樹脂の混練・分散操作 / 計算機シミュレーションによる混練・分散評価

2010年11月10日「コンパウンド、ポリマーブレンドにおけるミクロン、サブミクロン分散からナノ分散への最近の変化趨勢とその混練操作」

　全サブミクロン分散により材料強度を向上させる段階が、現在の業界一般の最先端であるが、さらに、全ナノ分散を実現すると、材料強度が異常に大きくなる。そうした状態を作り出す作用、すなわち高分子材料と無機あるいは有機材料の分散操作である混練作用が、今見直されている。 　なぜナノ分散が強度向上に繋がるのかなどの理由も分かってきた。一方ナノ分散は特異な特性を持っている。 　1例を挙げれば、全ての添加物に対して、光の波長以下の分散粒子 (繊維) 径を実現できれば、材料の透明性が得られる。 　今、単層のカーボンナノチューブ分散は、電気伝導性を生かして太陽光発電分野のパネルの部品として透明電極に応用されつつある。 　「ナノ分散と混練作用」と言う観点から講演をする。従来応用されてきたせん断流動分散には欠点が多すぎて、中々ナノ分散を実現することが出来なかった。その理由を解明すると同時に、従来の混練操作を見直して、「ナノ分散混練」と言う1分野を形成する時期に来ていることを説明する。混迷している材料分野を大きく切り開く手段である。

1. ナノテクノロジーの応用分野
   1. どのスケール分野が高分子分散に不足した技術なのか
   2. 均一分散が必要な高分子分散分野
2. 混練とは何か、何を目的とした操作なのか
   1. 高分子材料の分散の実態
      1. 分散とは凝集破壊が主目的で、一次粒子の破壊ではない
         • 通常分散からナノ分散への動向
         • 技術改良のポイント
      2. 凝集ナノ粒子のせん断破壊手法
      3. ナノ粒子の析出手法
      4. 事前分散された単一ナノ粒子郡の分散手法
   2. 微細分散における補強理論
      1. 無機ナノコンポジットの材料強度の特異性
         • バウンドラバー、バウンドポリマーの実際
      2. ポリマーナノ分散の物性の特異性
   3. 特殊目的の分散
      1. ITOとSWCNTによる透明電極の場合
3. せん断流動分散と伸長流動分散
   1. せん断流動分散
      1. せん断流動分散のメカニズム
      2. 2軸押出機と各種混練機
      3. 不均一分散が発生するメカニズム、理論
      4. 不均一分散解消のための幾つかの試み
         • 真空混練と混練有効時間の関係
   2. 伸長流動分散
      1. 伸長流動分散のメカニズム
      2. ポリマーブレンド分散にのみ応用が可能である
      3. 均一分散のメカニズム、理論
      4. 均一分散の実際
   3. せん断流動分散と伸長流動分散の限界
4. ナノ分散、ナノコンポジットの製造技術
   1. 無機ナノコンポジット製造に関係する諸技術
      1. ゾルゲル法 (インシチュー法)
         • 複雑なプロセスを構築する必要がある
      2. 層関挿入法
         • 応用される無機フィラーによって限定される
         • 結晶性PLAの高発泡技術への応用
      3. 高せん断法
         • 発熱により高せん断が不足する条件が発生する
         • 不均一分散の要素を多分に持つ
      4. スラリー分散法
         • 破砕分散ではなく、分配分散である技術のメカニズムと特許
         • ナノ粉体をWetで使用できる利点が存在する
         • カーボンナノチューブの分散
   2. 無機スラリー開発の動向
      1. 無機物粒子のスラリー
      2. WCNTスラリー (分散液)
         • 金属形 (33%) とセラミック形 (67%) の分離
         • バンドルの解砕
   3. 非相溶性ポリマーのナノ分散の方法と可能性
5. トピックス
   1. 新規な分散技術
      1. Pulltrusion 分散技術
   2. 地球温暖化対策
      1. CO2樹脂の合成と物性
• 質疑応答・名刺交換

2010年11月17日「樹脂の溶融混練理論の基礎と計算機シミュレーションによる混練・分散評価」

　樹脂の溶融混練は、ブレンドやコンポジット等の材料の品質を決める重要なプロセスである。
近年、計算機シミュレーションによる混練機・押出機内の混練・分散評価が、実際のプロセスに応用されるようになってきた。 　本講では、これらの評価の背景にある理論的基礎をわかりやすく説明し、実際の評価例について概説する。
また、現状の理論および評価の問題点と今後の展望についても述べる。

1. 背景
   1. 混練機・押出機の概要
   2. 計算機シミュレーションの必要性
2. 溶融混練部の混合・混練メカニズム
   1. 分配混合と分散混合
   2. 伸長流動の効果
   3. ポリマーブレンドを例として
   4. ポリマーコンポジットを例として
3. 単軸スクリュ押出機内の溶融混練
   1. 溶融理論とミキシングスクリュの関係
   2. 新規装置
4. 二軸混練機・二軸スクリュ押出機内の溶融混練
   1. 溶融混練理論と二軸混練機・スクリュ押出機の関係
   2. 溶融混練に付随する問題と対策
   3. 新規装置
5. 実験による混練評価
   1. 評価実験の例
   2. 各種実験の利点と問題点
6. 計算機シミュレーションによる混練評価
   1. 計算機シミュレーションの利点と問題点
   2. 分配混合指標とその考え方
   3. 分散混合指標とその考え方
   4. 各種指標の利点と問題点
   5. 評価例の紹介
7. 今後の課題
   1. 溶融混練について
   2. 溶融混練以外のプロセスについて
• 質疑応答・名刺交換