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27-May-2017

物性化学:液体粘度の推算法

2011.6.26

非常勤講師:山本博志 講義補助資料

 

Pirikaで提供するプログラム

Pirika法-JAVA旧バージョン 2004.11.14
YMBシミュレータ(HTML5 プログラム 2011.6.10)

最新の推算方法は、HSPiP ver.4 Y-Predictに搭載されました。企業の方はこちらをお使いください。HSPiPの機能概要(2013.1.18)
HSPiPの購入方法

プログラムによってどんな原子団が使えるかはこちらで確認のこと

原理

粘度とは液体が流れるときの抵抗のこと。この抵抗は液体の中を固体が動くとき、反対の方向に働く。また、静止した障害物を乗り越えるときに液体自体の動きの反対方向へ働く。粘度は近接した層を動くとき早く動く部分と遅く動く部分があったときにも内部に発生する。すべての流体は、ガスであれ液体であれ多かれ少なかれ粘度を持つ。粘度は流体の摩擦であると考えられるかもしれない。単に二つの固体が動くときの抵抗だと。しかし、その抵抗は同等にかかるものではなく、片方を相対的に加速できる。そこでスクリューなどを使えば流体中を進むことができる。

推算法

液体粘度の推算法としては対応状態原理法の1種のLetsou-Stiel 法が著名である。この方法は以下の式で粘度を推算する。

 

この式を使って”Chemical properties handbook, Yaws"にあるデータを検証すると以下のようになる。

一応の相関はあるのだが、自分の計算方法が悪いのか、傾きと切片が全く合っていない。計算結果を平行移動して見なくてはならない。

ニューラルネットワーク法を用いたJAVAの推算式が、pirikaのHPに置いてある。この精度は次のようになる。

こちらを使う場合には平行移動はする必要はない。

佐藤一雄の著書に、Lewis-Squiresの粘度と温度関係の図がある。

ある温度での粘度の実験値が存在する場合には、この関係を平行移動して用いて、任意の温度での粘度を推算してしまうのは一つの方法であろう。

YMB-シミュレータでは、任意の温度での密度を推算し、その密度を使ってQSPR式を構築して粘度を推算している。

アセトンを例に計算すると、以下のようになる。

構造のみから良好に粘度が推算できている事が判るだろう。

さらに、E-Inkでも説明したようにシリコーンの粘度に対しても、温度の依存項をAntoine定数を用いて規格化すると、同族体では分子のサイズが異なっても、温度ー粘度の曲線は全て同じになる。

この機能はHSPiP(Hansen Solubility Parameters in Practice)というプログラムに搭載されている。最新の研究はPowerToolsのプログラムで紹介している。どのような方向に進化しているのか知りたければ覗いてみて欲しい。

2012年横浜国大講義資料:E-Ink用のシリコーン・オイルの解析にこの粘度の推算を利用してみた。基礎物性の推算方法が応用科学にどう使われるか、参照にして頂きたい。

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