乳化・懸濁重合による高分子微粒子の作製

第1部 反応性界面活性剤の作用機構と選択・活用法

(2021年10月14日 10:00〜11:30)

　混ざりあわない二種類の液体の内うち、一方の液体が微粒子となって他方の液体に分散しているエマルションを作る手法の一つに乳化重合が挙げられる。本セミナーでは界面活性剤や乳化の基礎について解説し、乳化重合技術の中でも反応性界面活性剤の実用例や特徴について紹介いたします。

1. 界面活性剤の基礎
   1. 界面活性剤の構造
   2. 界面活性剤の物性
      • 表面張力
      • CMC
   3. 界面活性剤の基本的性質 (ミセル)
   4. 界面活性剤の代表組成
   5. 界面活性剤のHLB、クラフト点、曇点
2. 乳化の基礎
   1. エマルションの概要
   2. 微粒子の分散安定化
3. 反応性界面活性剤の実用例
   1. 乳化重合機構と乳化重合用界面活性剤の役割
   2. 反応性界面活性剤の機能と効果
      • 界面科学的特性
      • 共重合挙動
   3. ソープフリーエマルションの特徴
      • 塗料
      • 粘接着剤
• 質疑応答

第2部 乳化・懸濁重合の反応メカニズムと粒子径制御

(2021年10月14日 12:30〜15:00)

　本講演では、重合反応速度論の観点から乳化重合および懸濁重合をとらえ、ラボスケールから製造プロセスまでの反応工学的な解析を通して考える。また、重合反応容器や攪拌機の形状、反応温度の制御等、反応条件が得られる高分子粒子の粒径分布に及ぼす影響を解説するとともに、得られる粒子の粒径分布の狭い粒子を得るためにはどのような方法が望ましいのかを解説する。また、ソープフリー乳化重合、分散重合、シード重合、重合反応性開始剤を用いたグラフト重合、およびマクロモノマーをもちいた高分子微粒子の機能化を解説する。

1. 乳化重合と懸濁重合の反応動力学
   1. 重合反応動力学
   2. 乳化重合とSmith-Ewart理論
   3. 塊状重合の動力学からの懸濁重合の考察
2. 重合の反応工学
   1. 重合反応器の設計
   2. 連続反応器の滞留時間分布
   3. 反応液の撹拌と伝熱
   4. 連続懸濁重合装置の設計と運転指針
3. 機能性微粒子の開発手法
   1. ソープフリー乳化重合、分散重合、シード重合による粒子の機能化
   2. 重合反応性開始剤を用いたグラフト重合
   3. マクロモノマーをもちいたナノ高分子微粒子の合成
4. まとめ
• 質疑応答

第3部 乳化重合における反応操作設計と装置、トラブル対策

(2021年10月14日 15:15〜17:15)

　実験室で目標の機能や品質のサンプルを合成しようとしても種々の困難に直面し時間を空費することが多い。折角、目標に達してもスケールアップで新たなトラブルに遭遇することもある。普通、問題解決は当事者の経験やカン、特許や書物から得られる公開情報に頼っている。 　本講座の最大の特徴は「乳化重合理論」を拠り所に反応操作条件の反応速度や粒子径、物性への影響を理解し多様なラテックス粒子 (組成、共重合組成と分布、コア/シェル化、粒子径と分布等) を造るための知識を得、早期に障害を克服し開発の効率化 (費用、期間) を達成することを狙いとする。

1. 乳化重合理論の拡張と限界
   1. Smith-Ewart 理論の復習
   2. Smith-Ewart 理論の発展と争点、理論からの乖離
   3. セミバッチ重合への適用
2. 乳化重合理論の実プロセスへの適用
   1. 使用する各種原料の特性と乳化重合挙動への影響
   2. 様々な乳化重合法 (バッチ、セミバッチ、連続) とその特徴
   3. 重合条件と製品特性および制御 (粒子径と分布、コア/シェル粒子)
   4. 乳化重合の神話、水溶性モノマーの特異な乳化重合挙動
3. 乳化重合装置
   • 重合装置および攪拌・混合と伝熱 (重合熱除去)
4. 製品開発における問題やトラブル発生と問題解決
   1. 開発段階における品質達成に関わる問題
   2. スケールアップに関わるトラブル (品質、温度制御や混合)
      • おなじ品質のものが得られない、おなじ操作が出来ない
   3. 保管、移送及びユーザー側の使用時に発生する問題
   4. 改良・改善のための条件変更と品質特性への影響
• 質疑応答