フィラーの分散・充填技術およびナノコンポジットの研究開発動向

フィラーとはポリマー (樹脂) の機能を高めるために充填される無機または有機性の微粒子であり、研究対象となるフィラー径はミリからサブミクロンそしてナノオーダーへと超微粒子 (ナノ) 化している。フィラーをポリマーに高分散充填するにはフィラー表面の電荷反発や立体障害を利用することが望ましいが、ゼータ電位等を考慮したフィラー分散モデル基礎実験の活用、そして得られた仮説に基づきポリマー重合系でフィラーの分散を検討・実証した報告例はない。 　本講座ではフィラーの分散に関して基礎的知識のみならず、演者が経験した酸化チタン、アルミナ、炭酸カルシウムなどの (ナノ) フィラーのポリマー (主としてポリエステル (PET) ) への分散モデル実験、そしてPET重合系でのフィラー分散モデル実験、フィラー分散性実証テスト結果につき紹介し、本モデル実験の必要性・有効性を明らかにする。さらに、話題の機能性ナノフィラー (ナノ炭素粒子やセルロースナノファイバー) の分散、それらの機能性複合材料 (力学特性、導電・伝熱関係) の研究開発動向につき、演者の研究成果を交えて紹介する。

1. フィラー基礎
   1. フィラーの種類と開発経緯
   2. 主要フィラーの製法とその特性:炭酸カルシウム、シリカ、酸化チタン
   3. フィラー種による表面特性の特徴
      1. 無機酸化物と無機塩との表面特性差異
      2. 表面電荷 (ゼータ電位) と測定法
2. フィラーのスラリーやポリマーへの高分散充填に関する基礎
   1. フィラー分散スラリー調製の考え方
   2. フィラー分散支配因子:表面電荷と立体障害効果
   3. ゼータ電位 (表面電荷) 測定法の実際と問題点
   4. 表面処理がポリマーへの高分散充填に与える効果
      1. シリカ粒子
      2. 炭酸カルシウム粒子 など
3. ポリエステル (PET) へのフィラー分散に関するモデル実験と実証・スケールアップ
   1. PET中での酸化チタンフィラー (TiO2) の分散モデル実験と評価法
      1. 各種添加物がTiO2のゼータ電位、分散に与える影響
      2. PETモノマー (BHET) がTiO2のゼータ電位、分散に与える影響
   2. PET重合系におけるTiO2分散モデル実験結果の実証
   3. 各種ナノフィラーのPETへの高分散化モデル実験と実証
      1. TiO2
      2. アルミナ (Al2O3)
      3. 炭酸カルシウム (CaCO3)
4. 機能性ナノフィラーを用いた先端材料の研究開発動向
   1. 機能性ナノフィラーとナノ効果概説
   2. ナノ炭素粒子 (CNT,CNF,グラフェン類など) とその複合材
      1. ナノ炭素粒子の開発動向
      2. ナノ炭素充填体の分散性向上に関する技術
      3. ナノ炭素充填効果アップ策
         • パーコレーション
         • ダブルパーコレーション
      4. ナノ炭素粒子充填先端材料に関する研究開発動向
      5. 開発・上市における課題
   3. セルロースナノファイバー (CeNF) とその複合材
      1. 環境問題におけるCeNFの意義
      2. CeNFの研究開発動向
      3. CeNFの力学特性を活用した先端材料の研究開発動向
      4. 各種ポリマーとの相溶性改善を目指したCeNFの改質 (表面修飾) 例
         1. ポリプロピレン (PP)
         2. ポリアミド (PA)
         3. セルローストリアセテート (CTA)
      5. CeNFの吸着特性を活用した先端材料の研究開発動向
      6. 開発・上市における課題
5. まとめ及び質疑応答