溶解度パラメータ (SP値・HSP値) の基礎と応用技術最前線 (2日間)

J.H.Hildebrandが正則溶液理論の研究において定義した溶解度パラメータ (Solubility Parameter:δ[J/cm3]1/2) は、物質 (気体・液体・固体) の凝集エネルギー密度の平方根で示される物質固有の物性値であり、SP値として一般に知られています。現在でも、SP値は、物質-物質間の相溶性、ぬれ性、接着性、溶媒中微粒子の分散性の評価、吸着、などに多用されています。C.M.Hansenは、Hildebrand が提案したSP値の凝集エネルギーの項を、それぞれの物質の分子間に働く相互作用エネルギーの種類によって分割し、分散力項 (δd) 双極子間力項 (δp) 、水素結合力項 (δh) として表し、ハンセン溶解度パラメータ (以下:HSP値) として提案しました。 　現在、ハンセン溶解度パラメータは高分子-溶媒間、高分子-高分子間などの相溶性評価、ナノ粒子の溶媒中での凝集・分散性評価、各種樹脂の溶媒に対する耐性評価、界面活性剤などの相溶性評価に応用されています。さらに、溶解度パラメータはその物質の物性値 (表面張力、屈折率、誘電率、導電率、沸点、融点、強度など) と相関するなどの応用研究が、幅広く行われています。近年、溶解度パラメータは、材料設計、評価において様々な利用が確認されている。このように、機能性材料設計の実験コスト、開発時間の削減にも有効であると同時に、将来のAIを利用した材料開発に応用できると考えられています。 　本講演では、物質の凝集エネルギー密度 (CED) である溶解度パラメータ (SP値・HSP値) を用いた機能性材料開発を実施するための基礎および応用技術にて実例から解説し、将来の展望について説明します。

溶解度パラメータ (SP・HSP) の基礎、測定方法、評価方法

　本セミナーでは、SP値・HSP値の基礎、測定・計算・評価方法、溶解性評価の基礎、分子グループ寄与法による計算、溶解球法によるSP値の測定方法、各測定方法と事例など、機能性材料開発に活用するための基礎を詳しく・分かりやすく解説いたします。

1. 溶解度パラメータの基礎
   1. 凝集エネルギー密度 (CED) について
   2. “ヒルデブランド溶解度パラメータについて (原著より) ”
   3. 正則溶液理論から導かれた溶解度パラメータ (δt) の意味
   4. ヒルデブランドおよびハンセン溶解度パラメータの相互関係
2. 溶解度パラメータ (SP値) の基礎と応用
   1. ヒルデブランドの溶解度パラメータ (SP値) の定義
   2. 溶解度パラメータ (SP値) の計算方法
   3. 溶解度パラメータ (SP値) による溶解性評価の基礎
3. 溶解度パラメータ (HSP値) の基礎
   1. ハンセン溶解度パラメータ (HSP値) の基礎
   2. 分散力項 (δd) 、双極子力項 (δp) 、水素結合力項 (δh)
   3. ハンセン溶解度パラメータの三次元グラフによる相溶性評価
4. 溶解度パラメータ (SP値・HSP値) の分子グループ寄与法による計算
   1. Kreveren & Hoftyzerの計算方法
   2. Stefanis&Panayiotou法 (S&P法)
   3. その他の推算法
5. 溶解球法による溶解度パラメータの測定方法
   1. 物質間の相溶性評価による測定 (溶解球法:市販ソフト)
   2. 気体の溶解度による測定 (酸素)
   3. 樹脂表面の溶媒接触角による測定
      • フィルム
      • 金属
   4. 吸光度による測定
      • フタロシアニン
      • ポルフィリン
6. 炭素材料のHSP値の測定および溶解性評価
   1. 種々の炭素材料のHSP値の測定方法 (溶解球法)
   2. フラーレン (C60) のHSP値の測定
   3. 石油から分離されたアスファルテンの測定
7. 微粒子表面の溶解度パラメータの測定
   1. 濃厚系粒形分析装置 (DLD) 法
   2. 浸透速度法
   3. 逆相クロマトグラフィー (IGC) 法
8. 樹脂の溶解度パラメータの測定
   1. 各種樹脂の溶解パラメータの測定 (溶解球法)
   2. 樹脂の三次元グラフによる溶解性評価
   3. 樹脂に対する溶媒設計
      • 純溶媒
      • 混合溶媒
9. 溶解度パラメータの基礎の総論まとめ
• 質疑応答

溶解度パラメータ (HSP値) の機能性材料開発への応用ノウハウ最前線

　HSP値は高分子-溶媒間、高分子-高分子間などの相溶性評価、ナノ粒子の溶媒中での凝集・分散性評価、樹脂の溶媒に対する耐性評価など広く用いられています。 　応用編となる本講演では、分子構造や組成が明らかでない物質のHSP値を溶解球法により求める方法、DLS法、接触角法、浸透速度法、吸光度法、などにより求める方法を、実際の機能性材料設計に応用した事例の紹介をする。さらに、物質間のHSP距離 (Ra) を用いて、接着強度、曲げ強度、導電率、染着性、分散安定性などの評価を行った事例を紹介する。本講では各種材料・分野におけるHSP値利用の最前線から実際の活用手法を解説します。

1. 溶解度パラメータ (HSP値) を用いた機能性材料開発
   1. 微粒子表面のカップリングの影響評価
   2. 各種樹脂とグラファイトの相溶性評価
   3. 界面活性剤 (2球) を用いた乳化安定性評価
   4. 生分解性樹脂およびフィラーの相溶性評価
   5. 各種セルロース類の相溶性評価
   6. グラファイトの分散性、導電性評価
   7. バニラビーンズからのバニリンの抽出評価
   8. 茶殻からのカフェインの抽出評価
   9. 花粉表面のHSPを利用した凝集・分散評価
   10. 樹脂への各種顔料の染着性評価
   11. 接着剤の接着強度評価
   12. 金属表面とエポキシ接着剤の接着強度評価
   13. スラリー粘度の評価
   14. 生体材料のHSP評価
       • 眼
       • 皮膚
       • 髪の毛
       • 血液 (赤血球)
2. 溶解度パラメータのAIを利用した材料開発に向けた将来展望
   1. 溶ける、溶けないを、見極 (予測) する意味
   2. 溶解度パラメータの応用と限界
   3. ハンセン溶解度パラメータの幅広い応用と将来展望
   4. 期待されているHSP値の応用分野
      • 医学
      • 食品
      • 薬学
   5. 機能性材料設計の高度化・迅速化のためのHSP値の利用の方向性
   6. 将来期待されているAIを用いた機能性材料設計への応用
3. 全体のまとめ
4. 質疑応答