科学技術者フォーラムH30年1月度セミナー報告「機械がナノコンポジットを創る？」―機械が化学の領域に踏み込む―

H30年1月度（第187回）　セミナー報告

１．日時　：2018年1月20日（土)　14:00〜16:50
２．場所　：品川区立総合区民会館「きゅりあん」　5F 第3講習室　
３．参加者39名
４．題目　：「機械がナノコンポジットを創る？」―機械が化学の領域に踏み込む―
５．講演者：株式会社　HSPテクノロジーズ代表取締役社長　清水　博　氏

＜講演要旨＞
１．高せん断成形加工法の開発
（１）帰還型スクリュー搭載の高せん断混錬機を開発した。スクリュー回転数最大3000min-1（最大せん断速度4400sec-1）によって高せん断応力を加え、せん断流動場と伸長場を与えて、滞留時間を任意に設定できる。
（２）高せん断成形加工により、異種の高分子をナノ状態で混合でき、また高分子とフィラーをナノ状態で均一、等方的分散することができる。
２．新規なポリマーナノコンポジットの創成
（１）ガラス代替透明アロイ材料
PC/PMMAを80/20で高せん断成形加工したところ透明なブレンド試料が作製された。これを再度溶融さ
せてフィルムにしたところ透明性が保持されていた。この透明ポリマーアロイに熱線遮断材料
（Cs0.33WO3）を添加し、またそのポリマーシート上にシリカ系のハードコーティングを施せば、その材
料は耐傷付き性と熱線遮断性に優れ、自動車のガラス製窓材を代替でき、またガラスに比較し、40％以
上の軽量化を実現できる。
（２）金属代替高強度・軽量化材料
PA6/CFを90/10で高せん断成形加工したところCFが等方的状態で、均一に分散し、機械的強度や寸法
安定性に方向依存性が生じない。アルミ代替自動車部品（ステアリング、ギヤ、軸受等）、スポーツ用
品（釣具のリール、ロッド、テニスラケット等）に応用可能である。
（３）伸縮自在電極用材料
SEBS（熱可塑性エラストマー）/CNTを高せん断成形加工したところCNTが均一にナノ分散し、電気伝導
性が高く、伸縮性に優れる伸縮自在な電極用材料を創製できた。ウェアラブルな医療・健康・福祉用デ
バイスやセンサに応用できる。
（４）レアメタル代替材料
・コアシェル型三元系対極材料の、多層ナノチューブ（MWNT）/イオン液体（IL）/導電性高分子
（PEDOT:PSS）を高せん断成形加工で開発した。これは白金と同等の光電変換効率を達成し、白金に代
替可能な色素増感型太陽電池用対極材料となる
・PEEK/SiO2ナノ粒子系材料を高せん断成形加工で開発した。SiO2ナノ粒子は粒径の異なる２種類の粒
子（70nm,420nm）を使用し、最密充填構造を形成する。これは金歯、銀歯に使用されている合金
（Au,Ag,Pd）に代替可能である。
（５）エコマテリアル
PE/PLLA/EGMAを高せん断成形加工したところEGMA（相容化剤）が界面に分散して配置され、力学性能
が著しく改善された。延性と剛性のバランスのとれたエコマテリアルアロイが創製され、各種エコ容
器、包装材、玩具に応用可能である。
３．今後の課題
（１）非平衡状態下で非相溶性ポリマーブレンド系の相溶化が起きる理由の解明
（２）高せん断成形加工法で作製された微細構造が緩和しない理由の解明
（３）高せん断成形加工法を用いて構築した構造に関し、ドメインサイズと物性の相関、フィラーのア
スペクト比と構造、物性間の相関等の解明
（４）高せん断装置における処理量の増大
→連続式スクリューを導入し、樹脂をスクリューに沿って、その表面と内部に交互に送り込み、せん断
場のみならず、伸長場の効果を増やし、連続的に製造できるようにする量産機を東芝機械?と共同で開
発した。

＜質疑＞
１．高せん断加工のせん断速度限界
→104sec-1程度を考えている。より低い領域でも可能であるがせん断流動場だけでなく伸長場も重要で
あると考えている。
２．高せん断加工装置の温度制御
→センサで温度測定し、シリンダを冷却している。一般より低い温度状態で成形加工を行っている。
３．新たに開発された材料の廃棄対策
→炭素繊維を極力リサイクルし、マテリアルリサイクルが可能であるようにしている。ただし、リサイ
クルする毎に繊維長が短くなり効果が低減化してしまうので最終的には焼却する。廃棄されるプラスチ
ックを減らすにはベースポリマーを限定していく必要がある。

(文責　木村　芳一)
以上