硬いシリカゾルをコアに柔らかいラテックスでその周囲を覆った、写真バインダー用コアシェルラテックスは、ゼラチンの高靱性化と高弾性率化を狙って開発された材料である。コアシェルラテックスの合成技術そのものは優れた発明だが、それでもゼラチンの力学物性を十分に改善できていなかった。特許の追試を行ったところ現像処理で硬度がまだ不十分なため高速な現像処理プロセスで使用すると擦り傷がつきやすかった。
ところで、ゼラチンにシリカとラテックスを混合する従来のプロセスでは、シリカの凝集が生じ、それが1μｍまで大きなクラスターとなっている問題があった。これは、コアシェルラテックスとの比較で電子顕微鏡写真を「そのつもりで」撮影したことにより見つかった。
余談になるが、写真が真実を写しているかどうかは巷の議論の種となり、ＴＶのＣＭにも使われたりした。例えば、「美しい人はより美しく、そうでない人はそれなりに撮れます」という、写真フィルムの性能の高さを訴えたＣＭが20年ほど前にあった。
感光体の粒状性が著しく進歩し、アナログのカラー写真が現在のデジタル写真に匹敵するぐらいの美しさになった時代である。すなわち写真で描かれている画像情報は、撮影者の技量だけでなく感材の性能やその他にも影響を受ける。
他の研究者が撮影した高分子材料の高次構造写真を見るときに気をつけなければいけないのは、研究者がその写真を撮影した目的である。例えばラテックスで形成された薄膜について、そのままＳＥＭ写真をとれば、平滑な表面の写真が得られる。しかし、ラテックスに染色されやすい官能基が存在しているならばＯｓ染色などの技法でラテックス粒子がくっつきあっている写真を撮影することが可能である。
また、混練で得られたコンパウンドの高次構造写真についても同様で、海島構造になっているはずの写真で島が見えない場合がある。このような時に、期待した高次構造となるよう染色操作も含め写真撮影の工夫をする。
すなわち、教科書などに掲載されている写真の多くは、研究者が期待した構造となるように処理を行い写真撮影をしている。これは高次構造について仮説を立て操作を行うのでねつ造とは異なるが写真を見るときに注意する必要がある。
話を戻すが、コアシェルラテックスの追試実験で得られた薄膜では、きれいにシリカのナノ粒子が分散している写真が得られた。この写真を基準に従来技術で作成されたゼラチンバインダーの写真を眺めてみると、ゼラチンバインダーの中でシリカのクラスターが生成しているように見えた。そこで、バインダーの断面について多数の視野を撮影し、それらをその気で観察したところ1μｍ規模のクラスターができている、と考えてもよいとの結論に至った。
その気で写真を眺めた考察から、高い靭性のバインダーを製造するには、ゼラチン中でラテックスやシリカが絶対にクラスターを形成しない条件や状態を創りだすプロセスを探せばよいというヒントが得られた。
見合い写真ではアバタも笑窪に見えるような気持で見なければだめだ、とよく説教されたが、高分子の高次構造写真も同様で、問題解決の答えが必ずそこにあると信じて眺め続けると不思議にも悩んでいる問題の答えが浮き上がって見えてくることがある。写真が真実を写しているかどうかという議論は大切だが、その気で気合を入れて写真を見るという姿勢は、高分子の高次構造と物性を考察するときにもっと大切である。
例えそれが偏見で仮説から期待される構造に見えたとしても、見えている事実が存在する。技術者ならばその見えている事実を大切にして機能を設計し創り上げる努力をしなければいけない。このような努力を続けた時に新しい技術が誕生する。高靭性バインダー以外にも酸化スズゾルを用いた帯電防止技術や発がん性の懸念がある物質を使用しない接着技術、中間転写ベルトの開発などは電子顕微鏡写真からアイデアが生まれている。
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高分子材料の力学物性を改良するときに、その高次構造を漫画で表現してみるとアイデアを出しやすい。この時、500から800nm以上のサイズは靱性に影響を与える因子になる。
逆に100nm未満の構造は靱性に影響を与えない。界面がうまくデザインされれば、靱性向上効果が現れることもある。また、クラスターが形成されたときも同様に考えるとよい。クラスターのサイズがどのくらいまで大きくなるのかということに注意する。大きくなればやはり靱性に影響を与える。
ゼラチンの改良では、この漫画がきっかけとなり開発が一気に進んだ。すなわち、シリカのナノ粒子とラテックスが凝集することなく分散している様子をホワイトボードに書いたところ、一人の担当者が、コアシェルラテックスの合成実験で失敗した時の材料が同じような状態になっているかもしれない、と発言したからだ。
この発言に対して、当方は、それが正解だ、すぐにその材料で研究開発を進めろ、と指示した。すると、一週間ほどでホワイトボードに描いた漫画と同じゼラチンバインダーができた。驚くべきことにこのバインダーは、何も添加されていないゼラチンバインダーよりも靱性が高かった。
コアシェルラテックス開発過程の失敗した実験がきっかけとなり、新たな技術が生まれたのだが、これはコーチングの成果であり、当方がコーチングをしなければ絶対に誕生しなかった技術だ。写真会社で感材用高分子技術開発を指導していた時に、このような当方がそこにいなければ生まれなかった発明で多くの成果を出している。
面白いのは当方が所属した部門は高分子技術開発を担当していた部門で、メンバーの大半は当方よりも高分子技術に詳しかった。しかし、皆教科書どおりの考え方で仕事を進めていた。当時は高分子物理が発展途上であり、教科書よりも学会で生のデータに接することの方が重要な時代だった。
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昨日行われた「卓球・全日本選手権」（２２日、東京体育館）で女子シングルス決勝が行われ、前回準優勝の平野美宇（１６）＝エリートアカデミー＝は、３連覇中の石川佳純（２３）＝全農＝を４－２で破り初優勝した。１６歳９カ月での優勝は、史上最年少記録となった。
試合後のインタビューで、平野選手は感激の涙によりしばらく声にならず、「リオ（五輪）に出られなくてすごく悔しかったので、絶対優勝しようと思っていた。優勝できてうれしいです」と絞り出すように喜びを語っている。
さらに「昨年は決勝で敗れてすごく悔しかったので、優勝したかった。石川さんは何連覇もしてずっと倒されてなかった。その選手に勝ったことは意味がある」と涙を流した。この大会の優勝で世界選手権（５～６月、デュッセルドルフ）の代表切符もつかみ、「中国人を倒して優勝したい」との力強い言葉も聞かれた。
平野選手には同年代に伊藤美誠選手というライバルがいて、そのライバルがリオに参加したときに平野選手は補欠だった。オリンピックに出られなかった悔しさが昨日の結果に結びついたと本人の言葉にもあったが、これは悔しさなり挫折をバネに成長した典型的な例だろう。
誰の人生にも悔しい経験や挫折はある。努力を一生懸命している人であればなおさらである。しかし悔しさや挫折を成功のエネルギーに向け、すぐに実現することも難しいので七転び八起などということわざもある。
平野選手のように短期に結果を出すためには、ゴール設定とそれを達成するための計画が大切である。もっとも悔しさや挫折のエネルギーの大きさは、それを体験したときにどこまでのゴールを設定していたかに依存する。
また、成長にはゴール設定すなわち具体的な目標が必要で、それがより具体的であれば失敗のあとに成功のための反省や努力の工夫をしやすい。平野選手はこの点について、「攻めの卓球に徹する練習を続けた」と述べている。１６歳の選手から自己実現努力のコツをあらためて学んだような感動があった。
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シリカをコアにしたコアシェルラテックスの発明は、硬くても脆くないゼラチンの究極の技術とみなされ、この技術に追従する開発がすぐに業界で活発に行われた。
このような場合に技術を開発した会社が特許戦略に詳しくない会社ならばよいが、このコアシェルラテックスを最初に開発した会社は業界トップの会社で特許戦略に長けており、追従開発は、至難の道だった。
ちょうど転職したころがこのような状況で、担当者が苦労して開発している姿を見てかわいそうだと思った。当方ならさっさとあきらめて他の技術を探す。高分子材料技術では、大抵の場合に同じカテゴリーでなくても異なるカテゴリーのアイデアで同様の力学物性を達成可能だからだ。
すなわち少なくともABC3つの複合化カテゴリーがある。さらにコアシェルラテックスを用いたゼラチンの高次構造は、シリカの周りにラテックスが必ず存在し、その周りにゼラチンが海となっている構造で、シリカが直接ゼラチンを補強しているわけではない。
シリカが直接ゼラチンを補強し、そのもろさをラテックスが改善しているような構造はライバルの特許に含まれない。この内容を最初に話したときに、その構造ならば旧来の技術と同じで何も改善されない、とすぐに担当者から否定された。これは科学という哲学に毒された若者の典型的な意見だった。
科学は技術開発を行う上で重要な哲学である。しかし、科学に囚われない自由な発想はもっと大切である。その発想から生まれたアイデアが実現可能かどうかは、科学で完璧な証明は難しいが否定証明は容易である。ゆえにしばしば自由な発想のアイデアは否定されることになる。
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靱性の低い（脆い）高分子としてゼラチンがある。このゼラチンの脆さを改善するために柔らかいラテックスと複合化する技術が写真フィルムのバインダー技術として開発された。
面白いのはラテックスの種類により、脆さの改善具合が変わるのである。そこでゼラチンを保護コロイドに用いたゼラチンラテックスという材料まで開発された。この材料技術ではラテックスの組成の範囲が広がったので、複合化においてラテックスとゼラチンの界面の性質が重要であることがわかる。
ゼラチンとラテックスの複合化で問題になったのは、この両者の界面だけではなく、現像処理時にゼラチンが水で膨潤し弾性率低下が起き、ラテックスの柔らかさが傷のつきやすさと考えられたことだ。
この考え方が正しいかどうか知らないが、とにかくゼラチンを硬くしたいというニーズが生まれ、シリカゾルの添加という技術手段が考え出された。ところがシリカゾルを添加したところ、せっかくラテックスと複合化して高靱性化したゼラチンの靱性が下がってしまった。
その結果、ラテックスとシリカゾルの添加量のバランスをとりながら、硬くて脆くないゼラチンの開発が進められた。このような技術開発は、すぐに限界が見えてきて、シリカをコアにしてラテックスでシリカの周りを覆ったコアシェルラテックスをゼラチンに添加する技術が開発された。
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靱性とは、材料の脆さを表す指標であり、線形破壊力学ではK1cという値で表現される。高分子材料の靱性は、金属同様に高いものから低いものまで幅広い。セラミックスは、部分安定化ジルコニアや、繊維補強セラミックス程度までである。
靱性が低い高分子材料の物性を改善する方法として複合化があり、他の高分子と複合化する方法はポリマーブレンド（B）、他の材料と複合化した場合にはコンポジット（C)と呼ばれれている。またポリマーブレンドにおいて二種の高分子が相溶したものはポリマーアロイ（A)と呼ばれている。
高分子ABC研究会というのがあって何をやっているのか覗いたら、複合材料の研究会だった。この研究会では、とにかく混ぜ物をした高分子について討論しており、初めて参加した人には、あまりにも扱う範囲が広いので戸惑う。
しかし慣れると高分子を学ぶために大変有益な研究会だとわかってくる。なぜなら、高分子はABCとして使われている事例が圧倒的に多いからだ。だからこのような一見ごった煮の様な研究会は重要である。
高分子の靱性をあげる方法は、と問われたら複合化と答えれば間違いではないが、実際にはその答えだけでは不十分で、ABCの中からまずひとつ選び、選んだ中で最適化を行うことになる。
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一次構造が異なる二種類の高分子AとBをブレンドすると大半は島が海に浮かんでいるような、あるいはサラミソーセージのような海島構造となる。このときどちらが島になるのかは、比率で変化するが、添加割合が少なくても海になる場合もあり複雑である。
この時、AとBの構造を有する分子を添加すると両者がよく混ざり合って島が無くなり均一になる場合がある。このとき高分子は相容した、と表現され、AとBの二種類の構造を持った材料を相容化剤と呼んでいる。
このあたりの現象は、水と油の二相分離しているところに界面活性剤を添加し、エマルジョンとする操作と類似している。材料科学を考えるときに、異なる分野の現象で類似しているような操作方法と対応させて眺めると面白いだけでなくアイデアも出やすい。
すなわち高分子材料を考えるときに、界面活性剤の科学も一緒に勉強しておくとその見方が少し広くなる。
当方は写真会社に入社して高分子科学を真剣に勉強したが、その時に役だったのがセラミックスで泥しょうを設計する技術だった。豊富な界面活性剤に関する経験と知識で高分子材料の理解が容易となったのは、高分子材料は単品で実用化されることはなく、必ずブレンド物として実用に提供されるからと思っている。
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界面活性剤について、１９７０年代の教科書に不適切な記載がある。それは、その定義であり大変狭い。実は分子内の構造に親水性の部分と親油性の部分の二つが存在すると、どのような分子でも界面活性剤として利用しうる。用途によっては効果が低いだけだ。
当方がゴム会社を転職するきっかけとなった事件は、ゴムからの抽出物で電気粘性流体の粘度が増粘する問題を界面活性剤を用いて解決してから起きている。そしてその解決方法について、界面活性剤を用いて、という言い回しは禁句とされ、第三成分と呼ぶように指導された。
今から考えるとばかげた話だが、これは、電気粘性流体の増粘問題を界面活性剤で解決できない、という結論の報告書が出されたばかりだったからだ。すなわち界面活性剤で解決できない、と結論した直後に、その手段で解決できた、とは報告しにくかったからだろうと思う。
１９９１年の転職間際にこの否定証明の典型的な事例ともいえる報告書を記念に読んでみたが、科学的方法で忠実に研究が進められその考察も大変レベルの高い内容だった。当方が手持ちの２００種類以上の材料を増粘した電気粘性流体に放り込んで一晩放置し、粘度を下げることができた化合物を発見した方法に比較すると天と地の差がある。
ただ、当方は界面活性剤の科学について危うい側面が存在することを知っていたので、界面活性剤として機能しうる化合物を常にコレクションとして持っていた。持っていた理由は、セラミックスの泥しょう開発に界面活性剤が欠かせなかったからである。当時はこのようなノウハウを集めていたセラミックス分野のプロフェッショナルだった。
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界面活性剤は、油に溶けやすい構造（親油基）と水に溶けやすい構造（親水基）とを一個の分子内に有する構造の分子である。そしてその構造の比をＨＬＢ値と呼び、それぞれの用途で必要となる界面活性剤を選択するときの指標となっている。
ただし界面活性剤の指標はＨＬＢ値だけでは無い。水に界面活性剤を分散したものを加熱していったときに曇ってくる温度、すなわち曇点も界面活性剤選択の上で重要な指標となる場合がある。
界面活性剤は、身近の例では石鹸や洗剤などの形態で見ることができる。界面活性剤がいつ頃から使用されてきたのか歴史的には諸説あるが、界面活性剤として呼ばれるようになったのは、少なくとも２０世紀になってからではないか？
そのはるか昔、油脂を石鹸代わりに使用していた痕跡が見つかっているので、紀元前から使用されていた可能性もある。ただ、テルマエロマエでは石鹸を使用している光景は現代へワープした後だった。
いつ頃から使われるようになったのか当方は知らないが、その科学的知識が明確に確立された、すなわち教科書に書かれている内容にばらつきが無くなったのは、つい最近の２０世紀末である。
界面の科学は、意外と遅れていたのである。これは恐らく界面活性剤の利用技術が先行しており、その科学的知識の整理が遅れたためだろうと思う。すなわち技術が先行すると科学ですべて解明されているような気分になり、科学の問題設定が難しくなる。
例えばシリカゾルをミセルに用いたラテックス重合技術は１９９６年に実用化されたが、ある科学雑誌にイギリスの研究者から同様のコンセプトの論文が２０００年に発表され、そこには世界初と書かれていた。
その論文に書かれた内容が世界初であれば、当方らの技術開発が本当の世界初であり、慌てて学会発表を行った。学会発表が遅れた理由は、ゾルをミセルに用いる研究はすでに誰かが発表していると勘違いしたからである。
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高分子の力学物性は、高分子の高次構造に影響を受ける。ここで高分子の構造について簡単に説明すると、高分子が一本の紐で表現できるとしたときに、その一本の紐の構造を一次構造と呼ぶ。
DNAは二本の紐状の分子の絡み合いでできているので、これを二次構造と呼ぶ場合もあるが、一般的ではない。一次構造の上はすぐに高次構造となる。だから高分子の高次構造といった場合にそのスケール範囲は広い。
10年以上前に分子一本の粘弾性測定が成功し、バルクで測定された結果と同様だった、とされているが、このそっくり具合は、双子のそれとは異なり、日本人のそっくりさんをアメリカ人の中から探し出して見つけた人程度のそっくり具合だと思う。
かつてゴム会社の指導社員は、高分子の力学物性は、高次構造の影響を受けばらつくからよくその構造に注意するように、と指導してくれた。例えば引張強度は、ある一定のサイズの欠陥が存在すると低い値となる。弾性率が密度に影響を受けるので自由体積の量によっても影響を受ける。だから、高次構造の影響を引張強度は受けることになる。
ところで引張強度は、経験的に靱性と弾性率の関数として表現できる、と教えられた。複合材料の教科書にもそのようなことが書かれていた。しかし、最近の高分子の教科書を本屋で立ち読みしてもそのようなことを書いた本が見当たらない。
引張強度が靱性と弾性率の関数になるという経験則は大切である。弾性率が高い高分子でも引張強度が低い樹脂が存在したり、弾性率が低い高分子で引張強度が大きなゴムが存在する理由をうまく説明できる。
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