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2015年12月の研究懇話会
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【開 催 日】2015年12月 3日(木 ) 15:00~17:00
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【開催場所】東工大蔵前会館
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【講 師】杉崎 喬(当会会員)
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【題 目】「高分子材料物性の測定と活用(2)」
- 「概要」
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今日、プラスチックは包装産業のみならず、自動車、航空機、機械部品,電気電子、建材,機械部品,等あらゆる分野で使用されている。2012年の我が国の生産量か全体で約1,500万トンであり、そのうち五大汎用樹脂と呼ばれるプラスチック(LDPE,HDPE,PVC,PS,PP)は1,000万トンである。
プラスチックにはこの他にエンジニアリングプラスチック,スーパーエンジニアリングプラスチック呼ばれるものがある。
また,液晶とエラスストマーについても説明したい。
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【講 師】小山 武夫(当会会員)
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【題 目】「高分子の基礎」
- 「概要」
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- 高分子とは
- − 高分子は、分子量が1万以上、‐普通は、数万から数十万、さらに大きな分子
- − 高重合体(Polymer)は、単量体(Monomer)が重合したもので、付加重合体は、
単量体が多数付加的に重合したもの(PE,PP)
縮合重合体は、重合時に水などの分子を放出して縮合的に重合 - − 共重合体は、2種類、または2種類以上の単量体の重合でできたもの
- − 無極性高分子(PE,PPなど)の分子間力は、‐van der Waalsの力だけで、分子間力は比較的弱い
- − 極性高分子(塩化ビニル、ナイロンなど)の分子間力は、極性により、鎖の間には、無極性よりはるかに大きな力が働き、PEなどより硬いが脆い
- − セルローズは、OH基を持っているので、強く結びついている、加熱しても溶解性を示さず、融解前に分解する
- 分子量と分子量分布
- − 合成高分子の分子量は多分散を示す、合成高分子は、同一の組成を持つが異なる分子の混合物であり、その分子量は通常、数平均分子量あるいは重量平均分子量で表される
- − 分子量分布は、加工では分子量そのものと同様に重要で、物性面では通常分子量分布が狭いことが望ましいが、加工の容易さから、分子量分布が広いことが有利になる場合も多く、分子量のみならずその分布も用途に応じての設計が必要
- − 平均分子量の算出方法には分子1個あたりの平均の分子量として算出される数平均分子量や、重量に重みをつけて計算した重量平均分子量等がある
- − 重量平均分子量と数平均分子量の比を分散比と呼び、これが1に近いほど分子量分布が狭いことを示す。
- − 生体高分子、天然高分子には、単一の分子量からなる単分散を示すものも多い。
- − 分子量分布は、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比で表される。
- − 一般に逐次法で合成されたポリマーでは、その比は5~10、連鎖法を用いて合成するとやや狭く2~5程度。
- − リビング重合を用いると、得られたポリマーの分子量は著しく狭くなり、スチレンや1,3‐ジエン類のリビングアニオン重合では、1.05 あるいはそれ以下も可能である。
- − 数平均分子量(Mn)
- 数平均分子量は、高分子1分子当たりの長さの値、分子の数で平均したものが数平均分子量
- 分子量10万のポリマー1本と分子量100万のポリマー1本とを混合すると、数平均分子量は55万
- 測定は、浸透圧法(数平均分子量でない場合もある) 、
- − 重量平均分子量(Mw)
- 重量平均高分子は、高分子1分子当りの長さで正方形の面積を出して合計し、それを全高分子の合計の長さで割った値
- 重量平均分子量は、重量で平均した分子量分子量10万の分子1本(1mol)の重量は10万g、分子量100万では100万gのポリマーを混合した重量平均分子量は、(10万g×10万+100万g×100万)/(10万g+100万g)=91,8万
- 測定は、光散乱法、粘度法(重量平均分子量でない場合もある)
- ポリエチレン
- − 低密度ポリエチレン(LDPE)
- 高圧(2000~3000気圧)の反応管でラジカル反応で重合される
- − リニア低密度ポリエチレン(LLDPE)
- UCCが開発したユニポール・プロセスで触媒を用いた気相重合で生成される
- − 中・高密度ポリエチレン(HDPE)
- チーグラーナッタ触媒を用いて気相で重合する
- − 低密度ポリエチレン(LDPE)
- ポリプロピレン
- − ホモポリマー
- アイソタクチックPP(IPP)で、生成するアタクチックPPを除去したもの
- − ランダムコポリマー
- プロピレンに少量のエチレンやブテンを加えて重合したポリマーで、エチレンが20%含まれると、結晶はほとんど消滅する
- − ブロックコポリマー
- 多段重合プロセスで製造され、一段目でPPを形成し、2段目以降で、エチレンを原料に加えて重合する
- ブロックPPは、ブロックタイプのPPにすぎず、大部分は、PP,PE,EPRの混合物と考えられている
- − ホモポリマー
- ポリプロピレンの製造プロセス
- − 溶液重合プロセス(第1世代)
- 溶剤としてヘキサンやヘプタンなど不活性炭化水素溶媒を用いる
- 重合後、アルコールで触媒を除去し、APPが溶剤に溶けて除去される。後処理工程のコスト負担が大きく、現在は使われていない
- − バルク重合プロセス(第2世代)
- 液化プロピレン中で重合、未反応プロピレンの除去が容易で、コストは低いが、高活性触媒が必要になる
- − 気相重合プロセス(第3世代)
- プロピレンガス中で重合、ブロック(インパクト)コポリマーの製造ができる
- リアクターは、撹拌槽、流動層など種々の形式が用いられている
以上 - − 溶液重合プロセス(第1世代)
- 高分子とは