微粒子・ナノ粒子の分散・凝集制御における溶解度パラメータ (SP値・HSP値) の利用法と応用事例

粒子分散系のとりわけやっかいな点は、粒子が小さくなるほど凝集や固化しやすくなることです。したがって、その防止には分散剤の添加や粒子の表面改質が欠かせません。これらの選択や評価,および溶媒 (あるいは樹脂) と粒子との適切な組み合わせを検討するうえで重要な指標となるのが、異種材料間の親和性・類似性を表す溶解度パラメータ (SP値) です. 　本講では、まず粒子分散系の調製工程とその課題について概説するとともに、SP値の基礎、利用法や求め方について説明します。次いで、粒子分散液の分散・安定化機構や高分子分散剤の取捨選択法、および高分子コンポジットにおける配合設計などの考え方について、具体的な例題や応用事例を交えながらわかりやすく解説します。

1. 粒子分散系の調製工程と課題
   1. 粒子分散系の調整工程
      1. ぬれ/分散化工程と課題
      2. 安定化工程と課題
   2. 粒子分散系における課題
      1. ナノ粒子系
      2. 濃厚系
      3. 水系と非水系
2. 溶解度パラメータ (SP値・HSP値) の基礎,利用法と求め方
   1. SP値・HSP値の基礎と利用法
      1. ヒルデブランドのSP値と相互作用パラメータ
      2. ハンセンの3DSP値 (HSP値) と4DSP値 (酸・塩基性)
      3. SP値・HSP値による親和性の評価と利用法
         1. ハンセン球とHSP距離・相対的エネルギー差 (RED)
         2. ハンセン球間の最短距離と重なり体積比
         3. 三角線図とてこの規則
   2. SP値・HSP値の求め方
      1. 化合物の原子団寄与法によるSP値・HSP値の計算
         1. フェドース法
         2. バン・クレベレン – ホフタイザー法
         3. ステファニス・パナイオトウ法
      2. 化合物のSP値・HSP値の測定法
         1. 溶解・膨潤法 – ハンセン球・ダブルハンセン球 -
         2. インバースガスクロ (IGC) 法 – 気相吸着 -
      3. 粒子表面のSP値・HSP値の測定法
         1. 凝集/沈降法 – 沈降速度・分散濃度 -
         2. IGC法 – 気相吸着 -
         3. 低磁場パルスNMR法 – ぬれ性 -
         4. 接触角/ぬれ張力法 – ぬれ性 -
      4. プローブ溶媒の効率的選択法
         1. プローブ溶媒の分類
         2. 二段階選抜法と選択例
3. 粒子分散液の分散・安定化機構
   1. ぬれ・分散化機構と良溶媒の選択
      1. 酸化グラフェンのHSP値測定と良溶媒の選択
      2. カーボンブラック (CB) の最適溶媒混合比率の計算
   2. 粒子間相互作用力と分散・安定化機構
      1. フアンデルワールス引力と有効ハマカー定数
      2. 枯渇力と疎水性引力
      3. 電気二重層による静電反発作用とゼータ電位測定
      4. 分散剤吸着層による立体反発作用
         1. 立体反発力に及ぼす溶媒力の影響:HVO理論
         2. ポリマーブラシによる立体反発作用:AdG理論
      5. イオン性高分子分散剤と静電立体反発作用
4. 高分子分散剤の種類,作用機構と選択指針
   1. 分散剤の種類と作用機構
      1. 低分子量型と高分子量型分散剤
      2. 第二世代高分子量型分散剤
         1. ブロック型とくし型
         2. コントロール凝集型
      3. 第三世代高性能高分子量型分散剤
         1. スター型
         2. ジブロックナノ粒子型
         3. 超多分岐型
      4. ポリマーブラシ形成とナノ粒子の分散安定化
   2. 分散剤の溶解性・伸張性と良溶媒の選択
   3. 分散剤の吸着等温線と最適添加量の求め方
   4. SP値・HSP値を用いた最適分散剤の選択法
      1. 溶媒,分散剤および粒子間のSP値バランス
      2. ハンセン球を用いたタルクの分散剤選択
      3. ダブルハンセン球を用いたCBの分散剤選択
      4. 4DSP値を用いた有機顔料の分散剤選択
5. 高分子コンポジットにおける配合設計と表面改質法
   1. フィラーの付着性・分散性の評価法と配合設計例
      1. SP値差による評価法
      2. HSP距離・REDによる評価法
      3. ハンセン球間最短距離による評価法
      4. ハンセン球の重なり体積比による評価法
   2. 付着/分散性改善のための表面改質法と応用事例
      1. 表面改質の目的と手法
      2. 界面活性剤のHLB値とSP値
      3. カップリング反応法
      4. 表面グラフト重合法
6. 分散剤の添加法,攪拌・混錬操作と分散・安定性試験法
   1. 分散剤の添加法
      1. 一括添加
      2. 分割添加
   2. 攪拌・混錬操作
      1. 予備撹拌とブレード型撹拌機
      2. 湿式ジェットミル
      3. ビーズミル
      4. 三本ロールミル
      5. 二軸混錬押出機
   3. 分散・安定性試験法
      1. 湿潤点/流動点
      2. 凝集・沈降法
      3. レオロジー法
         1. チキソ性
         2. 動的粘弾性
      4. 小角X線散乱法
7. まとめ
8. 質疑応答