無機ナノフィラーのポリマーへの分散・複合化技術

ポリマー材料との複合化に用いる無機ナノ粒子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寸法の無機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、力学特性や熱物性を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、フィラーとしての無機ナノ粒子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、フィラー/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、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実験と数値シミュレーションの両輪で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、代表的なシリカを中心に様々な無機ナノフィラーの取り扱い事例を紹介しつつ講演する。具合的には、従来型コンポジットの紹介に加え、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無機ナノフィラーの役割・効果について、実験結果とシミュレーション解析結果に基づき分かりやすく解説する。

1. 無機ナノフィラーの基礎 (シリカを中心として)
   1. ナノフィラーの基本物性
   2. 無機微粒子の分散安定性
   3. 無機微粒子の分散・凝集制御の理論と実際
      1. 無機微粒子の分散・凝集制御理論
      2. 無機ナノフィラー分散・充填ポリマー系ナノコンポジットの従来型調製法と代表的特性
2. 無機ナノフィラーの表面改質処理を用いない新規なポリマー系ナノコンポジットの簡易調製法
   1. 本調製法で使用する無機ナノ粒子フィラー粉体の特徴
   2. 各種熱可塑性・熱硬化性ポリマー中への親水性ナノフィラーの分散事例と高分散達成のキーポイント
      1. シリカ/フッ素樹脂系
      2. シリカ/ポリプロピレン系
      3. シリカ/アクリル樹脂系
      4. シリカ/エポキシ樹脂系
   3. 異種ナノ粒子複合フィラーの活用技術
   4. ポリマー母相中でのナノフィラー導入位置制御を施したコンポジット膜の微視構造デザインと調製事例
3. 無機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. 親水性シリカナノフィラー分散・複合化がシリカ/ポリプロピレン系コンポジットの引張特性および耐衝撃特性に及ぼす影響
      2. シリカと異種粒子の複合フィラーによるポリプロピレンの硬さ・強さと耐衝撃性の両立実現の試み
   2. 実測結果と数値シミュレーションに基づく熱物性制御
      1. シリカ/エポキシ樹脂系ナノコンポジットの線熱膨張率・耐熱性
      2. 窒化ホウ素と酸化物のナノ粒子複合フィラー充填エポキシ樹脂系コンポジットの熱伝導率と微視構造の関係
   3. 光学特性制御
4. 質疑応答