大抵の高分子材料は絶縁体なので、低湿度下では帯電しやすい。ゆえに、用途により帯電防止技術が採用される。例えば、親水性化合物を添加したり、表面に導電性物質を塗布したりする。
簡単な技術に思われている方が多いと思うが、電子部品の分野では意外と難しい。ただ材料の導電性を良くするだけではいけない場合がある。
また、摩擦帯電が問題となる時には、表面比抵抗を下げるだけでは対応できない場合がある。さらに、市場で問題にならないと分からない場合がある。
一番厄介なのは、市場で問題が発生した時に、それがゴムや樹脂の帯電防止技術が問題と気がつかない時や、気がついても対策が分からない時である。
転職して１年もたたない時に、印刷感材のクレーム対応に担当者と出かけて見た光景では、思わず笑ってしまった。帯電防止されたフィルムが金属板に吸着して搬送途中に張り付いていたのだ。
担当者は頭を抱えていたが、当方はすぐに原因が分かった。笑ってしまって担当者に申し訳なかったが、電気抵抗の低い(導電性の高い)金属板に帯電して吸着していたのである。
滑らない漫才は面白いが、金属表面を滑らない帯電防止フィルムも見ていて面白いのである。この面白さがわからないと対策案も出てこない。
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Li二次電池の固体電解質は、10-1000Ωｃｍ程度の導電性があり、現在実用化されつつある。かつて,ホスフォリルトリアミドやホスファゼン固体電解質を学生時代に検討し、ゴム会社に入社後その材料の導電性について評価した経験がある。
その結果は、論文発表され、当方の学位論文に成果が記載されている。しかし、世間で注目されたホスファゼン固体電解質は、当方が検討したホスファゼン固体電解質と少し異なり、ホスファゼンポリマーの固体電解質である。
当方の検討したのは、環状ホスファゼンの側鎖基に芳香環をつけ、それをスルフォン化した化合物である。水素をLiイオンにイオン交換可能で、実際にイオン交換した場合の電気特性も測定している。
最良と思われる構造をもったホスファゼン化合物では、1000Ωｃｍ程度のプロトン導電体で、これをイオン交換したＬｉ電解質では、1000Ωｃｍ程度の体積固有抵抗を示した。
当時は、今ほど知識が豊富ではなかったので、研究をそこで辞めているが、改めて過去の研究を見てみると、ホスファゼンポリマーとしていない点がメリットになり、100倍程度導電性を改良可能ではないかと思うようになった。
ちなみに体積固有抵抗の逆数が導電率となるが、昔は1000Ω㎝程度であると導電率で表現するのが恥ずかしい、と言われていた時代である。
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タイヤにはカーボンブラックが40％前後含まれており、このリサイクル用途として電池用カーボンが考えられる。しかし、単純な熱処理だけでは今の技術に適合したカーボンにならないどころか、品質の維持が難しいことをヒューリスティックに思い浮かぶ。
しかし、廃タイヤのリサイクル用途として電池用カーボンの可能性を期待できるのは、最初からグラファイト構造を持つカーボンが配合されている点である。
カーボンの種類はタイヤメーカーごとに異なっていてもグラファイト構造のカーボンが主体に使用されていることは共通している。ゆえに技術さえうまく開発すれば、品質管理は意外と容易になる。
電池用カーボンとして、名古屋大学のグループがグラフェンを用いる技術を開発しているが、どれだけ大量のLiイオンをドープ可能なカーボンを設計できるか、という問題の一つの答えである。
同様に廃タイヤに含まれるカーボンもその処理プロセスをうまくデザインすれば、同等の技術を創り出すことが可能である。
1980年前後に廃タイヤ問題が顕在化し、ブリヂストンで活性炭製造のテストプラントが稼働した過去がある。すなわち活性炭として使用可能であることは過去に確認されている。
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高分子の難燃化技術は、トランスサイエンスの分野である。そもそも火災という現象そのものがトランスサイエンスである。燃焼をいくら管理して実験を行っても、それが非平衡で酸化が進行しているならばトランスサイエンスの現象であることを悟るべきだ。
未だ非平衡の現象を科学で解析できていない。そこを理解できていると、無重力状態における燃焼現象が地上と異なることに驚く必要はない。地上と異なるのは「当たり前」である。
地上では、自己消火性となる酸素濃度で可燃性の高分子を無重力状態で燃焼させると燃え続けたのでびっくりした、ということがニュースで報じられた。当方ならば驚かない。
宇宙での火災、とりわけ宇宙船の中の火災は人命にかかわるので重要な研究とばかりに、科学の研究を始めた学者がいるそうだが、センスが悪い。
もっとも、世間は高分子の難燃化技術について未だ正しい理解をしている人が少ないので、いかがわしいサイエンスショーでも「科学」と持ち上げるように、哀れみではなく称賛として見られるのだろう。
科学者と称する人は、自分が正しいと思い込んでいる人が多いように思う。科学的手順で答えを出せばそれは皆が科学として認めてくれる。
仮に無駄な答えでも無知な人から見れば宝物のように見えるのだろう。無駄な知識になっているだけなら良いが、時々間違った問題で正しい答えを出している場合もあるので困る。
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一次構造があたかもフェノールとメチレンとの重合が進行して生成したような構造をしているフェノール樹脂だが、触媒存在下フェノールとホルマリンとの付加反応で生成したモノマーを含むオリゴマー前駆体のメチロール基が反応し、縮重合して合成される。
ここで、フェノールとホルマリンとの反応は、触媒と反応温度等で制御されるのだが、フェノールのホルマリン付加体が１種類ではなく、多種類の混合物となる。
酸触媒が用いられた場合は、ノボラック樹脂となり、レゾール樹脂はアルカリ触媒で合成されるが、それぞれのフェノール樹脂前駆体の構造を合成時の反応で１種類に制御することは困難である。
すなわち、ノボラック樹脂もレゾール樹脂も、その硬化後の高次構造の正確な情報を前駆体から得ることが難しく、その結果物性制御は、プロセスと原料管理で行うことになる。
難燃性について品質管理活動により、ＬＯＩ値の偏差で１以内に追い込むことは可能だが、一般の樹脂は、０．５以内で管理できることを考慮するとこの偏差は大きいと言える。
問題は、フェノール樹脂前駆体のスペックをどうするかであるが、これはフェノール樹脂メーカーのノウハウに依存することになり、４０年近く前はそのメーカー間の力量に大きな差があった。
あるメーカーＡとゴム会社は契約を結び、高防火性天井材の開発を行ったのだが、Ｍ社の難燃剤が添加されていないフェノール樹脂発泡体の防火性能と同等の発泡体を得ることができなかった。
リバースエンジニアリングにより、前駆体の品質制御が重要ということを理解できたが、A社にはそのような制御技術が無く、それゆえ難燃剤を添加して防火性能を補わなければいけなかった。
M社のフェノール樹脂は、ソフトセグメントがほとんどないのだが、A社のレゾール樹脂を使用してフェノール樹脂発泡体を合成するとソフトセグメントが５％以上必ず生成した。
このソフトセグメントの量が防火性能に影響していると推定されたのだが、レゾール樹脂を硬化させる反応をいろいろ検討してもM社のように５％以下とすることができなかった。
すなわち、レゾール樹脂合成条件まで踏み込んで研究しなければ高防火性天井材開発を難燃剤無添加で開発することは難しかった。
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1.ゴム・プラスチック材料のトラブル解析と対策(概略編): 高分子材料で製造された製品のトラブル解決方法
当方のノウハウでさらに社会に貢献しようと形式知の部分について学会活動も始めました。経験知につきましては、トラブル解析の実務について概略をまとめてみましたのでご活用ください。今後高分子材料の寿命耐久性評価法や破壊に対する考え方についてもまとめる予定でいます。また、セミナーも皆さんのリクエストにより行ってゆきますのでご相談ください。
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2.科学を超えて：オブジェクト指向とAIが拓く技術者・研究者のDX～科学と非科学の融合が創る未来～
デジタルトランスフォーメーション（以下ＤＸ）とは、「デジタルテクノロジーの使用により、ビジネスプロセス・文化・顧客体験を新たに創造（あるいは既存のそれを改良）して、変わり続けるビジネスや市場の要求を満たすプロセスである。」、とWikipediaに書かれている。さらに、2004年にエリック・ストルターマンが論文 “Information Technology and the Good Life.”の中で提唱し、「情報技術の浸透が、人々の生活をあらゆる面でより良い方向に変化させること」とDXを定義した、と説明している。
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ゴムや樹脂のトラブル解析に、熱分析技術は不可欠である。TGAやDSC、TMAと並んだ文字を見て、すぐに測定法やデータが思い浮かぶようになりたい。
特に実務でこれらの材料の品質管理をされている方は、自分で測定ができるようにしておくとよい。使用頻度としてTMAは他の熱分析法よりも低くなるが、持っているといざという時に役立つ。
注意点として、JISやISOにはDSCを２０℃/ｍｉｎで測定するように書いてあるが、ＴＧＡを同じ速度で計測すると、一部の情報を見ることができなくなる。ＴＧＡは１０℃/ｍｉｎ以下で測定したい。
困るのは昇温速度が異なると、変化温度の位置が変わるところである。ゆえに、熱分析はすべて１０℃／ｍｉｎで計測し比較するようにしたい。
ゴムや樹脂のトラブル解析の大半は熱分析でその原因が見えてくるので、熱分析法を身に着けていると、対策を早く取れる。
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デンソーなどによると、燃料を吸い上げるための「インペラ」（樹脂製羽根車）という部品を作る金型を変更したところ、樹脂の密度が低いものが生産されてしまったという。広報担当者は「製造後、車両に搭載するまでの環境なども複雑に絡んでいるとみており、複数の要因についてさらに調査している」と話した。 これまで7回のリコールを届け出たホンダの分析によると、樹脂密度が低いインペラが長期間倉庫に置かれるなどして、車両に搭載されるまでの間に表面が乾いてしまい、樹脂が収縮することで細かな亀裂が入ってしまうものがあるという。 （1月27日版朝日新聞デジタル記事より抜粋）
ホンダ車のリコールに関する記事で、1月27日に原因が細かく記載された記事を見つけた。おそらく樹脂はPPSだろうと推測され、燃料ポンプのインペラーについては、東レが特許を取得していた（10年間特許年金が支払われたが年金不払いで権利消滅）のを見つけた。
朝日新聞デジタルとこの東レ特許を読むと、トラブルの原因が見えてくる。2月度(昨日の本欄参照)に高分子のトラブルに関するセミナーを開催予定ですのでご参加ください。少し解説いたします。
また、本セミナーにつきましては、3月にゴムタイムズ社で、4月に技術情報協会でも開催されます。弊社で開催されますセミナーは若干お得な価格設定にしておりますので是非ご利用ください。
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表題に関して日刊工業新聞主催のWEBセミナーが１月に開催されます。弊社にお申込みいただければ割引サービスいたしますのでお問い合わせください。
https://corp.nikkan.co.jp/seminars/view/6917
高分子材料の破壊につきましては、セラミックスや金属と異なりトランスサイエンスであり、他の材料では行われている非破壊検査も困難な状況です。
本セミナーでは事例により、高分子の破壊と耐久劣化の問題について、現象の解説だけでなく品質管理の手法や解析方法を解説いたします。
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EV出遅れ日本が叫ばれ続けているが、もうすぐ4年ぶりのモーターショーである。今年から
Japan Mobility Show 2023 というそうだ。
EV用電池としてはLi二次電池が主流だが、水素燃料電池やNa二次電池も可能性がある。後者について日本メーカーはあまり関心が無いようだが、弊社は10年ほど前から細々と研究を続けている。
Li二次電池について1991年にソニーが商品化した話が有名だが、1986年にカナダの会社が、1987年にはブリヂストンがLi二次電池を商品化して販売している。そしてブリヂストンはその成果で日本化学会技術賞を受賞している。
電池分野について気になるのは、多数派の見解に流される傾向が強く、商品化の歴史についても誤った記事が多い点である。Naイオン二次電池についても当方が数社訪問し、技術者と懇談しても起電力差から将来性のない技術として頭から否定されてきた。
しかし、2015年にフランスで汎用Naイオン二次電池が発売され、あっという間にその生産の中心は中国となっている。コロナ禍前に驚いた状況となっていたが、日本ではそれでも関心を示さない。
それどころか今は全固体電池の実用化が本命とばかりに全固体電池開発競争となっている。確かにこのような先端技術は、とにかく先端を走り切ることが一つの勝利の方法だが、もう一つ先端ではないが長所のある技術について使いこなす開発も勝利の方法である。
LiとNaの標準電極電位は、約0.3VLiの方が高く、その結果Na二次電池の起電力等の性能はLi二次電池を越えることはできない。ゆえに電池開発者はこれを根拠にNa二次電池の未来を閉ざした考え方をする傾向にある。
しかし、Na二次電池がLi二次電池よりも満充電の時間が半減することが最近分かってきた。また、LiよりNaは地球上に豊富に存在しコストも安い。そのようになってくると、Na二次電池の使いこなし技術の可能性に対する期待が大きくなる。
詳しくは弊社に問い合わせていただきたいが、Na二次電池とLi二次電池とを組み合わせて蓄電デバイスを組み立てると、充電時間の短い蓄電デバイスを組み立てることが可能となる。
科学の視点では、標準電極電位がLiより0.3V低いNaで二次電池を組み上げてもLi二次電池を凌ぐことができないので面白くないかもしれないが、技術の視点で見るとNa二次電池の未来はまだ明るい。
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