素となる。

成シリカの水蒸気吸着等温線を示す 4），5）。図中の数字はシリカの場合，このレベルの最小単位としては，表面

表面水酸基量を減少させる為に導入したトリメチルシリ

水酸基が重要である。表面水酸基は化学的存在状態や化ル基（TMS基）の表面密度である。改質基密度0.7nm−2学的構造からFig. 2 に示すような，freeタイプとH-bondの試料は水にぬれる親水性試料である。一方，改質基密タイプあるいはiso.タイプ，gem.タイプ，tri.タイプに分

度0.8nm −2 の試料はちょうど疎水性と変化し，水には分類される。ただしtri.タイプは，その構造の不安定さから，散せず水面に浮遊する試料である。未改質試料及び両改

特殊な条件が整わない限り存在し得ない 。したがって，

質試料いずれも初期吸着性の悪いIUPAC分類のⅢ型を示

一般に，表面水酸基のタイプはiso.タイプおよびgem.タ

す等温線を示している。両改質試料に対する水蒸気吸着

イプの存在のみを意識すればよい。これらは次に示す原量は，未改質試料の場合と比較して低相対圧域ではやや子レベルのラフネスを持つ表面構造と深く関係してい低下している。一方，高相対圧域では両改質試料への水る。

蒸気吸着量は大きく低下し，未改質試料の吸着量と大き2）な差を生じている。改質基密度0.7nm −2 の改質試料の場
2.2

原子レベルのラフネスを持つ粒子表面

合，この領域においては吸着量は未改質試料に比べ減少

前述したように，ステップ，キンクなど原子レベルでするが，相対圧 1 に近づくと未改質試料みられるようにの表面ラフネスは表面水酸基の種類と深く関係してい吸着量の増加が認められる。しかしながら，改質基密度3）る。Fig. 3 にこれらの関係を示唆するモデル図を示す 。

0.8nm −2 の試料に対する吸着量は，相対圧 1 においてもFig. 3（a）はβ-クリストバライトの（111）面に生成した

理論的に算出される水の単分子吸着量0.35mlSTP/m 2 の
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正督・高橋

実

Fig 4. Adsorption isotherms of water molecule on non-porous silica particle.
Fig 3. Surface structure of β-cristobalite（a）iso. type silanol on（111）face,（b）gem. type silanol on（100）face,（c）mixed-surface of（a）and（b）. ○ : hydroxyl group, ● :silicon atom. Hydrogen bond is shown by shaded bar.
Oxygen atoms in lattice are not shown.

成された表面水酸基への局在化吸着を中心に共同吸着し65％程度にとどまっている。等温線がⅢ型であること，ものと推定される。またこのような 2 次元水膜の連続的低相対圧域での吸着量の減少，および高相対圧域での吸形成がぬれ性に密接に関係し，かつ相対圧約0.7以降で起着特性の差異は以下のように解釈できる。

こる粒子間への水蒸気毛管凝縮現象による急激な吸着量

一方，未改質試料の高相対圧域では，低相対圧域で形た島状の吸着層が互いに接した 2 次元水膜を形成し，その上へ多層吸着が起こるために吸着量の増加がみられた

低相対圧域の水蒸気吸着では，水分子と親和性の高い増大の有無を決定している。親水性改質試料の場合，改表面水酸基上へまず局在化吸着し，次にこれを中心とし質により島状吸着層の間隔が広がり，かつ改質基が存在て共同吸着が起こり，吸着層は島状に成長する。この場するために 2 次元水膜の形成時期が未改質試料に比較し合，改質試料の水蒸気吸着量は，改質反応により減少すて高相対圧で起こる。従って，多分子層吸着および毛管

る表面水酸基量及び改質基の立体障害により遮蔽される凝縮による水蒸気吸着量の増加時期も遅れるものと解釈

表面水酸基量分だけ，減少することが予想される。このできる。一方，疎水性を示す改質試料の場合，吸着量は

ことは，Fig. 4（a）の吸着量を残存水酸基に対する吸着水

相対圧 1 においても理論的単分子吸着量の65％（約分子の数に変換したFig. 4（b）から確認できる。親水性

0.22mlSTP/m2）程度にとどまる。したがって，水蒸気吸改質試料の場合，水酸基一個当たりの水蒸気吸着量は未

着は改質基の被覆部分以外のみに起こっており，また多改質試料のものと一致することから，改質反応による表分子層が形成されないと判断できる。これは改質基の嵩面水酸基の減少量分だけ水蒸気吸着量が減量しているこの影響により 2 次元方向への水膜の形成が抑制され連続とがわかる。疎水性改質試料の場合，未改質試料の吸着

的 2 次元水膜が形成できなかったものと低相対圧部の吸量を下回る。このことから，改質基が残存する表面水酸

着過程の結果から推測される。したがって，高い水蒸気基を遮蔽し，改質反応で減少した水酸基量から予測され圧下においても粒子間への毛管凝縮が起こらず，吸着量る多くの吸着サイトが減少したと解釈できる。

は未改質試料および親水性改質試料の場合のような急激−11−粒子の表面物性と粒子間付着力な増加を示さないものと理解できる。

Fig. 6 には前述した無孔性シリカである気相合成シリカ

結局，Fig. 5 に示すように，湿度が高くなるにつれ，の未改質試料の水蒸気吸着等温線も同時に示されてい無孔性シリカ上の物理吸着水の状態は，局在化吸着，共る。未改質試料及び改質試料はいずれも初期吸着性の良同吸着による島状吸着層の形成，島状吸着層の接触によいIUPAC分類のⅡ型を示す等温線である。未改質試料のる二次元連続水膜の形成，粒子間への毛管凝縮相と変わ

水蒸気吸着量が改質試料と比較して著しく大きくなってる。

いる。一方，改質試料は親水性と疎水性の差があるにも関わらず低相対圧域での吸着量はほぼ同量である。そし2.3

マイクロポアを有する粒子表面て，高相対圧域で親水性を示す改質基密度1.2nm −2 試料

第三の表面幾何学構造はマイクロポアが存在する場合の吸着量が増加している。このような差異のあらわれたである（Fig. 1（c））。水分子がマイクロポアフィリングを吸着機構の検討は，無孔性シリカの水蒸気吸着等温線を起こすウルトラマイクロポア領域の表面構造の測定は，標準等温線として各試料の水蒸気吸着等温線をV-t プロ

6）ヘリウム吸着による報告例 はあるが，一般的には水蒸ットに変換することで解析可能である。無孔性シリカへ気吸着実験以外では測定が困難である。以下，水蒸気吸の水蒸気吸着等温線はIUPAC分類のⅢ型等温線で，その着実験を用いたマイクロポアの解析とマイクロポアを持

吸着機構は低相対圧域において水分子と親和性の高い表

つ液相合成シリカの物理吸着水の状態について示す。

面水酸基上へまず局在化吸着し，次にこれを中心としてFig. 6 は液相合成により作製された未改質シリカ粉体，共同吸着が起こり，吸着層は島状に成長する4），5）。したがトリメチルシリル基密度1.2nm−2の改質試料及びトリメチって，V-t プロットが直線を示す部分は無孔性シリカへ

ルシリル基密度1.4nm −2 の改質試料の水蒸気吸着等温線の水蒸気吸着機構と同じ機構であり，またプロットの屈。改質基密度1.2nm の試料は水に分散可能な

曲は吸着機構の変化であると判断できる。ただしこの場

親水性試料である。一方，改質基密度1.4nm −2 の試料は合，吸着層の成長は島状であるのでV-t プロット横軸の水に分散せず水面に浮遊する疎水性試料である。また，

厚みは島状吸着層の幾何平均厚さ（マイクロポア半径）

である

7），8）

−2

となり，実際の吸着層の厚み（マイクロポア半径）よりも過小評価されることに注意が必要である。V-t プロットをFig. 7 に示す。未改質試料の場合，低膜厚域ではV-tプロットの傾きが大きくなっている。これは，マイクロポアへ水分子がフィリングしたためであると考えられる。しかし，膜厚約0.08nmを越えるとほぼ無孔性シリカと同じ傾きを持つ直線と一致している。ここで，無孔性シリカの水蒸気吸着等温線では膜厚0.08nmは相対圧約0.7における吸着層の厚みである。また，この相対圧での無孔性シリカの水蒸気吸着量は，理論的単分子吸着量の約30％である。したがって，水蒸気の吸着は島状吸着の形
成段階にあるといえる4），5）。つまり，プロットが同じ傾き

Fig 5. Adsorption mechanisms of water on non-porous silica particle.

Fig 7. V-t plots of water adsorption on microporous silica and nonporous silica as standard.

Fig 6. Adsorption isotherms of water on microporous silica particle.
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を持つ直線となっているのはマイクロポア内への水のフには，メソポア内への吸着物質の毛管凝縮が起こるか否ィリングが終了し，外表面の水酸基および水分子のフィかが重要な問題である。また，マイクロポアの場合とはリングしたマイクロポアを活性点として無孔性シリカと異なり，吸着物質の毛管凝縮が起こりうる圧力範囲が広同様の島状吸着が始まったためだと考えられる。そして，いため，粉体を取り扱う湿度で付着力が大きく異なる。

その後は島状吸着が互いに接し 2 次元的に連続した水膜

したがって，水蒸気存在下で粉体を取り扱う場合には表を形成した後に多分子層吸着に発達する。したがって，

面幾何学構造の中で最も重要なファクターとなる。このFig. 6 の高相対圧域での吸着量が著しく増加したものとことに関しては，後の「3.3 多孔性シリカの粒子間付着いえる。

力」に記すことにする。

一方，改質試料のV-t プロットも低膜厚域では傾きが通常の水蒸気存在下で親水性粉体を取り扱う場合，大きくなり，吸着初期においては未改質試料の傾きとほFig. 1 に示した（a）,（b）,（c）の表面構造は水蒸気のぼ同じである。これは，改質によるマイクロポアの閉塞

吸着の為にほぼ同じ状態あると理解できる。したがって，がトリメチルシリル基の生成しうるマイクロポアまでに

粒子間付着への表面構造の影響を考える場合，（a）の平しか起こらないことを示している。つまり，それ以下の滑表面と（d）のメソポア構造を考慮すれば良い。そこ

直径のマイクロポアは閉塞されず，未閉塞のポアに水分で，次節は湿度下での両表面構造と付着力の関係につい子がフィリング可能なのである。トリメチルシリル基のて述べることにする。

大きさから考えると，この閉塞されたマイクロポアの細3. 水蒸気存在下における粒子間付着力発生メカニズム

孔径は直径0.8nm前後であると考えられる。また，水分子フィリング後のV-t プロットの傾きは未改質試料に比3.1

較して小さい。これらのことから，改質試料の外表面で無孔性シリカ粒子間の付着力（高湿度下）

は未改質試料と同じ機構で島状吸着が形成されるが，そ種々の湿度で測定された約 3μmの無孔性球形シリカの量が改質量の増加とともに減少したことがわかる。さ粒子間の付着力をFig. 8 に示す9）。これらはカンチレバー

らに，改質基密度1.2nm−2と1.4nm−2の試料では，その改およびシリコンウエハーに固定された粒子間の付着力を質量にあまり大きな違いがない。したがって形成されるAFMにより測定した結果である。親水性試料として表面

島状吸着の量もほぼ等しいと考えられる。その為，Fig.

水酸基密度4.6nm−2，3.6nm−2の未改質シリカとトリメチ

6の中相対圧域までは改質基密度1.2nm ，1.4nm の試料

ルシリル基表面密度0.42nm−2の改質シリカが用いられてともに吸着量に大きな差は見られない。しかし，高相対いる。また，疎水性試料としてトリメチルシリル基表面圧域に入ると疎水性を示す改質基密度1.4nm−2の試料は島

密度1.01nm − 2 ，1.16nm − 2 のシリカが用いられている。

状吸着が改質基の遮蔽障害を乗り越えて成長することがFig. 8 から親水性試料は湿度約70％まで200N/m前後のほできないが，親水性を示す改質基密度1.2nm−2の試料は島ぼ一定した値を取り，70％以降急激に増加している。ま−2−2状吸着が改質基の間隙に成長して 2 次元的に連続した水膜を形成し，その後，多分子層へと発達すると考えられる。その為，高い相対圧域での吸着量が親水性である改質基密度1.2nm−2の試料の方が大きくなっていると理解できる。
結局，マイクロポアを有するシリカの水蒸気吸着機構
は，ポアへのフィリングさえ完了してしまえば，ポア外表面のみを考えればよく，その吸着機構は無孔性シリカ
すなわち平滑表面をもつシリカの場合とほぼ同じとみなせる。また，マイクロポアフィリングは極めて低い湿度で起こる。したがって，粉体が低い湿度で取り扱われる
場合，水分子のマイクロポアフィリングはすでに完了した状態にあると考えられる。よって，大気中での粒子間付着力を考える場合は，マイクロポアを持つ表面も先に示した無孔性シリカすなわち平滑表面と同等の取り扱い
ができる。
2.4

メソポアを有する粒子表面

第四の表面幾何学構造はメソポアが存在する場合である。この領域は窒素吸着実験で測定可能である。また，特定の条件がととのえば，透過型電子顕微鏡で観察可能

Fig 8. Adhesion force between non-porous silica particles against
humidity.

である。メソポアの粒子間付着力への影響を考える場合−13−

粒子の表面物性と粒子間付着力

た，立ち上がりが生じる湿度は親水性の減少に伴い高湿以上のように，高湿度における付着力変化は粒子間へ度側にシフトしている。一方，疎水性試料は湿度90％にの毛管凝縮（液架橋）形成に依存し，先に述べたぬれ特

おいても単調な増加を示しており，急激な増加は見られ性変化の機構とも良い対応を示す。粒子表面上の物理吸ない。この様な付着力の増加挙動は水蒸気吸着等温線の着水の存在状態が粒子間付着力へ大きくしていることが変化と良い対応をしめしており，粒子間への毛管凝縮のわかる。

形成の有無と付着力に相関関係がある。つまり，親水性
試料においては粒子間に毛管凝縮が生じることにより，

3.2

無孔性シリカ粒子間の付着力（低湿度）

液架橋力が加わり急激な上昇が現れたのに対し，疎水性

ここで言う低湿度とは，物理吸着水の存在状態を基準試料においてはトリメチルシリル基の立体障害により粒として，粒子間毛管凝縮が起こる以前の湿度とする。水子間の毛管凝縮が阻害され，単調増加にとどまったもの

蒸気の吸着量に対する付着力の変化をFig. 9 に示す9）。

と考えられる。同様に，親水性試料において親水性の減Fig. 9 から全領域において水蒸気の吸着に伴い付着力少により付着力の増大時期に遅れが生じたのも，トリメが上昇していることが分かる。この傾向は，空気中からチルシリル基の存在により粒子間への毛管凝縮開始が遅水中へと雰囲気が変化することで値が減少するファンデ延したためと理解できる。

ルワールス力とは反対の結果となっている。したがって
ファンデルワールス力の寄与が小さいことを示している。また，プロットは親水性試料に帰属される緩やかな
直線と疎水性試料に帰属される傾きの大きな直線に分類される。これは，疎水性試料では水蒸気の吸着に伴い付着力が比例的に増加するのに対し，親水性試料では水蒸
気の吸着前から強い付着力が存在し，水蒸気吸着の影響をあまり受けないことが示唆される。このことは，付着力が水素結合に起因すると考えると合理的に説明できる。つまり，Fig.10に示すように，疎水性試料においてはトリメチルシリル基の立体障害により表面水酸基間では水素結合を形成するとはできないが，吸着水分子を媒介することで粒子表面間に水素結合が形成し得る。これに対して，親水性表面では，はじめからシラノール基間の結合が可能なため，水蒸気の吸着が生じても付着に寄与する水素結合の総数には大きな変化は無く，値も大きく変化しないと考えられる。これらのことから，低湿度における付着力発生は表面間の水素結合が支配的である

Fig 9. Relationship between adsorption amount of water on nonporous silica particles and adhesion force.

といえる。
3.3

多孔性シリカの粒子間付着力

細孔径の異なる 4 種の多孔性球形シリカ粒子間の付着

Fig10. Formation of hydrogen bond between non-porous silica
particles.

Fig11. Adhesion force between mesoporous silica particles
against humidity.
−14−

藤

正督・高橋

実

Fig12. The critical humidity where capillary condensation occurs into mesopore.

Fig13. Illustration of adhesion model
between mesoporous particles.（a）small pore radius,（b）large poreradius.

力と湿度の関係をFig.11に示す 10）。前述した無孔性粒子

無孔性や細孔径の小さな試料のように粒子間に完全な液同様，付着力はAFMにより測定されている。細孔径の小架橋が生成しえない。したがって，かなりの高湿度に至さい細孔半径4.3nmおよび細孔半径5.2nmの試料では，高っても付着力の増加が認められないものと考えられる。

相対圧に近づくにつれて鋭い立ち上がりが見られる。一４．おわりに方，細孔半径11.7nmおよび細孔半径19.5nmの細孔径の大きい試料に対する付着力は，湿度が高くなるにつれ単調な増加を示している。これらの差異は細孔内への水の毛

水蒸気存在下での粒子間付着力は，粒子表面での水吸管凝縮と粒子間への毛管凝縮と深い関係がある。Fig.12

着層の状態と粒子表面の幾何学的構造に影響される。粒はKelvin式と水蒸気吸着等温線から各湿度において水が子間毛管凝縮が起こる前の低湿度における付着力の主要

どの程度細孔に毛管凝縮するかを算出し，細孔径分布と因は，水の介在による粒子表面間の水素結合である。粒。小さい細孔半径

子間毛管凝縮が起こった後の高湿度下での付着力の主要

4.3nmおよび細孔半径5.2nmの試料では湿度80％RHで充素は液架橋力である。細孔を有する粒子の場合も基本的填が完了するのに対して，細孔半径11.7nmおよび細孔半な付着発生メカニズムは同じである。粒子間毛管凝縮が径19.5nmの細孔径の大きい試料では90％RHに至っても起こる前の低湿度では，水の介在による粒子間水素結合

毛管凝縮が完了しなていことがわかる。これは，付着力が付着力の主要因である。ただし，メソポアの存在によ

測定において小さい細孔半径4.3nmおよび細孔半径5.2nm

る接触面積の低下分だけ無孔性粒子に比較して付着力はの試料では70から80％RHで付着力が増加した結果と対応低下する。粒子間毛管凝縮が起こった後の湿度でかつ細している。一方，細孔径の大きい細孔半径11.7nmおよび孔への毛管凝縮が完了する湿度以降においては，無孔性

細孔半径19.5nmの試料においては90％RHにおいても細粒子の場合とほぼ同等の液架橋力が働く。一方，細孔へ孔への水の毛管凝縮が続くため，付着力が増加していなの毛管凝縮が完了する以前の湿度においては，部分的ないと考えられる。つまりFig.13に示すように，細孔径の接触部における液架橋力のみが可能で，細孔内への毛管

小さな試料では，低い湿度において毛管凝縮が完了し粒凝縮完了後に比較して大きな付着力は発生しえない。

重ね合わせて比較した結果である

10）

子外表面に連続水膜が形成し，つづいて起こる粒子間毛以上のことから，粉体を取り扱う湿度に置いて，その管凝縮に伴い液架橋が形成され，付着量は増大する。一粉体の持つ細孔径が毛管凝縮半径以上である場合，付着方，細孔径が大きい場合，細孔内への吸着及び毛管凝縮

力は部分的液架橋力もしくは水の介在による水素結合力の完了はかなり高湿度であり，ほとんどの温度下で粒子のみであり，強い凝集構造を形成しにくいことが予想さ

外表面には細孔構造で寸断された不連続水膜しか形成される。たとえば，セラミックススラリーやサスペンジョ

れない。このため，部分的な液架橋形成は可能であるが，ンの均質化がこの条件では可能であろう。一方，造粒の−15−

粒子の表面物性と粒子間付着力ために凝集を積極的に起こすためには，逆の条件を設定

6 ）N. Setoyama, M. Ruike, T. Kasu, T. Suzuki and K.

すればよい。今後，材料プロッセッシングの目的，条件

Kaneko, Langmuir, 9, 2612 （1993）.

に応じて粉体表面をコントロールすることができるよう

7 ）M. Fuji, H. Iwata, T. Takei, T. Watanabe and M.

に成れば，机上で設計された材料を効率良く再現し作製

Chikazawa， Adv. Powder Technol., 8, 325 （1997）

することが可能となるであろう。

8 ）藤最後に著者の興味から内容的に偏った面も多分にある

正督，岩田宏敬，武井

孝，渡辺

徹，近沢正

敏，粉体工学会誌，33，740 （1996）と思われる。付着に関しては各種の総説11〜17）も多いので9 ）M. Fuji, K. Machida, T. Takei, T. Watanabe and M.

それらを参考にして補っていただければ幸いである。

Chikazawa， Langmuir, 15, 4584 （1999）10）M. Fuji, K. Machida, T.Takei, T. Watanabe and M.

参考文献

Chikazawa， J. Phys. Chem., 102，8782 （1998）
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吸着基礎および分散・

13）金沢孝文，近沢正敏，次田

p.87，東京化学同人（1995）.

14）金沢孝文，近沢正敏，次田1487 （1983）

章，石膏と石灰，172，

114 （1981）4 ）M. Fuji, H. Iwata, T. Takei, T. Watanabe and M.

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