10/26 無機ナノフィラーのポリマーへの分散・複合化技術

無機ナノフィラーのポリマーへの分散・複合化技術

～無機／ポリマー系ナノコンポジットの特性を大幅に向上させる材料設計の考え方～

講師

富山県立大学　工学部　機械システム工学科　教授　博士（工学）　棚橋 満　氏
　専門：界面物理化学、微粒子分散・凝集制御、フィラー/樹脂系ナノコンポジット

セミナー趣旨

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フィラー分散性・配置制御、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、実験結果を中心に一部シミュレーション解析結果も交えて分かりやすく解説する。

セミナー講演内容

1．無機ナノフィラーの基礎（シリカを中心として）
　1-1 無機ナノフィラーの分類と基本物性
　1-2 無機微粒子の分散安定性
　1-3 無機微粒子の分散・凝集制御の理論と実際
　　1-3-1 無機微粒子の分散・凝集制御理論
　　1-3-2 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
　2-1 本調製法におけるポリマー中でのフィラー分散戦略
　2-2 親水性ナノシリカを事例とした無機ナノ粒子フィラー粉体の造粒技術と粉体の特徴
　2-3 各種熱可塑性・熱硬化性ポリマー中への親水性ナノシリカの分散事例と高分散達成のキーポイント
　　2-3-1 シリカ／フッ素樹脂系
　　2-3-2 シリカ／エチレン－ビニルアルコール共重合樹脂系
　　2-3-3 シリカ／ポリスチレン系
　　2-3-4 シリカ／ポリプロピレン系
　　2-3-5 シリカ／高密度ポリエチレン系
　　2-3-6 シリカ／アクリル樹脂系
　　2-3-7 シリカ／ポリカーボネート系
　　2-3-8 シリカ／エポキシ樹脂系
　2-4 異種ナノ粒子複合フィラーの活用技術
　　2-4-1 シリカとカーボンブラックのナノ粒子複合フィラー
　　2-4-2 シリカとチタニアのナノ粒子複合フィラー
　　2-4-3 シリカもしくはアルミナと板状窒化ホウ素のナノ粒子複合フィラー

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・効果とコンポジット設計指針
　3-1 ポリプロピレン系コンポジットを事例とした力学特性制御
　　3-1-1 本系コンポジットの母相をなす球晶組織形成に及ぼすフィラー分散の影響
　　3-1-2 引張特性および耐衝撃性評価とこれら両特性向上の両立のための本系コンポジット設計のポイント
　　3-1-2 シリカとカーボンブラックのハイブリッド分散によるポリプロピレンの引張特性および耐衝撃性向上の試み
　3-2 エポキシ樹脂系コンポジットを事例とした熱物性制御
　　3-2-1 フィラー／エポキシ樹脂界面相互作用が本系コンポジットの熱膨張特性および耐熱性に及ぼす影響
　　3-2-2 酸化物系球状微粒子と板状窒化ホウ素ナノ粒子のハイブリッド分散とコンポジットとしての
　　　　　微視構造制御が本系コンポジットの熱伝導特性に及ぼす影響

質疑応答

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