山口大学　名誉教授　大佐々　邦久 氏
【講師紹介】

　溶解度パラメータ（以下、SP値）は、“Like attracts like.”、「類は友を呼ぶ」で示唆される異種材料間の親和性/類似性の尺度です。一般にSP値の近い材料同士は、よく溶け、よく付き、よくぬれます。SP値は、初めヒルデブランドらにより正則溶液（非極性）を対象に定義されましたが、その後ハンセンは極性材料に拡張し，いわゆるHSP値（3DSP値）として広く応用されています。さらにビルボアらは、酸塩基性を考慮した4DSP値への展開を試みています。
　SP値は多くの化合物では原子団寄与法で推算できますが、一部化合物や固体表面では、プローブとの親和性を調べる実測法に頼らざるを得ません。しかし計算法や実測法で得た値は、手法によりかなりの違いが見られます。そこで材料特性に応じたSP値の求め方を説明したうえで、各手法の長所・短所や適用限界について述べます。
　たいていの化学製品は、反応操作を除けば、「溶解/相分離」，「吸着/付着」および「ぬれ/分散」などの要素技術をもとに調製されます。SP値は、これら要素技術を横断的に解析・評価できる唯一のパラメータです。本講座では、様々な分散系、すなわち高分子を主とするブレンドやコンポジット、および粒子を主とするスラリーやキャピラリー懸濁液などで、どのようにSP値を活用すれば最適調製条件が得られるか、多くの事例と例題を踏まえ基礎から解説します。

 第1講 　溶解度パラメータ（3D，4DSP値）の基礎と求め方

　化合物のSP値は概ね原子団寄与法で計算できますが、手法による違いに注意が必要です。実測法の場合、化合物ではプローブ溶媒への溶解/膨潤性を、粒子ではぬれ性を調べ、データ処理はハンセン球を用いた図的方法や拡張ハンセン法による計算で行います。これら求め方を詳述した上で，各手法の適用限界や長所・短所を取り上げます。

【習得できる知識】
　・SP値の基礎
　・原子団寄与法による化合物のSP値の計算
　・化合物や粒子表面のSP値の測定法
 
1. SP値・HSP値の基礎 
　1.1 分散系の熱力学と溶解度パラメータの由来
　　1.1.1 ギブスエネルギー変化
　　1.1.2 ヒルデブランドの溶解度パラメータと相互作用パラメータ 
　　1.1.3 ハンセンのSP値（HSP値）
　1.2 HSP値の図示化法と相互作用距離
　1.3 分子間結合力と物質の極性
　1.4 HSP値における酸塩基項とEED（交換エネルギー密度）
 
2. 化合物のSP値・HSP値の計算法
　2.1 物性定数からの計算
　2.2 原子団寄与法による計算
　　2.2.1 フェドース法によるSP値の計算
　　2.2.2 バンクレベレン・ホフティザー法によるHSP値の計算
　　2.2.3 ホイ法によるHSP値の計算
　　2.2.4 ステファニス・パナイオトゥ法によるHSP値の計算
　　2.2.5 HSP値計算のための市販ソフトHSPiPの活用
　　2.2.6 HSP値の数値計算における新しい流れ
 
3. 化合物のSP値・HSP値の測定法
　3.1 化合物のSP値・HSP値の測定法
　　3.1.1 滴重法と濁点滴定法
　　3.1.2 ハンセン球とダブルハンセン球法
　　3.1.3 インバースガスクロマトグラフィー（IGC）法
　　3.1.4 拡張ハンセン法
　3.2 計算法や測定法によるHSP値の相違
　3.3 気体のSP値・HSP値の求め方
　3.4 SP値・HSP値に及ぼす温度と圧力の影響
 
4. 粒子表面のSP値・HSP値の測定法
　4.1 測定手法
　4.2 インバースガスクロマトグラフィー法
　4.3 低磁場パルスNMR（TD-NMR）法
　4.4 凝集・沈降法
　4.5 接触角法
 
参 考 文 献
付 表 集

□ 演習問題・添削 □

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 第2講 　高分子ブレンド・コンポジットにおける相分離性・付着性の制御と応用

　高分子を主とする溶液、ブレンドおよびコンポジットなどでは、その不安定性、すなわち相分離性が大きな課題ですが、その現象の解明を目的にSP値が提案されたともいえます。工業的には、むしろ不安定性を逆手にとり、溶媒・樹脂の最適選択や粒子の表面改質などを踏まえて、相分離性/付着性やぬれ/分散性を上手に制御することにより、様々な新規材料が開発されています。

【習得できる知識】
　・高分子溶液・ブレンドにおける相分離性の制御と応用
　・高分子コンポジットにおけるフィラーの付着性/分散性の制御と応用
　・フィラー分散化のための表面改質法

1. 高分子溶液・ブレンドの相分離性の制御と応用
　1.1 分散系の不安定性
　　1.1.1 高分子分散系の相分離性
　　1.1.2 粒子分散系の凝集性
　　1.1.3 界面活性剤溶液のミセル化
　1.2 混合溶液の相分離性
　1.3 高分子溶液の相分離性
　　1.3.1 フローリー・ハギンス理論
　　1.3.2 相分離現象の応用
　1.4 高分子ブレンドの相分離性
　　1.4.1 相図と溶解度曲線
　　1.4.2 相分離現象の応用
 
2. 高分子コンポジットにおける付着性/接着性の制御と応用
　2.1 付着と接着の基礎
　2.2 SP値差による評価と応用例
　2.3 HSP距離による評価と応用例
　2.4 ハンセン球による評価と応用例
 
3. 相互作用パラメータの求め方
　3.1 融点降下法
　3.2 界面現象法
　3.3 小角Ｘ線散乱法
　3.4 シミュレーション法
 
4. 粒子分散化のための表面改質法
　4.1 表面改質の目的と手法
　　4.1.1 酸化法
　　4.1.2 照射法 
　　4.1.3 マイクロカプセル法
　　4.1.4 無機物質被覆法
　4.2 界面活性剤の種類と利用法
　　4.2.1 界面活性剤の種類
　　4.2.2 HLB値の定義と求め方
　　4.2.3 界面活性剤の吸着機構と吸着等温線
　　4.2.4 界面活性剤の応用
　4.3 カップリング反応による表面改質法
　4.4 表面グラフト反応による表面改質法
 
参考文献

□ 演習問題・添削 □

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 第3講 　粒子分散液の分散安定化と分散剤の選択指針

　粒子分散液の不安定化の原因は複雑でコントロールも難しく、一筋縄ではいかない分散系の代表ですから、用途に合わせた安定性の制御が欠かせません。静電反発作用に合わせて立体反発作用，特に高分子ブラシによる立体安定作用について詳述します。分散剤の選択では、構造、吸着性および溶解性などに着目した上で、最終的には分散安定性試験法による検証が不可欠です。

【習得できる知識】
　・分散剤による立体反発安定作用と高分子ブラシ理論
　・分散剤の働きと選択指針
　・粒子分散液/キャピラリー懸濁液の安定性試験法とチキソ剤の選択

1. 粒子分散液の分散安定化
　1.1 粒子分散液の調製工程
　1.2 ぬれ/分散化の評価と溶媒選択
　1.3 粒子間に働く相互作用力
　　1.3.1 ファンデルワールス力
　　1.3.2 ハマカー定数と有効ハマカー定数
　1.4 静電反発力とDLVO理論
　　1.4.1 粒子表面の帯電機構と電気二重層
　　1.4.2 ゼータ電位と測定法
　　1.4.3 静電反発エネルギーとポテンシャルエネルギー曲線
　1.5 高分子分散剤による立体反発安定化
　　1.5.1 高分子分散剤による浸透圧効果と体積制限効果
　　1.5.2 高分子ブラシモデルによる立体反発安定化
　　1.5.3 自己組織化単分子膜と高分子ブラシの形成
　　1.5.4 静電立体反発力とイオン性高分子分散剤の働き
　　1.5.5 高分子分散剤の最適添加濃度および枯渇凝集と疎水性引力
 
２. 分散剤の働きと選択指針
　2.1 分散剤の種類と構造
　　2.1.1 界面活性剤タイプ
　　2.1.2 高分子タイプ
　2.2 高分子分散剤の選択指針
　　2.2.1 高分子分散剤の構造
　　2.2.2 リビングラジカル重合による新規高性能分散剤の開発と応用例
　　2.2.3 高分子分散剤の溶解性/伸張性と相互作用パラメータ
　2.3 分散剤の吸着特性
　　2.3.1 吸着等温線と吸着量の測定法
　　2.3.2 分散剤の吸着機構
　2.4 SP 値を用いた分散剤の吸着性と分散安定性の評価
　　2.4.1 溶媒，分散剤および粒子間のSP値のバランス
　　2.4.2 ダブルハンセン球を用いたカーボンブラックの最適分散剤の選択
　　2.4.3 4DSP値を用いた最適バインダー（分散剤）の選択
 
３． キャピラリー懸濁液の分散安定化
　3.1 キャピラリー懸濁液の特徴
　3.2 第二流体の選択指針
　　3.2.1 SP値でみる溶媒，粒子，および第二流体間のバランス
　　3.2.2 降伏応力と第二流体最適添加量の関係
　3.3 キャピラリー懸濁液の応用例
　　3.3.1 高密度・高電導度材料
　　3.3.2 高空隙率材料
　　3.3.3 食品用材料
 
４. 粒子分散系の分散安定性試験法
　4.1 粒子分散系の調製における撹拌と混錬
　4.2 湿潤点・流動点による評価
　4.3 凝集・沈降法
　　4.3.1 濁度測定
　　4.3.2 界面沈降速度と最終沈殿高さ
　　4.3.3 フロック径分布
　4.4 レオロジー法
　　4.4.1 流動曲線と降伏値
　　4.4.2 チキソトロピー・逆チキソトロピーおよびチキソ剤の選択
　　4.4.3 動的粘弾性
　4.5 小角X線散乱
　4.6 低磁場パルスNMR法
 
おわりに
参考文献

□ 演習問題・添削 □

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