JP6691708B2 - 傾斜機能材料およびその製造方法ならびに複合粒子スラリの製造方法 - Google Patents
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Description
例示すれば、金属粒子としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、金、銀、プラチナ、銅などがある。また、セラミックには、各種の金属酸化物、窒化物、炭化物などがあるが、これに限られるものではない。尚、金属酸化物は、単一酸化物であっても複合酸化物であっても良い。かかるセラミックとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、マグネシア、カルシア、チタニア、酸化バナジウム、スピネル、フェライトなどが例示できる。
二種類の物質粒子を個別に含有する二種類の液体を合流させ、相対的な流量の変化により、母粒子に静電吸着する子粒子の個数が変化し得るか否かを実験した。実験に使用した物質粒子は、いずれもアルミナ粒子とし、母粒子とすべき粒子は、平均粒径が1.5μmとなるように粒径を調整し、子粒子とすべき粒子は、平均粒径が100nmとなるように粒径を調整した。
同様に電荷調整された二種類のアルミナを利用し、子粒子を含む液体の流量変化に対する子粒子の体積比率を確認した。実験は、母粒子の平均粒径を800nmとし、子粒子の平均粒径を100nmとした。実験1と同様にY字形の流路を使用し、母粒子を含む液体は、40ml/minと一定にし、子粒子を含む液体を8ml/min、10ml/min、15ml/min、20ml/min、40ml/minの5種類の流量で複合粒子を作製し、それぞれにおける子粒子の数から、体積比を算出した。その結果を図5に示す。
前記と同様にして電荷調整されたポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)およびアルミナを使用し、PMMAを母粒子、アルミナを子粒子とした。PMMAは、PDDAを溶解した水溶液を用いて処理を行い、最表面にPDDAが吸着して表面電荷を正としたPMMA粒子の分散水溶液を調整した。また、PSSを溶解させた水溶液を用いて処理を行い、最表面にPSSが吸着して表面電荷を負としたアルミナ粒子の分散水溶液を調整した。そして、両水溶液の流量変化に対する子粒子の体積比率を確認した。実験は、母粒子(PMMA)の平均粒径を4μmとし、子粒子(アルミナ)の平均粒径を100nmとした。流路は、実験2と同様にY字形のものであるが、流路径を1mmとし、流路長を300mmに形成したものを使用した。母粒子(PMMA)を含む液体は、40ml/minと一定にし、子粒子(アルミナ)を含む液体を4ml/min、8ml/min、20ml/minの3種類の流量で複合粒子を作製し、それぞれにおける子粒子(アルミナ)の数から、体積比を算出した。その結果を図6に示す。
ここで、複合粒子を形成させた場合の混合割合(吸着比率)の状態を実験した。実験に使用した物質は、母粒子としてハイドロキシアパタイト(HAp)、子粒子としてポリメタクリル酸メチル樹脂(PMMA)であり、母粒子(HAp)に子粒子(PMMA)を吸着させて複合粒子を形成した。作製した複合粒子をSEMによって撮影し、母粒子(HAp)に吸着する子粒子(PMMA)の体積比率をSEM像から算出した。なお、複合粒子の形成は、母粒子(HAp)および子粒子(PMMA)を、表面電荷が反対電荷となるように調整すると共に、それぞれが含まれる二種類の分散水溶液(液体)を作製した。子粒子(PMMA)を含む液体を適当な分量で変化させ、それぞれビーカー内で攪拌して静電吸着法によって複合化したものである。その状態のSEM像を図7および図8に示す。なお、図7(a)は子粒子(PMMA)を含む液体の添加量を少なくしたものであり、図7(b)は添加量を多くしたものである。また、図8(a)はさらに添加量を増やし、図8(b)が最も添加量の多いものである。
図7、図8からわかるように、図7においては、両者の粒径比率(d(子粒子径)/D(母粒子径))は、0.3〜0.4の範囲と考えられる。また、図8(a)、図8(b)の実験例では、母粒子であるPMMAの平均粒径をより小径側にシフトさせている。
2,3 バルブ
11,12 導入路
13 合流路
A 物質粒子A
B 物質粒子B
C 複合粒子
Claims (13)
- 物質Aの粒子または物質Bの粒子の相対的な粒径が大きい粒子を母粒子、相対的な粒径が小さい粒子を子粒子として、該母粒子の表面に該子粒子が静電吸着されてなる複合粒子を原料粒子とする傾斜機能材料であって、
前記物質Aまたは物質Bのうち子粒子とした物質の平均的な体積相当量を単位とし、その吸着される子粒子の数に応じて変化する傾斜率によって、組成が傾斜されていることを特徴とする傾斜機能材料。 - 前記傾斜率は、その全部または一部が略線形であることを特徴とする請求項1に記載の傾斜機能材料。
- 二種類に区分された物質粒子群の混合割合が調整されたスラリの製造方法であって、
前記二種類の物質粒子群のそれぞれに属する物質粒子が、区分ごとに溶液中で相互に反対の極性に帯電するように、各物質粒子の電荷を調整してなる電荷調整工程と、
前記電荷調整工程によって作製された二種類の物質粒子群が個別に含有される二種類の液体を、相対的な流量を調整しつつ合流させ、二種類の物質粒子群に属する双方の物質粒子のうち、相対的な粒径が大きい母粒子に相対的な粒径が小さい子粒子が静電吸着して複合粒子を形成させるとともに、その複合粒子の態様で一方の物質粒子群に属する物質粒子と他方の物質粒子群に属する物質粒子との比率を流量に応じて変化させる混合工程とを含み、
二種類の物質粒子群に属するそれぞれの物質粒子のうち、相対的な粒径が大きい母粒子となるべき物質粒子と、相対的な粒径が小さい子粒子となるべき物質粒子との相対的な数を調整することにより、双方の混合割合が調整されたスラリを得ることを特徴とする複合粒子スラリの製造方法。 - さらに、二種類の物質粒子群に属する物質粒子のそれぞれについて、平均粒径を調整するための粒径調整工程を含むことを特徴とする請求項3に記載の複合粒子スラリの製造方法。
- 前記粒径調整工程は、スプレードライ法により造粒する造粒工程であることを特徴とする請求項4に記載の複合粒子スラリの製造方法。
- 前記混合工程は、上流側が分岐してなるY字形を形成する流路を使用し、該分岐する上流側から二種類の液体を流入させ、該流路内において合流させることにより混合するものであることを特徴とする請求項3ないし5のいずれかに記載の複合粒子スラリの製造方法。
- 前記混合工程における相対的な流量は、二種類の液体のうちの一方のみを調整するものであることを特徴とする請求項3ないし6のいずれかに記載の複合粒子スラリの製造方法。
- 請求項3ないし7に記載の製造方法により製造される複合粒子スラリを使用する傾斜機能材料の製造方法であって、
前記混合工程における相対的な流量を順次変化させることにより、二種類の物質粒子群の混合割合を連続的に変化させた複合粒子スラリを作製する連続混合工程と、
前記連続混合工程により二種類の物質粒子群に属する双方の物質粒子が異なる比率で静電吸着された複合粒子を、順次所定方向に積み重ねる重積工程と
を含むことを特徴とする傾斜機能材料の製造方法。 - さらに、前記重積工程前に前記一方の物質粒子群に属する物質粒子のみを前記重積工程にて重積される複合粒子に連続するように導入し、または前記重積工程の後に、前記重積工程にて重積された複合粒子に連続するように前記他方の物質粒子群に属する物質粒子のみを導入する少なくともいずれかの予備工程を含むことを特徴とする請求項8に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記重積工程は、一方の物質粒子群に対する他方の物質粒子群の混合割合を小さくして形成された複合粒子から、該混合割合を増加させて形成された複合粒子に移行させつつ、連続的に積み重ねる連続重積工程であることを特徴とする請求項8または9に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記連続重積工程は、前期工程と後期工程とに区分され、前期工程は、相対的な粒径が大きい母粒子となるべき物質粒子が属する一方の物質粒子群に対し、相対的な粒径が小さい子粒子となるべき物質粒子が属する他方の物質粒子群の混合割合を変化させて形成された複合粒子を積み重ねる工程であり、後期工程は、相対的な粒径が大きい母粒子となるべき物質粒子が属する他方の物質粒子群に対し、相対的な粒径が小さい子粒子となるべき物質粒子が属する一方の物質粒子群の混合割合を変化させて形成された複合粒子を積み重ねる工程であることを特徴とする請求項10に記載の傾斜機能材料の製造方法。
- 前記前期工程は、一方の物質粒子群に属する物質粒子を母粒子とし、他方の物質粒子群に属する物質粒子を子粒子として、該母粒子の表面に静電吸着する該子粒子の数を変化させた複合粒子を積み重ねる工程であり、
前記後期工程は、他方の物質粒子群に属する物質粒子を母粒子とし、一方の物質粒子群に属する物質粒子を子粒子として、該母粒子の表面に静電吸着する該子粒子の数を変化させた複合粒子を積み重ねる工程である
ことを特徴とする請求項11に記載の傾斜機能材料の製造方法。 - 前記前期工程は、一方の物質粒子群に対する他方の物質粒子群の混合割合を体積比1:1以下または未満まで増加させて形成された複合粒子を積み重ねる工程であり、
前記後期工程は、他方の物質粒子群に対する一方の物質粒子群の混合割合が体積比1:1を超えまたはそれ以上から減少させて形成された複合粒子を積み重ねる工程である
ことを特徴とする請求項11または12に記載の傾斜機能材料の製造方法。
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