分散剤の選択方法 & 配合技術の総合知識

現在、国内では水系分散剤は200種以上あり、溶剤系分散剤は80種以上ある。分散剤ならどのような粉末でも分散できると言うと答えは“No!”である。分散剤メーカーから分散剤サンプルを入手しテストしても旨く行かないことがある。原因は色々考えられるが、例えば分散剤の組成、極性、分子量等、使用する粉体の粒子形、粒子径、極性、使用する溶媒が水系か、非水系 (極性溶媒か非極性溶媒) か等が起因し、それらの組み合わせ (親和性) が適切でないからである。 　このセミナーでは何故適切でないかを説明し、出来るだけ適切な分散剤の選定する基本的な考え方、事項を説明したい。分散には50数年前に提案された基礎概念として“分散の三要素”という考え方がある。元々水系分散での概念であるが溶剤系分散を考える場合も十分に適応できる概念である。“分散の三要素”とは、(1) ぬれ性、(2) 解きほぐし性、(3) 分散体の安定性の三つを言う。この非常に古い概念であるが最近の超微粒子粉体 (ナノ粒子等) の分散にも応用できる分散の基礎概念とも言える。この“分散の三要素”の概念を使いこなすには界面活性剤の基礎・応用知識が重要となる。分散の定義 (ISO TR-13097) では“分散状態が時間の経過と共に変化しないこと。或いは変化に対する抵抗が大きい様子”と定義されている。“分散の三要素”の最も重要な三番目の“分散の安定性”を重要した定義となっている。分散するための粉体は製造時の乾燥工程で一次粒子が凝集し大きな凝集体になって供給されるので如何にその凝集体を“ぬらし”、“一次粒子に解きほぐし”、“その一次粒子の分散体を再凝集、分離、沈降の無い長時間安定な分散体を維持するか、或いは保つか”が分散の定義を満たすポイントとなる。 　このセミナーでは分散に関して粉体の物性、“ぬれ”、“解きほぐし性”、“分散安定性”を考える時に必要な界面活性剤 (低分子湿潤・分散剤、高分子分散剤) 、粉体の基礎知識、溶媒の諸物性等について説明し、別途簡易的な分散評価法等の説明をする。分散媒として非水系の溶媒を使う場合、使用溶媒の極性が種々あることが溶媒として水 (高極性溶媒) を使う場合と大いに異なる。非水系溶媒は高極性溶媒、中極性溶媒、低極性溶媒と極性が大きく異なり溶媒の種類によっては分散剤が十分に働かないことが有る。ここに樹脂 (高分子分散剤も含む) の極性が絡んでくると、分散剤の選定が困難になることになる。一般的に非水系分散場合、分散剤の選定ポイントとして(1) SP値 (溶解性パラメーター) 、(2) 酸・塩基相互作用の二つの基準から適正な分散剤の選定がなされているがSP値では選定確率が低いことも有り、最近ではSP値を改善したHSP値 (ハンセンパラメーパー) の使用が検討されている。また最近検討が盛んに行われているナノ粒子の分散に検討、使用が盛んになってきている分散剤に“櫛型ポリマー系分散剤”がある。この櫛形ポリマーについても概略を説明したい。

1. 分散 (剤) とは
   • 分散剤ならどの様な粉体でも分散出来るか⇒No!
2. 粉体と分散の関係
   粉体の粒子径と粒子形と分散 (性) との関係
   1. 粒子径と粉体凝集性
      • 何故粉体は凝集するのか、しているのか。
   2. 粒子形と粉末凝集性
      • 板状粉体 (平面体) が凝集し易いのは何故か。⇒毛管力。
   3. 粒子の持つ表面エネルギーと凝集性
      • 粉体の粒子径が小さくなればなるほど表面エネルギーが大きくなり、凝集が強くなりぬれ難くなる。
        ⇒分散剤でどう対応するか。
        ⇒低分子量の湿潤・分散剤の利用 (高分子分散剤との併用)
   4. 等電点とは
      • 分散系のPHによって粉体の表面電荷が変化。⇒分散との関係は。
3. 分散を理解するために必要な界面活性剤の基礎知識
   1. 表面張力とは
      • お互いに接する面積を最小にしようとする力⇒分散との関係は?
   2. ぬれとは
      • 凝集粒子を一次粒子にするための初期段階で必要な性能
   3. ミセルとは
      • 球状ミセル⇒粉体粒子を球状ミセルで包み込むことが分散
   4. HLBとは
      • 親水性と親油性のバランス値⇒粉体の極性により使い分けする
        溶媒が水系か非水系かでHLBの値をどう使い分けるか
4. DLVO理論と分散について
   1. ゼータ電位の大きさと分散性の関係
   2. 高分子分散剤を使った時にDLVO理論は成立するのか
   3. 高濃度分散体の場合DLVO理論は成立するのか
5. 分散の三要素について⇒分散の基礎理論
   1. ぬれ (初期分散性) 性
      • 凝集した粒子をぬらして膨潤させ、解きほぐしやすくするには
   2. 解きほぐし性
      • 膨潤した粒子を機械的に解きほぐし一次粒子とするには
   3. 分散体 (スラリー) の安定性
      • 経時的な再凝集・沈降を防止するには
        ⇒高分子分散剤の利用 ⇒粉体表面への分散剤の強固な吸着様式
6. .水系分散剤について
   1. 分散を取り巻く分散因子とは
   2. 水系分散剤選定のポイント
      • 粉体の粒子径、粒子形、極性 (親水性、疎水性) により異なる
   3. 低分子湿潤・分散剤と高分子分散剤の分散性、性能の差異、使い分けについて
      • 特に微粒子、超微粒子の分散の時考慮すべきこととは
7. 最適分散剤選定のための分散性評価法 (特に簡易方法) について
   1. スパチュラ法
      • 粉体と分散剤のぬれ性の簡易スクーリング法
   2. 粘度・添加量曲線の作成
      • スパチュラ法で目安を付けた数種の分散剤から最適分散剤、最適添加量の絞り込み方法
   3. 試験験管沈降法
      • 試作分散体の経時分離・沈降測定法 (簡易法)
   4. グロス試験他
      • 目視による簡易分散状態の測定法 (簡易法)
8. ナノ粒子の分散について
   1. ナノ粒子の分散のまとめ
      • 分散の三要素との関係、どう使いこなすかについて
   2. カーボンナノチューブの分散について;
9. π電子-π電子相互作用による分散の考え方
10. 疎水-疎水結合による分散の考え方
    1. 櫛形ポリマー系分散剤の検討
11. 非水系溶剤系分散の選定のポイントについて
    1. 分散剤/溶媒/粉体の相関による分散性の違いについて
       ⇒非水系溶媒と非水系分散剤の相溶性、親和性の簡易試験法「フローポイント (Daniel」法について
    2. 酸・塩基相互作用とは
       • 強い吸着層、吸着結合の作り方 (酸価、アミン価とは、その使い方)
    3. SP値の考え方、使い方
       • 発展形のHSP (ハンセンパラメータ) の分散への拡張
12. 参考資料、書籍一覧
    • 分散を勉強するための文献、資料の紹介
• 質疑応答