シリカフィラーの特性、分散、凝集制御とポリマーとの混合・混練・ナノ複合化技術

ポリマー材料との複合化に用いるシリカは安価な増量材としての役割だけでなく、近年ではポリマーの特性向上や新機能の付与のための添加剤 (フィラー) として注目されている。とりわけnm寸法のシリカナノフィラーを高分散状態でポリマーと複合化したナノコンポジットは、力学特性はじめ優れた特性発現が期待される。ただし、望まれる特性を発現させるには、ナノシリカの十分な理解と適切な材料選択が必要となるほか、ポリマーの種類に合わせた分散性の均質化、シリカ/ポリマー界面制御、ポリマーとの混合・混練技術といった多岐にわたる知見が必要となる。これらの技術は一部複合材料で実用化されているものの、一般には製品の安定的な製造や信頼性の高い材料品質の確保が経験則に基づいて推し進められている場合も多い。したがって、シリカ/ポリマー系ナノコンポジット開発における品質と生産性の両立に向けて最小のコストで最大の効果を狙うには、経験と理論のバランスのとれた的確なアプローチが必要となる。 　本セミナーでは、大学でこの分野の基礎研究を推進している講師の経験を通して上記の技術を系統的かつ学術的に理論づけした実務への活用のきっかけに繋がる内容を講演する。ナノコンポジットのフィラーとしてのシリカの活用事例としては、従来型コンポジットの紹介だけでなく、講師が研究開発しているシリカナノフィラーの表面改質処理を必要としない新しいポリマー系ナノコンポジットに関する簡易調製技術やそのノウハウとキーポイント、さらにはポリマー系コンポジットとしての優れた材料特性の発現におけるシリカナノフィラーの役割・効果について分かりやすく解説する。

1. シリカフィラーの基礎
   1. シリカフィラーの分類と基本物性
   2. フィラーとしてのシリカ微粒子の製法
2. シリカの分散・凝集制御の理論と実際
   1. シリカ微粒子の分散安定性
   2. シリカの表面改質技術
   3. 従来型フィラー/ポリマー系ナノコンポジットの調製法と特性
      1. In-Situフィラー形成法 (ゾル-ゲル法)
      2. インターカレーション法 (層間挿入法)
      3. 表面改質ナノフィラーの直接分散法 (ブレンド法)
3. シリカナノフィラーの表面改質処理を用いない新規なシリカ/ポリマー系ナノコンポジットの簡易調製法
   1. 親水性ナノシリカの分散を事例とする無機ナノフィラーのポリマー材料中への高分散のキーポイント
   2. 本調製法で使用するシリカナノフィラーの特徴
   3. 各種ポリマー材料中へのシリカナノフィラー分散技術
      1. シリカ/フッ素樹脂系
      2. シリカ/エチレン – ビニルアルコール共重合樹脂系
      3. シリカ/ポリスチレン系
      4. シリカ/ポリプロピレン系
      5. シリカ/高密度ポリエチレン系
      6. シリカ/アクリル樹脂系
      7. シリカ/ポリカーボネート系
      8. シリカ/エポキシ樹脂系
   4. 異種ナノ粒子との複合フィラーとしての活用技術
      1. (シリカ+カーボンブラック) ナノ粒子複合フィラー
      2. (チタニア+シリカ) ナノ粒子複合フィラー
      3. (酸化亜鉛+シリカ) ナノ粒子複合フィラー
      4. (板状窒化ホウ素+シリカ) ナノ粒子複合フィラー
   5. ポリマー母材中でのナノフィラー位置制御に向けた複合材料の微視構造デザインと調製事例
      1. シリカ/アクリル樹脂系
      2. シリカ/スチレン・ブタジエンゴム系
4. シリカナノフィラーの分散がポリマー系ナノコンポジットの諸特性に及ぼす影響・効果と材料設計のポイント
   1. 力学特性制御
      1. 引張特性とその向上のためのナノコンポジット設計のポイント
      2. 耐衝撃特性とその向上のためのナノコンポジット設計のポイント
      3. シリカと異種粒子の複合フィラーによるポリマーの硬さ・強さと耐衝撃性の両立実現の取り組み事例
   2. 熱物性制御
      1. シリカとエポキシ樹脂母材間界面相互作用と熱膨張率の関係
      2. シリカと窒化ホウ素ナノ粒子の複合フィラー充填エポキシ樹脂複合材料の微視構造と熱伝導率の関係
   3. 光学特性制御
      1. シリカ/透明樹脂系ナノコンポジット膜の微視構造と光線透過率の関係
      2. シリカ/透明樹脂系ナノコンポジット膜の微視構造の高秩序化による屈折率制御
• 質疑応答