有機溶媒中における微粒子・ナノ粒子の分散不良の原因とその解決法

「固体は神の創造物だが、表面は悪魔の仕業だ」は物理者パウリの言葉ですが、粒子表面も分散化だけを考えても複雑で面倒です。そのため、静電反発作用の弱い有機溶媒/樹脂中で分散安定化を図るには、粒子表面特性に合わせて溶媒/樹脂、湿潤剤や分散剤を選ぶか、あるいは粒子の表面改質を行う必要がありますが、どうしても試行錯誤になり勝ちです。 　本講では、溶媒/樹脂、粒子および分散剤を三位一体として捉え、それらの評価指標として溶解度パラメータ (SP値) を軸に,表面自由エネルギー、接触角、酸塩基特性などを取り上げ、分散不良を起こさないための最適な組み合わせはどうあるべきか、多くの事例を踏まえて基礎から解説します。

1. はじめに
   1. 分散系の性質
      • 凝集要因
      • 粒子間に働く引力と反発力
   2. 製造工程における分散不良の原因
      • 原料
      • ぬれ
      • 安定化
      • 撹拌・混練
2. 分散系における熱力学と溶解度パラメータ (SP値)
   1. 溶解と分散の熱力学
   2. 分子間力とχパラメータ (相互作用パラメータ)
   3. SP値の考え方
      • HildebrandおよびHansenのSP値 (HSP値)
   4. 溶媒および高分子のSP値の求め方
      • 原子団寄与法 (GCM)
      • 溶解・膨潤法
   5. 粒子表面のSP値の求め方
      • 逆相ガスクロマトグラフィー(IGC)法
      • 凝集沈降法
3. ぬれ不良の原因と解決法
   1. 表面自由エネルギーに基づくぬれの評価と溶媒の選択
      • 接触角
      • 臨界表面張力法
      • 湿潤包囲線法
   2. SP値を用いたぬれの評価と溶媒の選択
      • ぬれ径
      • ぬれ張力
4. 安定性不良の原因と解決法
   1. 分散剤の種類と構造
   2. 高分子分散剤による立体反発効果と選択指針
      • 良溶媒・貧溶媒
      • 相溶鎖の拡張性
      • 分子量
   3. 高分子分散剤の吸着特性
      • SP値
      • 酸塩基性
      • 滴定法
      • IGC法
5. 分散不良解決のための表面改質法
   1. 表面改質の物理的・化学的方法
   2. 界面活性剤の種類と親水化・疎水化例
      • HLB値
      • 自己組織化
   3. 表面反応法による改質
      • カップリング反応法
      • グラフト重合法
6. 樹脂中における分散不良の原因とその解決例
   1. 表面改質の評価法と分散不良の解決例
      • SP値
      • 酸塩基性
      • 表面エネルギー
   2. 非相溶性高分子ブレンドにおけるフィラーの局在性
      • ブレンド構造
      • ぬれ係数
• 質疑応答