PPS中間転写ベルトの高次構造の話を先週書いていたら、パーコレーションの理解が重要であることに気がついた。パーコレーション転移については、数学者によりかなり昔から研究されていた内容だが、複合材料の世界ではその現象を混合則で１９８０年代頃まで議論していた。
当方が日本化学会で酸化スズゾルのパーコレーション転移に関する研究を１９９０年代に発表しても同じセッションで混合則を用いた現象の考察がされていたような状況だった。
まず、混練機などを用いてフィラーを高分子材料に分散するとどのような現象が起きるのか簡単に説明すると、フィラーと高分子材料との間で相互作用が全く働かなければ、フィラーは高分子材料に統計的に分散して行く。教科書には分散混合と分配混合で分散が進行すると説明しているが、ここでは現象を簡単にとらえて説明する。
フィラーの添加量が少なければ、フィラーは凝集することなく高分子材料にばらばらに分散する。今フィラーが真球だとすると、３０ｖｏｌ％前後添加された段階で、フィラーどおしの接触（凝集）がどこかで起きやすくなる。
これが６０ｖｏｌ％前後になるともはや凝集を全く起こさずに分散することは難しくなり、必ず凝集ができる。このフィラーどおしがくっついた状態をクラスターと呼ぶ。
このクラスターの生成する現象について科学的に論じようとしたのがパーコレーションの理論である。パーコレーションの問題は材料の世界だけでなく、例えば山火事でも問題になり、数学者は山火事の問題を議論していて、抵抗変化などもその議論の中に組み入れていったらしい。
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川村氏の講演会の手土産代わりに,名古屋から駆けつけた高木君提供の1969年11月22日の出来事の写真と何枚かの冊子が配られた。それは文部省「高校生の政治活動禁止の通達」に抗議した旭丘生によるデモについて書かれたものだった。
105組担任だった廣林先生が準備された書類だという。ただ、配布された内容を読みデモの思い出よりも日本の教育のありかたについて改めて疑問を感じた。
デモには1000人以上が参加した、と書かれていたが、これは主催者側の発表した数値で、当時の新聞によれば800名前後だったように記憶している。主催者側の数値が大きくなるのはこのデモに限ったことではないので問題にしない。
ただ、その冊子にデモへ参加しなかった高校生の考察が書かれていなかったのは残念である。すなわち、デモをしたことが立派であった、という書き方である。
当方は当事者だったのでこの冊子をそのまま肯定的に懐かしさを込めて読むことができなかった。むしろ一度は教師を目指しながら考え直し技術者として生きてきてよかったと改めて感じた。おそらく教職を選んでいたなら、今の当方の価値観では後悔でその人生を終えたかもしれない。
かつて教職は聖職と言われたが、今や単なる知識労働者の一部門となっている。そのように社会が動いた結果だが、デモ当時はまだ聖職者を気取る先生がいらっしゃった。一方で教師も労働者だと血走った目で語る先生もおられた。
この高校生のデモの一シーンの裏には、文部省の通達に対してデモではなく他の継続的抗議手段を模索した生徒たちもいた。そしてデモは全校一致ではなく有志で行われたことなどの説明は、その歴史の1シーンとしてそれを正しく語るために重要なはずである。
当時の校長室封鎖に始まりデモに至る全校集会の議論では、デモがその目的ではなかった。当時の教育と教師の姿勢、そして大きくは社会体制が問題にされていたのだろうと事件の顛末について自分なりに総括している。そしてデモが終わった瞬間にすべてが日常に戻っていたことに疑問をもっていた。もしデモが戦いの始まりだったならデモの翌日からのあの授業の平穏さを説明できない。
単純にデモに突入した生徒も生徒だが、翌日の平穏を見て胸をなでおろしていた教師も教師である。あれでは単なる受験勉強のガス抜きだ。もし先日配布された冊子のような思いがあったなら、生徒の尻をもっとたたくべきだった。教師や生徒の非日常から日常への切り替えの早さに納得していなかったのは当方以外にも多数いた。教師という職業は知識労働者の仕事の中でも貢献のし甲斐のある尊い仕事である。しかし今日に至るまでその本来の目的や教師の役割が明確にされぬまま放置されている。
例えば今新聞に毎日のように活字が出てくるいじめなど当方の中学校時代でも存在したが、当方はいわゆるいじめっ子と戦っていた中学生だった。だからいじめっ子にとっては当方がいじめっ子に見えたかもしれない。時には危険な目にあいそうになったが、そのようなときには交番に駆け込んだ。生徒が危険な状態になっても先生が守ってくれないことを経験から知っていたからである。たかが子供の喧嘩と軽く見てはいけない。チェーンや刃物などが校内に持ち込まれ、生死を賭けた光景も現実に見られた。だからお巡りさんが時々学校に現れた凄まじい教育環境だった。しかしそれは隠蔽された。
通学していた中学校は名古屋市内でも、知る人ぞ知るその方面で少し有名な学校だった。ゆえに自分で自分を守る知恵はその生活の中で自然についた。教師を交えたデモの議論でも当方の目には同様に映った。なぜ全校一致ではなく「有志」でデモを行わなければいけないのか。先生はなぜ一緒に戦わないのか、すなおに不思議に思った。県教委通達も問題だが、それに対して短絡的に生徒だけでデモをしようという意見に疑問を持った。
ドラッカー流に何が問題なのか、考えても答えを出せるほどの大人ではなかった。ただ、亡父から渡された「断絶の時代」を理解しようと辞書を片手に毎日必死に読んでいた。「世代の断絶」という言葉は、著者と異なる意図でこの年の流行語となった。1969年は、ドラッカーが愛読書になった思い出の年である。大切なことはイデオロギーで過去を正当化したりせず、豊かで健全な未来を築くために皆が誠実で真摯に努力することだろう。
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昨日高校同窓会主催の月例会で川村容子氏による表題の講演を拝聴した。当方含む川村氏の同級生が大半であるが60名近い聴講者で普段の月例会の2倍の人数だった。故郷名古屋から参加した同級生も多数いた。
あと一年たてば必ず誕生日の順番に皆65歳を過ぎるので関心が高かった。さすがエディターとして生きてこられた方の講演だと、表題からも感じた。そのキャリアが生かされ講演全体が大変わかりやすく聴衆に自然に浸透する内容だった。
1時間という講演時間を考えた表題の付け方や素材の選び方、そして説明の仕方などが勉強になった講演会でご興味のある方にはご紹介いたします。
さて、その内容は東大が考える100歳までの人生設計（川村氏は編集者の一人）がもとになっており、年をとっても如何に社会とのつながりを維持して健康に気をつけて生きるのか、というのがポイントだ。
早い話が死ぬまで働けば社会とのつながりを維持できるが、社会の最小単位である夫婦のあり方も重要である。講演で示されたグラフによると、男性は健康のままぽっくり死ねる人が1％程度いるが女性はそのような人はいなくて、徐々に老化し死んでゆくのか、どこかで急激に老化し、その状態で長らえ死んでゆくものらしい。
実際に母は亡くなる約15年ほど前に脳梗塞を患い、言語が不自由なまま当方が単身赴任中に葬儀をすることになったが、その4年後母の後を追うように父は100歳で入浴中に心不全でぽっくりと亡くなった(注)。
母が亡くなる前は、母を病院に連れて行くのが父の日課だったが、まさに川村氏が講演で紹介していたグラフを示すような1％の男性がリードした典型的な長寿夫婦の一生だった。そして亡父は高齢社会の超エリート男性だったのだろう。
2050年平均寿命は男性84歳、女性90歳になると言われているが、男性はもっと頑張ってヘルシーエイジングしないといけない。女性より先に死ぬような生き方では、健康のままぽっくりとあの世へ逝くことができないのである。1％を目指し夫婦生活は最後まで亭主関白でありたい、と頑張っている。
（注）2010年の年末の、亡くなる数日前出張で豊川へ出向いた帰りに名古屋へ立ち寄り、2011年3月11日に早期退職し起業することを伝えた。これが亡父との最後の会話となった。
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PPS/６ナイロン／カーボンの３成分について混合プロセスを工夫すると、球状のカーボンクラスターが島状に均一に分散した高次構造を持ち、電気抵抗が安定した半導体ベルトを製造できる。
しかも押出成形プロセスにおいて引取速度を制御してベルトの電気抵抗を調節することが可能となる。すなわちカーボンクラスターは密着しているのではなく、その島の状態でパーコレーション転移が起きているのだ。
これは一種の自己組織化のような現象で、６ナイロンを無理に相溶させたために、ベルト成形過程で少しスピノーダル分解が始まり、特殊なカーボンクラスターの構造が生成したのである。
これが妄想かどうかは、PPSに相溶しやすいMXD6というナイロンや、このナイロンと６ナイロンを等量添加した系などで同様の実験を行うと、それぞれでカーボンクラスターの大きさが変化し、それがχの影響を受けていることなどが観察された。
高分子学会賞審査会でもこのあたりを説明しているが、審査員にはあまりその面白さが分かってもらえなかった。ご興味のある方は問い合わせていただきたい。
このあたりの技術は材料技術として応用範囲が広く、経済産業省のサポインなどにも応募したが採用されず、日本ではこのような技術は評価されないと思い、中国のローカル企業の指導ネタとして利用し細々と実績を上げている。
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たまたまＷＥＢで、ハイレゾ音源とＣＤとはブラインドテストをしてもその違いが分からない、という記事を見つけた。
検索してみるとこの問題の記事が結構多い。昔はＣＤとレコードの差が話題となったが、最近のオーディオ業界の話題はデジタルにおける処理方法の比較である。
小生の感想を先に申せば、ＣＤとレコードの差のような大きな違いはデジタル音源では体験したことがないので、あってもその差は小さく問題にするほどではない、と思っている。
昔、グローバーワシントンＪｒのレコードを購入したときに一緒にＣＤも購入し、比較試聴したことがある。これは妻もレコードに軍配をあげた。
ＣＤの音はＳＮ比も高くクリアーであったが、レコードのような芳醇な香りがしなかったのである。特にワインライトの出だし部分は完全にレコードの音のほうが魅力的で艶がある。
やはりデジタルではノイズと一緒に香りや艶を間引いているのだろう。しかし、不思議である。
それでは、とばかりにレコードからＣＤ録音をしてみたところ、鮮度は落ちたが、市販ＣＤの音よりも香りや艶が残っており、比較試聴するとその差が分かる。
レコードにはスクラッチノイズやワウフラッターなどの歪み成分が避けられないが、これらのアナログ故のノイズが言いしれぬ付加価値を音につけているのかもしれない。だからレコードを聞き慣れた世代にはレコードの音がよく聞こえるのかもしれない。
レコードの時代には音源や録音場所、録音エンジニアが話題になったりした。デジタルの時代には、その処理が大きな話題になったりしているが、音楽が楽しめれば何でもよい。それよりも昔４件あったＣＤの販売店が近所に一件も無くなったのが問題だ。2009年を最後にCDを購入していない。
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６ナイロンが相溶したPPSをマトリックスに用いた半導体ベルトの高次構造は、球状のカーボンクラスターがパーコレーション転移を起こさずに抵抗を安定化している構造をとっていた。
導電性の良好なカーボンを絶縁体高分子に分散し、高分子を半導体にする技術は、５０年以上前から開発されていた。しかしその時にパーコレーション転移の概念は用いられず、混合則が適用されてきた。
パーコレーションという概念が高分子材料で一般的に用いられるようになったのは、１９９０年以降で、１９９０年末に当方の部下がパーコレーションの概念を用いた帯電防止層の劣化現象を日本化学会で発表し講演賞を受賞できたほどである。
数学の世界では山火事の現象をパーコレーションの概念で扱い解析が進められていた。１９５０年代にはパーコレーションの閾値がモデルにより変化する問題についてボンド問題とサイト問題として議論されている。
パーコレーション転移の概念が高分子材料分野で普及が遅れたことについては、以前この欄で紹介した。今ではフィラーの分散についてパーコレーションで扱うことは常識となっているが、このパーコレーション転移をどのように制御したらよいのか、そのコツについてはあまり発表されていない。
絶縁体高分子を半導体にするには導電性のよいカーボンが一般に用いられるが、１０の１０乗前後を安定に作り出すにはちょっとした工夫が必要である。
詳しくは弊社に問い合わせていただきたいが、パーコレーション転移を起こしている凝集粒子、すなわち球状のクラスターを分散する方法は、その工夫の一つして優れた方法である。
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粘弾性試験機は、高分子材料の動的粘度あるいは弾性率の周波数分散を求めるためだけの装置だけではない。高分子が紐状の分子であることから描かれる妄想についてこの装置をうまく用いた実験で確認することが可能である。
PPS中間転写ベルト用コンパウンドの生産ラインを立ち上げたときに、フローリーハギンズの理論で否定されるPPSと６ナイロンが相溶している状態をどのように品質管理するのか問題になった。
高分子の専門家がいなかったので、迅速に世界初のカオス混合プロセスを立ち上げることができた。これが専門家集団の中での提案だったなら、その検証のために数年が費やされたかもしれない。
科学の知識が少ない集団では、非科学的な内容の技術を立ち上げることは、誰も判断することができないという理由で容易である。これが科学者集団であるとSTAP細胞のような騒動になる。
山中先生もｉＰＳ細胞の技術を発見されたときにはその発表の仕方に大変気を使われていたそうだが、科学者が多い組織では、時として技術立ち上げがうまくゆかないことが多い。
科学が分からない集団の組織では、非科学的なことであろうと何だろうと簡単にできるならやってしまえという体育会系のノリで仕事を進めることができる。カオス混合プロセスもそんなノリで、開発が進められた。
ただそのような状況でも品質管理には慎重になる。ＰＰＳと６ナイロンの相溶をコンパウンド段階で管理せよとの声があがった。言い出すことは簡単であるが、それを実行するには難しい事象はビジネスプロセスでよくある。
えてして難しい問題になればなるほど皆わからないから騒ぎ出す。この相溶の問題も誰も理解していなかったので、コンパウンド段階における相溶の品質管理という大合唱が起きた。
量産まで３ケ月しかない段階で、手軽に相溶状態を管理する評価技術開発が求められた。二成分だけならばヘイズは一つの品質管理の指標になるがカーボンが分散しているために不透明で,相容状態の判定に光の透過性を使用できない。
この時粘弾性試験機をトリッキーに使用し品質管理する手法を思いついた。詳細は省略するが妄想から作り出した評価技術だが、タグチメソッドのＳＮ比の概念も採用した手法で周囲を納得させやすいパラメーターを見つけることができた。
驚くべきことに、力学パラメーターなのに中間転写ベルトの周方向の抵抗ばらつきという電気的なパラメーターと相関したのだ。これにはびっくりしたが、高次構造が媒介変数になっているのかもしれないと思い、電子顕微鏡写真も動員して並べたところ、妄想が妄想ではなくなって、相関することが当然であるとの考察が可能となった。
高分子材料のような科学的解明が遅れている分野ではこのような妄想あるいは心眼による技術開発が重要であり、科学、科学と叫んでいても解けない問題の時に、この開発手法で簡単に解決できることがある。
コンパウンドの粘弾性測定により、押出成形で無端ベルトを生産するときの品質管理技術としたのだが、これが高分子の高次構造を粘弾性試験により評価している点については想定内だったが、その高次構造がベルトの周方向の抵抗ばらつきまで関係しており、その結果、力学測定で電気特性の品質管理を行うという面白い技術ができあがった。
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昨日の粘弾性の実験でPPSという樹脂が３００℃において溶融しにくいことを書いた。このことで溶融しても粘度が高く、さらに３００℃で６ナイロンと混錬するときにそれらの粘度差が極めて大きいのではないかと容易に想像がつく。
２成分の高分子を混練するときに、粘度差が大きいと剪断流動では細かいサイズまで混錬できないことが知られている。また、混練の教科書を読むとそのような結果を示すグラフが伸長流動との比較で示されている。
一方カオス混合で得られたPPSと６ナイロンが相溶したコンパウンドは、３００℃に設定された粘弾性試験機の中で容易に溶けて均一な融体となる。それは粘弾性試験をすれば容易に理解できる。
さらにPPSだけでは、２９０℃前後で動的粘度の上昇が起き始めるのに、６ナイロンが相溶したPPSでは２６０℃前後まで低粘度のまま均一の融体となっている。
このような粘弾性の観察結果から、PPSの融点より低い温度でも混練可能で、その時に混練がどのように進行してゆくのか思いめぐらすことが可能である。
もちろんこのような妄想は科学的ではない。科学的ではないが高分子材料の開発ではこのような妄想が新材料の創出やプロセシングの改善に役立ったりする。
現場を重視する技術者はこのような妄想を密かに行っている。このとき技術者の頭に描かれているのはひも状の高分子である。
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PPSの溶融状態については奇妙な現象が観察された。二枚の円盤に樹脂を挟み、粘弾性の温度変化を調べる実験を行ったときの体験。
樹脂を円盤に乗せて３００℃の温度をかけて溶融する。溶融したことを確かめて温度を低下させながら粘度特性を観察した。このとき300℃における溶融時間を変えると異なる粘度特性のデータが得られたのだ。
すなわち、円盤の上で溶融状態になってもさらに長時間３００℃で保持してやると、どんどん粘度が下がるのだ。みかけはそれほど変わっていないが、粘度特性だけ変化している。すなわち、未溶融状態の物質が存在しているかのような挙動を示す。
PPSと６ナイロンを二軸混練機で混錬したコンパウンドでも同様の現象が観察されるが、これがカオス混合を行ったコンパウンドでは観察されなくなる。
高分子学会賞の審査会でもこのデータを示したが、おかしなデータとされた。当方は、相溶が進行した結果の証拠として示したつもりだったが、６ナイロンとPPSの相溶はフローリーハギンズの理論では否定される現象だ。
科学で否定される現象のため信用されなかった、と言えばそれまでだが、その後コンサルティングで同様の実験を中国企業で確認させたが、やはり再現した。STAP細胞はその再現が難しく騒動になったがカオス混合の結果については再現性のある技術的結果である。
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混練は剪断流動と伸張流動で進行し、ナノオーダーの高次構造制御には伸長流動が有効である、として考案された装置は伸長流動装置である。
ウトラッキーの発明によるこの装置の問題点は生産性が悪い点である。ウトラッキーのアイデアを参考に二軸混練機の先にお弁当箱ぐらいの装置をつけて行うのが当方の発明によるカオス混合装置である。
ウトラッキーのアイデアでは鋭利なスリットを通過する時に発生する伸張流動を利用して混練を進めようとした。
これに対して、当方の発明は平行なスリットに樹脂を流動させて、このスリット壁面近傍で発生する剪断流動と中央部の急激な伸長流動、そしてスリットの１０倍以上の空間へ押し出されたときの樹脂の折れ曲がりを利用してカオス混合を行う仕組みである。
この平行スリットのアイデアは、乳化分散装置にも転用可能で、この特許が出願されてから、構造を特殊な形に設計した乳化分散装置の特許がいくつか公開されている。
平行スリットは、ややカーブをつけて非平行とすることにより、より機能しやすくなる。この発明も同時期に特許出願されている。量産には、非平行スリットが有利でその設計についてはご相談ください。加工業者も含め技術周辺情報を提供させていただきます。
カオス混合は、ゴム会社へ入社したときに指導社員から混練技術について伝承されたときに、それを実現するのが当方の宿題とされた。３０年考えいくつか実現手段をメモっていたのが、PPSと６ナイロンの混練で役立った。
本来はゴム会社でその技術が生まれるはずだったが、当方は高純度SiCの事業化に邁進したためにしばらくそのアイデアを練る時間が無かった。しかし頭の中では十分に練りこまれ、混練の基盤技術のかけらもない写真会社で実用化する機会が訪れ、アイデアが具現化された。
非科学的な発明というものの面白さである。科学的な発明であれば、このような頭の中でアイデアを長時間寝かせている間に誰かが実行していた可能性が高い。ところがシンプルなスリット構造で混錬ができると科学的に考えられる人はいなかったと思われる。
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