単一組成のポリオレフィン樹脂で経験した事例。その物性ゆえに品質問題が関係するのでメーカー名を記載しないが、いやな思い出のある材料である。すなわち物性に問題有りとしてメーカーに苦情を言っても改善されなかったためである。
その樹脂はＴｇを高めるためにバルキーな側鎖基を有しており、光学用樹脂として販売されている。単一組成であるにもかかわらず射出成型条件により様々な高次構造が現れる。このことから単一組成というスペックが怪しくなるが、カタログに書かれていたので、とりあえず単一組成として信じてみた。
このＴＭＡを測定すると、Ｔｇ近辺までは通常の樹脂と同じ曲線を描くが、Ｔｇを越えた温度領域でグニャグニャ変化した複雑な曲線を描く。そしてその曲線の形状が射出成型条件で大きく変化するのだ。極端に変化した場合には見かけのＴｇが上がった、あるいは下がったような曲線になる。カタログに記載されたＴｇは、温度が高い領域のＴｇが記載されている。
曲線の形状はともかくも、このＴｇが射出成型条件により変動する点が気持ち悪い樹脂である。１３＊℃という温度が記載されているが、低い場合もある。これは材料の耐熱性の品質に影響する。すなわち１３０℃近辺まで大丈夫な材料として設計すると、射出成型条件が変化したときに低いＴｇの材料ができ、耐熱性が低下する問題を引き起こす。
実際の開発体験では、ある波長の光をあてて耐久性を計測していたときに問題が起きた。まったく耐久性がないのである。光であたかも樹脂が緩和しているような現象が観察された。しかし、メーカーはその問題を認めない。認めないからその樹脂を用いた開発を失敗することになったのだが、別の部署に異動したときに、またその樹脂に出会った。
ここでは書きにくい品質問題が起きていたのだが、技術の観点で原因は同じであった。しかし、単一組成であるにもかかわらず、射出成型条件で様々な高次構造が現れる問題は現代の高分子科学の世界ではうまく説明することができない。しかし技術としてこの現象を捉えることができる。
すなわちこの樹脂を用いた製品で発生する品質問題である。品質問題を解決するためにピンポイントの条件で、ＴＭＡ測定時にＴｇ経過後グニャグニャ変化した曲線にならない成形体を作成し、耐久性なり、耐熱性を評価すると少し良好な結果になる。ただ、これは実用的には困難な作業で、現場では品質問題となる。そしてその問題の現象は多成分多組成の材料と考えなければ解決できない問題である。
異動後に他の用途で同じ樹脂に出会ったが、触らぬ神にたたり無し、という考え方でテーマとして扱うことをやめた。問題に遭遇し、解決できない問題と分かっているときには、何もしない、という判断も時には重要である。ただ樹脂供給メーカーにはその問題を解決する責任があり、それができないのは誠実さに欠ける、と言われても仕方がない。外から見る限りは立派な会社だが－－－・。
やや抽象的な話となったが、これは退職して３年で、まだ具体的に書けない部分が多いためである。
カテゴリー : 電気/電子材料 高分子
pagetop
材料の熱膨張あるいは熱収縮は、熱機械分析装置（TMA）で試験を行う。セラミックスやガラス、金属については昔から低熱膨張材料というのは重要な研究テーマであった。理由はこれらの材料が８００℃以上の高温度で加工され、室温の環境条件で使用するケースがあり熱歪みが力学物性に大きく影響を与えるためである。
また無機材料ではガラスを除き結晶が分散した構造となり、結晶が異方性の場合にはその界面に大きな熱歪みを抱え靱性が低下する。原料の微細化やその管理技術が進んでもお茶碗などの陶器が割れやすいのはそのためである。
さて、高分子材料の場合には加工温度と使用環境との温度差はせいぜい３００℃未満であるのでこのような熱歪みの影響は小さくなるが、概して線膨張率が大きいのでその影響は存在する。さらに微粒子分散系であればクラスター形成がその影響を大きくする。
一般に熱歪みを除去するためにアニールが行われる。５０年前瀬戸物は割れやすいから一度１００℃のお湯で一日処理して使用すると良い(注）、と母から教えられたが、これもアニール処理である。高分子ではTgから５－１０℃低い温度でアニールを行うと効果的である、と言われている。
高温度短時間処理、という裏技もあるが、この裏技とTg以下のアニールでは、アニール後の高分子の高次構造に違いが出る。以下はすべてTg以下のアニールを前提に話を進める。
樹脂のアニールで成形時の熱歪みは緩和されるが、微粒子分散系では十分にアニール効果が現れないことが多い。理由はクラスターの形成状態による歪みまで除去できないからだ。このクラスターの形成状態は、コンパウンドの製造方法と成型加工プロセスの影響を受ける。
樹脂のコンパウンディングでは二軸混練機が使用される場合が多く、微粒子分散系は不完全な分散状態でコンパウンドとして提供されている。どの程度不完全かは、３時間以上混練したコンパウンドと比較すれば理解できる。（続く）
（注）昔は各家庭に火鉢や練炭のコンロがあり、そこで終日加熱する作業ができた。今ではエネルギーコストがお茶碗の値段よりも高いのであまり行われなくなったが。
カテゴリー : 電気/電子材料 高分子
pagetop
STAP細胞の騒動について理研の調査報告では、小保方さん一人の論文捏造という結論になっていた。理研が示した２点の写真の扱いは、捏造と言われても仕方がないというよりも訓練された研究者の作業内容という観点では捏造そのものである。生データを大きく変貌させて加工する作業の意味が捏造だからだ。
博士の学位を持ちプロジェクトのリーダーの立場ではその責任を問われて当たり前の事件だった。当方はこの理研の発表よりも新聞などで報じられていた研究ノートの管理のずさんさにあきれている。およそ一人前の研究者として恥ずかしい状況である。
企業でも研究開発部隊では記録としての研究ノートの書き方を指導する。当方は研究ノートのみならず週報や月報も所定の形式を配布し、その形式にデータや報告内容をまとめるように指導してきた。
進捗管理の目的が半分あったのだが、当方の用意した形式でまとめれば、技術開発における日々の重要ポイントを担当者が意識することができるようになり、報告書の形式により日常の作業を通じ技術開発の方法を学ぶことができるからだ。
研究開発を担当している人たちは大卒以上の学歴を有する人が多いが、その様な人たちでも科学的訓練は受けているが、技術開発の訓練を受けていないため業務の進め方は下手である。また、まるでだめな人もいる。野放しにすると業務に関係ない研究をする人までいる。
かつて「石部謙吉」という名前を親から何度も聞かされた。自分の意見に固執して他人の意見を聞こうとしない石頭の人のことだが、かつて部下にその様な人がいた。何度言っても自説を曲げず、仕方が無いから半年自由にさせて当方で開発をその人の業務まで進めたところ、開発が終了したときに「あなたの出された方針以外で絶対にできないのか確認していた。確かにそうであった。」と報告してきた。
さすがに呆れたが、週報月報も当方の形式で書き、研究ノートも几帳面につけていた。週報会では、毎回それでは失敗する、と指導しても、「失敗するというデータが無い以上データを揃えるべきだ。」と、頑固として自分の意見を通していた。彼の研究ノートは否定証明の論理できれいにまとめ上げられており、そのノートから科学教育の弊害を学んだ。
研究ノートとは単なるメモと異なり、研究をどのように進めたのか、あるいはどのような考え方で実行していたのかを後から反省するために重要な記録である。弊社の提供する研究開発必勝法ではK0チャートとK1チャートでそれらを明確に表現する。
カテゴリー : 一般
pagetop
上海に来ているが、すでに新聞情報にあるように大気はかなり汚染されている。７年前に上海の夜景を撮った写真では、空気がまだきれいだったので函館や神戸の夜景に負けないきれいな風景だった。
今回同じ場所から夜景の撮影を試みたが、見えない！高いお金を払って高い場所まできたが、ガスの合間から漏れてくる灯りを探るような状態である。７年前は入り口で天気が悪いから展望台に上れません、と言われたものだ。
マスクを滞在分持ってきたが、鼻の穴近辺はすぐに汚れるので一日に２回程度交換したくなる。マスクをしていても鼻毛の伸びる速度は速い。
鼻毛についてはゴム会社で高純度ＳｉＣの開発を担当するまで切ったことが無かった。鼻毛が伸びて困る、というのはその昔鼻毛の歌で知ったぐらいであった。しかし、超微粒子の研究開発を担当してから、１週間に一度鼻毛を切らなければいけない体になった。２週間切らずにいるとダメオヤジと同じようにみっともない姿になる。
人間の体はうまくできており、環境変化に対してうまく順応する。ＰＭ２．５をシャットアウトする、とマスクの広告には書いてあったが、鼻毛の伸びる速度から推定すると、１００％シャットアウトできない誇大広告のマスクと思われる。
カテゴリー : 一般
pagetop
ハーバード大学からスタップ細胞の作り方が公開されているがまだ完璧ではない。どこに問題があるのか。そもそもＳＴＡＰ細胞の作り方は現在科学の問題では無く、技術の問題になっている。科学で否定されている物質を科学的に創り出す、というのは矛盾である。
当方はこのような科学と技術について３０数年の技術開発で悩んできた。悩んできて明らかに科学と技術には考え方に相違があるとの結論に至り、研究開発必勝法プログラムとして販売している。
４月１日にこのようなことを書くとエイプリルフールと誤解されるが、当方ならばＳＴＡＰ細胞を再現よく創れるのではないか、と思っている。どなたか研究環境を提供して頂きたい。
そもそも最初に書いたようにＳＴＡＰ細胞は、現在の段階は技術の問題である。その存在についても科学的に証明されておらず、まず創り出すことが要求されている。それもロバストを高めた状態で。すなわちタグチメソッドでＳＴＡＰ細胞を創り出すことが可能で、その実験アイデアを当方持ち合わせている。どなたか実験場所だけでも提供して頂きたい。
必ず創り出して見せます。
カテゴリー : 一般
pagetop
以前この欄で導電性微粒子を分散した高分子材料のインピーダンス変化について説明したが、フィルムのインピーダンス変化はパーコレーション転移と関係している。すなわち、パーコレーション転移の閾値近辺でインピーダンスは大きな変化を示す。この性質を利用して、パーコレーション転移の閾値推定を行う事ができる。
凝集粒子が分散した場合でも、凝集粒子の状態が変化しなければ、凝集粒子でパーコレーション転移が生じればインピーダンスは大きな変化を示す。面白いのは、凝集粒子の形態でパーコレーション転移を生じていないときに、凝集粒子の密度を上げるとインピーダンスに変化が現れる。
すなわちフィルムのインピーダンスを測定すると導電性粒子の凝集状態までも知ることが可能となる。一般的に凝集状態の密度は体積分率で０．６前後で有り、凝集状態の内部ではパーコレーション転移が生じている。これをうまく制御して、凝集状態の内部の密度を下げて体積分率で０．２未満にすると凝集状態でパーコレーション転移が起きていないから、面白い現象を観察することが出来る。
導電性粒子を増やしたり、外力を加えたりして凝集粒子の内部でパーコレーション転移を起こさせ、さらに凝集粒子のパ－コレーション転移まで起こさせるＷパーコレーション転移を発生させるのだ。直流抵抗ではこの場合の現象をうまくモニターできないがインピーダンスではうまくモニターでき、面白い変化となって現れる。
面白い、といっても、ただ導電性粒子の添加量に対するインピーダンス変化が二段の変化になるだけだが、初めて測定したときには感動した。なぜか感動した。
カテゴリー : 一般 電気/電子材料 高分子
pagetop
高分子にカーボンが分散されたときに、カーボンは一次粒子まで分散されることは稀で、大抵は凝集粒子の状態で分散する。凝集粒子の抵抗は、凝集体の密度で変化する。この凝集粒子内では、ホッピング伝導で電子が流れるので、凝集粒子も電子伝導性の粒子として扱うことが可能である。
しかし、カーボンを分散した高分子のインピーダンスを計測すると、凝集粒子中の伝導現象でイオン導電性を仮定しなければいけない現象に遭遇する。その現象が観察されたからどのような問題が生じるかは、材料の応用分野により様々である。
電気抵抗の線形性が崩れたり、ＶＩ特性にヒステリシスが現れたり、誘電緩和の緩和時間が長くなったりといった現象が観察されるが、これらの現象が品質に悪影響を与えなければ凝集粒子中の導電性が電子伝導であろうがなかろうが問題にならない。
しかし個別の品質特性で予期せぬ電気特性の問題が生じたら、この凝集粒子の導電性の問題について考えてみると良い。悪いことばかりではない。凝集粒子の接触抵抗により導電性が大きく変化する、という現象は、押出成形でフィルムを製造するときにうまく活用すると、フィルムの電気特性を引取速度で制御する技術となる。
このあたりの詳細は相談して欲しいが。とかくカーボンを分散して半導体フィルムを製造する技術では、電気抵抗の不均一さ、ばらつきで悩まされる。製造プロセス因子でその悩みを少しでも解消できるとしたらありがたい。
カテゴリー : 一般 電気/電子材料 高分子
pagetop
難燃剤は赤燐で、加水分解されなければ絶縁体、と安心しきっていたそうだ。しかし、赤燐は加水分解されればリン酸を生成する。表面が加水分解された赤燐は、１０の３－４乗Ωｃｍ程度の導電性を示す。
パーコレーション転移を起こせば１０の６乗Ωｃｍ程度まで絶縁性高分子の電気特性を変化させる。このように高分子マトリックスに絶縁性フィラーを分散する時には、その表面抵抗がどのような性質を持っているのか調べなくてはいけない。さらにパーコレーション転移という現象がどのような現象なのかも理解しておかなければならない。
面白いのは、高い絶縁性の２種の高分子をブレンドした時に、高分子に不純物が含まれており、相分離して界面にその不純物が偏積する現象が起きたときである。１０の１０乗Ωｃｍレベルまで抵抗は下がる。すなわち１００倍程度導電性が上がるのだ。このことは以外と知られていない。また学術的に確認することも難しい（できないことは無い）。ただ、これまでの経験から、推定している現象である。
PPSにナイロンとカーボンを分散したときには、単純にカーボンのパーコレーション転移だけで抵抗変化を説明できない。ナイロンの状態によりマトリックスの抵抗が１０００倍近く変化するためだ。インピーダンスなどを測定するとそのあたりの現象は見えてくる。もし興味のある方は実験してみて欲しい。
この系では、分散しているカーボンの凝集状態でも全体の抵抗は変化する。すなわち、カーボンの抵抗は１－１０Ωｃｍ程度の導電体であるが、凝集体になると接触抵抗の影響により１０の４－６乗Ωｃｍ程度まで導電性は変化する。高分子中でカーボンが分散しているときに一次粒子まで分散している例は珍しい。大抵は凝集粒子として分散している。その結果、パーコレーションの扱いも、１Ωｃｍ程度の粒子のパーコレーションを考えていてはだめで、凝集粒子１個の導電性を問題にしなくてはいけない。
カテゴリー : 一般 電気/電子材料 高分子
pagetop
白川先生により導電性高分子が発見され、その分野の研究が進み、多くの導電性高分子が開発された。高分子半導体技術なども実用化され始めた。ここでは絶縁性の一般の高分子について考えてみる。
高分子材料の多くは比誘電率が３前後の誘電体である。導電性を直流で計測するためには精密な電流計が必要になる。高電圧を印加すれば電流が増加するので計測可能と言われるが、高分子材料のＶＩ特性の線形性は材料により異なる。
誘電率が３程度の高分子材料は、１０の１３乗Ωcm以上の体積固有抵抗を示す絶縁体であるが、誘電率が３．５以上の高分子材料になってくると１０の１２乗Ωｃｍ前後になってくる。すなわち一応絶縁体領域であるが、高誘電率の材料になってくると絶縁性と詠っていても１０の１１乗Ωｃｍ程度の半導体領域の抵抗を示すようになってくる。
注意しなければいけないのは、フィラーを添加したときである。絶縁性のフィラーを添加したつもりでもフィラーの添加により材料の抵抗が変化する場合がある。これはフィラーとマトリックス高分子との界面の問題が大きいが、１０年以上前に富士通のハードディスク問題を引き起こしたのは表面が一部加水分解され導電性になっていた難燃材を用いたためである。
このとき材料メーカー担当者にはパーコレーション転移の恐怖が分かっていなかったらしく、実験室で問題が無かったのでそのまま市場に出したらしい。実験室で問題が無くともパーコレーションの閾値は容赦なく下がる。当時の原因解析では、成形体の中でフィラーの再分配が生じ、表面付近に難燃剤の量が増加した状態になっていたという。その結果、パーコレーション転移が生じ半導体領域まで本来絶縁体で無ければならない材料の抵抗が下がった。
カテゴリー : 一般 電気/電子材料 高分子
pagetop
ポリマーアロイの材料設計になると複雑になってくる。この欄では書きにくいノウハウが存在するので相談して欲しいが、公知のポリマーアロイ以外は、高分子のブレンド結果に落胆させられる。すなわち樹脂で２種以上の未知の高分子のブレンドは、素人は行わない方が良い。
この分野の考え方として強相関ソフトマテリアルというのが有名である。この考え方は怪しいから使わない方が良い、という学者もいる。確かによく分からず高分子をブレンドすると狙った物性通りの材料はえられず、大抵は１＋１が１以下というひどい結果にもなったりする。
もともと強相関材料という考え方はセラミックス分野で提唱され、教科書も出ていた。最近は見かけないので廃れてしまったのかもしれないけれど、このコンセプトは理解できれば便利である。すなわち未知のポリマーブレンドで材料の改質が可能となる。
セラミックス分野では相溶という現象よりも新たな結晶構造ができる面白さも有り、特にガラスなどではブレンド研究が今でも行われている。高分子ではフローリーハギンズ理論のχパラメータの制限からブレンドして良い結果が得られる高分子の組み合わせは限定的となる。
強相関ソフトマテリアルというコンセプトを怪しい、という人に話を聞くとこのあたりの話となり、論理的にコンセプトが否定される。ここでフローリーハギンズ理論から解放されるプロセシングができたとしたらどうなるであろうか。強相関ソフトマテリアルというコンセプトで材料設計が可能となる。
退職前の短時間にこの技術について実験を行い大成功の結果を得た。退職後このプロセシングの研究を進め、新たな装置を開発した。現在その装置の図面ができあがるところである。ご興味のある方は問い合わせて頂きたい。
カテゴリー : 一般 高分子
pagetop
