ヴァイオリンのワニス材料の一つであるリノキシンの製造実験です。 リンシドオイルの自然乾燥時に酸素を強制的に供給し、乾燥時間を短縮する方法と実験過程と結果を学びます。
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ヴァイオリンのワニス材料の一つであるリノキシン (Linoxyn) は、亜麻仁油 (リンシードオイル, Linseed oil) が酸化されて生成された樹脂性物質である。ヴァイオリンの塗り材料として優れた性質を持っていると言われているが、その製造が難しいため使用する人が多くはない。本研究ではリンシードオイルを自然乾燥するにあたってその時間を短縮できる要素について実験を通して確認してみる。化学的理論は省略し、1 年間持した実験の過程の中で目で識別できる現象を中心にリンシードオイルの変化を記述する
1. リノキシンの製造方法
リンシドオイルは酸素と反応すると滑らかで弾性のある半固体の樹脂性物質に変わり、この物質をリノキシンと呼ぶ。したがって、リノキシンを得るためにはリンシードオイルを酸化させなければならないが、自然に酸化されるようにしておくことを自然乾燥(酸化)法と呼び、ある物質と化学的に反応させて強制的に酸化させることを化学的酸化方法と呼ぶ。
1.1. 自然乾燥法
この方法は、リンシードオイルを開いた容器に入れ、自然に酸化されるように自然乾燥させることである。安定した品質のリノキシンを得ることができるという利点があるが、所要時間が長すぎる。正確な所要時間は分からないが、少なくとも5~6年以上を乾燥しなければならないという意見がある。このような自然乾燥では、雪や雨、異物などが入らないようにしなければならないので、屋外よりも室内が適しているだろう。しかし、リンシードオイルが酸化されている間は非常にひどい臭いがするので、換気がよくなり、人がいない室内を選択して非常に長い時間管理し、乾燥しなければならない。
1.2. 化学的方法
硝酸などを使用して強制的に酸化反応を起こし、非常に短い時間(一週間程度)内にリノキシンを作ることができる。しかし、ここで使用される硝酸などの化学薬品は非常に危険な物質であるため、本人が居住する韓国の場合は、一般人は購入できないように法で規定されている。また、もし手に入れたとしても作業過程が非常に危険であり、無事に作業過程を終えてリノキシンを得たとしてもその純度に関して安心できない。化学専門家でない一般人としては、危険物質を使用して製造された結果物に対して安心できず、残余不純物に対する心配も伴うからである。
2. 自然乾燥の促進
リンシードオイルの酸化反応は、言葉通りに酸素と会って反応するものである。したがって、酸素が必須である。リノキシンが発明された初期には、リンシードオイルが入ったタンクに数時間熱風を吹き込んだ後、冷却してリノキシンを得たという。とにかく反応を促進するためには、リンシドオイルがより多くの酸素と出会うようにすることが自然乾燥方法にとって最も重要な促進法になるだろう。
リンシードオイルの乾燥を促進する他の要因には紫外線がある。オイル塗りをする場合、楽器をUV-ボックスに入れて乾燥させるのがまさにこの理由による。
結論として、リンシードオイルの酸化反応を促進する2つの要因、つまり酸素と紫外線をリンシードオイルとより多く接触させることが、自然乾燥を促進するために最も重要な事項と言える。
2.1. 酸素接触の増加
酸素の接触を増加させる方法は2つある。一つは酸素(空気)を強制的に供給することであり、もう一つは酸素と接触する材料の面積を増やすことである。酸素強制供給、これはファンを使用して強制的に空気を供給することによって実現できる。そして、酸素と出会うリンシードオイルの表面積を広げること、これはリンシドオイルを低く広いトレイに入れて乾燥させることで実現できる。また、液体状態の場合はステンレス棒で頻繁にかき混ぜて空気を多く含有できるようにし、固化が進んだ後は周期的に粉砕して粒子を細かく割って空気と接触する面積を最大限に広げる作業が必要である。
2.2. 紫外線接触の増加
屋外での自然光(日光)露出は、異物投入の問題と光が24時間持続しないという点でお勧めできない。ヴァイオリン製作家ならほとんどUV-ボックスを所有しているので、これを使うと屋内でも安定して紫外線を供給できる。
3. 実験
3.1. 実験環境
前章の2つの条件を同時に満足させる実験環境を構想してみよう。
できるだけ乾燥時間を短縮するために、オイルは生のリンシードオイル(Raw Linseed Oil)ではなくボイルドリンシードオイル(Boiled Linseed Oil)を使用する。紫外線供給にはUV-ボックスを使用する。UVランプは現在持っているUV-ボックスの紫外線ランプをそのまま使う。酸素と出会う面積を広げるためには低く広いステンレストレイにオイルを入れることにする。
次に酸素供給は、強制排気のためにUV-ボックスにファンを設置し、それに応じて吸気口も設けなければならない。吸気口には異物の流入を防ぐエアフィルターが必要である。しかし、効率を高めるためにはボックス内の空気を強制的に循環させるように循環用ファンを設置することにする。すなわち、強制排気用ファンにより内部の空気が外部に排出され、それに応じて外部の空気がエアフィルターを経て入り、新たに入った空気は内部循環用ファンによってボックス内で強く循環され、排気用ファンにより再排出される。このプロセスが継続的に繰り返される。ボックス内で強く循環する空気(風)によってリンシードオイルに多くの酸素が連続的に供給されるようにするものである。さらに均一な反応のためにオイルを入れたトレイは回転し続ける。
現在、本人が製作して持っているUV-ボックスは内部循環用ファンを除いてすべて揃った状態である。したがって、内部循環用ファンを追加設置して実験を進める。
⃝ 材料
• ボイルドリンシードオイル 1L
⃝ UV-ボックス
• UV-ボックス 内部容積 : 60 * 60 * 156[cm]
• UV-A ランプ : 40W * 1EA + 6W * 1EA
• UV-C ランプ : 36W * 1EA + 6W * 1EA
• 排気用ファン : 18W
• 内部循環用ファン : 18W
• 回転モーター : 1.2/min
• その他：温湿度計、エアフィルター
⃝ 他の装置
• ステンレススクエアトレイ(22*29*5[cm]) * 2EA
• 天びん、ステンレス棒、はさみ、ハンドグラインダー、トレイ棚
Figure 1 はUV-ボックスの外観である。(a)のように内部天井にファンを設置し、上から下に風が吹くようにする。(ｂ)は油を入れたステンレストレイを載せる棚である。棚の中央にトレイを置き、棚の上部には楽器を載せて楽器の乾燥も一緒に進めることができる。トレイ棚の下にある回転モータ(回転板)により棚全体が回転する。コーナーにはメインランプがあり、天井と床に補助ランプがあるが、この実験では床のランプは使用しない。ドアを開かずに内部の温度と湿度を確認できるよう、UV-ボックスのドアには温湿度計が設置されており(c,d)、ドアの下部には多数の穴とエアフィルターがある。
Figure 1: UV-ボックスの内部
3.2. 実験の過程
材料の表面が硬化し始めたら、材料と酸素が均一に接触するように定期的にステンレス棒で撹拌する。乾燥がさらに進行して材料全体が粘着状態になると、このような攪拌行為によって材料内部に気泡が生成され、材料内部でもその気泡によって空気と接触できるようにする。乾燥がさらに進行して半固体状態になったときは、ステンレス棒による攪拌が難しくなるので、はさみで適当な大きさにカットして空気と接触する表面積を増やす。
粘着性がある程度消えた時点では、ハンドグラインダーを利用して細かく割って空気と当たる表面積を最大限に増やす。この後、適切な時点で手や網などを利用して、定期的に集まった粒をよく解くようにする。ハンドグラインダーで粉砕すると体積が増加される。トレイ1つでは足りないので、2つのトレイに分けて入れる。トレイとトレイの間に木棒を挿入して2つのトレイを上に積み上げて棚に入れる。
酸化反応の完了時点は、重量変化、臭気の有無、油脂存在の有無などで総合的に判断する。
3.3. 過程別ステータス
Table 1: リンシードオイルの乾燥過程
Figure 2: リンシードオイルの乾燥(酸化)過程
4. 結論と考察
4ヶ月までは重量が増加するが、その後は重量が再び減少し、9ヶ月目に安定した。10ヶ月目に少し再び増加したが、それは実験誤差と考えられる
反応で発生する悪臭はますます強くなり、6ヶ月目からは悪臭が弱まり、10ヶ月目になると悪臭はほとんど出ず、その代わりに他の特有の臭いが少しする。10ヶ月目では粒が少し付くがよく落ちて以後は特別な変化がない。したがって、10ヶ月目に反応がほぼ完了したと推測できる。
結論として、最初の4ヶ月までは重量が増加し、反応が盛んに起こり、その後、重量が再び減少して約10ヶ月目に反応が完了すると推測できる。反応初期に重量が増加する現象は酸素との結合のためであると推測されるが、再び重量が減少する理由は現在は分からない。[947g:1030g:997g = 100.0%:108.8%:105.3%]によると、重量が約9%増加した後、再び減少し、最初重量に対して約5%増加した状態で反応が完了した。1年間の全実験において、粉砕/攪拌過程などで消失した材料の量を約5g程度と仮定すれば、最終重量は1002gと推定できる。これは最初の重量に対して約5.9%増加したものである。
この報告書では省略したが、内部循環用ファンを使わなかった別の実験では、約40日間何の表面変化もなかった。このような事実から強制的に空気を循環させて空気との接触を増加させることは非常に大きな効果があると判断される。また、1Lという大量のリンシードオイルが約10ヶ月で十分に乾燥できることから、強制空気循環は非常に重要な促進方法と言えるだろう。
紫外線の効果についてはまだ比較実験を行っていないためコメントできない。
リンシードオイルを複数のトレイに分けて入れて(互いに空間をあけて積み上げればよい)、より強力なファンを使用すれば反応時間をさらに短縮することができるだろう。
本実験結果と比較してみると、一般的な自然乾燥の方法では最低5,6年の時間が必要であるという意見は妥当であると思われる。しかし、強制送風なしの場合40日間何の変化もなかったが、強制送風で1日だけで表面の10%が硬化し始めた様子を見ると、強制送風なしの自然乾燥で本実験と同様の乾燥結果を得るためには、おそらく5,6年よりはるかに長い時間が必要かもしれないとも考えられる。
修正 : * Figure 2,(a) : 0 Day > 1 Day * Figure 2,(b) : 1 Day > 15 Days