溶解度パラメータ (SP値・HSP値) の基礎と活用術

SP値の概念を端的に表せば“Like seeks like.”、「類は友を呼ぶ」、すなわち異なる物質間の親和性の尺度です。したがってSP値の近いもの同士は、よく溶け、よく付き、よくぬれます。SP値は初めHildebrandらにより非極性の正則溶液を対象に定義されましたが、その後HansenはSP値を極性物質に拡張し、いわゆるHSP値 (3成分) として広く用いられています。またBeerbowerらによる酸塩基性を考慮した4成分HSP値も試用中です。 　SP値・HSP値は、原子団寄与法による推算にしても実測法にしても、得られた値にかなりの差があることはよく知られています。そこで化合物や粒子・固体表面など、様々な材料を対象とした求め方を詳述したうえで、それぞれの手法の適用限界や長所・短所を取り上げます。 　「よく溶け」 – 溶解・浸透、「よく付き」 – 付着・接着、および「よくぬれ」 – ぬれ・分散は、多くの材料調製における共通の要素です。そこで高分子の溶解性・相分離性、バインダー・樹脂の付着性・接着性、および粒子分散液の分散・安定性に焦点を絞り、材料物性の制御と評価に対するSP値・HSP値の役割について、多くの事例を踏まえ基礎から説明します。

第1日目

1. HSP値 (3D, 4D) の基礎と利用法
   1. 混合・分散の熱力学
   2. HildebrandのSP値と相互作用パラメータ
   3. HansenのSP値:三成分HSP値
   4. HSP値の表し方
      1. 二次元座標表示 (Bagley diagram)
      2. 三次元座標表示と相互作用距離 (Hansen距離)
      3. Teas線図 (三角座標) 表示とてこの規則
   5. 4成分HSP値とEED (Exchange Energy Density)
2. 化合物のSP値・HSP値の求め方
   1. 溶媒のSP値・HSP値の測定
      1. 物性値との相関
      2. 滴重法による簡易測定
      3. Hansen溶解球法
      4. 複数溶媒の混合によるHSP値の調整
      5. 溶媒の4成分HSP値の求め方
   2. 高分子/界面活性剤のSP値・HSP値の求め方
      1. 原子団寄与法による推算
         1. Fedors法
         2. van Krevelen & Hoftyer法
         3. Hoy法
         4. Breitkreutz法
         5. Stefanis & Panayiotou法
         6. Y – MB法とソフトウェアHSPiPの利用法
      2. 溶解・膨潤法による測定
         1. 濁点滴定法による簡易測定
         2. Hansen球法およびダブルHansen球法
         3. 拡張Hansen法
         4. 二液グラジエント法
         5. 固有粘度法
         6. 4成分HSP値の求め方
      3. インバースクロマトグラフィー法による測定
         1. 測定原理
         2. 測定例
3. SP値・HSP値の課題と限界
   1. 計算法や測定法によるSP値・HSP値の相違
   2. SP値とHSP値の精度と適用分野
   3. Hansen球法におけるプローブ数と閾値
   4. SP値・HSP値に及ぼす温度の影響
4. 気体のSP値・HSP値の測定法
   1. 気体の溶解度とSP値・HSP値
   2. 測定例と応用例
5. 粒子・固体表面のDP値・HDP値の測定
   1. 凝集・沈降法
      1. 二液滴定法によるDP値の測定
      2. 分散濃度法
      3. 界面沈降速度法と沈殿体積
      4. 凝集粒子径法
      5. ぬれ性試験 – 接触角やwetting tension
   2. インバースクロマトグラフィー法による測定
      1. 測定原理
      2. 測定例
   3. 低磁場パルスNMR法による測定
      1. 測定原理
      2. 測定例

第2日目

1. 高分子の溶解性・相分離性の制御と評価への活用術
   1. 高分子溶液の溶解性・相分離性の制御と評価
      1. Flory – Huggins理論
      2. 相互作用パラメータ (χパラメータ)
         1. SP値・HSP値との関係
         2. インバースクロマトグラフィーによる測定
      3. 相分離性と相図
      4. 溶解性・相分離性を応用した材料調製例
         1. マイクロカプセル
         2. ナノファイバー
         3. 3Dスキャフィールド
         4. 高熱伝導基板用接合剤
         5. 化学センサー
         6. 薬剤の皮膚浸透性
   2. 高分子ブレンドの溶解性・相分離性の制御と評価
      1. Flory – Huggins理論と相互作用パラメータ
      2. 相図と高分子ブレンドの構造
      3. 相分離性を応用した材料調製例
         1. 相分離/傾斜分離塗装
         2. 半導体パッケージにおけるダイボンディングフィルム
         3. アスファルテン由来オイルゲルの合成と応用
2. バインダー/樹脂の付着性・接着性の制御と評価への活用術
   1. 付着・接着の原理
   2. SP値・HSP値を用いた付着性・接着性の評価
      1. SP値差を用いた評価
      2. Hansen距離とRED (Relative Energy Distance)
      3. Hansen球や溶解窓の重なり度
   3. 付着性・接着性を応用した材料調製例
      1. SP値差を用いた評価例
         1. PP基板の接着強度
         2. トナーと離型剤
         3. ゴム中CNTの分散性と導電率
         4. 歯科用保護被膜の強度
      2. Hansen距離とREDによる評価例
         1. PVDF中のSWNTの分散性と材料強度
         2. PC基板の接着強度と接着剤の選択
         3. 二液混合によるアセトンフリー除光液の調製
      3. Hansen球や溶解窓の重なり度による評価例
         1. PP中シリカの表面処理と分散性
         2. レジンコンクリートにおけるフィラーの表面処理効果
3. 粒子分散液の分散・安定性の制御と評価への活用術
   1. 粒子分散液の分散・安定化
      1. 粒子分散液の調製工程と課題
      2. ぬれ/分散化におけるHSP値・HDP値の役割
         1. ぬれ径,接触角とwetting tension
         2. 二液混合による良溶媒の選択
         3. 相互作用距離を用いた良溶媒の選択
      3. 高分子分散剤を用いた立体反発安定化
         1. 高分子分散剤の構造
         2. 浸透圧効果と相互作用パラメータ
         3. 高分子分散剤の溶解性
         4. 高分子ブラシの伸張性と安定化
      4. 高分子分散剤の選択例
         1. ダブルHansen球法によるCBの最適分散剤の選択
         2. ナノマグネタイト粒子における分散剤選択
         3. 非水溶媒中における分散剤の吸着と表面処理効果
         4. 4成分HSP値・HDP値を用いた有機顔料の分散安定化
4. まとめ・質疑応答