濃厚系・非水系・多成分系での微粒子/ナノ粒子の分散・凝集制御技術

微粒子分散系はもともと取り扱いの厄介な系ですが、中でも濃厚系、非水系および多成分系はそれぞれ多くの問題を抱えていますから、分散・凝集の制御一つとっても一筋縄ではいきません。たとえば濃厚系では、隣接粒子間の多体効果が原因で静電反発力による安定化は難しく、その傾向は非水系でより著しくなります。また多成分系でも、大きさの異なる粒子間や種類の異なる粒子間におけるヘテロ凝集や、多成分樹脂の相分離性とフィラーの局在化など様々な課題があります。 　厄介な分散系を手懐けるためのツールとしては、溶解度パラメータ (SP値・HSP値) がメインですが、分散・凝集の制御はSP値・HSP値のみで説明できるほど簡単ではありません。そこでSP値・HSP値の兄弟分でもある表面エネルギーや酸塩基特性なども活用し、ぬれ/分散化に向けた溶媒/樹脂の選択および表面修飾と評価法、ならびに濃厚系、非水系の長期安定化に適した新タイプを含む分散剤/界面活性剤の使用法と最適選択に必要な手順を、基礎から分かりやすく説明します。

1. 微粒子分散系の諸課題
   1. 濃厚系における課題
      • 凝集性
      • 分散剤の選択
      • ゲル化など
   2. 非水系における課題
      • 分散剤の溶解性
      • 溶媒の溶解力
      • 界面活性剤の選択など
   3. 多成分系における課題
      • ヘテロ凝集
      • 多成分系の粒度調整
      • 樹脂の相分離性とフィラーの局在化など
2. 化合物や粒子表面の溶解度パラメータ (SP値・HSP値) の求め方
   1. 分散系の熱力学と溶解度パラメータの由来
      • 混合ギブスエネルギー変化
      • 相互作用パラメータ (χパラメータ)
   2. HildebrandのSP値とHansenのSP値
      • Hansen球
      • 三角線図
        • Teas線図
        • てこの法則
      • 相互作用距離
   3. 化合物のSP値・HSP値の求め方
      1. 原子団寄与法とソフトウェアHSPiPの利用
         • Fedors法
         • van Krevelen&Hoftyer法
         • Hoy法
         • Stefanis&Panyiotou法など
      2. 溶媒/高分子の溶解・膨潤による測定法
         • 濁点滴定法
         • Hansen球法
         • 二成分溶媒勾配法
         • 固有粘度法など
      3. インバースガスクロマトグラフィー法
   4. 粒子表面のSP値・HSP値の求め方
      1. 凝集・沈降法
         • 界面沈降法
         • 分散濃度法
         • 沈殿体積法
         • グラインドゲージ法など
      2. インバースガスクロマトグラフィー法
3. 非水系 (水系) におけるぬれ/分散化の制御
   1. SP値・HSP値 (Hansen球) によるぬれの評価と応用例
   2. 表面エネルギーによるぬれの評価と応用例
      1. 接触角、界面張力および付着仕事
      2. 表面張力/表面エネルギーの測定法
         • 接触角法
         • インバースガスクロマトグラフィー法
      3. ぬれの形態とwetting envelopeの利用法
      4. wetting coefficientによるフィラー局在化の評価
4. 濃厚系・非水系・多成分系における長期安定化の制御
   1. 粒子間に働く引力の制御
      1. van der Waals引力
      2. Hamaker定数と有効Hamaker定数
      3. ヘテロ系におけるvan der Waal引力
      4. 多成分系における枯渇引力
   2. 粒子間に働く静電反発力の制御
      1. 拡散電気二重層およびゼータ電位とその測定法
      2. 水系における静電反発作用
      3. 非水系における静電反発作用と濃厚系の多体効果
      4. ヘテロ凝集の制御とその応用
   3. 粒子間に働く立体反発力の制御
      1. 浸透圧効果と体積制限効果
      2. 溶媒の溶解力と立体反発作用
      3. 高分子ブラシを用いた立体反発作用
      4. 水溶液中のイオン性分散剤を用いた静電立体反発作用
5. 濃厚系・非水系における分散剤の選択および表面修飾とその評価法
   1. 分散剤の選択
      1. 分散剤構造と吸着形態
      2. 非水系における分散剤の溶解性
      3. 分散剤の吸着性および酸塩基特性とその求め方
      4. 高分子ブラシ用分散剤
      5. 水溶液中の強化型静電立体反発用分散剤
   2. 表面修飾とその評価法
      1. 表面修飾の物理化学的手法
      2. 界面活性剤のHLB値と吸着特性
      3. 界面活性物質による表面修飾と各種パラメータを用いた評価法
         • SP値・HSP値、表面エネルギー、酸塩基特性など
      4. シラン化およびグラフト化による表面修飾と評価法
6. 濃厚系・非水系・多成分系における分散安定性試験法
   1. フロック径法
      1. 画像解析法
      2. 濃厚系におけるグラインドゲージ法
      3. 超音波減衰分光法
   2. 凝集・沈降法
      1. 界面沈降速度法
      2. 濃厚系における沈殿体積法
      3. 濃厚系における毛管吸引時間 (CST) 法
   3. 濃厚系におけるレオロジー法
      1. 流動曲線と降伏値
      2. チキソトロピーと測定法
      3. 動的粘弾性と応用例
• 質疑応答