論文

セラミックス基盤工学研究センター年報 (2006).  Vol. 6,  32 - 39

ナノサイズ無機粒子の水系 / 非水系における分散性制御とその評価に関する研究
高井千加，藤 正督，高橋 実
名古屋工業大学セラミックス基盤工学研究センター〒 507-0071

岐阜県多治見市旭ヶ丘 10-6-29

Control and characterization of nanoparticle dispersability in aqueousand non-aqueous slurries
Chika Takai, Masayoshi Fuji and Minoru Takahashi
Ceramics Research Laboratory, Nagoya Institute of Technology
Asahigaoka 10-6-29, Tajimi 507-0071 JapanDue to development of nanotechnology, lots of applications including nanoparticles have been developed such as nanoceramics andnanocomposites. These materials have excellent functions if nanoparticles disperse well in matrix. Nanoparticles can aggregate easily
with decreasing particle size because the number of active sites on particle surface increase. Interaction energy working among particles
is greatly inﬂuenced by physicochemical properties of medium and dispersing components. In order to show these functions sufﬁciently,
nanoparticle dispersion behavior in slurry should be clariﬁed. In this study, we have proposed a new technique to characterize particle
dispersability in slurry which can be applied to any kinds of dispersing systems. This technique provided new information on particle
dispersion which has been never obtained using conventional methods such as rheological and electrokinetic analysis. Additionally, surface
treatment technique on molecular level has been developed. We have improved nanoparticle dispersability in matrix and characterized
modiﬁed surfaces.
[Received February 1, 2007; Accepted March 9, 2007]

目的とする機能性を持った材料を作製するためには粒子

１．はじめに表面と分散媒間の界面エネルギーを考慮し最適な分散媒
ナノテクノロジーの発展に伴い粒子径をナノオーダーの選択が必要であり，分散粒子は単一種のみならず二種で制御することが可能となった．粒子径のナノ化に伴い類以上の粒子を混合して用いられる．このような分散系

比表面積は増大する．粒子表面には結合が切れた活性なの違いにより粒子間相互作用が変化し粒子の分散凝集機

原子や分子が存在し比表面積の増加とともに表面が活性構が異なるため，分散系に適した粒子分散性制御法やス化する．そのためナノ粒子は同物質のバルク体とは異なラリー評価法の確立が望まれる．

る性質を示す．融点降下現象もその一つである [1]．ナノ粒子を用いたセラミックスが低い焼結温度を持つこと

２．ナノ粒子の分散および評価法の現状を示し，焼結温度が高い材料にとって大きな利点であるといえる．このように粒子径のナノ化に伴い粒子の表面2.1

粒子分散凝集機構

物性が特異な性質として現れ，材料に反映される．これ

粒子径 a [nm] の粒子が体積 V [m3] の分散媒やマトらの性質を最大限に発揮させるためには材料中にナノ粒リックス中に体積分率 f で単分散するモデルを考える．

子がよく分散していることが必要である．
しかしナノ粒子は表面活性であることから分散媒やマ粒子が材料中に占める全表面積 SA [m2], 粒子間距離 d[nm] は各々 Eq. (1), (2) と表す．粒子径の減少に伴い全

トリックス中で容易に凝集体を形成し，その凝集力は強

表面積は増加し粒子間距離は減少する．体積分率の増加

固である．また，ナノ粒子の挙動は未知の部分が多い．

と共にこれらの効果は顕著に現れる．

ナノ粒子を用いた材料作製において，粒子の分散凝集状態を把握することは重要なプロセスの一つである．また，— 32 —SA =6 fV× 10 9a(1)

高井千加，藤 正督，高橋 実

電荷が必要となる [3]．通常そのような高い表面電荷を

1/ 3


2π 

d= 
− 1 a 6 f 

得ることはなく静電的反発力のみでナノ粒子の分散性を(2)制御することは困難である．
異なる二種類の粒子が存在する系では，二粒子間に分散粒子径により分散系を (a) ナノ (< 100 nm)，(b) ミ

働く粒子間引力 VA(unequal)，反発力 VR(unequal) は粒子径，

クロ (100 nm ~ 1 μm)，(c) マクロ (1 ~ 10 μm) 分散系

表面電荷の違いを考慮して Eq. (7), (8) と表す．粒子のに分類し粒子径と粒子間距離について考える．Table 1

混合割合や粒子径比，固体濃度の変化により分散挙動はに体積分率 0.1, 粒子径が各々 (a) 100 nm, (b) 1 μm, (c)著しく変化する [4]．

10 μm であるときの各分散系の平面モデル図を示す．

VA(unequal ) (d) = −ナノ分散系では低固体濃度でも粒子が材料中に密集して存在していることがわかる．
分散媒やマトリックス中に存在するナノ粒子の分散凝VR(unequal ) (d) =集挙動は重力よりも表面の効果が顕著に現れる．シリカのような酸化物粒子は粒子表面に多く存在する水酸基

 2ζ ζ
1 2が表面物性を支配する．材料中粒子の分散凝集機構は

×2
ζ 1 + ζ 2

DLVO 理論 により議論され [2,3]，水系における粒子
間相互作用 Vtotal は Eq. (4) に示すように引力 VA と反発
力 VR の和として表す．
(4)
Vtotal = VA + VR

Aa1a 26(a1 + a 2 )d(

2πε rε 0 a1a 2 ζ 12 + ζ 2 2

ln
2

(7)

)

a1 + a 2+ ln[1 − exp(−2κ d )] 
1 − exp(−κ d )
1 + exp(−κ d )(8)極性が低い非水系溶媒中では Fig. 2 に示すように粒子間距離に対し静電的相互作用が緩やかに変化するため、水

引力，反発力は各々粒子間距離の関数として Eq. (5), (6)系溶媒中と比較して静電的反発力による寄与は少ない．

と表す．

Aa
12d

(5)

VR (d) = (2πaε rε 0 )ζ 2 ln[(1+ exp(−κ d )]Interaction energy: Vtotal [J]VA (d) = −(6)引力は粒子のハマカー定数 A に依存した相互作用であり粒子間距離の減少とともに反比例して増加する．反
発力は静電的相互作用に起因し粒子間距離の増加とともに指数関数的に減少する．Fig. 1 に示すように反発力がVmax

VtotalAttractive
interaction: VA優勢であるとき分散凝集力 Vtotal はエネルギー障壁 Vmax

Surface distance: d [nm]を生じる．Vmax > 0 であるとき系は分散力に支配され，

Fig. 1. Interaction energy (Vtotal) between two spherical particles
as a function of surface distance (d).

Non-aqueous

E R [J]

Vmax < 0 であるとき凝集力に支配される．Vmax が粒子の熱運動エネルギーに打ち勝つとき (Vmax / kT > 15) 粒子は分散安定化する．粒子径が 100 nm 以下のナノ粒子
では水中で分散安定化するために 100 mV 以上の表面
Table 1 Illustrations of (a) nano, (b) micro, and (c) macroparticle

Aqueous

Repulsive energy:

dispersion system.

Volumefraction:f = 0.1

0Particle size: aDistance
betweenparticles: dElectrostaticinteraction: VR(a) Nano
100 nm(b) Micro
1 μm(c) Macro
10 μm

94.9 nm949.1 nm

9.49 μm20
40
60
80 100Surface distance: d [nm]Fig. 2. Comparison of electrostatic repulsion between in nonaqueous and in aqueous medium.

— 33 —

ナノサイズ無機粒子の水系 / 非水系における分散性制御とその評価に関する研究

このように分散媒が水系または非水系，分散粒子が単一種または多成分系であるなど分散系の違いにより粒子の分散凝集機構は異なる．

2.2.3 分散凝集挙動
スラリー中粒子の幾何学的凝集状態の評価法は，①粒度測定法の応用による凝集状態の評価 [12]，②凝集構
造の直接観察などの方法が挙げられる．

2.2

粒子径分布測定はスラリー中の粒子の凝集径を測定す

スラリー評価法の現状る方法である．一次粒子の粒子径分布より大きく出力さ

2.2.1 静電的相互作用れる．比表面積，または顕微鏡観察により求めた一次粒

スラリー中粒子表面は帯電しており，スラリーに電子径と粒度分布測定法により求めたスラリー中凝集径の界を印加すると帯電の度合に応じた速度で粒子が泳動比を凝集度として評価が可能である．測定原理により測する．シリカやアルミナなどの酸化物表面は水中で OH定可能な粒子径の範囲が異なることや，内部に空孔や溶基を形成しており，スラリーの pH に応じて H の脱離媒を含む凝集体を測定する際実際の凝集径よりも大きく吸着が起き正，負電荷を与える．表面電位が 0 mV にな検出されることがある．

+

る pH を等電点 (IEP: Isoelectric point) といい酸化物に固有の値である．
スラリー中粒子は水中の H+，OH- イオンが対イオン

凍結乾燥法 [13] はスラリーを凍結乾燥により固定し乾燥体を低温走査型電子顕微鏡 (Cryo-SEM または

LTSEM) を用いて観察する方法である．凍結乾燥法でとして吸着し電気二重層を形成しており粒子がスラリー

はスラリーの分散媒の除去が必要となるため粒子の凝集中を動くとき吸着イオン層と同時に動くため表面電位を構造を破壊するおそれがある．

直接測定することはできない．また実際の運動はすべり面と呼ばれる吸着イオン層の外側で起こり，ゼータ電位2.2.4 巨視的評価法

はすべり面の電位を測定することになる．ゼータ電位とスラリーの巨視的な力学的挙動の物性値は粘度であ

表面電位は厳密には異なるが近似的に等しいとみなし，る．セラミックススラリーの流動特性は非線形性であり，スラリー中粒子分散状態を把握する一つの手段として用

分散媒の種類を問わずスラリー中での凝集状態および凝いられる．ゼータ電位測定は，原理別に電気泳動法 [5],集体の強度と再凝集特性の評価が回転粘度計を用いて行

超音波振動電位法 [6], 動電音響法 [7] など様々な測定法われてきた [14]．粒子の分散性は粒子間相互作用に強が開発されており，水系スラリー中粒子の電荷とその大く依存しスラリーが低粘度を示すほど粒子間相互作用

きさはゼータ電位測定により知ることができる．

が弱いといえる．チキソトロピー性や降伏点を示すスラ

二種類以上の異なる粒子が存在する混合系では各粒子リーでは結合力が強固な凝集体の形成を示し [15]，シェのゼータ電位や混合比など各種の因子が静電的反発力にアシニング性は弱い凝集体の存在を示す [16] など間接影響を与える．混合粒子の希薄系スラリーのゼータ電位

的なスラリー評価法として用いられてきた．

からその分散機構を推測した報告がある [8]．しかし複合セラミックスの原料である混合スラリーは高い固体濃度を必要とする場合が多く，ゼータ電位のみから各粒子の挙動を把握することは極めて困難である．

2.3

粒子分散制御法の現状

水系スラリーではスラリーの pH により粒子表面の帯電量が変化する．これを利用して粒子間反発力を発生させ粒子の分散安定化を図る．ナノ粒子が分散安定化する

2.2.2 非 DLVO 相互作用ためには表面電荷が 100 mV 以上必要であり，通常こ

多くのセラミックス成形法では高い固体濃度スラリーのような大きな電荷を得ることは困難である．また極性の調製が必要である．このような濃厚系スラリーでは，が低い非水系中では Fig. 2 に示すように静電的反発力

粒子間距離が縮まり表面電荷のみで粒子分散状態を制御による寄与が小さく，引力が優勢となり凝集を引き起こすることは困難である．そのため，イオン性界面活性剤

す．

や高分子分散剤の架橋効果や立体障害など非 DLVO 相互作用を利用する．この場合ゼータ電位の絶対値は増加

2.3.1 表面改質法

する傾向にあるが，分散性や成形時に必要なスラリーの表面改質法は物理的改質や化学的改質により粒子表面

流動性が必ずしも向上しない．粒子表面への吸着構造やに有機層または無機層を形成する方法である．ここでは粒子間相互作用を実測する必要がある．粒子表面への高化学的改質法について述べる．

分子吸着構造はプローブ分子を用いた蛍光法や ESR 法

静電的反発力の寄与が少ない低極性溶媒中やマトリッなどがある [9,10]．また，粒子間相互作用は原子間力顕

クス中では立体的相互作用による反発力を用いる．改質

微鏡の探針先に粒子を接着して測定するコロイドプロー剤化合物の末端に嵩高い官能基を用いることにより立体ブ法が有効である [11]．

的反発力を得る．官能基の鎖長が長いほど粒子間の凝集力を抑えることが可能である．
— 34 —

高井千加，藤 正督，高橋 実

2.3.3 改質表面評価法の現状
化学的改質法やポリマーコーティング法による改質効
果を調べる方法として、各種溶媒に粒子を懸濁させ沈降
速度や沈降高さから溶媒に対する分散性を評価する分散試験は簡便な方法であることからよく用いられる [24]．
また材料中改質粒子の分散凝集挙動を知る方法として粒度分布測定を応用した凝集径測定，直接顕微鏡観察法が挙げられる．
改質粒子表面の改質量を定性的に評価する方法として
フーリエ変換赤外分光光度計 (Fourier transfer infrared:

FT-IR) が挙げられる [25]．吸収スペクトルから分子間の多重結合や官能基の種類を解明することができ，粒Fig. 3. Reaction mechanism of silane coupling reagent with
OH groups on inorganic substance.

子表面に存在する改質基の構造の把握が可能である．多重全反射 [26]，拡散反射 [27]，加熱透過型 FT-IR [28]測定も赤外線吸収，反射を用いた有効な評価方法である．定量的に評価する法として熱重量示差熱分析 [26]，

粒子表面に有機層を得るためにはアルコール系，ジ

元素分析 [29] が挙げられる．重量減少から改質量の把シラザン系，シランカップリング系改質剤などを用いて握が可能である．また Si 原子の周囲の結合の環境に

イオンまたは共有結合により目的の化合物を反応させより 29Si 固体核磁気共鳴測定 (29Si Solid state nuclear

る．シランカップリング剤はケイ素と有機化合物からな

magnetic resonance: 29Si-NMR) から異なるピークが観り，無機材料，有機材料と各々化学反応する異なる二つ

察されることを利用して，シランカップリング剤による以上の官能基を持っている．そのため未改質では混ざり改質表面の定量評価が可能である [29]．

合うことの無い材料同士の仲介の役割を果たすことができる．Fig. 3 にシランカップリング剤の反応機構を示す

３．スラリー評価法と粒子分散制御法の提案[17]． シランカップリング剤中無機質表面と化学結合する分子は加水分解反応によりシラノール基となり無機

ナノ粒子を用いた材料は機械的性質の向上や新規物性

質表面に水素結合的に吸着，乾燥により脱水縮合反応しの付与などが期待される．粒子径のナノ化に伴い粒子表

化学結合を形成する．

面が活性化しナノ粒子同士は凝集しやすくなる．ナノ粒

表面改質の方法として気相法 [18]，液相法 [19]，オー子の凝集体の存在は材料の性能低下や品質劣化を起こす

トクレーブ法 [20] が挙げられる．気相法は改質剤の蒸ため，原料であるスラリー中ナノ粒子の分散凝集挙動を

気と試料を接触させ反応させる．液相法は改質剤を有把握し制御することが必要である．従来ゼータ電位測定

機溶媒中に添加し溶媒の沸点付近で還流により反応させや凝集径測定，レオロジー測定などスラリーの間接的評る．オートクレーブ法は有機溶媒の超臨界状態において価法が行われてきたが実際の粒子の挙動との関連性は直反応させる方法である．超臨界溶媒中では系内の極性が接的評価法が望ましい．目的とする製品に応じスラリー

下がり粘性が低くなることから改質剤が粒子表面に到達の分散媒は水系または非水系，分散粒子は単一粒子系ましやすく反応がよく進行すると考えられる．

たは複合粒子系など様々な分散系が用いられる．各分散系において粒子間相互作用が変化し分散凝集機構が異な

2.3.2 ポリマーコーティング法

るため，適したスラリー評価法や粒子分散制御法が必要

ポリマーコーティング法は高分子化合物を用いて粒子である．本論文ではスラリーの直接的評価法としてその表面を被覆することにより立体的反発力を発生させる方

場固化観察法を提案し各分散系についてスラリー評価法法である．ラジカル重合を利用したポリマーコーティンの確立を試みた．その場固化観察法はスラリーに溶解さグ法が最も多く用いられている．一段階目に表面改質にせた有機物モノマーの重合反応により粒子の分散状態をよりビニル基を粒子表面に導入し，二段階目として開始固定化し擬似的に分散状態を直接観察する方法である．

剤，触媒存在下有機物モノマーと反応させる．重合可能また粒子表面を分子レベルで設計した表面処理法を提案

な有機物モノマーはスチレン系 [21]，アクリル酸系 [22]

し材料中ナノ粒子の分散挙動を制御することを試みた．

などがある．また系内のモノマー量により重合度が制本手法により粒子表面とマトリックス間の濡れ性を向御可能な原子移動ラジカル重合 (Atom Transfer Radical

上し見かけ上ナノ粒子の凝集を抑制することが期待でき

Polymerization: ATRP) を利用した方法 [23] も報告され

る．

ている．
— 35 —

ナノサイズ無機粒子の水系 / 非水系における分散性制御とその評価に関する研究

Fig. 4.

Zeta potential [mV]60

In situ solidiﬁcation technique. Particle dispersion

can be fixed by polymerization of organic monomers
dissolved in slurry.

30
pH
0
0

2

4

6

8

10

12

14

-30

-60
Fig. 7. Change in surface charge of nanoparticles withdifferent pH.

Relative viscosity [mPa s]

20

䡗

Fig. 5. Mechanism of polymerization. Activated initiators
attack both monomers and cross-linkers to form threedimensional polymer network dissolved in slurry.

15
10
5
0
0

2

4

6

8

10

12

14

pH
Fig. 8. Effect of pH on viscosity of nanoparticle slurries.

散状態を固定化できると考える．その場固化成形体は加工が容易で薄片化でき，透過光観察することにより三次元的構造の把握が可能である．

3.1.1 ナノ粒子スラリー
本稿ではその場固化観察法を用いてシリカナノ粒子ス
ラリーの評価を検討した結果について報告する．
スラリー調製法を Fig. 6 に示す．蒸留水に有機物モ

Fig. 6. Experimental procedure

ノマーを溶解し，シリカナノ粒子 ( 平均粒径 12 nm) 固3.1

体濃度 2.5 mass% のスラリーを調製した．スラリーのスラリー評価法の提案

スラリーの直接的評価法の一つとしてその場固化観察法を提案し，スラリーの分散媒を有機物の重合反応により固定化し顕微鏡観察することにより擬似的に直接観察

pH は HNO3, NaOH を用いて調整した．スラリーに開始剤，触媒を添加し重合反応を開始させた．固化後，調湿乾燥させ乾燥成形体を得た．

することを試みた．その場固化成形法はゲルキャスティ

TEM 観察試料は乾燥成形体を乳鉢で粉砕し，分散片

ング [30] と呼ばれており，Fig. 4 に示すようにスラリーをグリッドメッシュに載せ作製した。透過光観察は透過の分散媒に溶解した有機物モノマーを重合反応させるこ型電子顕微鏡を用いた．

とにより形成したポリマーの網目構造に粒子を保持し，分散状態を固定化する．

Fig. 7 にレーザードップラー法により測定したスラ
リーのゼータ電位測定結果を示す．酸性で等電点を示し，

この重合反応は Fig. 5 に示すように開始剤により活

スラリー pH の増加と共に負方向に電荷が増加し pH 7

性化された触媒が有機物モノマーを攻撃し起こる．反応において負電荷の最大値を示した．その後ゼータ電位はが極めて短時間で起こることからスラリー中微粒子の分

再度 0 mV へ近づいた．Fig. 8 に各 pH におけるスラリー— 36 —

高井千加，藤 正督，高橋 実

Fig. 9. TEM images of solidified slurries using in situ
solidiﬁcation technique with (a) pH 1.92, (b) pH 7.02, and (c)10.43.

Fig. 11. Thickness of PI coating as a function of the numberof reaction times.

Fig. 10. Chemical reaction of surface treatment techniqueconsisting two steps (a) surface modiﬁcation and (b) polymer
coating on modiﬁed particle surface.

粘度測定結果を示す．
酸性スラリーでは高い粘性を示し，

pH の増加とともに著しい減少が見られた．pH 6 以上でFig. 12. TEM observations of nanocomposite whichはほぼ一定の低粘度を示した．

consists of polyimide and surface designed silica particle.

酸性スラリーではシリカの等電点を示し粘性が高い

Solid loading was 1 vol%. This sample was thinned by

ことから凝集体を形成し，pH の増加とともに分散傾向

ultramicrotome with 300 nm thickness. Insert figure is aにあると推測される．塩基性スラリーではゼータ電位のmagniﬁed image.

絶対値が減少していることから粒子間反発力が減少し凝集傾向にあると予測されるが，スラリーの粘性は低く間接的評価法のみから分散状態を把握することは困難である．

Fig. 9 (a)-(c) にその場固化観察結果を示す．スラリー
pH の増加に伴い分散状態は顕著に変化した．酸性スラリー中ではシリカナノ粒子は凝集体を形成し， pH の増加とともに凝集径が小さくなり，中性スラリー中では数個の塊に分散した．
塩基性スラリーでは再凝集を示した．
スラリーの間接的評価法である粘度測定では中性から塩
基性にかけてほぼ一定の低粘度を示しよく分散していると推測されたが，その場固化観察をしたことにより再凝集していることが明らかとなった．本方法はナノ材料を作製する上で有効なスラリーの直接的評価法であるといFig. 13. Attractive interaction (VA) between silica particles in

える．
3.2

polyimide matrix as a function of surface distance (d).

粒子分散制御法の提案

ポリマーマトリックス中ナノ粒子分散性を向上させるとにより粒子の再凝集を防ぐことを目的とした．

表面処理法を提案した．粒子とポリマーの界面エネル

分散粒子としてシリカナノ粒子 ( 粒径 40 nm, 比表面

ギーを近づけるために粒子表面を分子レベルで設計し積 50 m2/g) を用い，ポリイミドマトリックス中に分散た．またナノ粒子表面にポリマーコーティングを施すこさせることを目的とした．Fig. 10 に示すように表面処— 37 —

ナノサイズ無機粒子の水系 / 非水系における分散性制御とその評価に関する研究

理法は二段階から構成される．一段階目として末端にれらの技術を用いて材料作製を行い，有効な方法である

NH2 基を有するシランカップリング剤 APTS を用いてことを確認した．

いた．二段階目として改質粒子表面にポリイミドのモノ［参考文献］

粒子表面を改質した．改質法はオートクレーブ法を用マーであるピロメリット酸二無水物 (PMDA)，ジアミ

1. Kenji Koga, Tamio Ikeshoji, Ko-ichi Sugawara, Size-

ノジフェニルエーテル (DDE) を用いて交互に反応させ，and temperature-dependent structural transitions in

表面処理粒子を得た．

gold nanoparticles: Phys. Rev. Lett. 92(11) (2004)

表面処理粒子はポリアミド酸 NMP 溶液に所定の濃度

1155071-1155074となるように分散させ，100~300 ℃でイミド化するこ

2. Derjaguin, B. V. and Landau, L. D., Theory of stability ofとによりポリイミド / シリカナノコンポジットを得た．

highly charged lyophobic sols and adhesion of highly charged

改質粒子，処理粒子の表面は各々 FT-IR，TG/DTA 測particles in solutions of electrolytes: Acta PhysioChim. URSS.

定から定性，定量評価を行い，粒子表面の水酸基が反応

14 (1941) 633–652.

により消費したことを確認した．表面処理粒子のコー

3. J. W. Verwey, J. Th. Overbeek: Theory of the stability of

ティング厚 Δd を Eq. (9) から求め，PMDA,DDE の反

lyophobic colloids. Elsevier. Amsterdam. Netherlands. (1948)

応回数に伴うコーティング厚変化を Fig. 11 に示す．反4. Matthew L. Fisher, Miroslav Colic, Masa P. Rao, Fred R.

応回数の増加とともにコーティング厚の増加が見られ，Lange: Effect of silica nanoparticle size on the stability of

8 段階目のコーティング終了時点で 1.27 nm となった．

alumina/silica suspensions. J. Am. Ceram. Soc. 84(4) (2001)

1/ 3

Δd = (1 + w)

× 20 − 20

713-718(9)

5. K. Furusawa, Chikai Anzai, Heterocoagulation behavior of

固体濃度 1 vol% のシリカ / ポリイミドナノコンポジッ

polymer latices with spherical silica, Colloids and Surfaces,

トを作製した．ウルトラミクロトームにより 300 nm の63, 1992, 103-111

薄片試料を作製し，TEM 観察した結果を Fig. 12 に示す．

6. Pascul Garcia-Perez, Cecile Pagnoux, Fabrice Rossignol,

観察結果から，コンポジット中粒子間距離が約 12 nm

Jean-Francois Baumard,: Heterocoagulation between SiO2あり，拡大写真から粒子表面に約 2 nm のポリマーコー

nanoparticles and Al 2 O 3 submicronparticles; influence

ティングの形成を確認した．

of the background electrolyte. Colloids and Surfaces A:

Fig. 13 にポリイミドマトリックス中における粒子径
40 nm のシリカ粒子の粒子間引力を粒子間距離に対してPhysicochem. Eng. Aspects. 281 (2006) 58-66
7. S. Baklouti, C. Pagnoux, T. Chartier, J. F. Baumard:

プロットした．ポリイミド中シリカナノ粒子は粒子間距

Processing of aqueous α-Al 2 O 3 , α-SiO 2 , and α-SiC

離が 1 nm を下回ると引力が急激に増加する．1.27 nm

suspensions with polyelectrolytes. J. Eur. Ceram. Soc. 17の厚さのコーティングはナノ粒子同士の再凝集を防止す(1997) 1387-1392

るのに有効であるといえる．またモノマーを表面に反応

8. Bo Yang, Hideo Matsumura, Kaoru Katoh, Hideo Kise,

させたことにより処理粒子表面は運動性を持ち，ポリ

Kunio Furusawa: Formation of multilayer composite

マーマトリックスとの濡れ性が向上したと考えられる．

particles comprised of silica/vesicle/silica particles byheterocoagulation. Langmuir. 17(8) (2001) 2283-2286

４．まとめ

9. N. J. Turro, K S. Arora: Pyrene as a photophysical probe
for intermolecular interactions of water-soluble polymers in

本稿はナノサイズ無機粒子を用いた材料作製を行う上

dilute solutions. Polymer. 27 (1986) 783-796

で必要なスラリー評価法と粒子分散制御法を確立し材

10. P. Somasundaran, X. Yu: Flocculation/dispersion of

料作製へのフィードバックについて論述した．従来スラ

suspensions by controlling adsorption and conformation

リーの間接的評価法が行われてきたが実際の粒子との関of polymers and surfactants. Adv. Colloid Interface Sci. 53

連性は直接的評価法が望ましい．また分散媒の種類や分(1994) 33-49

散粒子の違いにより粒子の分散凝集機構が異なるため適

11. W. A. Ducker, T. J. Senden: Measurement of forces in liquids

したスラリー評価法や制御法が必要となる．本研究ではusing a force microscope. Langmuir. 8 (1992) 1831-1836

スラリー中ナノ粒子の分散挙動の直接的評価法としてそ

12. Toshio Kimura, Yasuyuki Kaneko, Takashi Yamaguchi:の場固化観察法を提案し，分散粒子としてサブミクロン，

Consolidation of alumina-zirconia mixtures by a colloidal

ナノ粒子，混合粒子，分散媒として水系または非水系を

process. J. Am. Ceram. Soc. 74(3) (1991) 625-632

用いた分散系についてスラリー評価を行った．また分子13. J Tabellion, R. Clasen, J. Reinshagen, R. Oberacker, M. J.

レベルで表面を設計する表面処理法を提案し，材料中にHoffmann: Correlation between structure and rheological

おけるナノ粒子の分散性を制御する方法を確立した．こproperties of suspension of nanosized powders. Key Eng.

— 38 —

高井千加，藤 正督，高橋 実

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