固液分散液塗布膜の 機能性向上・構造制御 氏名 菰田 悦之 所属 工学研究科 １．研究の概要とキーワード 微粒子を溶媒中に分散し，塗布・乾燥を経て様々な機能性薄膜が作製されている．この ような固液分散液中において，しばしば微粒子が凝集構造を形成し，機能性の発現を 阻害する．そこで，レオロジーを指標として微粒子の分散・凝集特性を理解し，調液・塗 布・乾燥一連の工程最適化により薄膜の機能性向上・制御を目指す． ２．他の研究との相違点・新規な点 対象物質について： • 固液分散系であれば対象とする物質は問わない．また，分散液の調製から塗布・乾 燥まで全ての工程を対象として凝集・分散を考察する． 観察法について： • 分散性評価は，粘弾性特性や光学特性（流動複屈折など）などのレオロジー的評価 を重点的に実施する． • 独自の装置により任意のせん断を印加し，塗布やせん断流動に伴う凝集状態の変 化を直接観察する．せん断速度だけでなくせん断ひずみも重要な因子と考える． • 独自の膜厚・温度同時測定により，乾燥過程の解析を行う．また，各種顕微鏡を利 用して乾燥中の膜内部の直接観察も可能である． ３．内容 • せん断流動場での凝集分散評価： 3 図1の透明回転平行円板を用いて行う． 2 4 下部円板の回転により，任意のせん断 1 速度・せん断歪みを印加し，光学顕微 鏡により凝集体の破壊過程を直接観察 する．濃厚系を直接観察することは困 1.平行回転円板,2.デジタルビデオカメラ 難であるため，希薄モデル系を選定し， 3.ステッピングモーター, 4.パソコン 実施する必要がある． 図1：せん断印加観察装置 • 乾燥過程解析： 膜厚・表面温度の同時測定により解析を行う．これは 濃厚系・非透明系にも適応可能であり，特に粒子充填 層形成や塗膜表面状態の経時変化と乾燥速度の関 係を知ることができる．塗布時のせん断速度・せん断 歪みも制御可能で，塗布時の凝集体破壊がその後の 乾燥挙動に及ぼす影響の理解を目指す． ４．研究の適用分野 • 固液分散液を対象として，薄膜化や粒子凝集構造 図2：膜厚・温度同時測定装置 制御を目的としていれば，いかなる研究分野におい ても適用可能であると考える．粒子は，シリカ，酸化チタン，カーボンなどの無機物か ら樹脂系粒子まで，粒子径はサブミクロンから10ミクロン以上までを対象とした研究 実施実績がある．粒子濃度はこれまで50%程度が上限であるが，さらに濃厚な系へ の展開にも非常に興味を持っている． • 溶媒は水・有機溶媒に加えて，高分子溶液，界面活性剤水溶液，溶融高分子などを 対象とし，それらの粘度は1から1,000,000cPまで非常に広範囲の流体取扱い実績 がある． • 塗布は主にドクターブレードを使用しており，10～100ミクロン程度のwet膜厚を対象 として乾燥過程の解析を行っている．装置の改良によってさらなる厚膜化および薄膜 化へも対応可能である． 氏名 菰田 悦之 所属 工学研究科 応用化学専攻 ◇研究歴 • スラリー塗工プロセスによる各種電池電極の構造制御 • エマルション塗料の塗膜形成過程 • 化粧品の塗布・乾燥プロセス • 非定常せん断流動場での微粒子凝集・破壊挙動解析 • 様々な媒体中における微粒子分散手法 • セラミックススラリーの凝集状態解明 ◇専門分野 化学工学 レオロジー 紛体工学 プロセス工学 ◇代表的な研究論文 • Y. Komoda, R. Kimura, K. Niga and H. Suzuki, “Formation of Particle Layer Within Coated Slurry Characterized by Thickness Variation,” Drying Technol., 29, 1037-1045 (2011) • Y. Komoda, R. Takeuchi, N. Nishimura, M. Hiromitsu, T. Oboshi, and H. Usui, “Structural Control of the Coated Slurry by Pressure Controlled Drying,” J. Chem. Eng. Japan, 43(10), 892-900 (2010) • Y. Komoda, K. Okabayashi, H. Nishimura, M. Hiromitsu, T. Oboshi and H. Usui, "Dependence of PEFC performance on preparation conditions of slurry for catalyst layers", J. Power Sources, 193(2), 488-494 (2009) • Y. Komoda, K. Kameyama, E. Hasegawa, H. Suzuki and H. Usui, "Behavior of Fine Particle Agglomerates in Newtonian Molten Polymer under a Shear Flow", Advanced Powder Technology, 19(6), 507-521, (2008) • Y. Komoda. Y. Ikeda, H. Suzuki, H. Usui, T. Ioroi and T. Kobayashi, "Effect of the Composition and Coating Condition on the Structure and Performance of Catalytic Layer of PEFC", J. Chem. Eng. Japan, 40(10), 808-816 (2007) ◇発明名称と特許出願番号 • 触媒層形成装置（特許公開2009-238445） • 粒子の分散方法（特許公開2009-178688） • 燃料電池用触媒層の製造方法，触媒層転写シート及び触媒層-電解質膜積層体（特 許公開2008-262904） • 基材上の塗布層の乾燥速度推定方法、及び、基材上の塗布層の乾燥速度分布を得 る方法（特許公開2008-203045） ◇興味のある共同研究分野 • 二次電池，燃料電池やキャパシターなどの電極膜製造 • 導電性材料の塗布乾燥による導電性薄膜製造 • 化粧品や医薬品などの塗布・乾燥に伴う効用発現機構 連絡先：神戸大学 連携創造本部 TEL：078-803-5945 FAX：078-803-5947 E-mail：[email protected] URL：http://www.innov.kobe-u.ac.jp/
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