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九州工業大学学術機関リポジトリ
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溶液中を上昇する単一気泡に関する研究 : 界面活性剤の
影響
松野, 儀三; 奥田, 哲郎; 江口, 順二
1974-06-01T00:00:00Z
http://hdl.handle.net/10228/3952
Rights
Kyushu Institute of Technology Academic Repository
九州工業大学研究報告（工学）No．29 1974年6月 ］09
溶液中を上昇する単一気泡に関する研究
一界面活性剤の影響一
（昭和49年5月18日 原稿受理）
九州工業大学 松 野 儀 三
栗田工業KK奥田哲郎
三藁…イヒ成工業K正［ 江 口 111匡i 二
Study on a single air bubble in solutions
−Effeet of surfactant−一
by Yoshizo Matsuno
Tetsuro Okuda
Junji Eguchi
The shape自nd rising velocity of bubbles in呂urfactant solution of Tweenネ20 and‡80 were
m臼sured and analyzed， and were oompared with those in the reference Iiquid of water and ion
e宝change water．
The shape of bubbles cha皿ged in t』same manner as r叩orted by previous investigators，
namely， from spherical to ellipsoidal and then to mushroomlike，ユs the bubble size incτeased．
The rising velooity of bubbles inthe surfacta．nt solutioロincreased sharply in the range of small
diameter d， and g臼duaUy increased over the range of de6nite size of d． But the characteristic
feature of the bubble of taking the maエi凧um and minimumΨalues of rising velocity U in the
noロ・凱1rfaetant 801ution as in ion exchange water could not be observed．
The e葺ect of the properties of solutions on deformation d／a of bubble appeared maiロ1y in
the bubble of ellipsoidal shape． The sur「ace tension had the tendency to make the deformatio皿
of bubble lesser and the viscosity to make it larger． On the con廿ary， in bubbles o「spheric白l
and mushroomlike 5hape， this e音ect did not註PPear．
The di狂erence of properties of the solutions on U against d influen￠ed only on spheric白1
bubble． In high surface t臼sio皿solution， U as well as d of whioh the U values became maximum
were large． As the surface tension of solution becalne small，the diameter，of the bロbble which
run up most slowly became Iarge．
The e庁ect of surfactaロt on d／a did回ot appeaτヨn ellipsoidal sh叩e bubble， whne in mush−
roomlike bubble， di丘erent from bubbles in皿on・surfactant solution， d／a became large from at
small value of ReM°』3．
静止液中における単一気泡の挙動の研究は，特に化学 は物性値などの影響も十分に知られていない。
工業において棚段塔、気泡塔，通気撹伴槽など，いわゆ 現状は以上のようであるが，例えば，希薄な放射性物
る気泡が関与する装置の基礎的研究として行なわれてき 質の除去．あるいは下水中のABSの除去などに界面活
た1｝7，12問。 性剤を適用するケースが多く．本報では、物性値の影
静止液中を上昇する単一気泡は，気泡が大きくなるに 響．特に界面活性剤の影響を調べるための基礎的研究と
つれ，球形，楕円体状，キノコ笠状を呈する三段階の気 して，イオン交換水，水道水を対照液としTween 82⑪
泡に分かれ，その形状，上昇速度について各段階ごとに （0．01，0．1．0．5％），Tween書80（“1．0．1陪）界
実験式が報告されている6〕。しかしながら，気泡および 面活性剤溶液を用いて・単一気泡の流動特性に及ぼすご
気泡の上昇に伴なう液の運動がきわめて複雑なため，ま れら溶液の影響を調べた。なお本研究の実験・解析法は
だ単一気泡の全範囲にわたる一般的な理論式も．あるい 只木，前田即の手法を参考にした。
110
ターで引かれ，あらかじめ内径を測定したビニール毛細
§1・実験装置および方法 管，あるいはメスピペット⑤に導き，モの体積を測定す
実験はFig，1に示す通りである。本体は気泡に対す る。
る壁節果を滅じ，また定常状態を得るために透明アクリ 得られたフイルムをスクリーン上に数倍に拡大して気
ル樹脂製の150×150×1200の角柱とした。ガスホルダ 泡の長軸，短軸を得た。徹小単一気泡についても同様で
一は半回転の操作を外部から可能とし，また液の撹拝が あるが，フラッドランプで照射撮影した。なお徴小気泡
小さいように中空のカマポコ型でテフロンで製作し，気． については，観察の結果，ほぼ球形であったので容租測
泡捕集器はロートを逆にして用いた。 定を行わなかった。
実験は，本体下部のコックを開いて，圧縮機⑦，ある 上昇速度は，40cmの距離を上昇する時間をストッ
いは注射器⑪から空気を送入してガスホルダー②に捕集 プウォッチで測定し求められた。
し，これを半回転して単一気泡を液中に放出する。気泡 使用した液の特性は，Table 1に示す。同表の表面張
が上昇し，ほぼ定常状態に達したところで，240LP．m 力σ，粘度μは各々，毛細管法，オストワルドの粘度
で発光する高照度ストロボ装置を光源にして写真撮影す 測定により求めた。
る。撮影された気泡は気泡捕集器⑤に入り，アスピレー
§2、結果および考察
測定した長軸⑭），短軸（旬，気泡容積（1ノ）．
および上昇速度（び）のデーターから歪み使ノの，
凡数，抵抗係数CD，ぽe数， M値を算出し
た。
2−1．実験結果の全般的考察
CDを縦軸に，凡数を横軸に示すとFig．2の
ようになる。図には，液が非常に遅く流れる場
10
8． 合，運動方程式中の慣性項を省略し得ると仮定し
o ℃気泡の運醐程式から醗的喘たRrc。
‘轡’
の関係，Stokes式
Cp＝24／R， （ユ）
球形粒子の流れに，ポテンシャル流を近似的に
． 仮定して理論的に得たLeΨichの式P
C皿＝二48ノ」Rz （2）
及び，固体球の式をあわせ示し，また蒸留水1，の
Ivessel 5pipeffe gsurge lonk CD−R．相関も同図に示した。
憲ll命淵鑑pl？：じ恰昨は鷲㌶：㌶：㌫㍗
Fig．1Sd皿凪tic diagr臼血of飢Pεrimen国aPP且r副耶 すなわち・S｛etnes12］が報告した4っの範囲
T曲le l Liqロid propertie8（at 15℃）
踊d ．（ σdyロe／εm）！（，声醐 （9ノ：㎡） （−9』
ionε冥￠hange water
63．896 10．84・10−3
40．327 10．82 〃
1．00
1．00
’ 5．18二10−Il
water
78．743 10．63 〃
］．oo
2．56 〃
o．1％ 〃
0．5％ 〃
47．284 10．98 〃
1．oo
50L421 1 1LO8 〃
0．01男Tween君80 BOlutio皿
6z 869
11．23 〃
1，00
1．00
13．45 〃
11．55 〃
在28 〃
o」屠 〃
64．092 11．10 〃
ユ．OO
5，09 〃
U巧6Tween呑20501ution
20．5G ”
111
らに第一で指摘したように，汚染系の場台も，活性剤溶
10
旧n日瓦Chong直wo1εr
液と同様に，Solid・Sphereの式に近づくのであるから，
認結臨。“20蜘｝1加
汚染系は，界而活性荊溶浪のCD−R，相関に類似しえ
るといえよう凸いいかえるなら，汚染物質が界1面活性溶
液の活性分子と同様に，気泡界面に複雑な影響をもたら
3
していると考えられる。活住剤溶液汚染系では，界面に
おける運動が，純粋系と異なり，抵抗係数の極小値を後
者の0・2に対し0．8と増加せしめる。したがって，純枠
系の抵抗係数は，物性値，気泡径，上昇速度で決まる
＼ ’・
が，汚染系では，もう一つの界面での抵抗Cpxが考え
10
7 10 ヨ コ 5 1 10よ ・ 3 ∋ 7 10ユ 3 ， 5 7 1
烏 られる。そして純粋な液では，Eq．2に，またそうでな
Fig・2CDΨs・RJor air b汕bles い系では， s。lid−sphereの式に漸近するからCDxは両
i“v鋤貼1汕 者の差として近似できると考えられる．一
範囲Il気泡は球形で， CDはRオに逆比例して靖少 本実験で得た・Siemesによる範囲の設定は・ほとん
する気泡の小さい範囲 どTable 2に示す通りであった。本表で」κ1’x2は視
範囲皿：気泡は球形で，やや大きく，範囲1に比べ， 察によっては・区別できなかった。
減少度合が小さい 2−2・気泡の形状
範囲皿：気泡が相当扁平で，ジグザグまたは，螺旋状 気泡を形状で分類するとFig・3の三つの範囲になる。
に上昇する。 それぞれのRe数の範囲はTable 2に示した通りであ
範囲工V：キノコ笠状で，気泡はまっすぐ上昇する。 る。
が明確に表われている。しかし，液の種類により．若手 変形の一つの尺度として・偏平率ε＝抑ロ及びd／α
ながら相異がみられる．すなわち を考え・それらと朗当径4R汲び雛値破わさ
第一は，イオン交換水，水道水に示される汚染系と れた無次元項R・’M戚との点績より相関関係を求め
Stuke， Bry且11の示す蒸畜水との比校から判明する。微 ユ）気泡径の影響2）液の物性値の影響3）界面活性剤
小気泡の範囲で蒸留水は，LevichのFig．2に漸近し の影響を調べた。
ているが，実験結果は，Solid−Sphereの式に漸近した。
叩h●r」悼1 ●lll員剛dOI mu‘hroomllb
㌶く麗（ご㌶纂』沓：難；㌶ Fi唇3s㊥b山』
の関係を保つことについては，その表面張力が大きいた 2−2．1．気泡径の影響e一ゴ関係は各溶液について
め”としたSiemesの報告12」を裏付けている。 Fig．4に示すように．㎡＜o．1cmの小さい範囲ではe＝
第三は，界面活性剤溶液が，So1三d−Sphereの式に漸 1（球形気泡）となり，0・1＜4＜0・2cmではeは急激
近するということである。このことは，物性値の影響で に減少しはじめ，0・4＜ゴ＜UOcmの範囲でゴの増加
はなく，気泡界面への複雑な影響として考えられる。さ と共に単調な減少を示す楕円体気泡となる。d＞1・2の
T皿ble 2 Ro r釦喀e for bubbles ofΨariou5 shape
R．
shape of bubble
1iquid
sphericaI
1
（、）ellip 堰汲奄пg1（皿） lm・1sh・…1ik・
ion ex￠hange water
＜150
150・−220
22。−4… 1 4。。・＜
water
O．01％Tween巷20
＜x1
〈60
×1−300
60−300
×2−300
300−4000
300−2000
300−2000
α1田 〃 i ＜x2
4000＜
2000＜
2000＜
112
T凪ble 3 Re1皿tion between●（＝b／α）nnd d for bubble50fΨariou5 sh皿pe e＝α｛f一β
bubble
bu
ellipsoida1
liquid
（エ）
（皿）
α β
α β
mushroom−
like
eity water
io皿 exchange water
O．5BO O．237
0．391 1．086
0．420 0．284
0．361 0．914
O．01％Tween看20 solution
0．420 0．377
0．544 0．265
0．334 0．896
O．1彫 〃
O．5％ 〃
0．3・45 0．793
0．282 1．036
0．0］％Tween書aO solution
0．361 0．748
O．1％ 〃
0．271 1．210
0．24
0．25
0．20
0．25
0．25
境界として2つの傾向が示されている。この点について
Rosenberg14］は楕円体気泡を，400＜R6＜UOO l幾何
学的形状が変化する，UOO＜R，＜5000：幾何学的形状
呈・‘ が変化しない，としているが本研究でも実験誤差範囲内
で一致する。
なおBryn1】，Garner等3）は球相当径ゴが0．8cmま
で．Siemesは2cm迄を楕円体と報告しているが，ζ
o
’ 書』 dヤ】m」 1・・ … れら各研究者の報告の差の原因として装置特性．溶液の
Flg．4Relation betw㏄n d組d b／α 物性値・不純物の影響などが挙げられる。
キノコ笠状の範囲でFig．6に示すRを，気泡上部の
1．o
’7
@ 従って球相当径をゴとすると．
．5
三3 昔4’＝π伊（3R一めノ3 （3）
．2 が成立する。また，上面が球面であることから次式が成
2寓10 45 7 10 2 d 5 7 10 2
晦5R。血ti。輌tr‥M．（0．01男Tw㏄。⑳ R＝（α2＋4b2）／8占 （4）
キノコ笠状の範囲では，2−2．2．で述ぺるように
Cρ＝2．6 16．5＜R虜丑イo・23 （5）
b が成立するから
，R C・一鵠畦6
Fig．6M｛，del of励ble ∴ゴ＝1．95U2ノ宮 （6）
範囲になるとキノコ笠状を示し’は一定の値をとる。 となる。Eq・6を次のR一σ関係式に代入して・Eqs・
e−4の相関関係を明らかにするためθ一4相関を両対 3’4で書き直すと次式が得られる。
数方眼紙に点綴した一例についいて0．01男Tween‡20 Davies2）ニトロベンゼン中で
溶液の場合を示すとFig，5に示すように各範囲につい S三eme812］水中で
て直纏関係を得た。 Rニ2・25σ28
気泡形の変化は極めて複雑で広範内の大きさの気泡を ∴R／d＝H54，占ノ4＝0．404，ゴ／α＝0．570
一括して相関出来なかうたため，気泡形別にe−4相関 ∴討α＝0．231 （7）
式を求め，その結果をTable 3に示す。楕円体気泡範 Ros帥berg14］（水中で）
113
R＝2・40σヲ9 そのため雛値によ磋異か，界面離剤によ磋異力、
尺／4＝0・933・叫ゴ＝0」63，〃α＝0・62n を区別するため次の2つの方法により調べた。
∴占／ロ＝0．286 ユ． 物性値のほぼ等しい非界而活性剤溶液と界面活性
本実験では6＝0．2G∼0．25の値をとり，前者とよく 剤溶液の相違をみる。
一致している。彼等の実験，及び本実験で用いた溶液が 2・界面活性剤を含まない浪体とそれを含む液体の
異なるにもかかわらず，このようにe＝揖αの一致をみ 4ノα一R．ルf白・23相関の相迎を界面活性剤をパラメータ＿
たことは，キノコ笠状の範囲では，液の物性は，eに大 として捕える。
きな影響を与えるものではないといえよう。 1・の方法の条件をみたすものとして，イオン交換水
また，水道水，イオン交梗水については，この範囲で （ρ＝1』，μ＝0・0108，σ＝63・90）、Tween謁0，0．1％
もゴの増加と共にεの減少を示した．物性値について 水溶液（ρ＝1・0，μ＝0．0111，σ・＝64．09）をとり上げ
は，あまり差は見られないため，このことは，界面活性 る。輌液について（1一のに対してぽ，（＝ρdぴ／σ）を
剤の影響と考えられる。本実験の測定範囲は，丁度，非界 点綴するとFig・8となる。（Fig．8には全ての溶液の
面活性剤溶液と界面活性剤溶液の遷移過程に入るものと データを示した）。2・0＜彫，〈11．0でTweenきBO O．1
考えられる。すなわち，界面活性剤は，この範囲では歪に ％水溶液の方がイオン交換水よりも臼一のが上言わ
抵抗する働きを有することを示していると考えられる。 る。すなわち楕円体気池の範囲では界面活性剤を含んだ
2−2．2．物性値の影響 実験結果をゴノα一R．点綴し 液の方がゆがみが大きい傾向を示している。
て示すとFig．7が得られる。図では、M＝9μ叩ρがを
パラメータとしている。各溶液とも，モれそれ凡くユび
の範囲で，4／α≒1，103＜RK3X］03で単調減少， Re＞
3×1G3で一定に近づく傾向がある。同図には，只木，
前田勘の広範囲のM値にわたる測定結果を併記した。
彼等のM＝5．41×10−11の結果とよく一致した。同じ ギ6
R．数に対し，M値の大きいほどd／αの値が小さい。 二
このことは，ルf値を大きくする因子，すなわち，粘度 ・4
を増せば〃αは，小さくなり，ルf値を小さくする。す
なわち，密度及び表面張力が大きくなると4ノαが大き ・2
くなる。只木らは，種々の溶液の粘度と表而張力の4ノα
に及ぼす影響を調べ，粘度が大になるとゴノαが小さく 。
なり、表面張力が増すと，ゴγロが大とした。いずれも 1 2 コ45 7ユ゜ 2°ユ゜ 40
れ °2＜4＜12cmの気泡であり’2−2⊥で述べた綱 Fi、．8Rd。ti。“。』。 W．。。d 1．6／α
体気泡の1，皿に相当する範囲で結果の正当性を裏付け 、
ていると考えられる。 2−2，1．で述べたようにキノコ笠状気泡の範囲では界
面活性剤を含んだ液の方より含まない液の方がεが減少
1． する傾向を示した。すなわちキノコ笠状の範囲では界面
●
P−「
活性剤を含んだ液の方がゆがみが小さい傾向を示し，楕
き
‘
5：： 円体気泡の傾向と逆になる。
05 「．口o
2』■・Io°
‘ ，e馴1簡・鞠」
皐 ●■■1●●
｡ 30％【¶」欄膚・㎞
■
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nO3‘O O1■O SコOlo」．
撃処｢‘ 口■●■ P■書’o・n 輪劇」1詞‘軸
2．の方法による結果をFig．9に示した。楕円体気
@ ．11
｡ 35鴨5碑一㌔ ・ ，
R E‘品曙
Q皐1
@ 1
͡・■
泡，キノコ笠状気泡に分け各々相関式を求め，その結果
香@o、1唱 ’
丁噛w‘
1．■酔‘o
A4●・lo」1q
@ →帥
1
’、。 、， ‥1。・ 、， 、，、。・ ，， ，，1．・ をTable 4に示した。比絞のため界面活性剤を含まな
ロコ
Fig．7ぜノ͡． d f。”i， b曲bl。，』。，i。副i叩idい前田・只木”）の結果を醐した・
Table 4によれば楕円体気泡では，前田，只木の0
2−2．3．界面活性剤の影讐 Table 3でみられるこ の範囲とよく一致する。すなわち界面活牲剤の影響はみ
とく，各溶液で占ノα一ゴ相関式に相違が認あられるが， られない。キノコ笠状気泡では2っの相違点がみられ
モれそれ液体の物性値が異なるため，その差異のどれだ る。すなわち，界面活性荊の影響としてゴ／αの値が大
けが界面活性剤によるものか判別することができない。 きくなること，及び活性剤を含む方が，ゴ／ロは凡M㈱
114
T且ble 4 Equ立tions 6tti㎎experimental vdnes ofば／αfor air bubbIe5 i皿！辺rfadant so加ion5
（￠ompari㎎曲h those of Maeda and T口d口ki in non−surfactant 501utions1コ｝）
ば／ロ＝α1（1『τ1｝10’：3）一β1
ユ1adaki and Wlaeda
this 、vork
（in surfa｛：tant solution）
］iquid
・11i…id・18
（in non−surfactant solution）
α1 β11叫…R・』・一α1 β一・a・g・・rR・＾f一
五・3B8α267
lL14 巳176 2＿6
@a5°−1L6い・36α28 6ゴ丘・
m・・h…ml輌k・ 1ゴ』6Bl 1ユ・〈 14』・・｝ 1在5＜
ユ．o
それに対してHadamard−Rybczyn呂ki｛ま球形粒子に
ついての補正式として次式を導いている。
σ一；戸8ρ芸彫‡；：］ （8）
1．0
．日
μ’，〆はモれそれ，球形粒子の粘度と密度である。
本実験で特に水道水と0．01％Tween言20のCD一
．5
ミ
凡相関が，球形気泡の範囲で類似した傾向を示したこ
とから，次元解折により次式を導いた。
唱 、3
［ノ＝7．08（ρノμ）o・5ヨd1』 （9）
．2
これはHoeferが2＜、RK30の範囲についての水中で
示した次式と近いものである5）。
1 2 3 5 7 10 20 30 σ＝＝0・7256rL4 （10）
酬幽 従って、この範囲で気泡径ゴの、．3−、．燥砒例しな
醜9輌Ψs・Rμ゜“ がら上肌ていくことが分かる．モこで，さらに球形気
泡の範囲におけるEq．8について解いてみると
がより小さい範囲で一定となる。
2−a気泡径の上昇速度に及ぼす牌上昇速度は U一ホ・（ρノμ）d2 （11）
Fig、ユOに示すごとく，水道水において4＜0・3cmで
急激に増加し，o．35 cmあたりでu苗。．となり，その をえる。久保田ら7）の報告によれば・汚染系ではSolid’
後d＿・．5∼o．6・mの範囲1こなる迄減少し，極小値をへ s・he刑‘・‡1†製系ではSiemesの式｝ζ近づくとされて
て単謁に増加する。イオン交換水もほぼ同じ傾向を示 いる。従ってFigs・2＆：10より・またEqs・9＆10と
す．これ販L界面離剤融てはゴ＜α3・mでは の比較により轄験て1ま汚縣であったといえよう・
急齪増加するが．それ以上醜径で欄調醜加して （2）楕円体気泡1こおけるUヰ縣楕円体気泡の
いく。すなわち気泡の大きい範囲では界面活性剤の影響 範囲をTable 2に示した1』に分け考察していく。
ある、、は灘間の差異はみられないが，ばく0．6・m気泡 範囲1・この範囲の気泡｛ま水道水では゜・35＜ゴ＜°・6
では界面離輪繊があらわれていると考えられる。 あたりであろうと考えられる・ところ力堺酪性搬液
Fig．・・1、は蒸留水の場合も併言己したが，これとの傾 では極小値が表われていない・Stukeは稀薄なカブ゜ン
向の差は特に著しい．微小気泡の魍では蒸鯨の上昇 酸水溶液中でu一輌関係力ち純水のときよ曙しく
速度は他の灘に比較してかなり大きく，極大値も大き 偏1奇L上昇蹴の極大｛直は純水のときは36（cm／se°）
い。しかも極大値をとる4の値は水道水，イナン交換水 であるのに対し’16（cm／seめに下ったことを報告し
砒ぺて小さくなっている。 ている・本実験でも図に示したように蒸蹴材液
これらの髄を気泡の3つの形状範囲で考察する。 換水・水淋では各・35・26・22・5（・m／・e・）と偏1奇
2＿3．t気泡形状の上昇速度に及ぼす影響 していることが分かる・
（1） 球形気泡におけるσ一d関係 Garnerら3］及 範囲皿：次元解析によりU−d関係を求めれば・ イ
びSi．m。，1・・はCrR湘剛まNavi・r−St・k・・の式に オン交換水については
従うことを示した。 σ＝61．7（ρ／μ）−MdΩ （12）
115
今この範囲でEq・14の・防根内の第二項が極めて小
ユ5
さいのでこれを無視し，またこの範囲でeの平均値が
α5であることを用いて
1
30
U＝1・2〆砺 （15）
をえる・モこで・実測値と実験式Eqs．12，13，15に
25
@ 5
20
ついて・本実験で得たデータを用いて算出するとTable
一 2
@ 1
5をえる。 この表によると実測値とEqs．13．ユ5によ
十
る計算値が異なることが分かる。これは実験条件，液の
@ 3
物性値が異なること．特に汚染系であることが相違をも
たらしたものであろう。
disfilled wo†er
奄盾氏@exchongεwロf6
言
婁、5
（3） キノコ笠状気泡におけるU一ば閏係 この範囲
ｿ。隅丁wee詳20
5
で，Siemesは水中でのC力の平均が2．80てあること
O」鷲 ■
；
から
モｯ wofer
び＝α97／声了 ㈹
10
を導いた。
Rr＞2000では0・Oユ，0・1％Tween≒20溶液がCρ≒
5
2．40と一定値を示したので2つの範囲について次元解
析を用いると
o
0 0．5 1．0 】L．5 2．0 2．5
σ＝0・556〆諏 （17）
Fi昆＿㎎，，1㌫hi， b曲ble．一α787〆戸 （・8）
となり，σがゴの平方根に比例することが分かる。ま
をえた・すなわち・気泡径のユ／睡砒例している・こ た，恥16，17から，液の繊あるいは汚酬精
れに対しPeebles et al1°〕1ま 縣1・か柚らず， Uはゴのみの関数として表わされ
￡ノ・＝ユ．35（σ／ρ．r）°・5 （ユ3） る。
（4』2M一乱21‘＜、R．＜3．10M−°・25） 以上から上昇速度に及ぼす気泡径の影響はキノコ笠状
を示し，またSiemes lま気泡の扁平度をパラメータとし 気泡を除いて汚染系か・精製系か・あるいは界面活性剤を
て，次式を導いた。 含むかにより極めて大きな相違がみられるといえよう。
u藷r（ε）十2’8」（e） （14）面認㌶撚蕊漂三鷺r蕊
丁（，）−2販・ノ・・＋⊇L ‡8°°・°1・α1蜘e□縣醐べると界面離剤に
（嘉芸叢意一ユy ．：讃麗銚㌶鑑纏孟㌶㌃翌㌃ご
」（。）＿＿＿一＿2古 Uでは゜』1％Tween書20を選び出した）とイオ咬
（繧叢蕊一1y 鷲：㌶還蕊㌃う噸がある・すなわ
Table 5 Comp訂i80n of experjmenta1Ψ81ue80fσwlt血Eq5．198皿d 14
、bub
i（劉ete「lef°「聖a｛竺；mexl￠x鷲r「漂1、㌃乎esl b，島．191by昆．14
0．8827
1．0095
0．7481
0．6087
0．4350
0．4659
0．5078
。・7・11 1
24．30
25．30
23．40
23．92
2ユ85
properties of ion exchange water
σ＝63．896（dyne／cm），μ・＝10．84・10−3（9／em・sec）．ρ・＝LO（9／cm5）
23．55
23．10
・…
@ 1
32．7
30．2
27．3
27．2
116
す。
そこで今物性値を考慮した無次元値ル∫を用いてCD一
凡M・・Ωで示すとFig．ユ2のようになる。凡M°’23＜1
30
⊃ 20
＿冶 』＝
OIon e翼chon口●WO†●r
●001％Tween曽20
のところをみるとイオン交換水と界面活性剤α01％
Tweenき2D溶液とでは，ほぼ一致するが，水道水はモ
れらの液よりも大きいCDをとっている。この三種類の
液において，粘度はほぼ同じであるが，表而張力はイオ
ン交換水，界面活性剤溶液，水道水では63・896・78・743・
11。一・ 23457・。・ 4α327（d…ノ・m）であり，水道水の麺張力は他1・
6・b！0 比べて極めて低い。このよう1工微小気泡の範囲では表面
Fig．11 Relation betweenσand已 張力が小さいほど，大きな抵抗係数を有することにな
り，表面張力が大きいものほど，上昇の際にうける抵抗
U＝19嘘曳−°’226（0’25＜夢〈0’75） （19） が少なく大きな上昇速度を示すと考えられる。
で近似出来るのに反し，界面活性荊溶液ではe＝0．5を っぎにFig．12の凡M°・23＞1で考えてみると水道
中心として 水，イォン交換水とではほぼ一致して，（1），（2）の直
U−、4．、，一一（0．25・〈ε＜0．5） （2・） 線で書⊇わされる・ところ力乳緬離搬液で蝉
一 （α5＜・〈α75）．（2・）：；以鷲㍑㌶蹴乏i）㌫漂三
の二本の直線で妻わされる。 な物性の相違でなく，活性剤分子の影響と：考えるのが合
このことは伸ン交換水と界面雛縮澱ともに汚 理的で，この範囲では活性剤分子力・気泡界耐複継働
縣と考えられるが・気泡の挙動闇して相異す硬因 らいて抵抗力をまし，界面活性鵬液においては極大
を持つ．この要因として（i）物性値のちが・1・国活 値，極小値をとらな・・ようにするのではないかと思われ
酬分子が気泡界面1・撞雑1・影響する・ことが上げられ．る。そこで今Fig．・2のR．M・…〈・の紛を界面活
るが，（i）についてはTable 1に示すように両液のμ・ 性剤溶液とイオン交換水のCpをとりだしてFig・13
σ値は大差なく（ii）の要因と考えられる。 のように示し考察する。各々のC、の値をC刀1， Cp、と
2−3・3・物性の上昇瀬1こ及ぼす影響Fig・1°か すれば、C，−C。1一らだけが醐活性剤分子の麟と
ら上昇巌Uはゴの大きい気泡では麟の種類によ 考えられよう．すなわち気泡表面に活酬分子が吸着さ
りあまり変化はないが・ゴの小さい気泡ではかなり黙 れ．モ醐集加‘気泡界酌界面粘度を増大させ抵舵
った値となる。 増すのではないかと考えられる。本報ではこの点を追求
麺張加影響についてみれば・熱水及び水道水で する唖らな加た。
はユ5・Cで73．49，40．33（dyne／om）であり・d＜1
Cmでは蒸留水の上昇速度は水道水のそれよりも大き ｛凸1・ur佃帥。n1■醐㎏“
く，明らかに表面張力の影響がある。一方粘度の影響に 免
ついては，粘度が小さい程びの極小値を示すゴの値が
大で，極小値自身も小さい。しかし粘度が大になるにつ ’
れて極小値と極大値間の範囲が狭くなるという傾向を示 亀
1 5 10
脾唱M°’叫
8
Fig．13
砦3．結 言
一一・・ k．吻 “ ‥1“コ’‥イオ咬駄水蹴をを対照液として堺面活酬
Fig．12 Re』tlon betw民n R，MO・口a血Co 溶液中を上昇する球相当径0・02∼1・4cmの範囲の気泡
117
の上昇速度および形状を測定しこれらに対する径，物性 γ：volume of bubble （cm3）
値および界面活性剤の影響を検討し，つぎの結果を得た。 Hノ’lWeber number（＝ρdUヲσ） （一）
（1）気泡径は径が大になるにつれ，球形，楕円体， Greek
キノコ笠状へと変化した。U一ゴ関係は対照液にみられ σ：su「face tensi°n （dyne／cm）
る極大値，極小値はなく，ゴの小さい範囲で急激に増 ρ：11quid d；nsity （9／cm3）
加し，ゴがあ＝さを蹴ると増加割合力、ゆるやか｛こ μ：11qu’d vls°°s’t’ （・／cm’se￠）
なった。 L，item㎞e￠ited
（2）d／ロに対する界面活性剤の影響は，楕円体気泡
においてはあらわれず非界面活性剤中の気泡と同様の傾 1）．B「yn・T：Fo「sch・Geb・Ing・・4・27（192B）
へ向〔キ・・笠状気泡で一一の・トさ噸 2）c1蒜：二Rl3；．、。dT。，1。，．巳，P， R．y．
かり〃αが大きい値をとった。 Soc．，200，375（1954）．
（3）b／αに対する物性の影響は主に楕円体気泡にお 3）Garner， F． N． and Ham皿ertoロ， D．：Chem．
いてみられ，表面張力は占ノαを小さくし，粘度は大に Eng’Sei”3’1（1954）’
する餉がある・ 〃）17黙；；；dl孟謡蕊ad’Sci・・Pads’15己
σ一4関係におよぼす物性の影響は球形気泡に限ら 5）Hoefer， K．：V． D．1． Forsch．，138，1（1913）．
れ，表面張力が大きいほど上昇速度は大で極小値を示す 6）Kagaku−Kogaku Kyokai，‘‘Kagaku−Kogaku
㎡の値も大きい。粘度は小さいほどσの極小値を示す no ghi聖03’Kiho to Ekiteki”（Chemica1
ばの嚇で極小値自身も小さくなる・ 霊1蕊r：，霊謡ll：漂濫㍑：
Nomendat町噌 Shinbun Press（1969）・
7） 1｛ubota， E．， T． Akehata and T． Shirai：J． of
ロ：major axis of bロbble （cm） Chem． Eロg． of Japan，1，46（196B）．
占：minor axis or bubble （om） B） Lev三ch， V． G．‘‘Phアsico−ohemical Hydmdy−
CD：drag c牌伍cient（＝4gd／3炉） （一） namics門， Prentice・Hall（1962）．
4：equivalent spherical diameter （cm） 9）Moore， D． W．：J． Fluid Mech．，16，161
召：deformation三ndex（＝占／の （一） （1963）．
9：gravitational acceleration （cm／sec2） lo） Peebles， F． N． and Garber， H． J．：Chem．
Mldim飽sionless parameter Eng． Prog．，49，88（1953）．
（＝ゴμ4ノρσ3） （一） 11）Rybczynski， W．：Bu11． A。ad． Soi．， Cracovie，
r：equivalent spherical radius （cm） 1， 40 （1911） oited from 13）．
R：radius of curvature of mushroo皿1ikθ 12）Siemes， W．：Chemie Ing． Teeh．，28，614
bubble （cm） （1954）．
凡：Reynolds number（4ゴこノρ／μ） （一一） 13） Tadaki， T． and S・Maeda：1（agaku・Kogaku，
σ：risingΨeloeity Of bUbble （cm／SeC） （Chel皿． Eng．， Japa【1）25，254（1961）．
σ口x：ma冗imum rising velocity of 14） Rosenberg， B．：PB Rept．115282 cited from
bubble （cm／sec） 13）．