PPSを連続式混練機で混練した経験のある人は、例えばPPSという樹脂はカーボンの咬みこみが悪い、という表現をする。分散混合と分配混合の考え方でこの表現を聞いている限りでは間違いに気がつかない。
カオス混合プロセス装置を開発できたのは、この間違いに気がついたからだ。カオス混合装置を用いて分散したら、カーボンとPPSがうまく濡れたように分散された。換言すればKCKのような強力な剪断力を発生する混練装置を用いてもPPSにカーボンをうまく混練できなかった現象は不思議なことなのだ。
PPSとカーボンの混錬を経験している人は当方以外にもいるはずだが、PPSがカーボンの咬みこみの悪い樹脂という表現に疑問を持たなかったのだろうか。
PPSという樹脂の不思議な挙動について問い合わせていただきたいが、意外と当方の視点で考察された論文が無い。学者も気がついていないPPSの不思議な現象は混練プロセスを理解するのに良い事例である。すなわちPPSと言う樹脂を混練すると一般の混練機では練るのが難しいのである。
ここでPPSにはリニア型と架橋型があり、ここまでの話はリニア型についてである。架橋型についてはリニア型との比較で研究してみたいと思っているが市販されている架橋型PPSにはガラス繊維がすでにブレンドされており、材料の調達に苦労している。
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低分子どおしでは混合だけで一応の分散を実現できるが、高分子は混合だけで物質の分散を行えないと考えたほうが良い。実は低分子どおしの場合でも適切な分散剤が必要だが、高分子では分散剤を添加しても低分子どおしの混合レベルを実現できない。
高分子を溶剤で希釈し２％以下の濃度で初めて混合だけで分散が可能になる。このような大切なことが教科書に書かれていない。いろいろな高分子の混錬を経験して初めてわかることであり科学的な表現ではないからだ。
教科書には冷静に考えると科学的にも奇妙に思われる分散混合と分配混合が高分子の混練プロセスの説明に出てくる。混練プロセスのモデル化を行うために考え出された説明かもしれないが高分子の混錬技術を開発する時に現象の素直な理解を阻害すると思う。
ガラス繊維のようなフィラーの分散を行っているときにはこのようなモデル化で問題にならない、と言う人がいるかもしれない。そしてそのような人は、高分子とフィラーとの組み合わせの問題を濡れの問題として扱う。
濡れの程度によりフィラーの分散が変化する、という説明が適合している場合もあるが、濡れだけで考えていると新しい混練プロセスのアイデアを考えようとしないでフィラーの表面処理や添加剤で問題解決しようとする。また本来は濡れなければいけないフィラーと高分子の組み合わせについて、濡れが悪い、と現象を誤って捉えるケースも出てくる。
１０年近く前、大阪の中小企業が石臼式とよばれる特殊な混練機を持っているというので、PPS／ナイロン／カーボンの混錬試作をお願いした。そこのおやじさん（社長）は、勘でこの組み合わせは良いと思うのだがなぜかカーボンの咬み込みが悪い、と言いながら混練機の脇からこぼれてくるカーボンを掃除しながら練り上げてくれた。
二軸混練機よりも少しほどPPSのTgが下がり、分析結果からベルトを押し出す時に良い結果を期待したがだめだった。樹脂とカーボンの濡れが悪く、混練機の脇からこぼれていたカーボンのことを思い出した。勘では濡れなければいけない組み合わせなのになぜ濡れないのか？この疑問がカオス混合装置開発の動機の一つになった。
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シリコーンLIMSもポリウレタンRIMも各種添加剤が配合された液状物を混合後、モールドへ投入し、その中で反応を進行させてゴムにする。このプロセスは高分子量の配合物を混練してモールドへいれ架橋反応を行うゴムと似ているように見える。
しかし前者ではモールドの中で反応による分子鎖の成長も起きているが、後者では分子間の架橋反応のみで分子鎖の成長は起きていない。
また前者は比較的粘度が低いので高速撹拌が可能で効率の高い剪断力で均一に分散可能である。高速撹拌を行わなくてもスタティックミキサーを用いた混合だけでもゴムの用途によっては大丈夫な場合もある。
スタティックミキサーによる混合の問題は別の機会に述べるが、大切なことはシリコーンLIMSもポリウレタンRIMも混合だけでゴムを製造できる点である。しかし高分子量のゴムに架橋剤を分散するだけではシリコーンLIMSやポリウレタンRIMに匹敵するゴムを製造することができない。
高分子量のシリコーンに架橋剤を混練してミラブルタイプのシリコーンゴムを製造可能だが、本来はシリコーンLIMSよりも性能が高くならなければいけない。しかし、ミラブルタイプのシリコーンゴムがLIMSのシリコーンゴムよりも性能が低い場合もありびっくりする。
高分子量のゴムに低分子の架橋剤を分散するにも練りが必要なのである。練ることにより、高分子量のゴムはほぐされ、低分子量の架橋剤が分子鎖の中に取り込まれて行く。この様子は、混錬の機構が理解できると、ロール混錬で見えるような気分になってくるから不思議だ。
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練りを行わず混合だけでゴムを製造できるポリウレタンRIMは、シリコーンLIMSよりも早くから登場しよく研究されている。１９７０年代にはタイヤ用ゴムとしても検討され、その究極の性能予測も行われて、ポリウレタンRIMでタイヤを作れないという結論が出された。
このとき何が問題になったのか。それは信頼性である。このポリウレタンRIMでタイヤを作ろうとした試みの過程でタイヤ製造技術についても再確認が行われ、タイヤ事業を今後５０年続けていてもだいじょうぶだと言われた。その直後自動車業界以外の他社からポリウレタンRIMを用いたタイヤがテスト販売されゴム会社で大騒ぎになった。
ただクレームが多発し、継続販売されなくなったが、遊園地の車のタイヤには今も使われている。このポリウレタンRIMの騒ぎは、既存事業に破壊的影響を与える技術に対してどのように取り組めばよいのか勉強になった。
ゴム会社に入社したばかりの頃の出来事であり、技術と事業のかかわりを学ぶ良い機会であった。信頼性の技術の重要性を知り、この１０年後にタグチメソッドに出会いそれをいち早く学ぶ動機づけになった。
ポリウレタンRIMでは練りを行わないが、ポリウレタンの分子設計技術がその信頼性に影響を及ぼすことが知られている。タイヤと言う商品へ技術を応用しようとして分子設計技術だけで到達できない高分子技術の世界があることがわかった。
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タイヤに用いられるゴムは、今でもバンバリーとロール混練の組み合わせプロセスで製造されている。生産性の高い二軸混練機がなぜ用いられないのか。それは要求特性を満たす混錬が二軸混練機ではできないからである。低レベルの物性のゴムについては、すでに二軸混練機の導入が行われている。
最近食器などの耐熱性容器にシリコーンゴムやシリコーン樹脂が用いられているがこれらの大半はシリコーンLIMSで製造されており、混練プロセスは用いられていない。スタティックミキサーで混合された液状物質を反応させて作られている。
シリコーンLIMSではオリゴマーの反応で分子の鎖延長と架橋が同時進行して行われゴムとなるので原料の混合だけで練りは行われない。ゴム物性実現のためにはオリゴマーの設計が重要であるがこの分野は開発途上であり、現在はコストを安く低レベルの物性のゴムを作ってそれを活用できるマーケットを開発している段階である。
高性能のシリコーンゴムが必要な場合にはミラブルタイプが使われており、この場合には混練プロセスが重要になる。ゴムならば皆混練して作られているというわけではなく、混合プロセスだけで作られている場合もあるのだ。この知識は材料を眺める時に重要になってくる。
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二軸混練機として購入された設備でもへぼな設備であれば樹脂を混練できない、と説明しても、その設備の所有者はなかなか理解できないようだ。一応ストランドを轢くことができ、ペレットも作成できる。しかし射出成形体の力学物性が上がらないのは、処方の責任と言い出した。
KOBELCOの装置で混練した同じ処方だ、と説明しても、条件があっていないのでは、といろいろ言ってくる。ダメな設備ではだめである、と若いころ社会党の党首が言った言葉と同じようなことを言ってしまった。だめな二軸混練機でも樹脂を押し出すことが可能なので素人は問題がどこにあるのかを理解しにくい。
同様に現在の二軸混錬機による混練プロセスがバンバリーとロール混練のプロセスと比較して混練レベルが低いことを理解している人は少ない。現在のKOBELCOの技術をもってしてもバンバリーとロール混練を組み合わせたプロセスの技術を二軸混練機で実現することは困難である。
このことを理解していると、樹脂の混錬で目標とすべき混練レベルを見極めたいときにバンバリーとロール混練のプロセスを検討しようという発想が出てくる。
１５年ほど前にパルプとPEの混練を検討した時に躊躇せずバンバリーとロール混練プロセスで行い、異臭のしないポリスチレン同等の力学物性と成形性を有した複合材料を開発できた。
同じ時期にKCKと呼ばれる連続式混練機で製造されたパルプ樹脂の複合材料が存在したが衝撃強度と異臭の点でバンバリーとロール混錬による場合よりも物性が劣っていた。
混練プロセスは混ぜることと練ることを満足できるレベルで実現できるプロセスとして作り上げねばならないが、二軸混練機だけではそれが難しい場合がある、というのが現在の技術レベルである。混ぜることはできるようになったが練る技術について未完成であるのが二軸混練機である。
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二軸混練機の中で起きている現象を可視化することは困難である。上海の某大学の研究者が一部をガラス張りした混練機で混錬の説明をしてくれたが、シリンダー部分が柔らかいガラスに変化した効果を質問したところ誤差だと答えてきた。これはおかしい。二軸混練機ではシリンダーも重要な部品の一部である。その壁面の材質で混練現象は変化するはずだ。
バンバリータイプで軸に垂直な壁面の一部をガラス化した装置も見たことがある。この装置については壁面がガラスになっていることを誤差と称しても問題ない、と思うが、二軸混練機のスクリューに平行な壁面をガラスにした装置は単なる展示物の効果しかないと思う。
およそ押出機の性能しか発揮していない二軸混練機でPC/ABSを混練するとどうなるか。スクリューにはニーディングディスクもついている。出てくるストランドは一応まともにできていても成形体で力学物性を評価すると引張強度等は１－２割程度低くなる。
KOBELCOの二軸混練機と同様のスクリュー構成にしても強度は低い。シリンダーの壁面の影響が出ている、と考えている。ニーディングディスクやロータ形状のわずかな違いよりもスクリューと壁面の間隔の影響が大きいだろう。
ちなみにこのへぼな二軸混練機でTCPなどの難燃剤を１０部以上添加すると混練できない。どのような温度条件を設定してもだめである。ただし見かけはうまく混練されているように見えるから大変だ。それではなぜ混練できない、と断定していうのか。
１０時間ほど運転したらフィード口で難燃剤が滞留していることを発見したからだ。少しずつ時間とともに増えてくる。同一処方をKOBELCOの二軸混練機で混練してもそのような現象は起きない。
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WEBで公開されている料理のレシピにはどのように作ってみてもまずい料理がある。そもそもうまいかまずいかは個人の味覚に依存する部分もあるので、当方の味覚がおかしいのかもしれない、と落ち込んだこともある。どのように作ってもまずい料理はさておき、作成方法に書かれていない部分でおいしさが変わる料理もある。
例えばハンバーグ。混練方法で味が変わる。１００ｇ１０００円程度の黒毛和牛をひき肉にして作ってみるとよくわかる。練り過ぎると安い牛肉で作ったハンバーグと味が変わらなくなる。この実験を行うと練の意味を感覚で、正しくは味覚で理解できる。
一方安い牛肉や豚肉との合いびき、あるいはチキンを用いた時には、よく混練した方がおいしくなる。おからとひき肉を混ぜて作るおからハンバーグも、混練条件で味だけでなく外観も変化する。
昨年一年かけておからハンバーグを研究したが、おからハンバーグはよく練ったほうがおいしい。カオス混合のノウハウがあるならば実験してみるとよくわかる。食感まで変化する。通常の練では、おから感が残っているが、カオス混合を行うと色味以外は満足できるハンバーグができる。
色味については八丁味噌で色つけし、牛すじで取っただし汁を加えると安い牛肉で作ったハンバーグに肉薄する味になる。機会があればレシピを公開したいと思っているが混練方法をどのように解説したらよいのか悩んでいる。技術の伝承の難しさである。
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回転している二本のロールに挟まれ練られているゴムにカーボンを少し添加しただけであっという間に黒くなる。但しその変化は水を高速撹拌しているところへ黒インクを垂らした変化と異なる。
混錬と混合の違いが短時間のゴムの黒変という現象で観察される。指導社員によく見ているように、と言われて目を凝らしてみていた実験を今でも覚えている。目の前で起きていた現象は分散混合と分配混合というモデル化ではしっくりこない。
科学的表現ではないにもかかわらず、技術のイメージを現場で指導者と共有化する作業は技術の伝承のために重要である。技術と芸術の境界が不明確になる原因もここにある。ダ・ビンチを科学者と言う人がいるが彼はすぐれた技術者だったと思っている。
科学では論理が重要で真理を基に新たな一つの真理を目標に展開される。ゆえに論文等の書物で記述された内容をどこでも容易に共有化できる。またそれができない場合には科学として失格の烙印を押される。例えば科学の実験手順であればだれでもそれが再現できることが重視される。
料理のレシピは科学論文ではないので仮にレシピ通り料理を作ってみて、まずくても社会問題にされない。STAP細胞で問題になったのは、科学論文に書かれた手順で実験結果が全く再現されなかったからだ。もしあれが料理のレシピとして公開されていたのだったら社会問題にはならなかった。
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混練プロセスでは高分子を練る機能が重要である。低分子どおしの混合と高分子の混錬は同じ現象ではない。高分子の混練機構における分配混合と分散混合という考え方は、そのモデル化の過程で間違いを犯しているように思う。
現象をシミュレーションするためにはそのモデル化が必要になってくる。モデル化の過程で現象を左右する要因のいくつかは誤差として扱われる。本来誤差ではなく現象を左右する重要な因子であったとしても誤差にする間違いを平気で行う。
それで現象をうまく説明できれば問題ないが、ある特定の事例でシミュレーションがうまくいくとすべてそのモデルでうまくいくような説明をする人がおり、問題が複雑化する。
シミュレーションが正しくないにも関わらず実験方法がおかしいと言い出す人もいる。高分子の混錬における分配混合と分散混合を用いた解説について、実務経験を積むとこのような印象を受ける。
どこがおかしいのか。それは練の考えが入っていないことによる。表面の平らな二本の回転しているロールにゴムを挟んでも混錬は進む。この不思議な現象を眺めていると練とは何か、ということが見えてくる。
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