さて、今回は実践・応用編ということで前回までの理論を踏まえたうえで代用品の研究に移ります。

とりあえずアニリン点のわかる身近な物質は限られており、そこら辺の油で条件に合った製品(物質)を探し、購入するのはなかなか難しいということを書きましたが、ならば発想を変えてみましょう。

探すのが難しい？

なら作ればいいじゃないか！

ハイ。TOKIO的発想です(笑)

条件に合った物質を時間をかけて探すよりはあえてこっちで条件に合う物質を作ってしまえばよいのではないか？とワタクシは考えたわけであります。

とりあえず理想の補助剤として以下のような特徴を持てばよいと僕は考えました。

１、アニリン点がなるべく低いものであること。できればアニリン点が６０℃以下あるいはその付近。

２、揮発性があまり高くないこと。できれば蒸気圧が８．５×１０＾-７mmHg(２０℃)以下が望ましい。

３、安全性がある程度確保されるもの。

４、手に入りやすいもの。

取り合えずこんなもんですかね。

１はなるべく膨潤しやすいものを手に入れるための条件です。アニリン点６０℃以下としたのはゴムのりの主成分であるノルマルヘキサン(アニリン点５９℃)と同等程度の膨潤となれば性能的には満足するレベルになるのではないかと考えたからです。

２はなるべく効果が長く続くために必要な条件です。僕としては２～５日程度効果が持続してくれればそれでいいかなと思ってます。

８．５×１０＾-７ｍｍHgというのは前回ヤサカの補助剤の特許文で登場したアジピン酸ジオクチルの蒸気圧です。おそらくあの文に出ていた物質と同程度の蒸気圧ならばそれなりに効果が長く続くと考えたためこの数値設定にしました。３・４の条件はもはや説明の必要はないでしょう。

ではどうやって理想的物質を作るか。これが大問題でしたね。

結論から言いますと僕は上に大きく補助剤を作る！と書いた癖に作ることは難しいと判断し、作りませんでした。

方針としてはアマゾンなどで手に入りやすいノルマルヘキサンを用いて作ろうと考えたんですけどね…

ノルマルヘキサンにオリーブ油などの分子量が比較的求めやすい不揮発性の油を適量混合することでラウールの法則に則り蒸気圧降下を起こさせ適当な蒸気圧にしてしまえばよい…と単純な考え方なんですけど、問題はノルマルヘキサンのモル蒸気圧降下度を求める必要があることと、やはりノルマルヘキサンでもやや危険かな？と思いやめました。

結局のところこの方法もダメと判断し、さらなる代用品探しの方法を考えたのですがいい考えは見つかりませんでした。

前回のアニリン点のグラフを見てみると６０℃付近にスピンドル油というのが書いてあります。スピンドル油というのは工業用の潤滑油の一種で、自転車用の油なんかもスピンドル油の一種です。こういうのならアマゾンで普通に売ってますから、そこら辺から探していくのが一番現実的な代用品探しとなりそうです。

本当ならいくつかのスピンドル油を僕が入手したうえで実験し、効果が最も高いものを発表できればよかったのですが、ちょっと僕の都合上なかなかしばらくできそうにないということで今回とりあえずここまで書くことにしたわけであります。

結論：代用品はホームセンターやアマゾンで売ってるスピンドル油から探せ！

とりあえず僕の研究と呼べるのかわからないスピードグルー・補助剤の代用品探しの話は終わりとさせていただきます。

一応グルー効果の原理を説明できたのでそれはよかったかな…？

それでは今日はこの辺で！

透過素材だったんですね。申し訳ありません。

さて、前回までは理論化学・有機化学的観点からアプローチしていたのですが、今回はちょっと視点を変えてみました。

基礎理論編４～特許をはじめとする文献によるアプローチ～

前々回にも貼ったこのスピードアクセルのパッケージ。

この右上の部分に特許出願中と書かれていますね？

なんとなくこの商品って特許とれたのかなあ…なんて考えていたんですが、ここでピンとひらめきました。

特許庁に問い合わせて卓球の補助剤関連の特許を調べれば何かわかるのではないか？

特許というのは平たく言えば発明したものの権利が誰にあるかを明記、登録し、どんな発明なのかも具体的に書かれています。

補助剤の特許があるならばどんなものが補助剤に使われているのかわかるはずです。

んで、特許庁のHPから検索して2000年代初頭の卓球に関する特許をすべて調べ上げ、補助剤に関する特許はないか探しました。

するとありました。2件。

ひとつはこちらhttps://www7.j-platpat.inpit.go.jp/tkk/tokujitsu/tkkt/TKKT_GM301_Detailed.action

2006年公開ののJUICの特許です。こんなに昔からJUICは補助剤に関する特許を出していたんですね。

鉱物油あるいは植物油をスポンジに塗るとグルー効果が出るよーみたいなことを言っています。しかしながら植物油・鉱物油に関しての詳しい規定はなく、はっきりとどんな物質を使うとは明記されていませんでした。

もうひとつがこちら

https://www7.j-platpat.inpit.go.jp/tkk/tokujitsu/tkkt/TKKT_GM301_Detailed.action

2008年公開のヤサカの特許です。

これは二塩基酸エステルを用いた補助剤を定義しています。

この特許の内容では実験用ラバーにマークⅤを用い、アセチルクエン酸トリブチル、アジピン酸ジイソノニル、セバシン酸ジブチル、アジピン酸ジオクチルの4つの二塩基酸エステルで実験を行い、結果、セバシン酸ジブチルを使えば一番高い効果があったと書いてあります。

つまるところこれがヤサカの補助剤の正体です。ついに補助剤の正体を突き止めました。やったー！わーい！すごーい！

そんなことを考えたのも束の間。

問題はこれらの物質をどうやって入手するか。アジピン酸ジイソノニルとかは化粧品に入ってることもあるのですが、単体で入手することは難しく、アジピン酸ジオクチルは東京化成株式会社さんのHPで５００ｍｌ2800円で売ってるのを見つけたのですが、おもにこれは試薬として研究所や企業向けの販売であって、僕のような専門家でもない個人に売ってくれるはずもありません。よってせっかく正体を突き止めたにも関わらず入手方法はないことがわかりました…

一応二塩基酸エステルというだけならホルベイン工業のエコリムーバー(絵具剥離剤)が近いかな…と思ったんですが代用品になるのかどうかわからないです。

ただ、エステル油というのは盲点でした。車用のオイルとかも補助剤効果が十分にあるかもしれませんね。車用のオイルってだいたいエステル油なんです。

そんなことはさておき、何故二塩基酸エステルなのでしょうか？

ここからはあくまでも僕の予想なんですが、沸点が高め(２００℃程度)だからだと思います。スピードグルーが問題になったのは揮発性の高い油の気化した煙を吸ってしまうことが危険と判断されたことがきっかけでした。

「揮発性が高い」とは化学的には常温常圧状態で蒸気圧が高いことです。(蒸気圧とはある気体の蒸発量と凝縮量が釣り合うときの気体の圧力です)

トルエンやヘキサンは蒸気圧が高く、放っておいたらどんどん蒸発していってしまいます。スポンジ面から蒸発していき、全部蒸発すると最後にはグルー効果が切れるわけですが、蒸気圧を低くして、蒸発しにくい液体にすればなかなか蒸発せずにスポンジ面に液体が残り、グルー効果が長持ちするというわけです。補助剤が一般的に効果が長く続く理由はこの蒸気圧による原因です。

理想の補助剤はアニリン点が低く、蒸気圧も低めの液体ですね。

蒸気圧が低すぎると今度は乾きにくくなってしまいます。サラダ油なんて塗ったらなかなか乾きませんもんね…

理想の補助剤を手に入れるにはどうすればよいのか…

次回に続きます。

では、今日はこの辺で！

今回は前回の続き、極性の調べ方などについて話します。

ちょっと本題に入る前に…

スピードグルーの主成分は初期のころはトルエンが使われているものが一般的でしたが、トルエンの発がん性などが問題視されるようになると主成分はノルマルヘプタンへと変わっていきました。

ノルマルヘプタンやゴムのりの主成分であるノルマルヘキサンと比べるとトルエンの方がグルー効果は高かったそうです。いろんなサイトを見る限り、そんな記述を数多く目にしました。また、シクロヘキサンを試しても効果はトルエンに届かなかったのだとか…

基礎理論編3～極性・アニリン点によるアプローチ～

さて、本題に入りましょう。

極性を調べるにはどうすればいいのか？

SP値(溶解パラメータ)という指標があります。詳しくはWikipediaで調べてもらいたいのですが、簡単に言えば極性や分子間力を考慮して計算によって混ざりやすさの指標を作ってあるわけです。SP値が近いほど混ざりやすいことが知られています。しかしながら、あくまでも計算で求めた値なので実際にはSP値が近くても理論値ほど混ざらないこともあるのだとか。気体の状態方程式に当てはめても理想気体と実在気体とではふるまい方が違いますもんね…

では、ここでゴムのSP値を見てみると…

天然ゴム(ポリイソプレン)…7.9～8.3

合成ゴム(ブタジエン)…8.1～8.5

※この値は旧値です

スポンジに含まれるゴムの種類と割合にもよりますが、ふつうは天然ゴムの分量の方が多いことを考慮すると7.9～8.3ぐらいのSP値の物質を探せばいいはずです。

SP値がそのぐらいの物質はというと…

ノルマルヘキサン…7.3

ノルマルオクタン…7.8

シクロヘキサン…8.2

酢酸イソブチル…8.3

トルエン…8.9

ベンゼン…9.2

エタノール…12.7

水…23.4

※http://www.diced.jp/~KAZU/sp3.htmより引用。

ちなみにオリーブオイルやサラダ油などの植物油脂のSP値はだいたい8.0～10.0あたりだとのことです。

見てみると7.9～8.3に近い物質はどれも揮発性の高い有機溶剤である場合が多いことがわかります。スピードグルーの性能のいいやつを作ろうとするとどうしても揮発性有機溶剤に結果としてなってしまうんですかね…

水のSP値とヘキサンなどの油のSP値を比べてみればなるほど確かに混ざらないはずです。

でもよく見てください。経験的にトルエンが一番グルー効果が高く、ノルマルヘキサンやシクロヘキサンはそこまで効果が高くないことが報告されているにも関わらず、ノルマルヘキサンやシクロヘキサンの方がトルエンよりもゴムのSP値に近いですね。

ここから分かることは何か。SP値はあくまでもある程度の予測には役立つものの厳密な予測には不適であるということです。

では厳密に予測するにはどうすればよいのか？

僕はアニリン点(aniline　point)という指標を使えばいいと思います。

～アニリン点とは？～

アニリン点（混合アニリン点）とは、油脂の溶解性をみる際用いられる指標の一つである。
試料（検査の対象として使う物質）と等しい容積のアニリンを混合して冷却した際、試料とアニリンが分離するときの温度のこと。一般的にアニリン点が低いほど、溶解性が高いと言える。但し、アニリンがある温度で分離する溶剤でないと測定はできない。

※http://www.sankyo-chem.com/vocabulary.htmlより引用

高校の有機化学でよく出てくるアニリンです。

このアニリン点というのは石油化学工業ではよく使われる値で、計算による値ではなく、実験によって得られた値であるという所がミソです。

簡単に説明すると、アニリンという物質と同じ量の試料を混ぜて冷やし、試料とアニリンが分離する温度をアニリン点と呼んでいるわけです。アニリン点が低い＝混ざりやすいということでアニリン点が低い溶剤ほどゴムも膨潤しやすいことが知られています。

※https://www.packing.co.jp/GOMU/anilinboujun1.htmより引用

さらに、主な物質のアニリン点を見てみると…

ノルマルヘキサン…59℃

シクロヘキサン…30.2℃

トルエン…－30℃

ベンゼン…－30℃

※同じく三協化学株式会社のHPより引用

この値ならトルエンの方がノルマルヘキサンより膨潤することが裏付けられます。なぜ芳香族系の油の方がアニリン点が低いのか、いろいろ論文とか探してみたんですが見つかりませんでした…

とりあえずこれによってスピードグルーはトルエンを使うのが文句なしの最強であることがわかります。マジでトルエン最強や…

以上より、アニリン点がなるべく低い液体を探せば補助剤の代用品としては高い効果が出るのではないかと思ったのですが、困ったところが…

アニリン点がわかってる物質ってあまりないんです…

ホームセンターとかに売ってる油にアニリン点を書いた製品を見たことがありますか？僕はないですね。というかホームセンターとかで売ってる油の主成分の表示を見ても鉱物油としか書かれていない場合が多く、油の主成分がわかったのはほとんどありませんでした。

もっと他に代用品を探すいい手はないかと僕は考え、別の視点から探ってみることにしました。

それでは今日はこの辺で！

では主体となる原因は何なのか？

それを今回お話していきます。

なお、今回は少し化学の知識がないと理解できない部分がありますので難しいと感じた方は読み飛ばしてもらって結構です。目安としては高校化学程度の知識です。

それでは始めます。

基礎理論編２～膨潤によるアプローチ～

２か月ほど前に僕はかつてニッタクから発売されていた補助剤であるスピードアクセルを入手し、遊びの目的で使用しました。

やっぱり気持ちいいですね、はい。

スピンアトップ・スピンアトップ・スピンスピンスピン

こんなことを思ってしまいましたｗ(このネタがわかる人はある程度僕と年齢が近いと思います)

そんなことはさておき…

何か代用品を探すヒントになること書いてないかな…なんて思いながらスピードアクセルのパッケージを眺めてみました。

これがスピードアクセルのパッケージです。まあいろいろ書いてあるんですが…

成分：オイルといわれてもオイルだけじゃどんな物質なのか特定できませんし、かといって右下に書いてある第４類第三石油類というだけでは1気圧温度 20℃で液体であって、引火点が 70℃以上 200℃未満の液体ということしかわかりません。第四類第三石油類なんて探せばいくらでも出てきます。

しかし、よく見てみると用途：卓球用ラバー膨潤用と書かれています。

膨潤とはなにか？これが今回のテーマです。

～膨潤とは？～

卓球のラバーのスポンジの主成分は天然ゴムや合成ゴムです。実はラバーシートもスポンジも主成分はほぼ同じなわけです。天然ゴムは化学的にはポリイソプレンを指し、合成ゴムはいくつかあるのですが、卓球ラバーに使われる合成ゴムはイソプレンやブタジエンです。ゴムというのはイソプレンなどの分子が網目状にいくつもつながってできています。その網目状の隙間の部分に油などの相性の良い液体が入り込むことによってゴムが膨れあがり体積が大きくなります。別に油とゴム分子が結合してるわけではありません。この現象を膨潤というのです。

油が入り込んでるだけですから油が気化したりしてどこかに飛んで行ってしまえばゴムはもとに戻ります。(厳密には元通りになってるわけではない)これが時間がたったらグルー効果がなくなる理由です。

ラバーのスポンジ面を膨潤させることによってスポンジの体積を大きくし、それによってシート面が引っ張られてテンションがかかる…これがグルー効果の主な原因だった訳です。それに揮発性によるスポンジ内気泡の気圧増加も相まって生み出されるのが一般的にグルー効果と呼ばれる現象なのです。

ではここで疑問が起こります。同じゴムなのになぜシートは膨潤しないのか？普通に考えればスポンジ面にしみ込んだ油はスポンジを通過しシート側に到達してシートを膨潤させてもおかしくないはずです。シートもスポンジと同じように膨潤してしまうとテンションはかからなくなるはずです。

結論から言うとシートも膨潤します。

http://shirotatsu.blog.jp/archives/4910721.html

こちらの記事を参照するとわかるのですが、シート面だけに油を塗るとシートが膨潤し体積が大きくなりスポンジ面を内側に反り返ってるのがわかります。しかしスポンジ面だけに油を塗ればシートを内側にして反り返ります。この原理は単位表面積当たりのゴムの量の差で説明できます。スポンジってシートに比べればスッカスカで単位表面積当たりではゴムの量は圧倒的に少ないです。単位ゴム質量当たりの油の量が多いとより膨潤するわけです。例えば、１グラムのゴムに対して油を１ミリリットルつけるよりも１０ミリリットルつけたほうが膨潤する訳です。

ちなみに、単位体積当たりのゴムの量を多くすると硬いスポンジとなり、ゴムの量を少なくすると軟らかいスポンジとなります。これが軟らかいスポンジの方がグルー効果が大きい理由です。

結局シートよりもスポンジの方が膨潤して体積が大きくなるからシートを内側にして反り返り、テンションがかかってるわけです。

では、どんなものが補助剤の効果が高く、代用品となりえるのか？

探すべきものは「よりゴムを膨潤させやすい液体」を探せばよいのです。

先ほどゴムと相性がいい油がゴムの中に入り込むと書きました。ここで相性がいいとはゴムと混ざりやすい油という意味です。水と油は相性が悪く混ざりません。それはなぜか？極性が違うからです。

極性とは原子同士の結合の非共有電子対の偏りによって生まれます。この話を完全に理解するには電気陰性度の話から始めないといけないのですが今回は省略します。

詳しくはhttp://ameblo.jp/rx136z/entry-12268986411.html

こちらに書いておきました☆

ここで使いたかったためにこの記事を書いたのです。

一般的に水は水素結合もあるうえ電子的な偏りが大きい＝極性が強い物質です。一方油は電子的な偏りがないあるいは小さい＝極性がないあるいは小さいため、水と油は混ざりません。　極性の近いものがよく混ざり、遠いものは混ざらないということが一般的に知られています。ということはゴムの極性と近い液体を探せばグルー効果が高いということになります。

では極性はどうやって調べればいいのか？

この話は次回に回します。

それでは今日はこの辺で！

今日は皆さんが知りたいであろう補助剤の話をします。

本当は基礎理論を踏まえたうえで僕が実験してどんなものが最も補助剤効果があるということを確かめてブログに書きたかったのですが、僕の予定等がなかなか忙しくてですね、実験をするような余裕がないため、今回は補助剤の原理等を解説したうえでどんなものを探せばいいのかというような方針だけ皆さんに伝えたいと思います。

また、全部いっぺんに書くと長くなるので何回かに分けて書きたいと思います。それでは始めます。

基礎理論編１～揮発性によるアプローチ～

まず最初に当ブログにおける用語の定義をしておきます。　

スピードグルー…ラバーのスポンジ面に塗ると弾みを向上させる成分を含み、それ自身に接着能力をもつもの。

補助剤…ラバーのスポンジ面に塗ると弾みを向上させる成分を含み、それ自身に接着能力がないもの。

この定義よりスピードグルーと補助剤の違いは接着能力の有無のみとされます。よくスピードグルーと補助剤の違いについて揮発性の有無や有機溶剤と無機溶剤の違いで区別している記述が複数のサイトで見られるのですが、はっきり言ってそれらは間違いです。理由は後程説明します。スピードグルーも補助剤も弾みを向上させる原理は同じです。

とりあえず当ブログでは補助剤の代用品を探すことを最終目標として理論を進めていきます。

では本題に入ります。

Wikipediaの卓球のページでスピードグルー・補助剤についての記述を見てみると、以下のように書かれています。

【スピードグルー】

ラバーとラケットを接着するための有機溶剤性接着剤の一つ。一般の接着剤よりも有機溶剤を多く含んでおり、ラバーに塗るとスポンジの中で揮発して、スポンジが膨張する。この状態でラバーをラケットに貼ると、スポンジの膨張分だけシート面が横に引っ張られるため、常にゴムに負荷がかかった状態となる。反発力と摩擦力が高くなり、金属音と呼ばれる高い打球音になる。スポンジが柔らかくなるため、シートが少し硬くなっても全体としては柔らかくなる。ただし、常にゴムに負荷がかかっているため、一般の接着剤を使用した時よりもラバーの劣化が速い。

【補助剤】

有機溶剤を含む接着剤の使用が禁止されたことで、毒性のない水溶性接着剤（主成分は水、天然ゴム、アクリル）が普及したが、スピードグルー禁止を見越して、ブースターとも呼ばれる接着力の無い補助剤や水溶性グルーが卓球用品メーカーから発表されるようになった。

スピードグルー同様、補助剤を使用した状態の方が、未使用の状態よりも弾性と回転量に優れ、有機溶剤を含まず鉱物油を主成分としているので取り扱いが比較的容易で効果が持続しやすい、といったメリットがある。一方で、揮発性が低いのでラバーを剥がしての塗り直しが効かない、スピードグルーのような鋭いレスポンスを補えない、塗ることによって重量が重くなる、といったデメリットがあった。

(２０１７年５月１９日閲覧)

さて、ここでキーワードとなるのは揮発性についてです。

スピードグルーの説明を見る限り次のような現象が起こると書いてあります。

揮発性成分をスポンジに塗る

↓

スポンジ内の無数の気泡に揮発成分が入る

↓

揮発成分が気泡の中で気化し、気泡が膨らむ

↓

スポンジ全体が膨張するがラバーシートは膨張しないのでこの状態でラケットに貼るとラバーシートが引っ張られた状態になり、テンションがかかった状態になる

↓

弾みの向上

とりあえずこんなことが起こっていると。

１０年ほど前にJUICからラバーのスポンジ面に空気を高い圧力で入れてグルー効果を出す…という商品があったため、確かにこの理論は正しいことが裏付けされます。が！この理論だとWikipediaに書いてある補助剤の原理の説明がうまくいきませんよね？

仮に揮発性による原理でグルー効果が生み出されているとすれば、揮発性が低い補助剤では効果は期待できません。それに補助剤を重ね塗りすることによって効果が上がるという現象をこの理論で説明するにはやや無理があります。JUICの製品によって得られたグルー効果もほんの１時間程度で切れてしまい、実用的ではありませんでした。要するに気泡の中に高い気圧の空気があってもすぐに抜けてしまうことがJUICの製品によって証明されているのです。

以上より揮発成分による気泡内の圧力増加によるスポンジ膨張はある程度の効果は生み出すものの、メインの効果として考えるには力不足である、という結論が得られます。つまり、グルー効果は揮発性による効果によって生み出されている部分があるものの、それ以外の原因による効果によって生み出されている部分のほうが大きいということが言えると思います。

ではそれ以外にグルー効果を生み出している原因は何なのか？

この話は次回に書きたいと思います。

それでは今日はこの辺で！

何で今日この内容について書こうかと思ったかというと…まあ内緒です(笑)　

いや、一応理由は有るんですよ、ハイ。のちに皆さんにはお判りいただけると思います。

それなりに難しいと思うのでスルーしていただいても全然結構です。

電気陰性度って何？

多くの皆さんがご存じないのではないでしょうか。

一応高校化学をかじった人であればわかるとは思うのですが一応おおざっぱに解説させていただきます。

基本的に物質というものは原子が結合したものが多いのですが、その結合には電子が大きくかかわっています。

原子は陽子、中性子、電子の三つから構成されています。

陽子と中性子で原子核という核を形成し、その周りを電子がまわっています。イメージとしては原子核が太陽で、電子は地球です。

原子核の周りをまわっている電子のうち結合に利用される電子のことを価電子といいます。

また、デンマークの学者ポーアが提唱したモデルでは、原子核の特定の場所にしか電子が存在できないと考え、それを電子殻と呼んでいます。電子殻には名前がついており、原子核に近いものからK殻、L殻、M殻…としています。さらに、K殻には１個の、L殻には４個の副殻という電子の箱のようなものがあるのですが、１個の副殻に電子が１個しか存在しない場合にそれを不対電子といいます。原子同士の結合の際には副殻を重ね合わせ不対電子を出し合います。これによって生じる電子対を共有電子対といい、これを互いの原子核が引き合うことで２原子間がつながり結合となります。

ちなみに原子間で共有されていない電子対を非共有電子対といいます。

元素が異なると一般に共有電子対を引っ張る力は異なります。これを数値化したものが電気陰性度といいます。これが今日の本題です。

電気陰性度が各元素によって異なるために共有電子対はどちらかの原子に偏った場所にあることが多いです(偏ってないこともある)。

共有電子対に偏りがある結合の場合、極性があるという言い方をします。このことを頭に入れておくとちょっといいことがあるかもしれないです…

それでは今日はこの辺で！