2013.03/16 高分子の相溶

消しゴムを長期間、樹脂製のトレイの上に放置していたら、くっついていた、という体験は無いか？トレイがポリスチレン（ＰＳ）で、消しゴムがポリスチレンとポリブタジエンの共重合したゴム（ＳＢＲ）の場合にはこのような現象が生じる。

これはＳＢＲとＰＳが混ざりやすいためだ。ＳＢＲに含まれるポリスチレンの構造とトレイのポリスチレンとは同一構造なので分子間力が高まり、接触している界面で自然と分子同士が混ざり合いくっつく。１年以上放置してあった場合には、消しゴムが溶けたような状態になっている。

消しゴムとトレイの界面では、消しゴムに含まれるＳＢＲの分子運動性の高い部分がトレイのＰＳの中に拡散して相溶という現象が生じている。すなわち相溶という現象は、高分子の構造が似たものどおし溶け合う現象である。このようにＰＳとＳＢＲは、接触させても相溶という現象が生じる。

しかし、構造の異なるポリマーの組み合わせでは相溶は自然に生じない。水と油を混ぜた状態を想像して欲しい。二相に分離したまま放置しておいて一相になることは無い。界面も明確にできたままである。しかし、強引に撹拌すると均一になったように見える。が、すぐに油の粒が見えてきて２相に分離する。

水と油の場合は低分子なので室温で容易に分離するが、もし相溶しない２種類の高分子を高温度で混合し、急冷したらどうなるか。もし組み合わせた高分子のガラス転移点が５０℃以上の場合であれば混合したときの状態を長期間維持している。すなわち混合したときの分散状態できまる構造のポリマーアロイを製造することが可能である。

例えば公知の混練方法でポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）と６ナイロンを混練するとその比率でコンパウンド中の分散状態が変化する。例えば一方が３０％以下であれば数ミクロン以下の粒子が分散したような状態の構造であるが、一方が３０％を超えた当たりから数十ミクロンから１mm程度の粒子までコンパウンドの中に観察される。

PPSに１０％ほど６ナイロンをカオス混合すると透明な樹脂液が吐出される。そしてこれを急冷するとPPSと６ナイロンが相溶したコンパウンドが得られる。初めてPPSと６ナイロンが相溶した透明な樹脂液が吐出されるのを見たときに大変興奮した。高分子の相溶は分子構造が似ていなくともプロセスコントロールで実現できるという事例。特許は多数公開されている。

カテゴリー : 高分子