そのため､スラリーやペースト等のいわゆる濃厚分散系の品質を管理する際には、

レオロジー特性評価が従来､習慣的に行われ､粒子径分布の結果と関連づけて分散性を評価したり､相関性を調べられる方が多かった。

しかし､レオロジー特性はそのままの状態で評価するのに対し､粒子径分布は希釈してから測定されることが多い。

その理由は、粒子径分布評価法として､１）レーザー散乱回折法や２）動的光散乱法（DLS）が日本では最も一般的で､濃厚系のまま測定できる手法をご存じない方が多かったからである､と個人的には思っている。

ここで冒頭の「希釈せずに濃厚系のまま評価することの利点」について考えてみよう。弊社で経験した濃厚系評価の適用例を振り返ってみると、以下のようなことが共通しているようだ。

1)溶媒中に分散剤や増粘剤が添加されており、その吸着量や状態を変化させないままの状態で測定する必要がある場合。

　この場合､水や溶媒で希釈すると吸着平衡がずれて元の界面状態が維持できなくなり､その結果､粒子径分布も変化する。

希釈しなければ､界面状態もそのまま維持させて評価が可能。

2)スラリーのレオロジー特性と粒子径分布の関係を調査したい場合。

　溶媒で薄めると粘性は大きく変化するので､もはや全く違う系になり測定する意味がなくなる。逆に濃厚系で粒子径分布が測定できることで､これまで分散していると信じていた条件でも凝集粒子が存在することが分かった。

3)最終製品や中間製品としてのスラリーの品質を管理する場合。

　一般的にはレオロジー特性と粒子径分布を関連づけて解釈をする場合が多いが､製品としては特性に差が見られているにも関わらず､希釈して粒子径を測定すると差がない場合が多い（上記2）と同様希釈により凝集状態から分散状態に変化したことが原因）。

4)湿式粉砕や混連機で処理をした直後の状態を数値化し､最適処理条件をすばやく見出したい。

5)スラリーを塗布する場合､調製した時点からある程度､時間が経過しているので、塗布直前の状態を把握したい､あるいは調製後の分散状態の経時変化を数値化したい場合。

　この場合､レオロジー特性と分散性の両方を同時に把握したいという要望が強いが､希釈すると系中に存在していた凝集状態が変化して粒子径との相関が失われる場合が多い。

　以上のような状況から､濃厚系での評価の必要性が求められている。

これまで慣れ親しんできたレーザー光を用いた手法は簡便である反面､ソルベント・ショックなど､スラリー分散液の状態把握においては課題が残されているので､

是非､濃厚系のまま適用可能な「超音波スペクトロスコピー」や「パルスNMR法」を一度試してみられることをお勧めする。

前々回、「分散性」と「凝集力」について粒子間ポテンシャルを基に説明した。

その中で、『「分散性」のパラメータは粒子－溶媒間の界面エネルギーや濡れ性であり、粒子同士の「凝集力」と表裏一体の関係にある。』と述べたが、今回は、この界面エネルギーや濡れ性を科学的に捉える前に留意すべき「水の影響」に関する共通の認識を紹介しよう。

凝集力（London-van der Waals力）が概ね10nm以下の距離で働くので、以下のお話は粒子表面から10nm以内の距離にある領域に関係する。

一般に粒子が空気中に存在するときは、たとえ乾粉であろうとも表面には少なからず水分子が吸着している。

とくに表面に水酸基などが存在すると水素結合^＊により水分子は一層強く相互作用している。

この水分子の存在は、粉体原料を扱う上で非常に厄介な問題を引き起こす場合がある。

例えば、以下のようなことを経験されたことはおありだろうか？

・製品に季節変動がある、　

・晴れの日と雨の日で製品の品質が異なる

・粉体原料の製造後の経過時間によって、できた製品の品質が異なる

・使用している有機溶媒との馴染みが日々異なる

・調製したスラリーの寿命がロットによって異なる（ロットによっては粘度がすぐに高くなる）

・調製したスラリーがゲル化してしまうことがある（粘性が大きく異なる）

・原料の仕入れ先を変えると、歩留まりが下がった

もし、扱われている粉体原料で上記のうち二つ以上の経験をされておられると、その場合、表面の水分子が関係していると判断してまずは間違いない。

例えば、有機溶媒に粉を分散させるときに、水分子が表面に吸着していると、この水分子は吸着したままで溶媒の有機分子と置き換われないことがある。

その場合に、粉表面は有機溶媒への親和性が低いので、粉表面にある水分子同士が集まってくる。すなわち水分子を介して粒子が凝集することになる。

したがって、表面水酸基の単位面積当たりの密度が異なる場合には、吸着している水分子の数や強さが異なるので凝集の程度も自ずと異なってしまう。

有機溶媒の極性の程度を考慮して適切な溶媒を分散媒として選んだつもりでも、実際には有機溶媒分子と直接、接しているのではなく、界面に水分子が存在して、界面状態を大きく変えてしまっている場合があるので注意して頂きたい。

＊水素結合：分子間力は、分子同士や高分子内の離れた部分の間に働く電磁気学的な力で、

力の強い順に並べると、イオン間相互作用＞水素結合＞双極子相互作用＞ファンデルワールス力、とされている。

したがって、水分子が粒子表面に水素結合で吸着している場合には、この力よりも強いイオン間相互作用を使わないと、水分子と置換されない。

すなわち溶媒との親和性は低いままで分散が進まない状況が現れる。

アニオン性界面活性剤やカチオン性界面活性剤が良く使われる理由は、このイオン間相互作用が効力を発揮して、水分子の悪影響を簡単に取り除いてくれるからである。

ちなみに、上記の四つの力はいずれも静電気的相互作用に基づく引力である。

イオン間相互作用、水素結合、双極子相互作用は永続的な＋と－との電気双極子により生じるが、ファンデルワールス力は電荷の誘導や量子力学的な揺らぎによって生じた一時的な電気双極子により生じる。

永続的な電荷により引き起こされる引力や斥力は古典的なクーロンの法則で示されるように距離の逆二乗と電荷の量により決定づけられる。

前3者の相互作用の違いはおもに関与する電荷量の違いであり、イオン間相互作用は、整数量の電荷が関与するため最も強い。水素結合は電荷の一部だけが関与するため、1桁弱い。

双極子相互作用はさらに小さな電荷によるため、さらに1桁弱くなる。

スラリーなどの微粒子濃厚分散系を実際に扱っておられる方々の最大の関心事は、分散・凝集状態を如何に制御するか、すなわち、製品の品質や生産性の向上につながる分散・凝集状態の把握と再現性高くその状態に調製する手法の確立である。

なぜなら、前回示したような凝集粒子や粒子集合体を完全になくして一個一個の微粒子に分散させれば、必ず良い製品になるとは限らないからである。

そこで今回は、1回目に説明した「分散性」の制御について考えてみたい。

（「分散安定性」の制御については第四回で説明する予定である）

「分散性」のパラメータは粒子－溶媒間の界面エネルギーや濡れ性であり、粒子同士の　「凝集力」と表裏一体の関係にある。

粒子間の凝集力は、DLVO理論＊の中では主に分子間力（London-van der Waals力 ）で説明されることが多いので、まずはポテンシャル曲線を用いて分子間力を説明してみよう。

凝集力に関係するのは、上図で負のポテンシャル領域で示している部分である。

したがって、負の絶対値が小さいほど、すなわちゼロに近いほど凝集力が弱く、より弱い力で解こうすることができる。

次にLondon-van der Waals力のポテンシャル曲線と電気二重層に由来する静電的斥力のそれの総和曲線が全相互作用と記した曲線である。

粒子間距離の近い位置でprimary min.（１次極小）があり、少し距離が遠くなった位置でsecondary min.（2次極小）がある。

負の絶対値が大きいprimary min.はより凝集力が強く、凝集粒子を描いた次の図中、粒子同士が直接接触した場合に対応する。

一方、secondary min.ではポテンシャル曲線の位置もゼロに近くなり、凝集力が弱いことを示している。

凝集状態も粒子間に若干距離があり、粒子間に分散媒の水分子や分散剤などの高分子が存在していることを示唆している。

したがって、実際のモノ作りではsecondary min.を如何に調製するかが鍵となってくるものと思われる。

次回は、「分散安定性」の制御について紹介します。

＊DLVO理論・・・コロイド粒子の分散・凝集現象を、粒子間の電気二重層に由来する浸透圧斥力とLondon-van der Waals力の総和である粒子間引力のバランスによって予測できると説明した理論。

「分散性」とは微粒子化のし易さ、液中で凝集している粒子のほぐし易さ（し易いことをどんな物理量で表すかが難しいが・・・）を指すことが一般的である。しかし、実際には、「分散性」の言葉の中に「分散安定性」も含めてしまい、とくに区別せずに使われる場合もある。ISOのTR(Technical Report)-13097では、この「分散安定性」を定義しているので紹介しよう。

分散安定性とは「分散状態が時間の経過とともに変化しないこと、あるいは変化に対する抵抗が大きい様子」と定義されている。ここで言う変化とは、凝集や合一だけでなく、沈降や浮上（クリーミング）、オストワルドライプニングなども含んでいる。

したがって、ゼータ電位だけが分散安定性のパラメータではなく、沈降や浮上に対してはストークスの式（後日、取り上げる予定です）の中に含まれる粒子密度、粒子径、溶媒密度、溶媒粘度などもパラメータとして考慮すべきなのである。

ちなみに、「分散性」のパラメータは粒子－溶媒間界面エネルギー、濡れ性であるが、裏を返せば「凝集力」のパラメータとも共通している。粒子間の付着、凝集力は分子間力（London-van der Waals力 ）や表面の吸着水分その他の介在物の存在、帯電、磁性などが主要な原因と考えられているので、分子間力や水分の吸着（親水性）が「分散性」の鍵を握っていることになる。

こうして考えてみると、「分散性」と「分散安定性」の駆動力は大きく異なるので、製造現場で遭遇する問題を解決する場合にも、いずれの特性が関係しているのかを見極めることこそが、解決の糸口といえるのではないだろうか。

　次回は、凝集状態として良く使われる「Aggregation」と「Flocculation」の状態の違いについて紹介します。