JPH0262948A - ゲル化点温度の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、食品、樹脂、高分子化合物などの、ゲル化も
しくは融解するｆ、（１，におけるゲル化点温度の測定
方法に関するものである。

（従来の技術） ゲル化点温度を知ることは、例えば結晶性アクリロニト
リルポリマーから成形品を製造するときにポリマー溶液
がゲル化する前に溶液中の溶剤を除去することによって
成形品の変形を防止するための指標として利用できるも
のであり、才な樹脂加工工程における最終硬化前の加工
処理時期の判定や、食品製造工程における水性ゲル状物
混合食品のゲル化点温度管理による食品品質やエネルギ
ー管理、及び添加物の調整等の指標としても利用できる
等、最終製品の品質に大きく影響するものであり工業的
な利用価値が非常に高い。

ゲル化点温度の測定方法として、従来一般には容器内の
ゲルの上に鉄球を置き、ゲルを加熱しながら鉄球がゲル
中に沈み始めるのを目視観測して、沈み始めるときのゲ
ルの温度をゲル化点温度と推定する力学的かつ人為的な
方法が採られていた。

ｔた特殊に、工学的変化を伴うゲル化物の場合において
、温度変化による光の通過光ｌの変化を測定し、物性変
化と光量変化を関連付けてゲル化の過程を知る方法が特
開昭５４−１２１１９０号公報に提案されている。

（発明が解決しようとする課Ｈ） 以上のような従来技術において、先ず鉄球を用いた方法
では、鉄球が沈み始めるのを人間が直接目で判断するた
め測定毎に異なった値となり、ゲル化点温度を推測値と
してしか知り得ない上、鉄球によるゲルの構造破壊があ
るため測定が再現できない問題がある９ また、ゲル化温度の測定はゲル化物が顕著な吸発熱反応
を伴わないことが多く、正確な計測が困難な状況にあみ
。

そして、光量の変化を測定する方法は、温度変化によっ
て光の透過性が変化する物質にしか利用できないもので
あり、幅広いゲルの測定には適用できない問題がある。

従って本発明は以上の技術的課題を解決し、任意のゲル
化物においてもそのゲル化点温度を測定でき、かつサン
プリングによる測定や工業製造工程中においてもゲル化
点温度を連続的に測定し得る方法を提倶することを目的
とするものである。

（課題を解決するための手段） しかして、流体中に発熱体を固定し、該発熱体の温度、
もしくは該発熱体の表面温度、もしくは該発熱体と流体
との温度差、もしくは該発熱体表面と流体との温度差、
もしくはこれらの内のどれかの値を利用して算出される
指標値または物性値の流体温度に対する変化の状態、も
しくは流体温度と発熱体表面温度から算出される特性温
度の変化の状態を求めるようにしてゲル化点温度の測定
方法を構成した。

（作用） 流体中に固定された発熱体の表面の熱伝達率αは、流体
がゲル１ヒすると減少し、逆にゲルである流体が融解す
ると増加する。

ここで、熱伝達率αは次式で表される。

α＝Ｑ／Ｓ（θＳ−θ■）　　　　　　・・・■ここで
、Ｑは発熱体の発熱量、 Ｓは発熱体の表面積、 θ３は発熱体の表面温度、 θ■は流体の温度、 また先に本出願人によって開示されている特開昭６３〜
１３２１４９号に示すように１発熱体の表面温度θＳは
、発熱体の平均温度θ。を用いると次式で表されること
が知られている。

θＳ＝θｏ：＋＋ｋｔ（θ８−θ（Ｘ））ｋ２−・■こ
こで、ｋ、、に２は発熱体固有の定数、従って、発熱体
の表面から放出される発熱量Ｑが一定であれば、発熱体
の表面温度θ３及び平均温度θ、は熱伝達率αに反比例
して変化し、発熱体の表面積Ｓが既知であれば、上記温
度差θ、−θωから熱伝達率が算出できる。

一方、発熱体を、物性値が既知である流体、例えば蒸留
水中にセットして、該発熱体に種々の値の定電流、例え
ば直流定電流を通じて蒸留水と（加熱される）発熱体表
面との温度差θＳ−θ■を測定すると、熱伝達率の無次
元量であるヌ・・ノセルト（Ｎ　ｕｓｓｅｌｔ）数Ｎｕ
と、動粘性率の無次元量であるプラントル（Ｐ　ｒａｎ
ｄｌｔ、）数Ｐｒ及び温度差の無次元量であるグラスホ
ツフ（Ｇ　ｒａｓｈｏｆ　）数Ｇｒとの関係式、即ち、
上記発熱体周囲における自由対流熱伝達現象を一般的に
表示する方程式、例えばＮｕ　　＝Ｃ（、Ｇｒ”Ｐｒ０
２　　　　　　　　＝−■ここで、Ｃ，、Ｃ，、Ｃ２は
定数、 が求められる。

なお、Ｎ　ｕ　、Ｇ　ｒ及びＰｒは下記の関係式で表さ
れる。

Ｎｕ Ｐｒ Ｐｒ ＝　αＬ／λ　　　　　　　　　　　　・・・■−１−
３ｇβ（θｓ　　ｄｃｏ）／ｖ２−■＝　シ、／ａ　　
　−・・・■ ここで、Ｌは代表長さ、 λは熱伝導率、 ｇは重力加速度、 βは体積膨張率、 νは動粘性率、 ａは温度伝達率、 従って、被測定物質の動粘性率νは、上記式■〜■よつ
下記式で表される。

１ｚ２Ｃ１−Ｌ２　＝　ＣＯＬ　ｌｃｌｇ　ＣｌβＣ１
（θ８−θｃｏ　）　ＣＩ”１ａ−Ｃ２Ｑ　−１３＾・
・・　■ ここで、発熱体に電流ｉ企通電加熱した場合Ｑ　　＝　
　Ｒ１２・・・■ ここで、Ｒは発熱体（白金線）の電気抵抗、ｉは発熱体
に通電された電流値、 上記式■において、ｇ、Ｓ、Ｌは定数であり、さらに＾
、β及びａについては、その変化がνの変化幅に比べて
十分に小さいので、結局動粘性率νは発熱量Ｑとθ５−
θ■のみの関数として、次式〇で表される。

シ２Ｃ１−Ｃ２＝　　Ｃ３Ｑ−’　（θｇ−／’３ｏｏ
）　”＋１・・■ ここで、Ｃ８は定数、 従って、流体にゲル化溶液を用いるとともに、流体中に
固定した発熱体に発熱量Ｑが一定になるように電流を通
電し、流体温度や発熱体の平均温度もしくは表面温度を
測定し、もしくは測定されたこれらの値を利用して算出
される指ｔＵｔもしくは物性値の流体温度に対する変化
の状態、もしくは流体温度と発熱１本表面温度から算出
される特性温度の変化の状態を求めることによって、動
粘性率νが求められ、粘性変化が大きく生じる時なゲル
化点温度として検知できるのである。

また、ゲル化点温度測定にあたってはνの絶対値は不要
であるためθ。、θ３、θ５−θ■その他の指標値によ
って代替えできる。

そしてまた、より正確なゲル化点温度の測定を実現する
ためには０式の熱伝達式としてＳｐａｒｒｏｗらＣＳｐ
ａｒｒｏｗ＋Ｅ＋ｉＪ＋ａｎｄ　Ｇｒｅｇｇ＋Ｊ、　Ｌ
、　１９５６、Ｔｒａｎｓ、　Ａｍｅｒ。

Ｓｏｃ、〜ｆｅｃｈ−Ｅｎｇｒｓ、７８：１８２３−１
８２９］が提案した温度境界層における仮想静止伝導膜
モデルに基づく関係式、 ・・・■ ここで、 ｄ＋：ｄ＋２δ ・・・＠ ここで、ｄはセンサーの直径、 を利用しなθ、値、 でδは上記伝導膜厚を示す。

に基づくことが望ましい。

（実施例） 以下に本発明の実施例として、発明者らが行った実験の
方法と結果を図面について説明する。

先ず第１図を基にして本実施例に使用した発熱体（１）
を説明する。

この発熱体（１）は、長さ５ＣＩ１１で０°Ｃにおける
抵抗値が５Ωの白金線を内蔵し、セラミックスで電気的
に絶縁された発熱体素子（２）を、外径２ｍｉで長さ１
０ｃｍのステンレスパイプ（３）中に固定したものであ
り、このように構成された発熱体（１）にあってはその
表面温度θＳと平均温度θ、の関係を表す上記■式は、
次式■のように表されるものである。

θＳ＝θ（Ｘ）＋０．５２１（θ８−θ００　）　０．
９４１　　　、・・■そして第２図に示すように、恒温
槽で形成せしめた容器（４）内に充填した、約５０°Ｃ
のゼラチン１％のゲル溶液（５）中に発熱体（１ａ）と
、この発熱体（１ａ）と同一の構造と持った測温抵抗体
（１ｂ）をそれぞれ鉛直に配設すると共に、両者にそれ
ぞれ直流定電流源（６）、電圧計（７）、制振装置（８
）をリード線（９）で接続して構成し、ゲル溶液（５）
を冷却しながら、４点端子法な用いて、それぞれ発熱体
温度θ１及び流体温度θωの測定を連続的に行った。

なお各温度等の測定は、一方で発熱体（１ａ）に直流定
電［本実験では０．４Ａ］を通して発熱体（１ａ）の周
りのゲル溶液（５）に熱ｉＱを供給し、その時の電圧値
及び電流値から算出した抵抗値より発熱体温度θユを求
めるとともに、弐〇によって発熱体表面温度θＳを求め
、また、他方で測温抵抗体（１ｂ）に微弱直流定電［本
実験では１ｍＡ］を通して、その電圧値及び電流値から
算出した抵抗値より求めた測温抵抗体（１ｂ）の温度を
その周りのゲル溶液（５）の温度θ■として定める方法
により行った。

丈して、発熱体（１ａ）周囲の静止流体層の平均温度θ
ｆを０式の定義式を用いて とし、二のθ、の値をもってゲル化点温度を定めるよう
にした。

なお、０式のθ、の定義は、近似的にθ、＝θ■として
も実用上は問題無い場合も少なくない。

次に、以上のような実験を先ず冷却速度２４゜Ｃ／　ｈ
ｒで行ったところ、第３図に示すごとく、発熱体表面温
度θＳと流体温度θ■との差θＳ−θ■は静止流体層の
平均温度θｔが１２，４°Ｃ付近の時に急激に変化する
ことが分かり、この結果からゼラチン１％のゲル溶液を
冷却速度２４°Ｃ／ｈｒで処理した場合の見掛けのゲル
化点温度１２．４゜Ｃを得ることができな。

また、冷却速度を変えて見掛けのゲル化点温度と種々測
定したところ、第４図に示すように冷却速度と見掛けの
ゲル化点温度とは反比例する傾向があることが分かり、
上記冷却速度２４°Ｃ／ｈｒ及び冷却速度１１．２°Ｃ
／ｈｒ、０５°Ｃ／ｈｒにおける冷却速度と見かけゲル
化点温度の曲線に基づく外挿値より、冷却速度がＯにお
けるゲル化点温度が約２７°Ｃであることが算出できた
。

（発明の効果） 以上、本発明の方法によれば以下の効果と奏する。

■顕著な吸熱反応を伴わないゲル化点温度を正確に測定
できる。

■任意の温度変化速度の下でゲル化点温度を測定でき、
しかも短時間で測定が可能である。

■目視に頼る必要がなく、流体の粘性変化自体から測定
できるので、精度が極めて高い。

■サンプリングによる測定ばかりでなく、実際の工程中
にある製品のゲル化点温度を測定できる。

■測定によってゲルの構造破壊を起こすことがないので
、再現性があり、連続的な測定が可能である。

■発熱体は極めて小さいもの、例えば直径１３μｍ、長
さ５ｍｍ程度のものであっても構わないので、微小量の
資料でも測定ができて経済的な測定が可能である。

■本発明方法は高温高圧等の特殊な条件の下でも、ゲル
中に発熱体を配置するだけで測定が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は発熱体の断面図、 第２図は本発明方法の説明図、 第３図は１％ゼラチン水溶液の冷却に伴うθ３−θ■値
の変化とθｆとの関係を表すグラフ、第４図は冷却速度
と見かけゲル化点温度との関１系を示すグラフをそれぞ
れ表す （１ｂ）・・・測温抵抗体 （２）・・・発熱体素子 （３）・・・ステンレスパイプ （４）・・・容器 （５）・・・ゲル溶液 （６）・・・直流定電流源 （７）・・・電圧計 （８）・・・制御装置 （９）・・・リード線 （１）（ｌａ）・・・発熱体 ｌＯ １２，４ θｆ　　’ｃ 冷却速度’Ｃ／ｈｒ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）流体中に発熱体を固定し、該発熱体の温度、もし
   くは該発熱体の表面温度、もしくは該発熱体と流体との
   温度差、もしくは該発熱体表面と流体との温度差、もし
   くはこれらの内のどれかの値を利用して算出される指標
   値または物性値の流体温度に対する変化の状態、もしく
   は流体温度と発熱体表面温度から算出される特性温度の
   変化の状態を求めることを特徴とする、ゲル化点温度の
   測定方法。
2. （２）固定された発熱体周囲の流体が流動もしくは静止
   したゲル化していない流体であって該流体がゲル化に至
   るまでの間、もしくは固定された発熱体周囲の流体が流
   動もしくは静止したゲルであって該流体が融解に至るま
   での間において、前記発熱体の温度もしくは前記発熱体
   の表面温度及び前記流体温度を連続的に計測することを
   特徴とする、請求項第１項に記載のゲル化点温度の測定
   方法。
3. （３）ゲル化もしくはゲル融解を生じさせる流体温度の
   冷却もしくは加熱速度を２種以上に変化させて、該冷却
   もしくは加熱速度の大きさが０におけるゲル化点温度の
   外挿値を流体固有のゲル化点温度とする、請求項第１項
   または第２項に記載のゲル化点温度の測定方法。
4. （４）通電加熱される白金もしくは白金線を有する円柱
   状の発熱体を流体中に鉛直に固定して行うことを特徴と
   する、請求項第１、２、３項のいずれかに記載のゲル化
   点温度の測定方法。
5. （５）発熱体周囲に形成される仮想静止流体層の平均温
   度を流体温度とする、請求項第１、２、３、４項のいず
   れかに記載のゲル化点温度の測定方法。