電子版 令和元年 11 月号※NMIRI : Nagoya Municipal Industrial Research Institute【技術紹介】【お知らせ】

プラスチックの分子量と熱特性について
熱分析の測定結果の数値について
傾斜多孔質樹脂の開発
講演会のお知らせ【技術紹介】
プラスチックの分子量と熱特性について
プラスチックは主にポリマー材料で構成されています。ポリマー材料は、図に示すような重合反応によって得られ、その重合度 (n) は得られた材料の特性に大きな影響を与えます。

図 ポリマー合成の概念図

表 エチレンの重合度と熱的性質
重合度 (n)123930601001000

分子量3058862548441684280228002

外観
気体
気体
液体
固体
固体
固体
固体
固体

融点 (℃)-183-138-95
約 2899100106110

沸点 (℃/mmHg)-89/760-42/760
69/760317/760
250/10-6分解
分解
分解すると思われ、その製品の良品と不良品との比較を行う場合、その材料が有機溶媒に溶ける場合は例えば、ポリエチレン (H(CH 2 CH 2 ) n H) は、表に示すようにnの大きさで性質が変わり、nが2以下では常温（25℃）で気体、n が 3から8では液体、nが9を超えると固体になります。そのため、ポリマー材料の特性評価では、分子量測定を行いますが、分子量測定ができない場合は、融点やガラス転移温度などの熱測定を行うことがあります。

ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法により分子量の測定を行いますが、溶けない場合は、対応した熱測定を行うことで、ポリマー材料の分子量の違いに起因した情報を得ることができる場合があります。当所では、GPC 法や熱分析など、様々な角度からの分子量に関連する評価を行っておりますので、お気軽にお問い合わせください。

例えば、ポリエチレンに限らず、プラスチック製(有機材料研究室 林 英樹）

品の不良の原因がポリマー材料の分子量に起因

TEL（052）654-9912

電子版 令和元年 11 月号

熱分析の測定結果の数値について
示差熱分析（DSC）、熱機械分析（TMA）、熱重量センサーであって、サンプルの温度を直接測ってい測定（TG）、動的粘弾性測定（DMA）は試料を連続るわけではありません。金属の融点測定などでセ的に加熱または冷却しながら転移や分解、分子運

ン サ ー を 校 正 し ま す が 、 主 な 校 正 点 が 156 ℃ と動に伴う熱の出入りや寸法、重量、弾性・粘性の変419℃なので低温では数℃ずれることがあります。

化を測定するため熱分析とよばれ、その結果は融また、サンプルの偏りや大小による昇温速度やサ点やガラス転移点（Tg）などとして製品カタログなどンプル内の温度分布の変化の影響が出ることがあにも掲載されています。

ります。

数字として記載されているとそれがゆるぎない値

さらに、全く同じサンプルでも成形時の配向や結のように感じてしまいがちです。しかし、プラスチッ

晶化条件、成形後の熱履歴や経時変化で転移温

クは巨大な分子のためその運動や形態は複雑で度は変わります。必要に応じて、それらの影響が明す。特にTgは動きの遅い分子主鎖の運動が関わ確に出るような測定や打ち消す測定をすることがあるため、測定条件やサンプルの調製条件でその値ります。

は大きく変わります。例えばDMAでTgを測定すると熱分析は材料の特性を評価する上で便利な方

きは損失弾性率と貯蔵弾性率の比（tanδ）が最大法で結果も温度という身近な指標のため、その値になる点を基準とすることが多いのですが、温度がを絶対視しがちです。 しかし、測定結果は様々な低くて分子運動が遅くても、変形速度（周波数）が要因に左右されるため、1-2℃、時には数℃の違い

遅ければ分子運動がついていけるためtanδ のピが出てもそれが本当に意味のある違いかどうか検ーク位置は低温になります。

討する必要があります。特に文献値や異なる機関

例としてポリスチレンをDMA（回転レオメーター）ででの測定結果、時間をおいて測定した結果の比較

昇温速度3℃/分で粘弾性測定を行い、ガラス転移は注意が必要です。に伴うtanδ のピークを測定した結果を図に示しまガラス転移温度

す。測定周波数が一桁増えるとピークの位置が6℃ほど高温側に移動することがわかります。
この測定結果は周波数に大きく依存しますが昇温速度にはあまり影響を受けず10Hzで昇温速度を3℃/分から10℃/分に上げてもピークの移動は観測されません。
また同じ現象を測定しても測定方法が異なると得られる値が異なります。このポリスチレンのTgをDSC測定の比熱の変化に伴うベースラインシフトから求めると中間点ガラス転移温度（T㎎）は93℃になります。一般にDMAで求めたTgはDSCより高くなるので材料選定等で比較する場合は測定方法まで気に掛ける必要があります。
同じサンプル・同じ現象でも測定結果が異なる

図 ポリスチレンの粘弾性試験によるガラス転移点測定（tanδ 測定周波数 1, 5, 10Hz）

原因は、測定方法や測定条件だけではありません。 熱分析でサンプル温度を測定しているのはDSCやTGではサンプルを置く台に埋め込まれたセ(有機材料研究室 岡本 和明）

ンサー、TMAやDMAでは加熱オーブンに突き出た

TEL（052）654-9902

電子版 令和元年 11 月号

傾斜多孔質樹脂の開発
自然界には傾斜構造が多数存在し、例えば竹や(ａ)

(ｂ)

(ｃ)

人骨などは進化の過程で自らの構造を傾斜化することで、軽くて強い優れた特性を獲得しています。
近年では、こうした自然界の構造に倣った傾斜機
能材料の開発が行われています。金属やセラミッ
クスから多くの優れた傾斜機能材料が開発されている一方、樹脂やゴムを基材とした研究開発は比較的進んでいません。樹脂やゴムの高い柔軟性を活かした傾斜機能材料が開発できれば、プロテクターや衝撃吸収材など、人間に近い分野での利用が期待できます。
当所ではこれまでにシリコーン樹脂を基材とした

図２ Ｘ線ＣＴによる撮影像 (ａ)均一多孔質樹脂(φ多孔質樹脂の開発に取り組んできました。シリコー70μm)、(ｂ)均一多孔質樹脂(φ610μm)、傾斜多孔ン樹脂は軽量性、耐久性に優れた材料であり、こ樹脂(φ70μm－φ610μm)

れに空孔を与えることで、柔軟性に優れた生体材料やロボット材料としての応用が可能となります。

図３にこれらの多孔質樹脂の圧縮試験の結果をこの材料の空孔径を傾斜化することで、既存の均示します。傾斜多孔質樹脂の曲線は、低圧縮率で一材料とは異なる圧縮特性を持つ新規材料の開はφ610μm の空孔を有する均一多孔質樹脂に、高発が期待できます。これは大径空孔の部分は低応圧縮率ではφ70μm の空孔を有する均一多孔質樹力で、小径空孔の部分は高応力でそれぞれ大きく脂に、それぞれ近い傾きになっていることがわかり変形すると考えられるためです(図１)。そこで、内部ます。これは圧縮された際に、まず下側(大径空孔で空孔径が特定方向に向かい徐々に変化する傾側)の部分が主に変形し、その後上側(小径空孔側)斜多孔質樹脂を開発し、均一空孔の樹脂と比較をの部分が変形していくためと考えられます。このよ行いました。

うに傾斜多孔質樹脂はユニークな圧縮特性を有するため、既存の均一材料とは異なる新しい用途での利用が期待できます。ご興味のある方は、ぜひご相談ください。

図１ 傾斜多孔質樹脂の変形
図２に X 線 CT で撮影した均一多孔質樹脂、傾斜多孔質樹脂の空孔分布を示します。図２(ａ)、図２(ｂ)の均一多孔質樹脂では、それぞれφ70μm、φ610μm 程度の空孔がサンプル全体にほぼ均一に付与されています。一方、図２(ｃ)の傾斜多孔質樹脂では、上側から下側に向かって空孔径がφ70μmからφ610μm まで徐々に変化しており、傾斜構造が形成されていることが確認できます。

図３ 傾斜多孔質樹脂の圧縮特性(電子技術研究室 吉村 圭二郎)
TEL（052）654-9867

電子版 令和元年 11 月号【お知らせ】■新技術講演会「高速鉄道を実現する技術とその進化～東海道新幹線からリニアへ～」の開催について
１ 日 時 令和元年１２月１８日（水） １３：３０～１６：１５
２ 場 所 名古屋市工業研究所 ホール（熱田区六番三丁目 4－41）
３ 内 容 ・１３：３５～１４：４５ 「東海道新幹線の技術と進歩」
東海旅客鉄道㈱執行役員、総合技術本部副本部長・技術開発部長 岡嶋達也 氏
・１４：５５～１５：０５ 「工業研究所紹介」
名古屋市工業研究所 支援総括室長 山岡充昌
・１５：０５～１６：１５ 「東海道新幹線の安全安心を支える技術」
東海旅客鉄道㈱総合技術本部技術開発部次長 坂上 啓 氏
４ 定 員 ２００名、参加費無料■新技術講演会「外観検査にイノベーションをもたらす AI・画像処理技術」の開催について
１ 日 時 令和元年１２月１２日（木） １３：３０～１６：３０
２ 場 所 名古屋市工業研究所 管理棟４階 第２会議室（熱田区六番三丁目 4－41）
３ 内 容 ・１３：３５～１４：４５ 「外観検査自動化における画像処理・AI技術活用の方法論－産学共同研究の実例から－」
中京大学工学部 教授 青木公也 氏
・１５：１０～１５：５５ 「ディープラーニングによるAI外観検査システム RisingStar AIの紹介」
三友工業株式会社 技術部 部長付 今田宗利 氏
・１５：５５～１６：３０ 「ハイパースペクトルカメラによる画像解析」
エバ・ジャパン株式会社 最高技術責任者 高良洋平 氏
４ 定 員 １００名、参加費無料■技術講演会「プラスチックの現状と次の一手」の開催について
１ 日 時 令和元年１２月１３日（金） １３：３０～１７：００
２ 場 所 名古屋市工業研究所 管理棟 ホール（熱田区六番三丁目 4－41）
３ 内 容 ・１３：３５～１４：４５ 「EVシフトに対するエンプラメーカーの取り組み」
ポリプラスチックス株式会社 テクニカルソリューションセンター
グループリーダー 大須賀晴信 氏
・１５：００～１６：１０ 「ベント式射出成形機の有効性及び懸念事項について」
株式会社日本油機 生産技術営業部 部長 片岡明雄 氏
・１６：２０～１７：００ 「３Dものづくり支援センター見学」（先着６０名）
４ 定 員 ２００名、参加費無料
詳しくはウェブサイトを https://www.nmiri.city.nagoya.jp/cgi/seminar/page.cgiをご覧ください。

（編集・発行）名古屋市工業研究所〒456-0058

名古屋市熱田区六番三丁目４番４１号

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