水和した湿潤材料の乾燥のための赤外線加熱管の選択：短波か中長波か？

前述したように、毛細管多孔質コロイド材料は、日常生活や生産工程で遭遇する最も一般的なタイプの材料のひとつである。例えば、木材、皮革、食品などである。これらの材料は、大きな毛細管から比較的容易に水分を排出できるため、乾燥の研究において大きな焦点となっている。一方、微細な毛細管や細胞壁から水分を抽出することは、かなり困難である。その結果、これらの素材における内部水分の移動過程には、細胞腔内の自由水の排出を含め、大毛細管と微小毛細管の両方が関与する。

材料内の水分の結合に消費されるエネルギーは、細胞壁からの水分の排出や平衡含水率時だけでなく、排水プロセス全体を通して現れる。従って、乾燥プロセスはエネルギーと物質の包括的な移動と見なすべきである。感温性材料や生物学的に活性な材料（種子など）のような材料の複雑な構造を考えると、熱および物質移動プロセスのメカニズムは複雑である。

材料中の水は、化学的に結合しているもの、物理化学的に結合しているもの、機械的に結合しているものがある。化学的結合水とは、水が化学的な力によって固体に結合しているもの（例えば硫酸銅五水和物（CuSO4・5H2O）の結晶化水）で、一般的に加熱による除去は困難であり、乾燥プロセスの一部とは考えられていない。

物理化学的結合とは、水や溶媒が水素結合やファンデルワールス力によって物質と結合することである。水分子と物質との相互作用は分子レベルで起こり、液体分子の最初の層が物質と最も強く結合し、それ以降の層は弱く結合する。周囲の媒体が変化すると、これらの層は最初の層から容易に破壊される。

機械的結合には、素材の毛細管内で表面張力を形成する水が関与する。大きな毛細管と水の結合力は弱く、純水に似ており、表面水分の蒸気圧はどの温度でも純水の飽和蒸気圧に等しく、水の蒸発を容易にする。マイクロキャピラリーでは、凹状のメニスカスがキャピラリー壁と強い結合を形成し、その表面飽和蒸気圧は同じ温度での飽和蒸気圧よりも低くなる。

木材、食品、果物、粉体、繊維、塗料、コーティング剤などの物質は、赤外線を反射、透過、吸収する。液体、コロイド、毛細管多孔性コロイド、非晶質固体とは異なり、振動スペクトルだけでなく回転スペクトルも示す。赤外線スペクトルのエネルギーは材料に吸収され、熱エネルギーに変換される。

放射加熱中、材料は放射線を吸収することによってのみエネルギーを得る。透過または反射された放射線は加熱に寄与しないため、吸収率は放射エネルギーが材料によっていかに効果的に利用されるかを示す重要なパラメータとなる。リンゴ、乾燥リンゴ、ジャガイモ、乾燥ジャガイモ、茶葉、木材、塗料などの材料の吸収スペクトルを分析すると、毛細管多孔質コロイドは短波長域で最も吸収率が低く、吸収率は波長とともに増加し、中長波長域の境界で最大吸収ピークに達することが明らかになった。

これらの特性と、水酸基やアルキル基を含む木材や塗料などの材料内の水分子の影響を考慮すると、3～6μmの波長域に顕著な吸収帯が見られる。材料内の水分は吸収スペクトルに大きく影響し、液体の水は5μm～17μmの間に3つの吸収ピークを示し、これらは水和した湿潤材料における赤外線の最適な吸収ピークとなる。

実験データに基づくと、水和した湿潤材料を効果的に乾燥させるには、中長波長赤外線加熱管が必要である。

赤外線技術を活用した高度な乾燥ソリューションについては、グローバル石英管にお任せください。詳しくは Webサイト またはお問い合わせください お問い合わせ.