昨日の続きになるが、水と油のように混ざり合わないものを混ぜようとしてもなかなかうまくゆかず、2相に分離するが、100℃ぐらいまで温度を上げてやると、油が少なければ油滴となって水の中に分散する様子を観察することができる。
すなわち、温度という因子は、それが高くなると物質が混ざり合うようにするような感覚に思えてくる。
温度が上がると水の分子運動が高くなるので、と説明すると教科書的になるが、混合のエントロピーの効果は、肉の煮込み料理を作ってみれば、教科書を読むよりも容易に理解できる。
男子厨房に入るべからず、は頭の固い昔の爺の考え方だが、男も料理をすべきである。率先して料理を行えばこのような物理現象を何度も観察できる機会に恵まれる。女性だけにそのような機会を独占させておくのはもったいない。
サラダドレッシングでも肉の煮込み料理でも100℃から室温まで冷却してくると、細かい油滴は連結して大きくなって相分離が明確になってくる。
この時油が少ないならば、大きな油滴が何粒もできるような状態になるが、水と油が同じような体積であると、水と油の二相に分離する。
少し難しい表現をすると、界面エネルギーが粗大化を支配する相分離では、このような体積割合の違いで共連結構造になったり粒子状構造になったりする。
もし、混ざり合わない（χが0でない時）ＡとＢ２種の高分子を無理やり分子レベルで均一に混ぜたとする。
Ａ分子とＢ分子の接触した界面エネルギを下げるよう（混ざり合わないＡとＢが一緒にいるのは居心地が悪いはずである）に、すなわち界面を少なくするように力が生まれそうだ、と気がつくはずだ。
相分離が始まると、ＡとＢの割合が変化、すなわち濃度変動を起こす。やがて許容できる、お互いに許しあえる濃度範囲で安定になる。しかし、最も安定なのは、Ａ相あるいはＢ相単独であるはず（χが0とならないので）で、最終的にはＡ相だけあるいはＢ相だけになる。
このような相分解様式をスピノーダル分解と呼ぶ。高分子の相分離で見つかっているのは、多くがスピノーダル分解でありその他の粘弾性相分離などよくわからない相分離形式もあるが少ない。
当方が驚いたのは、ＰＰＳと6ナイロンは一般の混練機で混練する限りは、少ない成分が島となる海島相分離するが、カオス混合を行うとこれが相溶し、急冷しても5年以上室温で相分離せず安定であったことだ。
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スピノーダル分解は高分子の相分離や濃度の高い合金でみられる一般的な相分離現象である。決して難解で特殊な分解機構ではない。言葉が難しいだけで、100回ほど唱えれば易しく見えてくるはずだ。
油（仮にＡ相と呼ぶ）と水（仮にＢ相と呼ぶ）に分離したサラダドレッシングを見つけたら振ってみてほしい。室温であれば、放置するとすぐに二相に相分離する。
玉ねぎその他がこのドレッシングに入っていても、少しなかったことにしてほしい。目の前のサラダドレッシングは、Ａ相とＢ相に分離している(層ではなく相という表現に慣れてほしい)、とみていただきたい。
どうしてもそのように見えない方は、実際に油と水を混ぜて透明な容器に入れて眺めていただきたい。Ａ相とＢ相の二相に分かれている現象を観察することができる。
１日眺めていてもそれらが自然と混ざり合うことは無い。分離していること、別々にいることが安定状態だからだ。だから強引に振って単一相にしようとしても二相に分かれる。
水と油は混ざり合うことが苦手なので、すなわち均一に単一相となることが不安定なので二相に分かれるという現象の説明は理解できるだろうか。人間関係の水と油の関係は理解できるが物理現象は理解できない、という方は、明日の説明を読まないでほしい。
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新素材を開発する手法として科学で説明できない現象を再現よく発揮できるように創りこむ手法がある。
その材料が科学で説明できない現象を再現よく引き起こしてくれれば、現象の研究を科学的に行い、材料に創りこまれた機能を科学的に説明できるようになる。
このようなことを大学で指導してほしいのだが、大学は科学を教える場なので難しい、とある先生が申されていたが、その先生は、科学技術というものを理解されていない。
科学技術には、科学で生み出された技術と科学に裏打ちされた技術の2種類が存在する。後者は創造の過程が科学的に少し怪しいけれど科学で説明できる技術である。
PPSにナイロンを分散して絶縁破壊を調べると、一般的な混練プロセスで調整された材料では、絶縁破壊電圧が１００Vとなるときがあるが、カオス混合を行った材料では、３００Vを超えることがある。
電子顕微鏡観察を行うと前者にはナイロンのドメインが観察されるが、後者では単相として観察される。ゆえに絶縁破壊電圧が高くなった、と納得できるが、もう少し研究する必要がある。
PPSにナイロンを相溶させてカーボンを１０％程度分散した材料でベルトを製造し誘電率を計測してびっくりした体験がある。負の誘電率を再現よく示したのだ。
残念ながら中間転写ベルトとしての性能が悪かったのでそれ以上の研究を行っていないが、同一組成なのに負の誘電率になったり正の誘電率になったりする。しかもそれをプロセスで制御できる、という冗談のような体験をした。
この体験については、目標とした製品性能が悪かったので十分な研究を行っていないが、もし若ければ、昼休み時間や定時後の時間を使って研究していただろう。
若い時の情熱は、お金に縛られないところが良い。不思議なことに爺になると若い時と同じようにお金にとらわれなくなるが、その時には体力がなくなって意欲が空回りする。若返りを目指して最近軽い運動を始めた。
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1980年代に比較して全国の書店数が半分になったそうである。インターネットの普及の影響と言われている。
インターネットは情報を入手するために大変便利なシステムであるが、知識を得ようとした場合には、役に立たないことが多い。
形式知ならばそこそこ役に立つが、経験知や暗黙知になるとインターネットでは無理である。もっとも暗黙知に至っては、マンツーマンで指導していても難しいが、経験知はやはり経験者から学ぶ以外に良い方法は無い。
新入社員の3か月間、良い指導社員に巡り合った。混練りの神様と呼んでも良いようなレオロジストであるが、実務家の技術者だった。
ご自分の専門領域が２０世紀に消えてなくなると自虐的な指導をしてくださったが、その結果暗黙知も伝承していただいた。
その暗黙知のおかげで、退職前の5年間に、カオス混合機の発明、それによる会社への直接貢献といえる中間転写ベルトの大幅なコストダウン、環境対応樹脂の開発などの成果を出すことができた。
これらの成果で給与が増えたわけではないが、30年前の暗黙知の具現化ができた体験は貴重である。この暗黙知の中には、問題解決法や高分子技術が含まれている。
混練の神様は、当方が高分子を大学で学んでこなかったので毎日午前中3時間座学を開いてくれた。その知識は今でも十分役立つ体系が含まれていた。
週末の2日間無料セミナーでその時の知識を公開します。これはインターネットで経験知を伝えることができるのか、という問いから企画しております。
再掲となりますが無料セミナーで予定しているテーマは下記の通り。なお、時間は２時間で９月26日（13：30-15：30）と27日（13：30-15：30）。
＜予定テーマ＞
1.9月26日(土曜日)：高分子材料の初歩（初めて学ぶ高分子的イメージ）
2.9月27日(日曜日)：ヒューリスティックな問題解決法（山勘や直感ではない、正しい問題を即座に解く方法）
今回のセミナー参加者募集は終了致しました。
多数のご参加ありがとうございました。
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PC/ABSは、PCにABSをブレンドしたポリマーアロイだ。ABSは三成分のポリマーをブレンドし高靭性化に成功したポリマーアロイで、PCは非晶性で透明度が高く高靭性のポリマーである。
PC/ABSは、高靭性のポリマーの組み合わせなので、高い靭性とPCの特徴である意匠性の優れた樹脂になる、と信じられている。
ところが、PC/ABS以外にPC/PSやPC/PETなどが開発されると、高いPCに安い樹脂をブレンドしてコストダウンを図った樹脂ではないか、と思いたくなる。
この視点で、PCに廃材となったいろいろなポリマーをブレンドしてみると、PCが７０％以上含まれている限り、そこそこの活用できそうなポリマーができる。
PCで簡単にできたなら、廃材であるPETボトルを７０％以上含有した樹脂も簡単にできるだろうと思ったら、これが難しく、PETボトルの射出成形体よりも優れた物性の樹脂を作り出すのに３ケ月必要だった。
マトリックスを構成するポリマーがPCからPETに代わると、樹脂の結晶化を制御しない限り、高靭性の樹脂を開発できない。
結晶化を制御できても樹脂の溶融時の粘度の温度依存性を射出成型に適合するよう制御しなくてはいけない。
少なくともこれらの問題を解決しなければ多成分のポリマーアロイを開発できないことが、開発をスタートして明らかになったので、データ駆動型開発手法とカオス混合の両者を用いて３か月で目標となる樹脂を開発した。
できあがったポリマーアロイは、難燃材を使用していないのにUL94-V2試験に合格する難燃性を新たな機能として獲得した。ポリマーアロイの面白さである。
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ＳＴＡＰ細胞の騒動は、その後どうなったのだろう。ドイツの科学者がＳＴＡＰ現象を発見したとのニュースが騒がれた後、週刊誌に小保方氏の私生活が紹介されていた。
この手のキワモノ事件は傷つく人が多いので隠蔽化されたりするが、その結果悪者が得をするような状態になる。小保方氏と自死されたその関係者だけが不幸をしょいこむような状態を見ると、やはり触らぬ神にたたり無し、というのは本当だろう。
当方が高純度ＳｉＣの経済的な合成技術開発をたった４日の無機材研における実験で成功させたとき、無機材研の先生方は冷静であった。
当方が企業の研究者であったこと、アイデアがその当方から出ていたが企業は見捨てていたこと、実験のゴーサインとその場の提供は無機材研だったことから、丁寧にそのあたりの調整も進められて、小生は無事（でもなかったが）ゴム会社に戻ることができた。
ゴム会社では２億4千万円の先行投資がなされ専用の研究所も建設された。当初こそ20名弱のプロジェクトで動き出したが、住友金属工業とＪＶを立ち上げるまで一人で死の谷を歩くことになった。
ＪＶ立ち上げ後電気粘性流体の耐久性問題を一晩で解決したり、傾斜機能粉体はじめ特殊な構造の粒子を3種ほど合成したところＦＤが壊され始めた。
やはり触らぬ神にたたり無し、は本当である。一人でＪＶの仕事をしていたので大変だったので、電気粘性流体とのかかわりなど持たねば良かったのだが、電気粘性流体の事業化まで程遠い状態を見捨てておけなかった。
転職後、負の誘電率というキワモノと遭遇した。福井大学で客員教授をしながらその扱いを悩んだが、結局インピーダンスに絶対値をつけて材料設計パラメーターとした。
このころになると、たたりを避ける道を選ぶようになっていた。科学ではなく化学の世界には化け物が今の時代でも登場する。
ＰＰＳと6ナイロンの相溶も化け物現象である。これをカオス混合という技術で製品化したが、いまのところ何もたたりが無いがーーーー。
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教科書を読むと誘電率は正となることを前提に式が展開されている。しかしロシアの科学者が負となる現象も存在することを予言してから、その存在はタブー視されてきた。
STAP細胞と似ている話だ。当方は酸化スズゾルを用いて写真フィルムの帯電防止層を開発していて負の誘電率と遭遇した。
従来の評価技術と異なるインピーダンス法（容量法）でサンプルの電気特性を調べていて発見した。しかしキワモノ的現象なので、インピーダンスの値に絶対値をつけてパラメーターとした。
これは１９９４年の出来事だが、2005年には中間転写ベルトの開発を行っていて出くわした。この時は、負の誘電率のベルトでは使い物にならないので廃棄すればよかった。
二つの体験は、パーコレーション転移を制御していて偶然発見している。最近この負の誘電率に関し、アカデミアの先生方による特許出願が相次いでいる。
すでに11件出願されているが、いずれも概念特許に近いものだ。実際に量産可能なメタマテリアルではない。
しかし、当方は量産機で負の誘電率の物質を偶然作り出したのだ。負の誘電率の材料は、帯電防止層には活用できたが、中間転写ベルトでは転写効率が悪いだけでなく画質も欠点が出たのでボツとなっている。
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ＰＥＴボトルに使用されているＰＥＴや、ポリ乳酸樹脂は、溶融すると粘度が低く燃えやすいので、難燃化が難しい樹脂である。
さらにＰＥＴは、高温度から温度を下げてゆくときに、結晶化速度が速いので射出成形が難しい樹脂で、フィルムやブロー成型用として用いられてきた。
ＰＥＴボトルのリサイクル材を複写機に環境対応樹脂として搭載しようとすると外装材であればＵＬ94-5Ｖｂレベルの難燃性試験を通過しなければいけない。
内装材であれば、やや低いＵＬ94-Ｖ2レベルで良いが、それでもリサイクルＰＥＴを環境対応樹脂として電子写真機などの電子機器に用いるには、難燃化技術と良好な射出成形体を製造しうる配合設計技術が不可欠である。
この時ＰＣという非晶性樹脂に分類されている結晶化しにくいが結晶化する樹脂とのポリマーアロイが重要な機能材として利用される。
ＰＣは、50年前「象が乗っても壊れないアーム筆入れ」として有名になったポリカーボネート樹脂のことである。旅行鞄にもこの樹脂が用いられている。ただし、コストダウンのためにＰＣに30％程度ＡＢＳやＰＳなどの安い樹脂とのポリマーアロイを用いている鞄もある。
このＰＣの優れている点は、靭性が高いだけでなく高分子量体では空気中で燃えなくなる。すなわち難燃性が高く強度の強いマトリックスとして利用可能で、ＰＣをマトリックスに用いて多くのポリマアロイが開発されている。
強度と難燃性、コストのバランスを取るとＰＣは、65％から75％程度含有されている必要がある。電子写真（レーザープリンター）複写機に外装材用に搭載されたポリ乳酸樹脂にはＰＣが70％前後含まれている。
ゆえに外装材用リサイクルＰＥＴ樹脂は、ＰＣを70％前後含む樹脂として設計され実用化された。しかし、これよりもＰＥＴの含有率が高いＰＥＴ80％を含み難燃剤を含有していなくて、ＵＬ94-Ｖ2に通過し射出成型性も良好なリサイクルＰＥＴ樹脂というものも開発されている。
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PPSは、電子機器用高分子として売り上げが伸びている。欠点はその脆さである。結晶化しやすいので、容易に結晶成長し脆くなる。
押出成形でフィルムを製造すると金属音のような高い音を発するので、弾性率の高さを音で実感できる。
このPPSにカオス混合で６ナイロンを相溶させると、非晶質PPSフィルムを製造でき、その音色はボコボコと低い音となる。
PPSと６ナイロンはフローリー・ハギンズ理論のχの値が０より大きいのでスピノーダル分解するが、その速度は室温で3年以上と遅い。
また、スピノーダル分解したとしても生成する６ナイロンの島相はナノレベルなので、PPSと６ナイロンを通常の方法で混練したコンパウンドから作られたフィルムよりも靭性が高い。
PPSと６ナイロンのポリマーブレンドの基本特許は切れているが、カオス混合による変性技術の基本特許は、まだ6年残っている。
ただし、この特許抜けを可能とする技術が存在し、まだ出願されていない。ご興味のあるかたは問い合わせていただきたい。
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チタン酸バリウムというセラミックスは強誘電体として知られている。ところがこの微粒子をポーリングしてポリウレタンと複合化しても、１０vol％前後ではそれほど複合体の誘電率は上がらない。
面白いのはポリウレタンのソフトセグメントの活性化エンタルピーが下がり、誘電緩和が早く起きるようになる。
これは、よくわからない現象であるが、1ミクロンほどの粒子でも一次構造のブラウン運動に影響することを示している。
誘電緩和速度が速くなるということは、誘電損失に有利となり、この観点の特許が出ている。
５Gで求められているのは、低誘電率化とtanΔの低減であるが、伝送損失に関しては、誘電率は平方根で影響するが、誘電正接は1次の項で影響する。
ゆえに材料設計にあたり、誘電正接だけでも下げてやろうという時にこの不思議な現象を応用することができる。
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