微粒子/ナノ粒子の分散安定化に向けたSP値 (3D、4DSP値) の基礎と活用

溶解度パラメータ (SP値) の考え方は“Like likes like”で表されますから、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。ヒルデブランドが非極性の正則溶液を対象に定義したSP値 (1次元,1DSP値) は、ハンセンにより極性材料にも適用可能な3DSP値 (HSP値) に拡張、広く採用されてきました。さらにカルガーやビルボアらは酸塩基性を考慮した4DSP値を提唱し、より多様な材料への展開を試みています。 　本講では、先ずSP値 (1D~4D) の由来と様々な求め方を説明します。粒子分散液はたいてい粒子、溶媒および分散剤/バインダーからなりますが、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、両者のバランスを考慮した溶媒や分散剤の選択が欠かせません。また粒子分散液の類例に、ポリマーコンポジット (樹脂中への分散化例) や分散剤を使用しないキャピラリー懸濁液などがありますが、樹脂とフィラーとの付着性の評価やキャピラリー懸濁液における第二流体の選択法などを含め、様々な事例におけるSP値の適用法をわかりやく説明します.

1. SP値の基礎
   1. ヒルデブランドのSP値とハンセンのHSP値
   2. SP値の図示化法と相互作用距離 (ハンセン距離)
   3. 4DSP値とEED (交換エネルギー密度)
2. 化合物のSP値の求め方
   1. 化合物のSP値の原子団寄与法による計算
      1. フェドース法
      2. バンクレベレン・ホフティザー法
      3. ホイ法
      4. ステファニス・パナイオトウ法
      5. 市販ソフトウェアHSPiPの利用
   2. 化合物のSP値の測定法
      1. 溶解/膨潤法とハンセン球/ダブルハンセン球の利用
      2. インバースガスクロマトグラフィー法
      3. ファントホッフの法則と拡張ハンセン法
3. 粒子表面のSP値の測定法
   1. インバースガスクロマトグラフィー法
   2. 低磁場パルスNMR (TD-NMR) 法
   3. 凝集・沈降法
      1. 界面沈降法
      2. フロック径法
   4. 接触角法
4. 粒子分散液・キャピラリー懸濁液の分散安定性
   1. 粒子分散液の調製工程と課題
   2. ぬれ/分散化の評価と良溶媒選択
   3. 粒子間に働く相互作用力
      1. フアンデルワールス力と有効ハマカー定数
      2. 静電反発力とDLVO理論
      3. 枯渇力と疎水性引力
   4. 高分子分散剤による立体反発安定化
      1. 浸透圧効果と体積制限効果
      2. 高分子ブラシによる立体反発安定化
   5. キャピラリー懸濁液の安定性
      1. キャピラリー懸濁液のゲル化と安定性
      2. SP値を利用した第二流体の選択
5. 高分子分散剤の選択指針
   1. 分散剤の構造と選択指針
      1. ブロック型/クシ型分散剤と高性能分散剤の開発例
      2. 相溶鎖の伸張性と良溶媒の選択
      3. 自己組織化単分子膜と高分子ブラシの形成
   2. 分散剤の吸着等温線と最適添加量
   3. 分散剤選択におけるSP値の役割
      1. 溶媒,分散剤および粒子間のSP値のバランス
      2. ダブルハンセン球を用いたカーボンブラックの最適分散剤の探索
      3. 4DSP値を用いた難分散性有機顔料の最適バインダーの探索
6. ポリマーコンポジットにおけるフィラーの付着/分散性と表面改質法
   1. 相互作用距離を利用した付着/分散性の評価と応用例
   2. ハンセン球の重なり度を利用した付着/分散性の評価と応用例
   3. 付着/分散性改善のための表面改質法
      1. 表面改質の目的と手法
      2. 界面活性剤のHLB値と応用例
      3. カップリング反応法と 表面グラフト重合法
7. 粒子分散液の分散・安定性試験法とチキソ剤の選択
   1. 湿潤点・流動点
   2. フロック径と超音波スペクトロスコピー
   3. レオロジー特性
      1. チキソトロピー・逆チキソトロピー
      2. 動的粘弾性
   4. チキソ剤の働きと選択指針
8. まとめ
• 質疑応答