微粒子の分散・凝縮メカニズム、安定化、その評価

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第1部 微粒子の分散・凝集メカニズムとその考え方

(2021年4月23日 10:00〜11:20)

　微粒子の分散・凝集は粒子間ファンデルワールス引力と粒子周囲の電気二重層間の斥力の大小で決まる。それぞれハマカー定数 (凝集促進因子) およびゼータ電位 (分散促進因子) で表される。これらの因子を用いてDLVO理論に基づき粒子間相互作用のポテンシャル曲線を描くと分散安定性を定量的に評価できる。本講演では2つの因子の評価、DLVO理論およびポテンシャル曲線の描き方を解説する。

  1. はじめに:自然界における2つの原理 (自然の意思)
    1. 確率の大きい状態へ:エントロピー (無秩序さの度合) を増やす
    2. 力に逆らわない:ポテンシャルエネルギー (力に逆らう度合) を下げる
  2. 微粒子集団は凝集する
    1. 分子間ファンデルワールス引力がないと分子集団から微粒子はできない
    2. 微粒子間に斥力がなければ微粒子集団は凝集する
    3. エネルギーと電位の尺度:熱エネルギー
  3. 分子間引力と微粒子間引力
    1. 微粒子間引力は分子間ファンデルワールス引力の総和
    2. 微粒子集団の凝集促進因子:ハマカー定数
    3. 似た者同士は引き合う:疎水性コロイドと親水性コロイド
  4. 微粒子間引力に対抗する微粒子間斥力:何かの層で粒子表面を覆う
    1. 静電斥力:対イオンの雲で粒子表面を覆う
    2. 高分子による立体相互作用:高分子層で微粒子表面を覆う
  5. 界面電気現象の基礎
    1. 帯電微粒子は裸ではなく電気二重層 (対イオンの雲) で覆われている
    2. ポアソン・ボルツマンの式
    3. 微粒子集団の分散促進因子:ゼータ電位 (表面電位にほぼ等しい)
  6. 電気泳動移動度の測定値からゼータ電位を計算する式
    1. スモルコフスキーの式:任意の形状の大きな固体粒子
    2. ヒュッケルの式:小さな固体粒子や非水系
    3. ヘンリーの式:任意のサイズでゼータ電位が50mV以下の球または円柱
    4. ゼータ電位が50 mV以上では緩和効果 (電気二重層の変形) を考慮
    5. エマルションは同じゼータ電位をもつ固体粒子より速く泳動
    6. 柔らかい粒子 (高分子で被覆した粒子) ではゼータ電位の概念は失われる
  7. 沈降電位、濃厚系および動的電気泳動:CVPとESA
    1. 沈降電位
    2. 濃厚系
    3. 動的電気泳動:CVPとESA
  8. 微粒子間の静電反発エネルギー: DLVO理論
    1. 粒子間の静電斥力:拡散電気二重層の重なり
    2. DLVO理論:分散安定性を評価する標準理論
  9. 分散系の安定性の評価:ポテンシャル曲線の作成
    1. 微粒子間全相互作用エネルギーと微粒子分散系の安定性
    2. 安定性のわかるマップ

第2部 溶剤/水系における微粒子の分散安定化と分散剤の選択

(2021年4月23日 11:30〜12:40)

　粒子分散系において良好な安定化を達成するためには、粒子に応じた分散剤や分散用樹脂を選択するとともに、適切な溶剤を用いることが重要である。本講では、そのための基本的な考え方や選択指針を紹介する。

  1. 溶剤系における粒子の分散安定化の考え方
    1. 酸塩基相互作用による高分子 (分散剤、分散用樹脂) 吸着
    2. 粒子、高分子の酸塩基性評価方法
    3. 溶解性パラメーターと溶剤選択
  2. 水性系における粒子の分散安定化の考え方
    1. 疎水性相互作用による高分子 (分散剤、分散用樹脂) の吸着
    2. 共存有機溶剤の影響
  3. 分散剤の選択と配合決定
    1. 分散剤の分子設計 (アンカー分布、ブロック重合体、精密重合法による分散剤 )
    2. 分散剤の選択と配合設計の実際

第3部 ビーズミルによる微粒子分散技術

(2021年4月23日 13:30〜14:30)

　スラリー中に存在する微粒子の凝集体を分散するためには分散機が必要である。分散機には様々な種類があるが、ビーズミルは微細化が可能で分散効率のよい装置である。このビーズミルの分散技術について解説する。

  1. 粉砕・分散・乳化について
  2. ビーズミルの用途
  3. 分散機の原理・特徴
  4. ビーズミルの原理・特徴
  5. ビーズミルの運転方法
  6. ビーズミルの粉砕・分散効率に影響を与える因子
  7. 微小ビーズの効果
  8. 投入動力量と粉砕・分散の関係
  9. 過分散とマイルド分散 ®
  10. マイクロビーズ対応型ビーズミル
  11. ビーズミルでの分散例

第4部 ナノ粒子の表面処理技術と分散技術、その機能および応用展開

(2021年4月23日 14:40〜15:50)

  1. 微粒子のキャラクタリゼーションについて
    1. シリカ系ナノ粒子の特性
    2. 固型分濃度と粘度特性
    3. 粒子径と光の透過率特性
    4. 粒子径分布と粘度、透過率への影響
    5. 粒子径分布と濃縮品の安定性
    6. 粒子のアルカリ又は酸領域と安定性
  2. 微粒子の表面処理の設計と具体的な例題
    1. ナノ粒子の有機溶媒への分散性
    2. 表面処理の基本的な設計
    3. 表面処理剤の選択方法
    4. 表面処理方法の分類
  3. 今後、期待されるナノ粒子について

第5部 ゼータ電位・粒子径測定による微粒子分散系の安定性とその評価

(2021年4月23日 16:00〜17:00)

　溶液中に分散する粒子の分散・安定性の評価は、一般的にゼータ電位や粒子径、粒度分布などがある。特にナノ粒子から数μmの粒子においては、最も簡便な測定法として光散乱電気泳動法、動的光散乱法がある。今回、その手法の測定原理、測定時のノウハウおよびアプリケーションデータを紹介したい。

  1. 光散乱について
  2. ゼータ電位測定の原理
    1. ゼータ電位とは
    2. 原理について
    3. 解析方法について
  3. 粒子径測定の原理
    1. 原理について
    2. 解析方法について
    3. 動的光散乱法の特徴
  4. ゼータ電位、粒子径の測定技術
    1. 測定上の注意点
    2. サンプル調製時のノウハウ
  5. ゼータ電位、粒子径・粒度分布の測定例

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