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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写真会社には生産技術センターと呼ばれるコーポレートのプロセシング研究グループがあり、当初そこのセンター長に混練プロセスの相談に行ったら、事業部で採用が決まっていないテーマでは話にならない、と簡単に見放された。
当方は電子写真事業部の生産技術センターに所属していたので、自分たちのテーマとして研究開発可能だった。しかし、混練の基盤技術など写真会社になかったから、コーポレート部門の研究所へ相談に行ったのだ。
結局、半年後に必ず生産立ち上げを行う約束で、当時の上司だった太っ腹のセンター長にお願いし8000万円の稟議をかけて頂く計画を立てた。
さらにセンター長は、事前に2000万円の中古の二軸混練機の購入まで決済をとってくださった。当方の退職前の花道の仕事と思ってくださったのかどうか存じ上げないが、全く初めての体験となる混練のプロセス開発でも当方を信じていただけたことがうれしかった。
この痩せてはいたが太っ腹のセンター長のおかげで、カオス混合プロセスラインは無事に立ち上がり、ＰＰＳに6ナイロンが相溶したコンパウンドの量産プロセスをアジャイル開発で実現できた。このプロセシング開発では、全員が素人だった。
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ヘーベルハウスの欠点はヘーベル板に塗装が必要なことだ、と我が家を購入するときに他メーカーの営業から説明を受けた。発泡コンクリートが雨風に弱いことは材料屋として理解していたので、この説明は無用だった。
むしろ塗装寿命の短い問題を他社の営業は指摘すべきだった、と思っている。実際に築5年で少し吹き付け塗装の劣化が気になってきた。指で削れてくる部分が見つかったのだ。この吹き付け塗装の寿命が短い問題を指摘してくれたなら外壁塗装のいらない某社に任せていたかもしれない。
当方も外壁の劣化が気になるくらいだったから外壁の15年メンテナンスプログラムを受け入れた。この時は、旭化成の技術力を疑っていた。やはり20年以上は耐久してほしい。
ところが新しい外壁は、新築時の材料よりも耐久寿命が延び、20年以上大丈夫だと説明を受けた。実際に外壁塗装をやり直してから10年経過したが、以前のように未だに指で削れるようなことはない。旭化成の研究開発成果が出ているのだろう。
さて、屋上やベランダの防水シートだが、新築から3年ほどで可塑剤のブリードアウトが完了し、それ以来硬いままだ。この早めのブリードアウトが良かったのかどうか知らないが、営業から劣化サンプルを見せられて、硬くなっていて危険だ、と説明されても、そのような手触りは築3年経過してからずっと同じだと説明したところ黙ってしまった。
しばらく考えて、硬くなって変形しだした、と写真を見せて説明してくれた。それは当然だろう。可塑剤がブリードアウトし硬くなれば昼夜の寒暖の差による緩和速度も遅くなるので、変形も起きるだろう。
なんやかやと防水シートの劣化の恐怖を営業担当はあおるが、高分子の劣化挙動は当方のほうが詳しいことを知らない。100円ショップの買い物とは異なるのである。車一台の料金になるような交渉事で柳の下の幽霊のような話をされても困る。
さて、高分子の劣化だが、教科書に書かれている内容は科学の話だ。もしそれが実際に材料全体で起きているならば、建築材料を高分子で設計することなど不可能になる。
それでは現実の高分子の劣化はどのように起きているのだろうか。ヘーベルハウスを購入してから観察してきたが、かつてゴム会社で解明された劣化挙動と同様だった。
その内容は、時々一部分ずつ紹介している論文を見かけるが、全体をまとめた話は無いようだ。40年近く経っているのでゴム会社から公開されることを期待しているが、ご興味のある方は問い合わせていただきたい。
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技術開発において科学を道具として使いながら科学を絶対視しない方法が今日の時代の技術者に必要である。具体的な方法の一つに温故知新がある。例えばこれでパーコレーションが関わる不易流行の技術を開発した事例を紹介する。
酸化スズは、１９８０年代に起きたセラミックスフィーバーの最中に「絶縁体である」と無機材質研究所で科学的に証明された。透明導電材料であるITOの発見から３０年近くかかっている。科学の方法で一つの真理を導き出すには時間がかかるのだ。
子供時代に戦後２０年式典と称して各種の行事が行われたが、この時２０年前の戦争は、はるか歴史の彼方に感じた。ところがセラミックスフィーバーが始まってから３０年以上たっているが何故か昨日のことのようである。
小学校入学前に名古屋大空襲で壊れた工場の跡地で遊んだ記憶が残っていても、それでも小学校の先生から聞いた戦後２０年という言葉は「はるか昔」という響きに似た歴史の世界で使われる言葉だった。
セラミックスフィーバーの最中、高純度SiCの事業シナリオを解答として提出した昇進試験で「落ちた」という人事部長の連絡を受け翌日から５日間で高純度SiCの発明を完成させた思い出は昨日のことのようである。
この５日間では寝ていた時の記憶が無いほどの過重労働だった、と妻に話したら、誰でも寝ているときの記憶は無いでしょう、と言われ、寝る暇ももったいないと感じた５日間だったと説明しなおしたのは２９年前だった。
人の心の中における時間の流れとは、まことに非科学的で一定の長さなどないのだ。光陰矢の如し、というが、高純度SiCを必死で開発した５日間の時間の流れは極めてゆっくりと流れていた。そしてそれは今でも昨日のことのようである。
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ブリードアウトは高分子内の拡散と溶解度で科学的に説明できる、と書いたが、いざ問題が発生するとその対策に時間がかかる場合がある。すなわち開発のやり直しという事態になる。
例えばブリードアウトが機能実現のために活用されている場合だ。界面活性剤を用いて帯電防止を行っている場合を事例に問題の難しさを説明する。
ある方法を使えば問題ないのだが、大抵は界面活性剤を樹脂表面にブリードアウトさせて表面比抵抗を下げようと材料設計を行う。この考え方は科学的に間違いではないが、市場でブリードアウト問題を引き起こすリスクを増すことになる。
またこのようなアイデアを思いつく人で科学こそ命と信じている技術者は、界面における過飽和現象が過剰なブリードアウトを防ぐとまで考えてしまう。実際にこれで成功している事例もあるので、このような人にそれは危険だと説明しても信じてもらえない。
その結果、金型汚染の問題を最初に引き起こす。この時科学に裏切られていることにすぐに気がつけば救いようがあるが、科学をこの段階でも信頼していると、ここで問題解決できても、次は市場で問題が起きる。
こうなると、モグラたたきをはじめひどい時にはサラリーマン人生をモグラ退治に捧げる人も出てくる。転職したときに見た光景は、界面活性剤による帯電防止技術ではなくイオン導電性ポリマーを用いた技術でモグラたたきを行っていた。
仮説を立てて、一匹のモグラをたたくことに成功しても他のモグラが顔をだす。うまく仕留めればよいが気を失った状態で市場に出すものだから、モグラが息を吹き返して市場で暴れまわる。
自分の担当ではなかったし、当時の上司は君の仕事では無い、などと言われるので、しばらく見ていたが、科学というものがこれほど薄情であるとは思わなかった。担当者に運が無いと言ってしまえばそれまでだが、誠実真摯に正しい仮説を立てて一生懸命モグラをたたいていた。
優秀な科学者、主任研究員なので、上司であるセンター長に方針変更を当方が申し出ても「科学的に進められているからしばらく彼に任せておこう」となった。
しばらくしてバブルがはじけ、この優秀なモグラハンターが部下になった。すぐに技術コンセプトを大きく変えて問題解決した。モグラが大量発生しているシステムでは科学による問題解決法を用いてもゴールにたどり着ける保証は無いのだ。
あのヤマナカファクターでさえあみだくじ方式で成功している。ブリードアウトという問題に真剣に取り組むとドストエフスキーの宗教世界とは少し異なるが、科学という哲学についてカラマーゾフ兄弟のように葛藤することになる。そしてその結末は？
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χ＝0で高分子の相溶が起きる、と教科書に書いてある。しかし、この条件でなくてもカオス混合機を用いれば相溶させることができるポリマーブレンドがいくつか見つかった。
ところで相溶という現象は非晶質相で生じる現象であり、カオス混合機を用いたときに相溶しない組み合わせでも相溶する場合がある、ということは、混練プロセスで高分子の溶解性が変わるということだ。
理論的にはおかしなことだが、実務上はこのように考えていたほうが、ブリードアウトの問題を考えるときに間違いをしない。
溶解性は自由エネルギーで説明できるので、混練プロセスで高分子の溶解度が変わるという現象は科学的に説明しにくいが、実用上はこのような感覚でいたほうが痛い目にあわない。
高分子の溶解性を議論するときに完全な平衡状態なるものをどのように考えればよいのか、あるいは実務上そのような状態を作り出せるのかどうか、という問題があるからだ。
ゆえに教科書的視点から見れば理解しにくいが、ブリードアウトの問題を考えるときには、実際に観察される現象を重視しなければ痛い目に合う。すなわち理論的ではなく実務上観察される溶解度を超えた添加剤は必ず短時間でブリードアウトの問題を引き起こす（運が良ければ起きない、ともいえる）。
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教科書に書かれている内容を否定するような実験結果を出そうと転職してから20年間考えていた。犬に人間かみついたらニュースになる、といった単純な動機である。
ポリオレフィンにポリスチレンを相溶させて透明な樹脂を開発した時には楽しかった。この話は以前書いた。錠と鍵の関係になるような組み合わせを狙って混練した結果である。
この成功で、フローリー・ハギンズ理論が怪しくなった。これによりχが大きくても相溶させる混練プロセスを開発する動機が強くなった。そして開発したのがカオス混合機である。
このカオス混合機を用いてPPSと6ナイロンを相溶させて急冷し透明なストランドを得た。このストランドを定年後も眺めていたら、ある日白くなっていた。すなわち相溶していた6ナイロンがTg以下でスピノーダル分解し、相分離したのだ。
Tg以下では分子運動が凍結されているはずだが、実際には部分自由体積と呼ばれる領域では、室温で盛んに高分子は分子運動を行っている。元気な子供を羽交い絞めにしてわきの下でもくすぐった時の様な状態をイメージしてほしい。
足をバタバタさせている状態が部分自由体積に存在する高分子の一部分である。少しかわいそうになって力を緩めるなら、子供はすぐに腕をほどいて逃げてゆく。まさにそのようなことが5年以上という長時間をかけて相溶したPPSと6ナイロンのストランドで起きたのだ。
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非晶質であればすべてガラスと勘違いをしておられる方が多い。非晶質にはガラスにならない非晶質体が存在する。ガラスは非晶質でかつガラス転移点を持っていなければいけない。ガラス転移点を持っていない非晶質はガラスではないのだ。
この知識をよく理解しないで情報として頭に詰めていると、楽しい体験ができる。樹脂のガラス転移点（Tg）を知りたくてDSCという熱分析を行ったときに、Tgが現れなかったりすると新発見と勘違いする。
樹脂のDSC測定ではまれにTgが現れないことがある。しかし、これは、Tgに到達する直前で昇温にストップをかけてやると、きちんとTgが現れるようになり、何も新発見ではなくなる。
以前書いたように高分子の非晶質は必ずガラスになり、そのためTgを必ず持っている。だからDSC測定でTgが観察されなかったとしてもそれは新発見ではなく、運が悪く十分な緩和が起こっていなかったサンプルを測定しただけの話だ。
だから、先に述べたようにTg直前で昇温を止め、3分ほどホールドしてやるとTgが現れるようになる。このようなことは、学生時代に経験しておくべき事柄である。社会人になってDSC測定を行い、Tgが現れなくて新発見と騒いでいたら確実に笑われる。
このようにガラスは必ずTgを示すが、非晶質体にはアモルファスの金属酸化物のようにTgを示さない物質も存在する。このような非晶質体はガラスにならない。
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