微粒子/ナノ粒子の分散安定化に向けたSP値・HSP値の基礎と活用

溶解度パラメータ (SP値) の考え方を端的に表しますと、“Like attracts like”、「類は友を呼ぶ」です。すなわちSP値の近いもの同士は、よく溶け合い、よくぬれ、よく付きます。初め正則溶液を対象にHildebrandが提唱したSP値 (1Dモデル) は,その後Hansenにより分子間力の三要素からなるHSP値 (3Dモデル) に拡張されて広く採用されています。さらにBeerbowerらは水素結合項を酸・塩基項に分割した4Dモデルを提唱し、たとえば難分散性有機顔料塗料の調製などに応用されています。高機能性微粒子複合材料の開発では、粒子、溶媒や添加剤の多様化とともに、分散安定化に苦慮する場合も多々あります。このような分散系は、主に粒子、溶媒と分散剤/バインダーで構成されますが、溶媒によるぬれ性と分散剤の溶解性・吸着性とはトレードオフ関係にありますから、SP値・HSP値を利用して両者のバランスをとったうえで、溶媒や分散剤を選ぶことが欠かせません。 　本セミナーでは、先ずHSP値・4DHSP値の由来とその最新の求め方を説明します。次いでHSP値ではHSP距離やHansen球,また4DHSP値ではEED (Exchange Energy Density) などの考え方を用いたぬれ性と溶解性・吸着性の間のバランスの取り方、および新規分散剤の紹介や利用法などについて、多くの分散系の調製例をもとに解説します。

1. 微粒子分散系の基礎
   1. 微粒子分散系の課題
   2. 微粒子分散系の調製と分散安定化不良の原因
      1. ぬれ・分散化工程の不良原因と対策
      2. 安定性不良の原因と対策
      3. 撹拌・ミーリング不良の原因と対策
2. 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値の表示法
      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. 4DHSP値とEED (Exchange Energy Density)
3. 化合物のSP値・HSP値の求め方
   1. 溶媒のSP値・HSP値の求め方
      1. 物性値との相関
      2. Hansen溶解球法
      3. 多成分溶媒の混合によるHSP値の調整
      4. 溶媒の4DHSP値の求め方
   2. 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
   3. 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. 二液混合グラジエント法
      5. 固有粘度法
      6. 4DHSP値の求め方
   4. 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
4. 粒子・固体表面のSP値・HSP値の測定
   1. 凝集・沈降法
      1. 二液滴定法
      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. ぬれ性試験法 – 接触角およびwetting tension
   2. インバースクロマトグラフィー法
      1. 測定原理
      2. 測定例
   3. 低磁場パルスNMR法
      1. 測定原理
      2. 測定例
5. 粒子をぬれ/分散化するのに必要な溶媒/樹脂の選択法
   1. SP値・HSP値を用いたぬれ性の評価
      1. 接触角とSP値・HSP値の関係
      2. Hansen球を用いたぬれ性の評価
      3. 低磁場パルスNMR法によるぬれ性の評価
   2. 二液混合溶媒を用いた酸化チタンの良溶媒選択とTeas線図
   3. 濁度測定によるグラフェンの良溶媒の選択
   4. フロック径測定による改質TiO2の良溶媒の選択
   5. 成型密度測定による金属ナノ粒子バインダーの良溶媒の選択
6. 溶媒/樹脂中で粒子の安定性を維持するのに必要な要件
   1. 粒子間に働く相互作用力
   2. van der Waals力と有効Hamaker定数
   3. 静電反発安定化とDLVO理論
   4. 高分子分散剤,特に高分子ブラシによる立体反発安定化
   5. イオン性高分子分散剤による静電立体反発安定化
7. 高分子分散剤の働きと選択指針
   1. 分散剤の種類・構造および応用例
      1. ブロック型およびくし型タイプ分散剤と応用例
      2. 星型分散剤の開発と応用例
      3. ダブルHansen球法によるCBの最適分散剤の選択
      4. 高分子ブラシを用いたナノマグネタイト粒子の分散安定化
      5. 4DHSP値を用いた有機顔料の分散安定化の評価
   2. 分散剤の最適添加濃度と枯渇現象
   3. 安定化に必要な最小吸着層厚さと分子量
   4. 吸着特性と吸着機構
      1. 吸着特性と溶媒,分散剤および粒子のSP値のバランス
      2. Hansen球を用いた溶媒,分散剤および粒子のHSP値のバランス
      3. 相互作用距離を用いた吸着特性評価
      4. 低磁場パルスNMR法による吸着特性評価
8. 粒子の表面改質法と応用例
   1. 表面改質の目的と手法
   2. 界面活性物質による改質法と応用例
      1. 高熱伝導性樹脂開発におけるSP値の応用
      2. ポリプロピレンコンポジットにおけるHansen球の応用
      3. レジンコンクリート調製におけるTeas線図の応用
      4. 界面活性剤改質マグネタイトにおける分散安定化例
   3. カップリング反応法と応用例
   4. グラフト反応法と応用例
9. レオロジー特性に基づく分散系の安定性評価法
   1. 流動曲線とチキソトロピー
   2. 動的粘弾性と粘弾性体の種類
   3. チキソ剤 (増粘剤) の働きと実例
   4. チキソ剤の種類と選択指針
• 質疑応答