2020.05/19 高分子のサイズ

新型コロナウィルスが話題になっているが、ウィルスの大きさは、概略数１０ｎｍで赤血球は概略7μｍ前後（6から8μｍと書いてある書物もある）である。細胞の大きさの1/10が細菌の大きさであり、ウィルスは細菌の1/10の大きさと捉えられる。

高分子が水中にコロイドとして分散しているラテックスの粒子径は、一般に0.1から大きくても0.5μｍである。ＳＢＲラテックスの電子顕微鏡写真から求めた粒径は、平均粒径が１２０ｎｍ程度(0.12μm)の場合に６０ｎｍ(0.06μm)から150ｎｍ(0.15μm)程度である。

すなわち、小さいラテックス粒子にはウィルス程度の大きさの場合もあるが、大抵はウィルスの2-3倍程度の平均粒径となっている。

すなわちラテックス粒子は、ウィルスより少し大きい。このラテックス粒子を合成する時、水に界面活性剤を分散し、ミセルを形成させてからそのミセル内で重合する。それではこのミセルの大きさは、というとラテックス程度から数十ミクロン程度まで、安定であればどんどん大きくなる。

それでは、ラテックスもそれだけ大きな粒子が作れるのかというと、ミセルが大きくなると、ミセルそのものが不安定になってくるので技術の難易度が増す。大きなラテックスは、せいぜい0.5-0.8μ程度までの大きさしか安定に合成できない（当方の経験知）。

レーザープリンターに用いられるトナーは数μｍの大きさであり、重合トナーと呼ばれている高品質トナーはラテックス合成後、粒径分布を制御しながらラテックスを凝集させて製造する。だから高度な技術が必要で、粉砕トナー（樹脂をジェットミルなどで粉砕した平均粒子径数十ミクロンの画像品質の悪いトナー。コニカミノルタのトナーはすべて高品質の重合トナーである）よりも高い。

ラテックスを塗布して薄膜を製造すると、薄膜の構造にはラテックス粒子の粒の形が残っていたりする。焼き付け温度を高くすると、この形状が見えにくくなるが、ＰＥＴの表面処理では熱処理温度を高くできないので、うまく染色すると形状をくっきりとみることが可能だ。

シリカゾルや酸化スズゾル粒子の大きさは数ｎｍであり、ウィルスやラテックスのサイズの1/10である。

２０年以上前に、このゾルをミセルとして用いてラテックスを合成する技術を開発した経験があるが、それでもラテックス粒子の大きさは、有機物の界面活性剤を用いたときと変わらなかった。

ところが、二成分の非相溶系の高分子を混練で分散すると、コンパチビライザーを用いなければ、混合比率により、少ない方の高分子が数μｍから数ｍｍまで変化する。組み合わせにより0.1ｍｍ程度までの場合もあるが、とにかく半々程度では、巨大な構造になる。

非相溶系高分子ブレンドが白濁するのは、構造が光の波長よりも大きくなるためだが、ラテックスの場合には、可視光の波長よりも小さくできるので透明フィルムの表面処理にポリマーブレンド技術を用いることが可能だ。

カテゴリー : 高分子