粘度計取り扱いのプロ直伝！用途に応じた粘度計の選定方法をご紹介！

2022.07.01

#化学 #材料工学 #物性・物理量測定 #商品紹介・選び方・使い方

流体を扱う研究分野において必須とも言える「粘度計」。

本記事は粘度計取扱代理店・英弘精機株式会社様の監修のもと、そもそも粘度とは何か、そして最適な粘度計の選び方とはどうすれば良いかをわかりやすく解説致します。

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粘度とは？

べたべた、とろとろ…など液体の状態を現す言葉はたくさんありますが、「べたべた」している液体と「ぬめぬめ」している液体はどちらが粘り気があるのかは言葉だけでは判断することができません。

液体の粘性を客観的に評価する指標として「粘度」というパラメータが存在します。
「粘度」はある流速で流した時に生じる流動抵抗から求めますので、速度（せん断速度）と応力（せん断応力）の関係が「粘度」になります。せん断速度はどれくらいのすき間をどれくらいの速度で流れているのか、せん断応力は単位面積当たりに生じている力になります。

式で表すと、「粘度」＝「せん断応力」/「せん断速度」となります。

粘度の単位はPa･s（パスカル秒；SI単位系）で表記します。接頭語のm（ミリ）をつけてmPa･sで表現する場合もあります。また、cP（センチポイズ；CGS単位系）で表記される場合もありますが、mPa･sとcPは同じ値になります。

なぜ粘度を測定するのか？

液体の流動特性として、速度と応力が比例関係（＝粘度が一定）に見られる流体と、速度が変わると粘度値が変わってしまう流体に分けることができます。

前者の流動様式をニュートン流動、後者を非ニュートン流動といいます。

単一成分で構成される液体の多くはニュートン流体となりますが、そこに粉を分散していたり高分子を配合したりすると、非ニュートン流体の性質が現れてきます。
ニュートン流動の液体であれば、１点の測定ができれば粘度の代表値が決まってきます。しかし、非ニュートン流動の場合、流動する（測定する）速度が変わると粘度値が変わりますので、代表値が存在しません。速度と粘度をセットで捉える必要があります。

ここで問題になるのが、測定するべき速度は、評価したい流速であるか？ということです。

ここからは""ペンキを刷毛で垂直面・水平面に塗る場合”を例として、なぜ粘度を測定する必要があるのかについて説明します。
以下の表は塗るという工程を3つに分解したときの作業内容と作業性・粘度測定の速度域をまとめています。

工程①　刷毛をペンキに浸した時に、より付着したほうが次の工程でよりたくさん塗れますので、粘度が高いことが求められ、測定するべき速度は低速度域になります。

工程②　“塗る”工程では、１回の動きでより広い範囲に塗れるように低い粘度であることが求められます。この時は早い動きになりますので、高速度域で測定します。

工程③　塗った後に“垂れない”ようにするには、高い粘度である必要があり、刷毛の跡を“平坦化”してほしい場合は低い粘度が求められます。

このように、非ニュートン流体の場合は工程に応じて測定するべき速度が異なります。ある速度で測定して得られたサンプル間の序列が、違う速度域でも適用できるとは限りません。よって、それぞれの速度域で適切な粘度であるかを評価する必要があります。