【今日の料理】　2011/10/15　夕食
　今日は，妻と娘（8.1ヶ月）とで，立正大学へ．学生食堂でランチの後，妻は，公開講座（本日のテーマ：義務教育の方針の変遷，らしい）を受講です．その間，私と娘は，学内にある「ベアリス子育て支援センター」に行きました．今日は，たくさんのママ＆子供が来ていました．娘は，色々な場所で，ずっと「たっち」をして遊んでいました．楽しめたようです．

★米飯，黒米入り

★みそ汁，レタス・じゃがいも

★さんま焼き
　生さんま（頭と内臓がとられたもの）を買い，焼きました．しょうゆと大根おろしで食べました．とても美味でした．

★炒め野菜
　ピーマン（青・赤）・人参・白ぶなしめじを，炒めたものです．味付けは，味王（ウェイユー）．肉が入っていないため，ひと味足りませんでした．
　一部を刻んでダシ汁を加え，電子レンジで煮て，娘の離乳食に．

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【今日の料理工学】　硬質層の位置が耐久性の鍵！～ふっ素樹脂フライパン
　前回は，フライパンなどの調理器具に用いられる「ふっ素樹脂コーティング（ふっ素樹脂加工）」について，コーティングの種類を調べました．ひとくちに，ふっ素樹脂コーティングといっても，層の数や機能（硬質材の添加有無など）によって，いろいろな種類があります．
　
★ふっ素樹脂コーティングの「耐久性」とは
　ふっ素樹脂コーティングされた調理器具を選ぶときのポイントは，「耐久性」だと思います．耐久性には，主なものとして，次のようなものがありそうです．
Ａ）耐スクラッチ性：硬い器具で，膜が破壊しないか．
Ｂ）耐摩耗性　　　：長期間使ったとき，膜が損耗しないか．
Ｃ）耐熱性　　　　：過熱や熱履歴によって，膜が損耗しないか．

　Ｃ）耐熱性は，ふっ素樹脂の融点で，概ね決定してしまいそうです．このため，コーティングの種類による差異は小さいとして，今回は考えないことにします．
　Ａ）耐スクラッチ性と，Ｂ）耐摩耗性について考えます．これらの性能は，直感的には，コーティングを多層にして，硬質材を添加した「硬質層」を設けることで，高められそうです．硬質層に添加される硬質材には，セラミック（アルミナ，炭化ケイ素など）やダイヤなどが，あるようです．
　以下では，「硬質層」が，耐スクラッチ性や耐摩耗性に与える影響について，検討してみます．


★「硬質層」で「耐スクラッチ性」が高まるか？
　コーティングが多層の場合を考えます．下図１のように，２つのパターンを考えます．
ａ）硬質層を母材に隣接した層（最下層）に設置
ｂ）硬質層を母材から離れた層（中間層または最上層）に設置
＜図１＞

　それぞれのパターンで，コーティング表面に，硬い器具（金属製のフライ返しなど）を押し込んだとき，どんな現象が起こるでしょうか．
　まず，ａ）硬質層が最下層，の場合です．この場合は，下図２左のように，硬質層でない上層は，器具が貫通してしまいます．しかし，最下層の硬質層の硬質材が荷重を受けて，器具が母材まで到達するのを防ぎます．すなわち，コーティングは完全には破壊されず，母材の露出を防ぎます．
　一方，ｂ）硬質層が中間層(or最上層)の場合です．下図２右のように，器具は，硬質層の硬質材を押しのけて，母材まで到達してしまいます．実際には，硬質材の一部は母材と器具の間に残るかもしれませんが，ａ）に比べると，母材が露出してしまう可能性が高そうです．
＜図２＞

　ふっ素樹脂コーティング「テフロン」で有名なデュポン社の特許文献[1]には，次の記載があります．これは，上述の推測を裏付ける結果です．（ただし，学術論文でなく特許文献なので，「意図的な結果の読み替え」がされている可能性がゼロではないことに注意が必要です．）
①硬質層を中間層に設けても，耐スクラッチ性が向上しない．
②硬質層を最下層に設けると，耐スクラッチ性が改善する．
[1]公表特許公報，特表2011-514184，不粘着仕上塗料および改善された耐引掻性を有する物品，デュポン
※特許電子図書館から参照可能
https://www8.ipdl.inpit.go.jp/Tokujitu/tjktl.ipdl
　文献[1]によると，単に最下層に硬質層を設けるだけでは，耐スクラッチ性能を高めるために十分でないそうです．最下層の硬質層の硬質材は，母材と強固に固着している必要がある，というのです．確かに，硬質材が，層の中を自由に動き回ってしまうと，器具が硬質材を押しのけて，母材に到達してしまいそうです．文献[1]では，硬質材を母材に固着させるために，硬質層はふっ素樹脂のほかに，接着成分（ポリアミドイミドなどの樹脂など）を含むようです．

　以上のように，単に硬質層を設けるだけでは，必ずしも耐スクラッチ性を向上できません．耐スクラッチ性を向上するには，硬質層を母材に隣接させ，かつ，硬質材を母材に固着させる必要があるのです．


★「硬質層」で「耐摩耗性」が高まるか？
　上と同様に，コーティングが多層の場合で，２つのパターンを考えます．
ａ）硬質層を母材に隣接した層（最下層）に設置
ｂ）硬質層を母材から離れた層（中間層または最上層）に設置

　それぞれのパターンで，コーティング表面を，あまり硬くない器具で軽く摩擦したとき，どんな現象が起こるでしょうか．
　まず，ａ）硬質層が最下層，の場合です．この場合は，下図３上のように，摩擦に伴って，コーティングが少しずつ剥がれていきます．ふっ素樹脂は，比較的，摩耗しやすい特性があります．硬くない器具が相手でも，摩擦によって，表面が器具側に移着していくのです（凝着摩耗）．
　１回の摩擦で摩耗する量は，ごく微小です．しかし，長期間の使用を繰り返すと，下図３下のように，硬質層が露出してきます．しかし，硬質層には，硬質材が含まれます．ある程度硬質材が露出すると，硬質材だけが器具と接触するようになります．したがって，摩耗は，それ以上は進行しにくくなると推察されます．
＜図３＞

　一方，ｂ）硬質層が中間層(or最上層)の場合です．下図４上のように，摩擦に伴って，コーティングが少しずつ剥がれます．これは，ａ）と同じです．
　長期間の使用後には，下図４下のように，硬質層の硬質材が露出します．あまり硬くない器具で軽く摩擦しているので，下層のふっ素樹脂は破壊されません．このため，硬質材が露出したところで，摩耗が止まります．
＜図４＞

　文献[1]には，次の記載がありました．これは，上述の推察を後押しする結果です．
①硬質層を中間層に設けると，耐スクラッチ性が改善する．
②硬質層を最下層に設けても，耐スクラッチ性が改善する．

　以上のように，硬質層を設ければ，硬質層の位置に関わらず，耐摩耗性を高めることができそうです．しかし，層の厚さを維持する観点からは，中間層や最上層に硬質層を設けているほうが，より良さそうです．（ただし，最上層に硬質層を設けると，硬質材のために，初期の難付着性能が悪化しそうです．）


　以上をまとめると，次の通りです．
・硬質層が中間層＝耐スクラッチ性は劣るが，耐摩耗性は良好．
・硬質層が最下層＝耐スクラッチ性も耐摩耗性も良好だが，摩耗後には層が薄くなる．
　単に硬質層の有無だけでは，耐久性の判断はできません．硬質層が，どの層に設けられているかが，重要なのです．硬質層を最下層と中間層の両方に配したコーティングは，両者の欠点を補うことができるので，特に耐久性が高そうです．

【今回の結論】
　耐久性の高い「ふっ素樹脂フライパン」を選ぶためには，次の点が重要です．
　・硬質層があること　　　　…耐摩耗性が高い．
　・硬質層が最下層にあること…耐スクラッチ性が高い．
　硬質層を最下層と中間層の両方に配したコーティングは，特に耐久性が高そうです．　


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