スライム

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背景

スライムは、架橋ポリマーで構成されたユニークな遊び道具です。それは液体として分類され、通常、大きな混合容器内でポリビニルアルコール溶液とホウ酸イオンを組み合わせて作られます。不快な臭いや緑色が多く、冷たくてぬるぬるした感触です。

科学用語では、スライムは非ニュートン流体として分類されます。これらは、粘度が変化する濃厚な液体です。粘度は、せん断力が加えられたときの流れに対する抵抗の測定値です。ニュートン流体は、その組成に応じて一定の粘度を持ちます。たとえば、水は常に粘度の低い薄い液体です。糖蜜は厚く、粘度が高い。スライムのような非ニュートン流体は、加えられる力の量に基づいて異なる粘度を持ちます。指でゆっくりとかき混ぜるなど、少し力を加えると薄くて水のように感じます。壁にぶつけるなどの強い力を加えると、抵抗が非常に強くなります。それらはニュートンの法則によって予測されたように振る舞わないので、非ニュートン流体と呼ばれます。このように動作する他の材料には、ケチャップ、ゼラチン、接着剤、流砂などがあります。

スライムの分子構造は、その興味深い振る舞いの原因となる要因です。おもちゃのスライムは通常、絡み合った長鎖ポリマー分子で構成されています。これらのポリマー分子は、スパゲッティストランドと考えることができます。プレート上にまとめると、ストランドが混ざり合い、絡み合った混乱を引き起こします。ストランドをこすり合わせると、整列して滑らかになります。この動きは、塊にそのぬるぬるした、滑りやすい感触を与えます。

ポリマーストランドの混合により、ある程度の粘度が組み込まれますが、スライムには架橋剤が含まれており、非ニュートン流体の挙動を示します。架橋剤は、ポリマー鎖を比較的弱いイオン結合で一時的に接続するのに役立つイオンです。これらの結合は、ポリマーストランドを一緒に保持するのに十分な強さですが、塊を固体にするのに十分な強さではありません。

歴史

おもちゃのスライムの開発の話は、合成ポリマーの科学が決定されていた20世紀の初めにさかのぼります。 1920年代、ノーベル賞受賞者のヘルマンシュタウディンガーは、高分子科学を現代的に理解するための基礎を築きました。彼はポリマーの新しい分子モデルを提案しました。長い鎖状の分子の1つであり、以前考えられていたような凝集体や環状化合物ではありません。 1928年に、彼のモデルはマイヤーとマークによって確認されました。これらの2人の科学者は、X線技術を使用して天然ゴムの寸法を研究しました。 1930年代までに、スタウディンガーのモデルは広く受け入れられ、合成ポリマーの広範な開発が本格的に始まりました。

メーカーは何年もの間、スライムのような高分子遊具を販売してきました。彼らは子供と大人を楽しませるだけでなく、器用さと創造性の発達を助けることでも知られています。これらのおもちゃの初期のものは、彫像粘土のような成形可能な材料でした。改良された多様な遊び道具の必要性は、1950年代に愚かなパテの開発につながりました。その後、暗闇で光る愚かなパテが導入されました。 1980年代には、さまざまなスライムタイプのおもちゃが登場しました。これらの製品は、ポリビニルアルコール、グアーガム、さらには強化ミルクなどの材料から作られました。

デザイン

多種多様なスライムのバリエーションが販売されていますが、それらには多くの共通の特徴があります。一般的に、スライムは小さな浴槽で利用できるねばねばした液体です。単独で販売することも、アクションフィギュアのアクセサリーなどのおもちゃセットの一部として販売することもできます。 スライムはやや不快な臭いがあり、冷たくてぬるぬるした感触です。色はさまざまですが、最も一般的なのは緑、青、赤です。一部のメーカーは、香りを改善するために香りを追加します。

スライム配合の重要な側面の1つは、材料が幼児にとって安全でなければならないということです。一般的に、これは、スライムを作るために使用される原材料が、皮膚や目に刺激を与えず、摂取した場合に無毒でなければならないことを意味します。さらに、消費者は、スライム（およびそのようなおもちゃ）が衣類、室内装飾品、布地、またはカーペットなどに損傷を与えないことを要求します。

原材料

スライムフォーミュラは、最初は化学者によって実験室で製造されます。これらの科学者は、スライムが持つ美的特徴を決定することから始めます。たとえば、彼らは一貫性がどうなるか、それがどのような色になるか、そしてそれがどのように匂うかを決定します。消費者テストは、これらの決定を下すのに役立つためによく使用されます。特徴が決定された後、主要な原材料を使用して実験室で小さなテストバッチが作成されます。おもちゃのスライムの製造に使用される最も一般的な成分は、水、高分子材料、ゲル化剤、着色剤、充填剤、および防腐剤です。

スライムに最も豊富に含まれる材料は水であり、通常、配合の90％以上を占めています。一般的に、特別に処理された脱イオン水が使用されます。水は、スライムに液体の粘稠度を与える希釈剤です。水の源は、地下の井戸、湖、川からである可能性があります。

高分子材料は、スライムの重要な特性に関与しています。最も一般的に使用される材料は、ポリビニルアルコール（PVA）です。 PVAは、多数のヒドロキシル（OH）基が結合した炭素分子のバックボーンを持つ長鎖ポリマーです。典型的なスライムフォーミュラでは、約2％のPVAが必要です。別の同様のポリマーはポリ酢酸ビニル（PVAC）です。これはわずかに異なる化学的構成を持っていますが、ゲル化剤を添加した場合、PVAと同じように動作します。特定の「天然」ポリマーを使用して粘液を生成することもできます。一般的な例としては、グアー植物の豆に由来するグアーガム、植物に由来するメチルセルロース、コーンスターチなどがあります。

高分子材料はスライムにその物質を与えますが、非ニュートン液体の挙動を与えるにはゲル化剤が必要です。古典的なスライム配合では、ホウ酸ナトリウム（ホウ砂）または四ホウ酸ナトリウムが使用されます。水に溶解すると、ホウ酸ナトリウムはナトリウムイオンとホウ酸イオンに解離します。ポリマーがPVAのように存在する場合、ホウ酸イオンはポリマー鎖と相互作用し、弱いイオン結合を形成して溶液をより厚くします。これらの結合は、力が加えられたときに伸びる能力も与えます。通常、ホウ酸ナトリウムは最終製品の約2％を占めます。ゲル化剤に対するポリマーの比率は、粘液の粘稠度を決定する1つの要因です。

スライム製品には、色や臭いを改善するためにさまざまな成分が追加されています。一般に、スライムの製造に使用されるポリマー溶液は無色です。そのため、製品の色を出すためにさまざまな染料が添加されています。これらは通常、FD＆CブルーやFD＆Cイエローなどの政府認定の食品着色料です。スライムのにおいを良くするために、香りがよく使われます。フレグランスは揮発性のオイル素材でできています。カビやバクテリアによる汚染の可能性があるため、微生物の増殖を防ぐために、ホルムアルデヒドやメチルパラベンなどの防腐剤も添加されています。さらに、粘液のｐＨを制御するために、様々な酸または塩基が含まれ得る。

製造プロセス

スライムの生成は2つのステップで行われます。まず、スライムのバッチが作成されます。その後、最終的なパッケージに充填されます。ただし、ポリマー溶液が最終パッケージに入るまで架橋剤を添加しないと、充填が容易になる可能性があるため、このプロセスはさまざまです。次の説明では、バッチプロセスの概要を説明します。

スライムは、ポリビニルアルコール（PVA）溶液とホウ砂溶液の5：1混合物を組み合わせて作られています。

バッチの調合

• 1スライムのバッチは、ミキサーと温度制御システムを備えた大型のステンレス鋼タンクで作られています。水から始めて、コンパウンダーは特定の時間と温度で処方の指示に従って残りの原材料を追加します。コンピューター制御を使用して、混合速度と温度を調整します。スライムは通常、PVAを溶液に混合するために加熱されます。着色剤、防腐剤、その他の添加物は最後に添加されます。

品質管理チェック

• 2配合段階の後、バッチサンプルは承認のために品質管理ラボに持ち込まれます。この領域では、物理的および化学的評価が実行され、バッチが式の説明に概説されている最小仕様を満たしていることを確認します。 pHの測定、粘度のチェック、外観と臭いの評価などのテストを実施できます。必要に応じて、この時点で調整を行うことができます。バッチが承認された後、それは貯蔵タンクにポンプで送られ、そこで充填前に保管されます。

充填と梱包

• 3充填段階は、スライムが販売されるパッケージの種類によって異なります。スライムの典型的な浴槽の場合、プロセスは充填ラインで行われます。充填ラインの一方の端には、空のタブを含むホッパーがあります。これらの浴槽は、直立するまで回転機械によって物理的に操作されます。次に、それらはコンベヤーベルトに沿ってスライム溶液を含む充填ヘッドに移動します。
• 4充填ヘッドは、円形のカルーセル上で相互に接続された一連のピストンチューブです。浴槽が充填ヘッドの下を通過すると、製品が注入されます。
• 5充填されると、タブはキャッピングマシンに沿って移動します。この機械はふたを分類し、それらをたらいに置き、そしてそれらを締めます。
• 6必要に応じて、タブはラベル印刷機を通過します。事前に装飾されたパッケージが使用されているため、これが不要な場合もあります。この時点で、シュリンクラッピングや段ボールの裏地の追加など、さらに梱包手順が発生する可能性があります。その後、パッケージは箱に入れられ、パレットに積み重ねられます。パレットは保管場所に運ばれ、最終的に地元の小売店に出荷されます。

品質管理

品質管理は、生産プロセス全体で行われる継続的なプロセスです。バッチ処理の前に、原材料は最小仕様を満たしていることを確認するために検査およびテストされます。この検査プロセスには通常、さまざまな物理的および化学的特性をチェックする品質管理化学者による作業が含まれます。粒子サイズ、pH、粘度、外観、臭いなど、入ってくる原材料の特性を測定します。原材料が所定の仕様を満たしていない場合、それは拒否されます。バッチも同様にテストされます。

バッチがすべての仕様を満たしていない場合は、調整が行われる場合があります。たとえば、バッチの色がオフの場合は、染料を追加できます。保存テストは、おもちゃが長期間使用されたときに微生物の増殖から安全であることを確認するのに役立ちます。安定性テストも実行されます。これらの研究は、さまざまな環境条件下で完成したバッチのパフォーマンスを監視します。充填ラインでは、ライン検査官がボトルの外観、キャップのシーリング、および充填重量を検査します。

未来

スライムのようなおもちゃは、魅力的で楽しいものにする本質的な品質を持っています。現在の材料は商業的な成功を収めていますが、改良された多様な遊び材料の配合が依然として必要とされています。古典的なスライム製品のいくつかのバリエーションがすでに利用可能です。たとえば、ユーザーが独自のスライム製品を作成できるスライムキットが販売されています。将来的には、玩具メーカーは現在のスライムを販売する新しい方法を見つけることに焦点を当て、新しい新しい素材を作成する予定です。