高分子の熱分析について連載で書いている。あるパーティーで分析機器メーカーの営業担当から熱分析装置が売れなくなった話を聞いたり、１０年以上前にTMAを購入しようと、ポリエチルシリケートとフェノール樹脂から生成された炭素材料をもちいて高純度SiCが生成する速度論解析のため超高速熱天秤の開発を依頼したメーカーに電話したところ、熱分析機器は取り扱っていないと言われてショックをうけたりした体験からである。
また、ある成形メーカーのご相談を伺ったときに熱分析装置を一台も持っていないと聞いたのでDSCぐらい持っていたほうが良い、とアドバイスし、一番安い装置を導入していただいた。ご相談内容に応えるためにも必要だったからである。成形問題の原因がコンパウンドにあるときにDSC一台あればそれを検出できる。
すなわちコンパウンドの品質管理にDSCを用いるのである。１０℃／ｍｉｎの昇温速度で溶融温度（Ｔｍ）以上まで測定したデータがあればとりあえず、そのデータに関わるエラーを検出できる。Ｔｍ以上まで昇温しそこから降温したデータがあれば検出できるエラーも増える。さらに降温時にＴｃの直前で温度をホールドし結晶化ピークの現れる時間変化を追跡すれば結晶化速度に影響を与えている因子のエラーが分かる。
このエラーは、大きい時には昇温時のデータだけでも日々検査として行っておれば見出すことができる。例えば某Ｒ社から納入されたＰＰＳと６ナイロン、カーボンのコンパウンドではＴｃのエンタルピーの変化がロットごとにあった。
またピーク位置が変わったりしたこともあった。Ｔｇは６ナイロンとＰＰＳのそれぞれが観察され、大きな変化が無かったが稀にＰＰＳのＴｇのエンタルピーが小さくなることも観察された。
これらのことから、高温度におけるＰＰＳと６ナイロンの相溶の可能性を疑った。実際にはＲ社の二軸混練機の温度がＰＰＳのＴｍ近辺に設定されて運転されており、これがばらつくことから生じていた現象である。
当方からカオス混合の提案をする前に過去に納入されたコンパウンドについてＤＳＣ測定を行い、コンパウンドの品質管理の問題を指摘している。しかしＤ社同様にＲ社もコンパウンドの品質問題について指摘された事項を受け入れてくれず、結局現場監査を行うことになった。
案の定、二軸混練機の温度はＰＰＳのＴｍに設定されており１０℃前後でばらついていた（注）。非相溶系でＵＣＳＴの相図になる系ではＴｍ以上で相溶する場合がある。ＰＰＳと６ナイロンの相溶現象がばらつきとして起きていた可能性があり、それが過去ロットのＤＳＣ測定におけるＴｇやＴｃのエンタルピー変化となって表れたのである。
Ｒ社の技術者は優秀だったが、高分子の相溶現象における相図の知識は乏しかった。フローリーハギンズ理論やＬＣＳＴ、ＵＣＳＴという言葉を知っていてもそれらが日々の現象としてどのように表れるのか考えた経験がないからだ。
これは大学における高分子の授業にも問題がある。高分子物理について完成された学問のごとく教えている現状ではこのような技術者になってしまう。高分子物理について理解されていない形式知の多いことを教えていただきたい。また高分子技術者はボーっと生きていてはいけない。最近は複雑なポリマーアロイを扱わなければいけない時代である。
（注）実際には設定された温度を中心にＰＩＤ制御され５℃以内の変動におさえられるのだが、吸熱あるいは発熱の相変化が起きている場合には、ＰＩＤ制御で追いつかない場合がある。そうすると設定温度よりも１０℃以上外れることがある。ＤＳＣデータでエラーが検出された場合にコンパウンダーの現場監査は重要だ。その時のコツは混練機の設定温度や樹脂圧のチェックである。特に設定温度はシリンダーごとに設定されているので、指示温度の変動を１５分ほど見ておればどのくらいの温度変動があるのかわかる。ＰＩＤ制御が正しく設定されておればまったく指示温度が変動しない場合もある。これが５℃以上変動していたらアウトだ。しかしこのような場合でもコンパウンダーは素人は黙っとれ、というかもしれない。１０℃程度の変動はタマにあるとしたり顔でいうのだ。ここで議論してはいけない。したり顔の相手をおだててどのような場合か、とか日々それがどのゾーンで起きるのかなどの情報を聞き出すのだ。日々問題があっても本人がエラーとして気がついていない情報をいくつか教えてくれる。
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おひとりさまでも、と始めた弊社のセミナーが好評のため、公募することになりました。基本的な取り決めは以下。
１．時間：１３時３０分から開始
２．参加者上限 ６名
３．料金と講義時間：参加者１名の場合に２万円１時間のセミナー。参加者が一名増えるごとに１時間増加、最大４時間とします。質問時間は、人数に関わらず３０分。
４．セミナー内容：参加者のご希望にお答えします。基本ルールとして１ケ月以上前に申し込み。内容や参加者は機密事項。
例：高分子の難燃化技術、高分子の混練技術、ブリードアウト、高分子のツボ（専門外の人に便利な内容です）、信頼性工学ｅｔｃ
５．場所：弊社事務所
詳細は弊社へお問い合わせください。なお、本件は弊社のサービスプログラムです。
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電池というデバイスはシステム商品である。だからその信頼性予測にはワイブル分布を用いるのが好ましい。これを理解されている方はどれだけいらっしゃるのか分からないが、Li二次電池に関わるトラブルが多い。１０年ほど前に購入したMACの二次電池は、何度交換しても３年ほどで膨れてくる。
１０年も同じPCを使う時代ではないかもしれないが、普段の仕事ではＷｉｎｄｏｗｓの走るＰＣを使っており、ＭＡＣは、プログラムのテスト用である。ＭＡＣはユニックス系のＯＳなので、プログラム言語やツールを無償で入手できる便利さがある。
ＰＣでシステム（プログラム）開発をしようと思ったらＭＡＣやＬＩＮＵＸは大変低コストでできる。Windows環境におけるコストの高さが目立つが、今日は電池のシステムについて書く。
ボーイング社のＬｉ二次電池の事故は記憶に新しいが、あれはアクシデントではなくインシデントだという。航空機業界に詳しい友人が指摘してくれたが、航空機業界ではアクシデントとインシデントを厳密に分けるのだそうだ。
Ｌｉ二次電池のインシデントについては、当時たくさんあったという。ただインシデントだったので表に出ていないものもあるという。怖い話である。航空機の電池については、多数の予備バッテリーが積載されているので、一フライトで電池の二つや三つに異常があっても問題ないという。
航空機業界では電池というものが信頼性の低いデバイスであるという認識が定着しているようだ。たしか１０年以上前は、Ｌｉ二次電池を３個程度カバンに入れていても問題とならなかったが、今はＬｉ二次電池だけ複数カバンに入れていると荷物検査に引っかかる。それだけＬｉ二次電池の信頼性が低く見られているわけだ。
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シリコーンゴムにはミラブルタイプとＬＩＭＳの2種類のゴムが存在する。ミラブルタイプは、通常のゴムと同じように高分子量のゴム分子を架橋して得られる。
ＬＩＭＳによるゴムは、低分子量のシリコーンを重合しながら同時に架橋を進めて製造される。ゆえにLIMSのメーカーが異なるとできあがるゴムの構造は一次構造が大きく異なっている。
すなわちＬＩＭＳでは液状のシリコーンを用いるのでフィラーを添加しても高粘度とならず、注型による成形が可能となる。
しかしミラブルタイプは高分子量のゴムを用いるので、一般の架橋ゴムと同様に金型に入れてプレス成形を用いて製品となる。
このプロセシングの違いが生産性に影響する。ゴムの物性を問わなければ、一般にＬＩＭＳ成形品のほうが低価格となる。
ところで困るのはＬＩＭＳについてシリコーンメーカーによりその設計思想が異なる点である。信越化学は、二官能のシリコーンと架橋剤でゴムとなるように設計している。
しかし他の2社は、三官能のシリコーンを用いて架橋もそれにゆだねている。教科書に即して考えると信越化学の設計に軍配があがるが、製造時の品質安定性という指標でみると他の2社に軍配があがる。
信越化学の製品が劣っているのかというとそうではなく、用途により最適なＬＩＭＳメーカーが存在する、という書き方で本日はお茶を濁す。LIMSの成形技術で困っている方はご相談ください。
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9月は台湾ＩＴＲＩからの依頼で講演会がありましたが、国内の参加者はいらっしゃらないと思い、案内を掲載しませんでした。10月には下記3件の講演会が開催されますのでご案内いたします。参加ご希望の方はお問い合わせください。また、弊社にて特別価格で行うセミナーもございますのでお問い合わせください。例えば高分子の専門外の方が高分子について学ぶ特別少人数セミナーを弊社事務所で休日の午後を利用して安価（１５０００円／１名、基礎の基礎編は時間が短く１００００円です。）に開催しておりますのでお問い合わせください。また、企業向けの講演会も随時受け付けておりますのでお問い合わせください。
1.テーマ：リチウムイオン電池の信頼性向上・難燃化技術
開催日時：2018年10月9日（火）10:30～16:30
会 場：ちよだプラットフォームスクウェア 5F 503
〒101-0054 東京都千代田区神田錦町3-21
参 加 費：50,000円（税込） ※ 資料代含
弊社へお申し込みの場合には２割引きでご案内しております。
＊ アカデミック価格は 25,000円（税込）
2.テーマ：プラスチック／ゴムの劣化・破壊メカニズムとその事例および寿命予測法
開催日時：2018年10月19日（火）10:30～17:30
会 場：日本テクノセンター研修室
参 加 費：48,600円（税込） ※ 資料代含
3.ＫＲＩワークショップ’１８
2018年10月24日京都リサーチパークで開催されますが詳細は直接ＫＲＩへお尋ねください。本件につきましては弊社で受付できません。
以上
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ポリフェニレンサルファイド(PPS）は、本格的な普及が始まった材料でｋｇ単価１５００円という価格も見えてきた。１０年前には２０００円以上で販売されていたのでこれは驚くべきことである。
PPSにはリニアタイプと架橋タイプがあり、最初に登場したのはシェブロンフィリップスの開発した架橋タイプのPPSである。ただし架橋タイプのPPSは分子量が低いのでガラス繊維などと複合化して射出成形体に用いられた。
安価なガラス繊維と複合化するので、ｋｇ単価は希釈効果で７００円前後まで下がった射出成型用PPSというものも存在する。
架橋タイプは射出成型用以外に用いることができないので押出成形も可能なリニアタイプと呼ばれる高分子量のPPSも遅れて開発された。２００５年に押出成形で中間転写ベルトを開発しているが、この時用いたのはリニアタイプのPPSである。
メーカーの技術者からも架橋タイプでは押出成形や繊維を作ることはできない、と言われたのでそれを信じていたが、驚くべきことに当方が開発した二つの技術を合わせると架橋タイプのPPSでも繊維化ができたのだ。
架橋タイプのPPSは分子量が低いために繊維化が難しいはずだが、どうもコンパウンディングの段階で＊＊になっているようだ。＊＊にご興味のある方は問い合わせていただきたいが、この現象以外に驚くべきことがいくつかこの７年間にPPSという材料で見つかった。
面白いのは国内のあるPPSメーカーで実験したところそれがうまく再現できないのだ。しかし、当方が指導している中国のローカルメーカではそれが生産レベルにあり、あるローカル射出成型メーカーの商品に採用されている。
日本のメーカーでうまくいっていない理由は、当方の指導を受けていないためだが、それだけではない。自分たちの技術を過信している可能性がある。
PPSに限らず他の樹脂でも教科書に書かれていない現象が見つかっており、技術に対する認識の違いが材料の新たな現象発見の力になっているようにも見える。技術の過信は禁物である。
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高分子材料が非晶質状態の時にすべてガラス転移点を持つ、と教科書にさらりと何気なく書いてある。有機材料から無機材料まですべての材料について研究経験があり、一時はそのすべての学会で活動経験もある立場から見ると、この一行の説明には不満である。
「驚くべきことだが、高分子材料が非晶質状態のときには必ずガラス転移点を示す」ぐらいに読者に注目させるような書き方をしてほしいものだ。
何故なら、高分子のガラス転移点とは、すべての高分子が紐状につながった高分子ゆえに示す性質であり、すべての高分子材料が非晶質状態のときにガラス転移点を持っている事実は、多くの物質の中で高分子特有の性質だからだ。
そもそもガラスの定義が教科書に書かれていないのも問題である。アカデミアの先生にもガラスの定義を御存じない理系の研究者がいたのでびっくりした経験がある。今そのような先生に面会したら「ボーっと生きてんじゃねえよ」と言ってしまうかも。
このガラス転移点とは、物質が冷却されて溶融状態から固体（結晶）状態に転移する前に、液体状態としての運動性を失う温度である。窓ガラスが液体である、と説明されたりするのは、本来は液体なのにガラス転移点以下の室温で液体としての運動性が失われた状態だからだ。
子供時代に古くなった窓ガラスが失透する現象を不思議に思い、百科事典を調べたら結晶化が起きていると書かれていた。しかし、そこにはガラス転移点の説明は無かったが、ガラスのガラス転移点について研究されていた時代であったことを大学に入ってから知った。
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技術開発において２０世紀は科学の時代と言われたように、科学という哲学が技術者にとって唯一無二の存在だった。この時代に学生として化学の世界でアカデミアに裏切られ科学というものに疑問を持ったことはその後の人生に大きな影響があったと思っている。
昨日台湾におけるシリコーンの講演会について書いたが、４年生の時に在籍した講座でその後も研究者として学んでいたら、科学に対して批判的な目を持たず本当にシリコーン領域だけの専門家になっていたのかもしれない。
その後、ゴム会社の新人研究発表会でCTOから「大馬鹿モン」と言われたり、電卓で微分方程式を解きながらレオロジーという学問で高分子の問題は解けない、とつぶやいていた指導社員のおかげで技術開発において科学は道具の一つに過ぎないことを学んだ。
技術開発には科学以外にも多くの方法があり、弊社では研究開発必勝法としてまとめている。この中でヤマナカファクターを生み出したあみだくじ方式を紹介しているが、これは科学的ではないと「方法の擁護」に書かれている。
非科学的な方法でもノーベル賞を受賞できるという朗報で２１世紀が始まっている。もうそろそろ世界中が科学は道具に過ぎない、と言い始めてもよいが、日本では未だに科学で未来を拓く会社というキャッチコピーの会社もあり、歴史の流れというものが極めて緩やかなものであることを知る。
科学誕生以前にも人類は技術開発を日々の営みとして推進していたことは、歴史的遺構を見れば明らかである。その中にはヘーベルハウスよりもはるかに耐久性の高い法隆寺という木造建築もある。
これまでの地震にも耐えてきて、柱や壁を触ってみてもブリードアウトなど起きていない。先日訪ねてきたヘーベルハウス営業ウーマンに今回屋根の張替を行ったら、法隆寺ぐらい持ちますか、と尋ねたら、あちらは木造建築ですよ、と言っていた。これは会話になっていない。
法隆寺を単なる歴史的遺構と片づけてはいけない。温故知新として眺めれば新たな建築技術のアイデアが生まれるかもしれないのだ。当時の技術が形として残っているわけだが、科学の無い時代の科学的成果と言ってもよいような技術のいくつかをそこで見つけられる。これは大変興味深いことであり、自然な営みの中で人は科学が無くても技術を生み出せるのだ。
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今週月曜日台湾ITRI（日本の産総研のような組織）から表題の講演の講師として招聘されたので終日講演したが４０名近くの聴講者がいたのでびっくりした。さらに終了してからの名刺交換会で熱心な質問に圧倒された。
質問は当方にとって簡単な問題だったが、質問者は真剣に質問されていたので、通訳の女性が少し大変そうだった。講演は通訳の女性の能力が高くスケジュール通りに終えることができたが、この質問攻めで会場の制限時間をオーバーし、会場整備担当の方に少しご迷惑をおかけした。
全ての質問は、参加者が日ごろ困っている問題であり、問題の内容はシリコーン特有の問題ではなく、その上位概念である高分子技術に関して理解していないことだった。
ただ、このようなことは国内のセミナーでも経験をしており、質問を受けながら改めて世の中に実務を配慮した高分子の教科書が少ないことを実感した。例えば講演の内容に関してシリコーンユーザーの視点で書かれた教科書が皆無であり、資料を作るうえで参考になる資料を見つけることができなかったことからもそれが明らかだった。
さらに、これまでシリコーンゴムや樹脂について特化した講演が未経験だったので資料を新たに作成しなければならず大変だった。しかし、資料を作成しながら当方がシリコーンの専門家であることに気がついた。セラミックスから高分子まで専門領域が広い、と言われたりするが、いわゆる皆材料分野の一コマに過ぎない。当方は実務経験が幅広く豊富な材料の専門家なのだ。
シリコーンではこのようなキャリアがある。大学４年の卒論研究はアメリカ化学会誌に紹介されており、これはトリメチルシリルメチルグリニア試薬の合成から始まり、ゲラニオールの全合成に関する内容である。すなわちカーボンファンクショナルシランの合成と応用技術を学んだキャリアである。シランについては知らんことは無い。
就職してからは、ポリウレタン発泡体やフェノール樹脂発泡体の開発でシリコーン界面活性剤について研究している。この研究で製泡剤や消泡剤へのシリコーンの応用技術や細かいノウハウを習得している。さらに学会発表もしている。
高純度SiCではシリコーンを前駆体の原料に用いているし、またそのリアクティブブレンド技術も開発している。電気粘性流体の開発ではシリコーンオイルのデザインから始まり、短期間でホスファゼン難燃オイルまで開発する成果を出している。
極めつけは写真会社で退職前の５年間にシリコーンLIMSを用いて定着ローラの開発を部下に指導していたことだ。およそ３５年間のサラリーマン生活では恐らくシリコーンメーカーの技術者よりもシリコーンの応用技術に詳しくなるぐらいの勉強や研究をしていたことになる。
また、実際に、定着ローラの品質問題では、問題解決の必要からシリコーン御三家の一社である某S社のシリコーン技術者の指導もしていた。この講演会を引き受けてえられた最大の成果は、相談者やセミナー依頼が無かったので特に意識していなかった自分の専門について独自の資料のまとめから気がついたことだ。
来月は電池技術のセミナーや高分子の劣化に関するセミナーの講師を引き受けているが、企業の技術者が講演しにくい他の技術分野についてもう少し当方の身に着けている技術を棚卸してゆきたいと思う。
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高分子材料の物性はばらつくのは常識である。高分子のばらつきは、非晶質相に存在する部分自由体積を制御できないことから、0にできない、と容易に想像できる。
部分自由体積がばらつけば、密度がばらつく。密度がばらつけば、それと相関する弾性率や誘電率もばらつくことになる。
弾性率がばらつけば、引張強度や曲強度は必ずばらつくことになり、衝撃強度に至っては大きなばらつきとなる。
誘電率がばらついても同様に屈折率をはじめとした物性が皆ばらつくことになる。このばらつきを小さくするために、タグチメソッドはそれなりに有効である。
しかしタグチメソッドで最適化しても裏切られることがあるのは覚悟しておくべきである。これはタグチメソッドが悪いのではない。
高分子材料の高次構造はざっくりと書けば、結晶になりやすい部分あるいはすでに結晶化した部分と非晶質部分からなり、非晶質部分には部分自由体積というばらつきの巣窟がある。
またラメラの集合体である高分子の結晶には少なからず非晶質部分が存在する。すなわち、いくらタグチメソッドで最適化してもこれら構造に基づくばらつきの制御など安直にできないのである。
だから運悪くスペックから外れた品質データが得られたりすると捏造したくなる。捏造を防止する一番良い手段は、スペックに入るまで成形と測定を繰り返す、と仕様書に書いておくことである。
こんなことを書くと笑われるかもしれないが、高分子材料の品質とはこのようなものだと考えていると技術開発の正しい方向と品質管理のあるべき姿というものが見えてくる。すなわち高分子材料の仕様書を作成するとは、その行為自体がノウハウなのだ。
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