Sigma効果の発現メカニズム解明と機能性微粒子充填材料への応用

阐明Sigma效应的表达机制及其在功能性微粒填充材料中的应用

基本信息

批准号：
16651057
负责人：
杉本昌隆
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

これまで粒子を含むような複合系の液体において、その媒体が非ニュートン性液体であると粒子が壁面あるいは中心部に偏在することが報告されSigma効果あるいはMigration現象として知られている。しかし、その研究例は非常に少なく十分それらの現象が解明されていない。そこで我々はこれらの現象について、非ニュートン性液体の粘弾性の観点から検討を行った。まず、Sigma効果の現象を確認するため流動下での粒子の分散状態が直接観察可能な装置を作製した。装置は流体を送る液送ポンプ、ガラスシリンダーチューブ、CCDカメラと画像を取り込むPCからなる。グリセリン・エタノール溶液などを媒体とし、それにPS粒子を分散させた複合液体を用いた。この結果では粒子の明確な偏在は見られなかった。媒体が弱い非ニュートン性を有するPVA水溶液を用いて同様の実験を行ったが同様の傾向を示すことが分かった。次に、媒体、分散ドメインともに非ニュートン性を有する系について検討を行った。それらの個別のキャラクタリゼーションは粘弾性、GPC-MALSなどで実施した。具体的にはPP, HDPE, LDPE, LLDPE, PSなどを用いて非相溶系ブレンドを作製し研究室既存のキャピラリーレオメータにより細管流動実験を行った。細管流動実験では、温度,せん断速度,細管の長さを変え測定を行った。本研究で用いた様々な非相溶系ポリマー溶融体において、両者の粘度差が大きいときは、低粘度のポリマーが高粘度のポリマーを包み込むように分散する傾向を示し、粘度の高いポリマーが中央へ移動した。しかし、LDPEのように分岐構造を持ったポリマーの場合には、ブレンドしたポリマーよりも粘度が低いにもかかわらず中央へ移動することが分かった。また、せん断速度の増加、細管の長さに伴い内側のLDPEの濃度が増加することも分かった。この知見を利用し、機能性微粒子を高濃度含んだポリマー(非常に粘度が高い)を分岐や架橋されたポリマーやゴムと共に細管から高せん断下で押し出すことで、プラスチック成形品表面の機能性微粒子の局在化への応用が考えられる。

到目前为止，在包含颗粒的复合系统的液体中，如果培养基是非牛顿液体，则颗粒分布在墙壁或中心上，被称为Sigma效应或迁移现象。但是，研究实例很少，这些现象尚未完全理解。因此，我们从非牛顿液体的粘弹性的角度研究了这些现象。首先，为了确认Sigma效应的现象，制造了一种设备，可以直接观察流动颗粒的分散状态。该设备由流体输送泵，玻璃缸管，CCD摄像头和捕获图像的PC组成。使用甘油/乙醇溶液或类似物作为培养基的复合液体，其中使用了其中的PS颗粒。该结果并未揭示明显的颗粒分布不均匀。使用具有弱牛顿介质的水性PVA溶液进行了类似的实验，但发现显示了类似的趋势。接下来，研究了在培养基和分布式域中具有非牛顿性质的系统。使用粘弹性，GPC-MALS等进行了单个表征。具体而言，使用PP，HDPE，LDPE，LLDPE，PS等制备了不兼容的混合物，并使用实验室现有的毛细管进行了细管流实验。在管流实验中，通过温度，剪切速率和管子的长度进行测量。在本研究中使用的各种不兼容的聚合物熔体中，当两者之间的粘度差很大时，低粘度聚合物倾向于以一种包围高粘度聚合物的方式分散，并且高粘度聚合物移动到中心。但是，发现具有分支结构（例如LDPE）的聚合物尽管粘度低于混合聚合物，但仍迁移到中心。还发现，内部LDPE的浓度随着剪切速率的增加和管的长度而增加。使用此发现，可以通过挤出聚合物（非常粘度）将应用程序应用于塑料模制产物表面上的功能细颗粒，该颗粒含有高浓度的功能性细颗粒（高粘度），以及在高剪切下的分支或交联的聚合物和橡胶。