従来のスライム作りについて

「スライムがうまく固まらない」理由に、多くの資料では「飽和溶液を使わないと駄目」と言う記述が結構多いのですが、ご存知のとおりスライムに使用する硼砂（硼酸ナトリウム）は、結晶作りに使われるミョウバンと同じように温度によって溶ける量が極端に変化する物質のひとつです。夏と冬では水温は１０度以上異なるのに、飽和溶液を使えと言う説明はおかしいことに気がつきます。

そこで、海外のサイトを調べるとその多くは「４パーセント溶液」を使えと言う記述が多いことに気がつきました。スライムがうまく固まらない、あるいは予定した粘度とは異なるスライムができる原因はこの硼砂溶液の濃度や量の指定方法に問題があるのではないかと想像されます。

そこで、期待される粘度のスライムができたときの、PVA,硼砂,スライムの配合比を調べて、その比率になるときのそれぞれの濃度を調べてみることにしました。

実験

用意したもの

ＰＶＡ(ポリ酢酸ビニール)

500gで1600円くらい？

硼砂(Na2B4O7・10H2O)硼酸ナトリウム

紙コップ１個

割り箸

準備するもの

500ml程度のビーカーかメジャーカップ

50ml程度計れるメスシリンダーかメジャーカップ(50mlcc)

マグネチックスターラー・・・・なくてもよい

マントルヒーター・・・・・・・なくてもよい

温度調節器・・・・・・・・・・なくてもよい

水

実験方法

日本の資料には飽和溶液を使わないと失敗するという記述が見られますが、欧米の資料では４％溶液としてある物が多いので、このあたりから調べてみる。

スライムの性質は、架橋されたＰＶＡの分子の大きさと、架橋の密度、含まれる水の量などに依存すると推測されましたので、まずその点を確認してみました。

まず、もっとも標準的なレシピから、ＯＨ基の数と、硼酸イオンの数、および水分子の数とを計算してみると次のようになります。

４ｗv％ＰＶＡ溶液１００mlに４ｗv％硼砂溶液を１０ml添加の場合

	-OH	B(OH)4	H2O
分子量	-CH2-CH(OH)- =分子量44	Na2B4O7･10H2O =分子量381.2	H2/sub>O =分子量18
秤量	4.0g	0.40g	105.6g
重量比	１０	１	２６４
モル値	-OH換算	[B(OH)4]換算	H2O
0.091	0.0042	5.867
比[B(OH)4]	21.6	1	1,400
比[CH2-OH]	1	0.046	64.5

次に、各試料を規定量ずつ取り分けて、混合しスライム作りをおこないました。結果は下記のとおり出発時点での配合には影響されませんでした。【注】実験自体は半量でおこないました。

原料	PVA 4g	水 110ml		硼砂 0.4g
	[イメージ]
100ml:10ml	4g	100ml	10ml	0.4g
	4%PVA		4%Borax
	[イメージ] 標準 4%PVA:50ml & 4%Borax:5ml
90ml:20ml	4g	90ml	20ml	0.4g
	4.3%PVA		2%Borax
	[イメージ] 4.3%PVA:45ml & 2%Borax:10ml
70ml:30ml	4g	70ml	40ml	0.4g
	5.4%PVA		1%Borax
	[イメージ] 5.4%PVA:70ml & 1%Borax:40ml

以上の結果から、なんと１％の硼砂溶液からもスライムはできるのです。スライムの性質は含まれる水の量と架橋されたＰＶＡの比で決まるという結果が出ました。

子供たちにスライムを作らせていて、ホウ酸溶液をたっぷり加えても固まらないときは、迷わず洗濯糊(ＰＶＡ１０％)を加えた方が確実のようです。

「硼砂溶液が薄いと固まらない」という説が誕生した理由は、次のように推測されます。

最初にスライムの現象を発見したときには洗濯糊と適当な濃度だった硼砂溶液が混合されたのでしょう。その後、この現象を再現しようとして試行錯誤を繰り返すうちに、失敗が少なく覚えやすい方法として「洗濯糊を倍に薄め、硼砂の飽和水溶液を使う方法」と、「それぞれの４％溶液を１００mlと１０ml混合する方法」が一般化したものと思われます。(前者は日本、後者はアメリカの資料に多い数字)

それが、いつのまにか「この濃度でないとできない」と追試がされないまま広まってしまったものと思われます。追試をしても、確かに薄いとすぐには固まらないですから、反応機構から類推することをせずに「この濃度でないとできない」を確信してしまったのでしょう。

この実験結果から、スライムが軟らかくできたりかたまらない場合は、硼砂溶液が薄いため固まらないからとさらに過剰の硼砂溶液を加えたためゲルの限界濃度を越えてしまったと考えられますから、洗濯糊のほうを足せば(水／ＰＶＡ比が変化し)固くなります。

また、固すぎた場合はお湯を加えて練り合わせれば良いということになります。

その結果・・・

resultant･･

安全対策重視の新しい調合方法

NEW Recipe for Safety Fast

【硼砂のスライム中での役割】

硼砂がアルカリ性の水中で硼酸イオンになりますが、これは正四面体の構造をしたイオンです。ｓｐ3混成軌道が寄与していると思われます。

ホウ酸イオンが、アルコールのＯＨ基に近づくと、そのＯＨ(アルコール)の水素(Ｈ)が外れて、酸素原子の求核攻撃が起こり、ＣＨ2-Ｏ-Ｂの無機酸との強い結合ができて架橋されると思われます。この架橋のしくみについては私も良く分かっていないのですが、硼砂はアルコール(-OH)基の定量に使用されるほどアルコール基に強く結合します。海外の資料を見てもこの部分を水素結合としたものと、硼素の酸素の孤立電子対への求電子攻撃で説明しているものとがあります。

硼酸イオンと、ＰＶＡのＯＨとの間が水素結合という説明もありますが、硼酸イオンとＯＨとの水素結合が架橋の役目をするなら、右図のようにもっと強い水素結合の(すでに存在している)水分子だけで十分と思われますし、酸性にすると粘度が失われる(エステル結合が加水分解される)などから、スライム化が硼酸イオンとの単純な水素結合による架橋というだけではスライムの挙動を説明するのに不十分と思っています。

【ＰＶＡでなければだめか？】

ＰＶＡ(ポリビニルアルコール)でないとできないとしている実験書もありますが、酢酸ビニル-[CH2-C(H)OCOCH3]-でも架橋は起きそうなので、手元にある酢酸ビニルエマルジョンでも試してみましたら、（エマルジョンは濃度から薄いので、薄めずに硼砂溶液を加えました。）色は白いですが固まりました。【スライムタイプ５】

酢酸ビニルは原理的にＰＶＡよりも枝分かれが多くＰＶＡより流動性は低いが弾力はあります。

必ずしもＰＶＡでなければという物ではありません。

【衣服についたらどうする？】

意外だったのは、衣服につくと落ちないという説明はあるのに、実際についたらどうするかの説明が見当たりませんでした。

我が家でも子供が学校からもって帰ったときにベッドの上においていて失敗したので、衣類についたときの簡単な処理を見つけておかなければと思いました。そこで目をつけたのが酸性にすると架橋がはずれる現象で、身近な酢で試すといとも簡単に洗い流すことができました。(^.^)

あまり簡単なので皆さんはもう発見ずみかも・・・・・

【感想】

日本に伝来して１０年あまりになるスライムですが、その楽しい部分にだけ脚光を浴び、その理由まで探ろうとしたら資料が見当たりませんでした。

私がスライムにであったのは、子供たちが学校から持ってかえりはじめたつい最近のことですが、スライムが洗濯糊と硼砂というありふれた物（我が家にどちらもありました）でできることに驚くと同時に、そのしくみが知りたくなり、今回すこしはまってみました。(^.^)/

その結果、反応機構の説明が乏しいことに驚きました。きっと「おもちゃ」ですからだれも本気で調べなかったのでしょう。そして、その探求の過程でアメリカでは高分子の理解のために中学校や高校のレベルで、あるいはＮＡＳＡのサマースクールで取り上げられていることを知り、子供たちが科学する楽しさを発見する実験となるよう整理してみました。

ひとつの「実験法」という技術だけが拡散していくと、その実験から学べる多くのことだけでなく、未知な事に挑戦するという科学的な心まで失わせてしまいます。

このスライムでは、「飽和溶液でないと固まらない」という一言のために、「なぜスライムになるのか？」「そのためにはどのようにすれば良いのか？」という、「接した不思議な現象」に挑戦する意欲を子供たちだけでなく指導者からも奪ってきてしまってきたのではないでしょうか？。

子供たちのスライムが固まらなかったときに「なぜ固まらないのだろう？」という疑問が出てきます。そして、その原因を調べようと「硼砂溶液を加え」たり「洗濯糊を加え」たり(いたずら？)するはずです。そして答えとともに、答えを発見するためにどのように考えていけば良いかという手法を学ぶことができます。

スライムの化学は、それらの点でとてもすぐれた教材になる可能性があります。

科学は知識だけではないと、私は思っています。科学とは、試すことによってはじめて見つかる疑問を解決するために、その理由を推論し、実証する方法を考えだし、実験によってそれを確認するという"手つづき"こそ真髄なのです。(知識はそのために必要でかつ重要ですが、あくまで、そのための道具でしかないのです。)

その真髄を学ばなければ(指導できなければ)科学(理科)を学んだ(教えた)意味がないのではないでしょうか？

こんなところにも日本の理科離れの遠因をみたような気がします。

今回このページで読まれた内容（水先案内さえしっかりしていたら子供たちでも発見できる内容が多いと思います）をそのまま伝えるのではなく、子供たちが同じような、あるいはまた違った発見をするかもしれない。そんな道標(みちしるべ)として活用されることを期待しています。

今回、私の好奇心にお付き合いくださり色々と調べたり情報をいただいた方々に心よりお礼申し上げます。特にDr.Slime

laborarolies のDr.Michael Garlick さんには感謝しています。