粒子が分散した材料は、導電剤、電池、セラミックス、機能性コーティング、塗料、インキ、など様々な分野で利用されているが、「ボテボテとして流動性が無い・うまく塗れない。」、「時間が経つと凝集・沈降したり、粘度が増加したりする。」、「粒子そのものは小さいはずだが、スラリー中でなかなか小さくできない。」、「溶剤で希釈したりバインダー樹脂を添加すると凝集してしまう。」などの問題に直面するケースが多い。
本講座では、上記の諸問題が生じ難い実用的な分散系を設計するのに必要な、粒子の微粒化・安定のための基本的な考え方を最初に解説する。次に、粒子と分散剤 (バインダー樹脂) と溶剤の最適な組み合わせ方を、溶剤系、水性系について具体的に紹介する。また、分散剤の作用機構・配合量の決め方、分散機・分散プロセスの選択、粒子分散液と何かを混ぜた時に生じる問題と、その回避手段について平易に解説する。
- 粒子分散の基本的な考え方
- 粒子分散とは一次粒子の凝集体 (二次粒子) を解凝集する工程である。
- さまざまな形の一次粒子 ~この形状はフロキュレートしやすい~
- 吸油量
- 粒子分散の単位過程 ~ぬれ、機械的解砕、分散安定化~
- ぬれ ~ぬれを左右する因子、親和性が高いからぬれるのではない~
- 分散安定化 ~微粒化された粒子が再凝集するのを防止する~
- 主要成分 (粒子、分散剤やバインダー樹脂、溶剤) の親和性はどうあるべきか
- 粒子の分散状態や分散安定性と粒子分散系の性質
- 流動性 ~フロキュレーションがボテボテとサラサラを左右する~
- 沈降 ~微粒化すると沈降しないのは何故?~
- 光の散乱 (ヘイズ・隠ぺい) と粒子径
- 粒子分散の評価
- 視点は分散度と粒子間構造形成
- 代表的な粒子径測定装置使用上の注意点
- 濃厚系での分散度評価
- 構造形成の評価は粘度計で
- 溶剤系における分散設計の実際
- 溶剤、粒子の表面張力とぬれ性 ~溶剤系は分散安定化だけ考えればよい~
- 溶剤系での粒子、分散剤・バインダー樹脂、溶剤の親和性を取り扱うための尺度
- 粒子と分散剤・バインダー樹脂の間の親和性は酸塩基で考える
- 粒子や分散剤・バインダー樹脂の酸塩基性を知る
- 判らなければ自分で測る ~非水電位差滴定法~
- 粒子の等電点や等酸点は酸塩基性の目安になる
- バインダー樹脂でも分散する
- バインダー樹脂の酸塩基変性による分散用樹脂の調製
- 酸塩基相互作用の効果
- 阻害作用
- 水性系における分散設計の実際
- 水の溶剤としての特異性
- 水性系での疎水性粉体の分散ではぬれのプロセスが重要
- 粒子の親水 – 疎水性度とぬれ
- 粒子の乾燥凝集状態とぬれ ~ガス吸着を用いた凝集隙間の評価~
- 水性系における分散安定化の考え方
- DLVO理論のエッセンスと実用分散系に適用する際の注意事項
- 高分子吸着による分散安定化と吸着のドライビングフォース ~疎水性相互作用と静電引力~
- ぬれと分散安定化を両立する粒子表面の最適親水性度
- 共存有機溶剤の影響
- 分散剤の活用
- 分散剤の種類と利用に当たっての留意点
- 低分子分散剤 (界面活性剤)
- 高分子分散剤
- ブロック型高分子分散剤 (直鎖型、くし型)
- 分散剤の分子構造と粒子分散性
- ブロック型高分子分散剤の合成例と最近の開発動向
- 分散剤の使用に当たっての具体例
- 分散剤の評価とマッピング
- 分散配合、分散剤配合量の決め方
- 粒子分散プロセス
- 粒子分散に用いられる一般的な分散機・撹拌機とその特徴
- ロールミル
- ニーダー
- エクストルーダー
- プラネタリーミキサー
- ボールミル
- アトライター
- 高速インペラー分散機
- コロイドミル
- ビーズミル
- 高圧ホモジナイザー
- 分散プロセス
- 分散方式
- 多品種少量生産に適した分散機
- ナノサイズ分散機
- ナノサイズ分散機の特徴
- 過分散 ~一次粒子の破砕とその影響~
- 異種分散方式の組み合わせによる高分散度化
- 最近登場した分散機
- 粒子分散液に何かを混ぜる・塗工する
- 混合に伴う不具合現象とその原因、対処法
- 溶剤で希釈すると凝集・沈降した
- バインダー樹脂や硬化剤を入れると凝集・増粘した
- 単独では安定な粒子分散液同士を混ぜ合わせると生じる問題
- 凝集、貯蔵すると色が変わる
- 乾燥させると表面に一方の粒子だけ浮いてくる
- 表面に模様ができる・粒子が分離しているようだ
- 相溶性や溶解性を支配するのは溶解性パラメーター (Solubility Parameter;SP)
- 溶解性パラメーターとは ~SPが近いもの程、良く混じる・良く溶ける~
- 三次元溶解性パラメーター ~Hansenパラメーター~
- 様々な溶剤のSP値 (リスト配布)
- 高分子のSP値の決め方
- 表面張力と塗工性
- 表面張力もSPも根っこは同じ分子間凝集エネルギー
- 表面張力とぬれ・ハジキ
- 粒子や固体表面の表面張力を求める