分散剤の構造と選定方法を理解しよう

粒子の分散安定化は材料設計において基本技術の一つである。無機粒子・金属酸化物・窒化物・金属や有機顔料、カーボン系粒子、ナノファイバーなど、その構造も表面特性もそれぞれ異なる。用途も、電池や3Dプリンティング、コーテイングなど多様である。加えてバインダーの有無、分散媒体の違い、製造設備などファクターは多い。 　可能ならば統一的・基本的な見方があると、分散へのアプローチは容易なものとなる。コーティング分野での事例を多く取り上げ、分散設計のガイドとしたい。特に分散剤の構造とその選定方法の理解を深めていただきたい。あわせてコーティング液を塗布する際の実際的な問題 (濡れ性・沈降・泡・平滑性など) についても、その解決策を紹介する。化学構造が得意でない方にも理解いただけるよう、添加剤の構造も示すつもりである。

1. どのようにして分散安定化を図るか:
   粒子とマトリクスと分散剤の三つの関係
   1. 分散が悪いとされるが、問題は沈降? 粘度? 透明性? 粒度分布? 色? 導電性? 膜特性?
   2. どのようにして分散をするのか? 溶媒のみ? バインダーも入る?
   3. そもそもどのような性質の粒子か?
      • 有機顔料
      • 金属酸化物
      • 金属
      • カーボン系
2. 基本の確認:
   どうして分散剤で分散・安定化が図られるのか、そのメカニズム
   1. 粒子との相互作用、まずは吸着すること
   2. 周りにも気を使うこと、バインダー・溶媒との相互作用
   3. 忘れてならないのは最終製品の姿、使われ方、特性への影響
3. では具体的にどのような分散剤があるのか:
   その構造と特徴
   1. 比較的小さな分子の分散剤、直鎖状ポリマー
   2. 分岐した構造の分散剤、いわゆるくし形構造
   3. ABブロックの分散剤
   4. 超分岐タイプの分散剤
   5. 水系、溶剤系、UV系向けそれぞれの分散剤
   6. 固体の分散剤:最新の開発
4. 事例にみる着目点:
   最終製品によって求められる特性は異なる
   1. カーボン系粒子の分散例
   2. CNTの分散例
   3. シリカ、アルミナの分散例
   4. インクジェットでの分散例
5. 分散液をきちんと塗布したい:
   消泡剤、濡れ剤、レべリング剤の選択
   1. 泡をなくしたい、水系では消泡剤は必須
   2. 基材に濡らしたい、薄膜では特に問題が多い、水系では深刻
   3. 塗布した時はよいが乾燥過程で平滑性が損なわれる
   4. 表面張力が関与するのはわかるが、どのようにして調整するか
6. 粘性制御は貯蔵安定性・塗布性に大きく影響
   1. 分散体による粘性
   2. 添加するだけで粘性をコントロールするレオロジーコントロール剤
   3. レオロジーコントロール剤、有機系・無機系どのタイプを選択するか
   4. 粘弾性・レオロジーの簡単な基礎
   5. どんな粘性がこのましい
7. 表面張力も塗布・乾燥プロセスで重要
   1. 液の表面張力
   2. 固体・フィルムの表面自由エネルギー
   3. 表面張力を上げる添加剤
   4. 表面張力を下げる添加剤
• 質疑応答