2022年5月16日

張力と粘度とCNT分散との関係。

乱れの要素を明確にしたら、分散は、非常に簡単になる。さらに、CNT分散に関して言えば、CNTの中の触媒を除去すれば、これも簡単になる。そうなると、CNT解繊のみならず、一般的な乳化や解砕分散にも適応する方法論でもある。

混ぜるには、必ず、溶媒と溶質がある。美粒が扱う分散系は、溶媒は液状のものである。粘度があっても、流動性と連続性がないものは、対象外である。あくまでも、空洞化のない流体が対象である。

溶媒と溶質との関係は、濡れ性が重要になる。溶質がCNTであれば、溶媒とCNTとの間に空気があってはならない。その界面が溶媒で密着していないと、力を受けない。そこで重要なのは、溶媒の界面張力である。張力の単位は、N/mである。したがって、濡らすためには、張力の低い溶媒をつかうか、界面活性剤を添加して、水の張力を低下させることである。もちろん、圧力を加えて、濡れやすくすることも可能である。圧力の単位はN/㎡である。

低張力の溶媒を使い圧力を掛ければ、溶媒はCNTの中に浸透していく。濡れ性が細部まで入っていく。そこで、せん断を掛ければ、CNTが解繊されるということになる。もし、一気に解放し、何かにぶつけたら、どうなるのか。仮に低沸点の溶媒を使う場合、密度は低い。3割5分は圧縮されている。そこで一気に解放したら、3割五分分が、膨張爆発し、さらに、一気に減圧されるから、溶媒は気化する。瞬間的に膨張気化が生じ、CNTは、ばらばらに壊れる。同時に、ノズルも破壊されやすくなる。もし、そこに鉄触媒が内在されていたら、鉄触媒が爆弾と同じ作用するから、CNTは、木っ端微塵となる。

溶媒に粘性があれば、今度は、濡れにくくなる。粘度の単位は、mPa・sである。圧力と時間をかけた積として評価される。粘度は抵抗である。したがって、外部からの圧力にあらがう力となる。慣性が働くから流動性がでるまでに時間がかかる。したがって、濡れ性はわるくなる。仮に、張力が同じでも、粘度が高いほど、濡れ性はわるくなり、力を受けにくくなる。濡らすためには、さらなる力と強いせん断力が必要になる。

したがって、粘性の高い樹脂に直接CNTを解繊するのは、エネルギーコストがかかる。それよりも、SPSやMPSやG-SMPS化したものを、粘性のある樹脂に混ぜる方がより現実的である。

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2022年5月15日

グラフェンとCNTとの完全融合複合体 G-MPS、G-SPS、G-SMPSの完成

G-MPSに使っている材料は、3つしかない。エタノール、MWCNT(鉄触媒)と黒鉛である。エタノールにおける低張力、美粒システム、HP DMRとAF DMRとで、一般黒鉛が強力に剥離している。顕微鏡でみる黒鉛の透過性は、酸化グラフェンを使用してつくったナノカーボン乳化とさほど変わらない。触媒を除去した解繊されたCNTとエタノールの低張力と美粒システムで制御された圧力勾配と、DMRの磁場での相互作用により、美粒が発明したナノカーボン乳化と変わらないぐらいの黒鉛の剥離具合が認められる。グラフェンといってもいい。したがって、これを、G-MPSということにする。もちろん、SWCNTであれば、G-SPSであり、MWCNTとSWCNTを配合すれば、G-SMPSということになる。

G-MPSやG-SPSの特徴は、触媒レスであり、分散剤フリーのカーボン複合材である。ナノカーボン乳化では、油を黒鉛に吸着させ、そこに解繊されたCNTが層間にはいり、それらを制御された空間域に通すことで、油をつつみこむ剥離した黒鉛(グラフェン)を作っていた。ナノカーボン乳化での連続相は、水である。濡れ性をよくするために、CMCを使った。抑え込むために、圧力が必要であった。G-MPSでの黒鉛の剥離方法は、エタノールの張力と美粒システムとDMRの力である。助剤として機能するのが、触媒を除去したCNTである。どちらが、純度の高いカーボン材かといえば、G-MPSやG-SPSである。触媒レスと分散剤フリーであるからである。

黒鉛の大きさと種類と加工ぐあいと、MWCNTやSWCNTの種類とDMRの仕様条件で、黒鉛の剥離具合は変わる。もちろん、一番、作用するのが、BERYU SYSTEMの制御条件である。グラフェン(剥離化した黒鉛)の強みは、導電性や熱伝導性に関する面方向の機能である。しかし、縦方向には弱い。それを補うのが、CNTである。したがって、立体的な複合機能に対しては、G-MPSやG-SPSは、有効な基材となる。あとは、ユーザーの仕様である。再分散しやすいということは、色々な用途に転用できるはずである。

黒鉛を粉砕すれば、割ることになる。目的は、剥がすということである。解繊されたCNTは、必ず、黒鉛の層間にはいる。低張力の溶剤に圧力が加われば、かならず、黒鉛の層間まで、浸透する。あとは、乱すことなく、美粒システムを通せばいい。当然に、DMRで強力な磁場での回転が加わる。右ねじの法則が機能するから、CNTは黒鉛面に吸着して、スピン状態となり、鉄触媒をDMRに吸着させる。それと同時に、DMRで、黒鉛の層間がさらに開く。乱れることなく、美粒システムのせん断域で黒鉛は剥離していき、グラフェンとなる。もちろん、CNTは可能なかぎり解繊する。

もともと、美粒以外の日本にある高圧分散機は、ヨーロッパの三連式バルブシートのコピーか、アメリカのマイクロフルイダイザー社のチャンバーのコピーである。高圧ポンプの基本設計はもともと、アメリカヨーロッパのものである。湿式高圧分散機は、ぶつけることで処理物を破壊すること、つまり、粉砕をメインにしたものである。圧力勾配と温度勾配を制御するという発想は、彼らにはない。溶媒の張力との関係で、圧力勾配や温度勾配が影響をうける。溶媒の粘度でも同じことが起きる。リポゾームやスメクタイトやCNFできれいなピッカリング乳化ができないのは、基本的に、制御ができないからである。

鉄触媒が内在したCNTを粉砕したらどうなるか、鉄触媒がさく裂して、CNTがぼろぼろに折れる。黒鉛を粉砕したら、割れて不揃いになる。粘性の高いCNFを無理して高圧分散装置で通したら、装置に負荷がかかる。合成スメクタイトも粉砕したら、剥離せず、カードハウス構造など形成しない。20年、ほとんど、分散に進歩がないのは、すべて、なんでも、粉砕しようとしていたからである。それも、原理など、考えることなく、海外のコピー、そのままである。なぜか、複雑系だからである。適当なことを言っても、それを否定する論理が確定しないからである。それを否定する結果が、でないからである。いままでは、結果がでないから、逆によかった。奇妙な論理が、まかり通っていた。他も結果がでない、だから、それでよかった。みんな一緒だから、結果が残せなくても、延命ができた。

高圧技術の本場はやはりアメリカである。アメリカに足りないもの、それが、美粒システムの考えである。アメリカは、すべて、結果である。屁理屈など不要である。できればいい。アメリカに、材料も美粒システムもDMRもそろう。美粒でできたものの再現が取れる。そのセットアップがもうする完成し、SPSやMPS、G-MPS、G-SPSも作れる。今は、不明な点はZOOMでやり取りできる。美粒システムの動きと、でてくる状態をみれば、何が問題かすぐにわかる。大阪と東京と、アメリカの差は、時差だけである。共通項が明白だから、会話も簡単でいい。

アメリカでポンプも買えばやすい。部品も安い。高圧配管部品もやすい。アメリカなら、コンプレッサーなど、安いものである。美粒と同じことがアメリカでおきる。アメリカは30年、時間が止まっている。日本は同じように20年、乳化分散技術が停止している。

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BERYU SELECTION

SPS PVB

2022年5月11日

世界初、CNFとCNTとの均一分散複合体、スメクタイトとCNTとの均一分散複合体。

トルエンに溶解するCNFがある。トルエンに溶解する合成スメクタイトがある。CNFトルエン溶液、スメクタイトトルエン溶液に、SWCNT(Tuball SPS )とMWCNT (JENOTUBE 6A MPS)を再分散させた。下記のスライドが結果である。いままで、簡易にはできなかった、CNFとCNTとの均一分散複合体、スメクタイトとCNTとの均一分散複合体である。

これができるのは、二つのキーワードがある。一つは、CNTの触媒除去、ひとつは、再分散での溶媒の低張力。溶媒の低張力+CNTの触媒除去(解繊分散品)が成立すれば、均一分散複合体はできる。たとえば、エタノールに溶解する樹脂でもいい。PVBならエタノールに溶解する。用途があるかはわからないが、PVBとCNTとの均一分散複合体も、同じように簡単にできる。PVBエタノール溶液にSPSかMPSを添加して、攪拌すればいいだけである。高粘度では、それなりのせん断が必要だから、その粘度と攪拌力は、トレイドオフになる。

CNT、カーボンであるから、基本的に疎水である。水以外の溶媒は基本的に界面張力は低い、だから、濡れやすい。したがって、トルエンが一番なじみやすいのは事実である。低粘度で溶剤とおなじくらいの低張力の液状樹脂があれば、SPSやMPSなら、そのまま、均一分散が可能であり、樹脂とCNTとの完全複合体も簡単である。当然に、その液状樹脂にCNTを分散させようとしても、触媒が邪魔をする。触媒が凝集核となるから、不安定になる。水系であれば、なおさら、不安定となる。凝集して、いいものができない。分散剤をいれたら、その分散剤が邪魔をする。

過去、何十年、莫大な資金を投入しても、うまくいかないのは、CNTを解繊しながら触媒を除去する技術がなかったからである。粉砕して、CNTを破壊した後、強力なマグネットフィルターを使って触媒を除去しても意味がない。CNT原料で、ケミカル処理をして触媒を溶かして除去しても、CNTが固化して、解繊ができない状態になる。結局、粉砕するしか方法論がない。結果は、ぼろぼろになったCNTだけが残ることで、CNTの価値がなくなっている。

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MPS CNFSMECTOLUE

2022年5月9日

CNT分散に影響を与えるファクターとは

分散の反対は凝集である。分散は、外向きの力である。凝集は内向きの力である。基本的に、この二つのパラメーターしかない。結果は、分散力―凝集力の差としてとらえられる。分散効果=f(分散力―凝集力)ということになる。

分散効果のパラメーターとして、6つの因子がある。
① 機械系の分散力(制御された圧力勾配)
② CNTと溶媒との濡れ性
③ CNT内部の凝集因子(鉄触媒等)
④ 溶媒の粘度
⑤ 溶媒の界面張力
⑥ 溶媒の密度(圧縮性と沸点)

① について、制御されない従来の高圧分散機、粉砕であり、溶媒との関係性で分散効果を低下させる。
② について、溶媒とCNTとの濡れ性、基本は、気泡を排除させることである。従来の高圧分散機が分散効果を低下させるのは、濡れ性を阻害するからである。溶媒に応じた空洞化制御をしない限り、気泡を無尽蔵に発生させる。
③ CNTの分散性を支配するのは、CNT内部にある鉄触媒である。鉄触媒が最も強い凝集力をもたらす。したがって、解繊しながら、鉄触媒を除去しないかぎり、CNTの解繊分散はありえない。粉砕後、鉄触媒を除去しても、CNTがすでに、破壊されている。未解繊前に、ケミカル処理で鉄触媒を除去しても、CNTもそこで破壊されている。現状、破壊されたCNTを用いて、商品開発をみている。まともな性能がでていない。
④ 溶媒の粘度は、低い方がいい。粘度が高いと均一分散しずらいからである。粘度は低いほうがいい。
⑤ 溶媒の界面張力、低いほどいい。界面張力が低ければ、それだけ、濡れやすく、分散しやすくなる。
⑥ 溶媒の密度、低ければ、それだけ、溶媒は圧縮しやすくなる。また、沸点も下がってくる。分散効果にはマイナスである。

MPS ( MWCNT Pure Solid )

過去に、Nanocyl とCnano の鉄触媒のMWCNTでMPSを制作した。JEIO 製の6Aでも同じように制作した。美粒がいう、DMRで捕捉した暗黒物質(鉄触媒)も同じようなものである。鉄触媒を除去しないかぎり、これらの不純物がCNTの中に混ざりこんでいる。
何回も明記するが、SPSやMPSの状態にしても、凝集因子の鉄触媒が内在されなければ、簡単に分散される。

SPS in CNF溶液 とSPS in スメクトン溶液

溶媒に比べて、張力が低くはない。したがって、超音波洗浄では再分散しない。分散させるには、分散力を上げる必要がある。BERYU SYSETM、美粒モジュールをつかって、
圧力50Mpaで処理したもの。(下記のスライド参照)

この分散具合の差は、明らかに、溶媒の差である。溶媒は水であるので、その添加増粘剤の差である。CNFとスメクトン(合成スメクタイト)の差である。CNFの凝集力が勝ってSPS(SWCNT)を解繊させないようにしている。逆にスメクトンでは、きれいに再分散されている。CNFもスメクタイトも絶縁性である。解繊状態がいいので、スメクタイトでは多少導通が保たれているが、CNFは、導通は認められない。

CNT dispersion

CNT dispersion knowhow

MPS DENOTUBE6A

CNT dispersion CNFsmectite

2022年4月26日

どんなものにも、ばらつきがある。どういう風に、解繊するか、親和させるか、乳化させるか、それが21世紀の考えである。

どんなものにもばらつきはある。ばらつきとは、不均一さである。金属粒子のばらつきは、粉砕で粉々にして、粗大粒子を、篩で選別すれば解消する。粉砕ー分級の技術でどうにでもなる。CNTやCNFや親和性樹脂や乳化に関しては、粉砕技術は使えない。乳化であれば、強い界面活性剤を使えば、ほとんどの油が水と親和して可溶化する。その場合、大部分が界面活性剤溶液になる。親和性樹脂に関しては、通常のディスパーで事は足りる。水溶性高分子なら、水になじむし、非水系なら、それに適した溶剤になじむ。粉と同時に入った空気をとり、継子を飛ばせば、時間をおけば、透明になる。しかし、親和性高分子のばらつき次第、そこに濡れにくい不均一成分があれば、微小な未溶解成分が残る場合がある。それが、異物として、製品の性能を左右することもある。目に見えないが、それがある場合もある。

基本は、濡らして、ほぐす。濡らして、なじます。濡らして、微細化する。濡らすと書いたが、実際に、濡らすとはどういう意味か、明確に答えられる人は意外とすくない。濡れるとは、溶媒と溶質(分散されるもの)との界面に気相がない状態にすることである。気相がないとは、溶媒の張力が低下して、溶媒が溶質にぴったりと囲まれている状態である。

溶媒が水であれば、張力が高いから、水と溶質の間に気相が残る。なじませるために、界面活性剤を入れる。濡らすために、界面活性剤を入れるが、実際はぬれない。多量に入れると、濡らす目的から逸脱して、溶かす目的になる。溶質が液体であれば、可溶化する。水と粉体の間には気相が存在する。界面活性剤をなじますために、撹拌する。そうなると、水と粉体の間にある空気と界面活性剤とが反応する。なぜなら、空気は疎水性だからである。

微細化=高エネルギー投下(高圧乳化分散装置なら、圧力をあげる。回転体の分散機なら、周速を上げる)という幻想に固執しているから、この20-30年、何も進歩がうまれない。
制御(圧力勾配、温度勾配)という概念が希薄だから、乱流を放置している。乱れることが、微細化の象徴と勘違いしている人がほとんどである。流体が激しく動いているとわかることは、そこに、気泡が生まれている事の証拠である。岩に波があたる。白くしぶきがたつ。しぶきこそ、空気なのである。それと同じことが、撹拌の中で起きればどうなるのか、そこに界面活性剤があれば、どんどん、空気を取り込んでいく。その典型的なのが、ホイップクリームである。基本は、濡らして、ほぐす。濡らして、なじます。濡らして、微細化するである。ほぐれないのは、濡らしていないからである。なじまないのはぬれていないからである。微細化しないのはぬれていないからである。うまくいかないほとんどの人が、この無間地獄に陥って、そこからはいずり出ることができないでいる。
どんな巧妙なことをいっても、結果がでなければ、意味がない。分散は、宗教ではない。あくまでも、この世での因果律である。従来のツールでできるものなら、もうできている。できないものは、その因果律とは違うロジックが支配しているという事である。人間は経験していないことは、分からない。科学は、人間の経験の上に成り立っている。経験以上のものはない。だから、やらないことは分からない。新しい発見は常に、未知の中に存在している。未知の情報が既知となり、それが学問となり、教科書となる。

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2022年4月26日

分散は複雑系、結果からしか物事の因果は解明できない。

すべての論理が、古典的な物理法則で支配されているなら、実験など不要である。そうであれば、すべてが、計算でなりたち、すべてが、理想形の世の中で成り立っているはずである。力が足りなければ、物理量をあげればいい。そうであれば、昔から夢の素材と言われている、グラフェンもCNFもCNTも、大学の先生が述べているような物性値がでて、世界は希望に満ち溢れている状態となっている。しかし、現実はそうなっていない。

しかし、すべてには、何かしらの原因があって、その結果がある。Aに何かしら作用させればBになる。どんなものにも、因果は存在する。人間は、神様ではない。人間が作った世ならば、我々はその作った因果を制御できる。しかし、この世は、人間が作ったものではない。この世は人間ができる前からあった。だから、人間を超えた因果は、わからない。原因があっても、その作用の仕方がわからないから、結果が予見できない。原因がある。何かしらの作用が、どんなものであるのかがわかれば、結果は予見できる。その因果関係がわかれば、原因と結果とが、ひとつに対応する。分散に関して言えば、処方があって、ツールの制御条件が固定されれば、おなじ結果がでてくるということになる。それによって、スケールアップが可能となる。

だんだんと、社会が変わってきて、現状の結果では満足できなくなった。そのために、新しい材料が開発された。当然に、その材料が生かせるいい結果を出そうと、トライする。しかし、なかなかうまくいかない。原則は、Aに何かしら作用させればBになる、である。Bが、社会が求めるものになるためには、どのようなAにして、どのような作用をさせればいいのか、なのであるが、それがわからい。どのような作用をしたらいいのかが、すでに人間にとって既知な情報であれば、Aは簡単に導き出せる。Bが10であれば、どのような作用が、Aに5を掛けるということであれば、2 X 5=10ということで、簡単に問題はとける。実際には、そう簡単にはいかない。Bが10であるらしいとわかっても、何かしらの作用がなんであるのかわからなければ、Aは明確にはならない。結果がこうありたいとわかっても、その因果律が見えない以上、どうにもならないのである。それはやってみて、Aと何かしらの作用がどんな作用なのかを手繰り寄せるしかない。無限にある組み合わせを、絞り込んでいく作業である。それが、ある意味、ひらめき、直観力の力で、その因果律を探し当てるようなものである。答えがわかってしまえれば、簡単である。

分散に関して言えば、まず、力の定義を明確にすることである。回転数は、物理量ではない。それは、機械系の回転の状態を述べているにすぎない。加速度Gということで、力をのべているのもあるが、加速度は、物理量であるが、力の要素ではない。力の相対的な強弱は、圧力の強弱で表してもいい。しかし、圧力の強弱が結果の良し悪しとは限らない。50Mpaでの処理と、200Mpaでの処理が同じということもあるからである。すくなくとも、圧力が同じであっても、圧力勾配(力のかかり方)は、無数に存在するからである。それに温度(冷却)条件が加われば、さらに複雑になる。おなじ100Mpaで処理といっても、その力のかかり方は、無数に存在する。理論的には無限であるが、現実的には、無数ということになる。

美粒では、条件を絞り込めるように、ノズルの種類を現実的に4つとして、モジュールの種類を8種類としている。同じ圧力としても、その場合、32種類の組み合わせが存在する。結果は、32種類の違いが見える。その中で理想とする解があればいいが、なくても、そこで、選別ができる。さらに絞り込むことで、より、精度をあげることができる。未知なる情報を既知にするには、それ以外に方法論はない。繰り返すが、最初からそれがわかっていたら、もう製品はできてきる。

美粒は、AとBを決めることはできない。許容できる範囲のA集合体と許容できる範囲の結果Bの集合体に対して、できるだけ最短で、A→Bとなるようなプロセスを提供する。それが、美粒の仕事である。その仕事の優劣は、やはり経験がものをいう。経験は直観力の差でもある。数値化できるものならいいが、人間は神様ではないので、自分が経験した以上のことはできない。分散が職人技といわれる点はそこにある。

物事の因果律

おまけ

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2022年4月19日

SPS(SWCNT Pure Solid )、SWCNT水系分散、SWCNTナノカーボン乳化との違い。驚くべき事実。CNTの再分散性という概念。

SPSという概念も、ナノカーボン乳化という概念も、一般化されているものではない。SPSという手法も、この一か月内で、構築されたものであり、ナノカーボン乳化は、国内で物質特許は取れているが、この優位性が認知されているわけではない。いずれにしても、世間の常道は、溶媒中に、CNTを解繊(分散)することが、CNT用途展開の事始めと思っている。環境問題があるので、溶媒も水になっている。水の張力は高いので、何か、分散剤的なものをいれないと、馴染まない。電池でも使われている、CMCが一般的である。何か、CNTを用途展開するには、まず、溶媒にCNTを分散させるというのが、従来の常識である。

その分散液が、そのまま製品になるのならいい。しかし、通常はありえない。何かにまぜる。それが、樹脂であったり、他の水系、溶剤系の溶媒であったりする。基本は、何かといえば、他の溶媒の中でも、ある程度バンドルから解放された状態のCNTが、解繊状態のまま、均一に分散されるが必要である。その均一分散も、ユーザーが使用している装置で練りこみ、混ぜ込めて、初めて、役にたつ。それがイノベーションとして必須になる。

ある特定した条件で、特定した溶媒、特定した範囲内で、ある特定のツールを使用しなければ、できないというのであれば、CNTの用途展開は前に進まない。そのキーとなるのが、再分散性という概念である。簡単に再分散ができなければ、汎用、実用基材にはなりえないということである。

再分散性とは、一次解繊した分散液を乾燥させる。粉体にする。その状態で、何かの溶媒にいれて、よわい力をかけて、元の一次解繊に近い状態に戻れるかどうかである。その再分散性の特性があるかどうかである。
再分散性の特性を有しているもの。
① SPS, MPS (鉄触媒のMWCNT)
② 鉄触媒のSWCNT、MWCNTを用いたナノカーボン乳化 (NEP)
その時の使用機器は、BERYU SYSTEM WITH DMR で、それぞれのCNT特性におうじて、圧力勾配を最適化して、解繊しながら、鉄触媒を除去することが必須である。

水系、溶剤系のCNT分散体には、再分散性はない。つまり、今、商品化されている以外には、新規、用途展開は難しいということである。

再分散性の概念から、SPSとナノカーボン乳化(鉄触媒、DMRで除去)したものは、眼鏡洗浄で使われている超音波洗浄器程度で、綺麗に再分散する。

この結果をみれば、ナノカーボン乳化に関しては、CNTの間に剥離された黒鉛がはいって、しかも、油相とした酢酸エチルが揮発するために、そこに空洞化が生じるため、再分散性がいいのは容易に想像できる。

SPSが再分散性がいいのは、不純物がより少ないということになる。CNTを凝集させる力が、CNT以外の不純物によって成り立っているという事になる。水系SWCNT分散との違いは、CMCがあるかないか、水かエタノールかだけである。ナノカーボン乳化で、コバルト触媒でのMWCNT使用のものは、微細化されたコバルト触媒が、CNTの凝集力を生むと考えられる。MPSでも、DMRで除去された鉄触媒のMWCNTのものは、再分散性はいい、しかし、DMRで捕捉しずらいコバルト触媒のMWCNTのものは、再分散性は劣っている。

組成系(CNT)の凝集力>再分散力 であれば、再分散性ないということになり、組成系 (CNT)の凝集力<再分散力 であるから、再分散性が現れるということになる。

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2022年4月17日

SPS(SWCNT Pure Solid )、これは確かにすごい。これが真実である。

これが、なぜCNTの用途展開がすすまなかった要因の1つです。ひとつのソリューションです。解繊しながら触媒を除去する。分散剤フリーにして、しかも、安全な溶媒は、エタノール、次に、IPAです。濡らすためには低張力、用途展開には、低沸点、生産技術的には、安全性です。水分散にすればどうしても、分散剤が必要です。用途展開には、それが適応するものはいいですが、大抵は邪魔します。用途開発者が、自分達のなれたシステムに、CNTを組み入れることが重要です。SPS,MPS、それなりのコストはかかりますが、10年以上、前にすすまず、金を捨てていたことにくらべたら、安いものです。30年後、50年後の未来からみれば、安い投資だと誰もが感じるはずです。

比較は、市販のSWCNTの分散液、水系分散であるから、分散剤が配合されている。従来の高圧分散機で、解繊している。触媒は除去されていないだろうから、粉砕されて溶液の中に微細化されている。これを、乾燥させて、粉末化する。(B)
それと、もともとのSWCNT原末である。(A)
Cは、このSWCNTをエタノールで、BERYU SYSTEM WITH HP DMR/AF DMRで解繊したものを乾燥、粉末化してもの、SPS である。これを(C)とする。

A,B, C にエタノールをいれて、超音波洗浄機で10分、かけたものである。Bは、何も変化しない。それだけ、凝集が強く、ほぐれることはない。つまり、再分散しないということである。Aは、超音波洗浄機では、これしか分散しないということである。CがSPSである。超音波洗浄機の力でも、顕微鏡写真でみられるぐらいに、エタノールにこれだけ再解繊するということである。Bの結果が、いままでの結果である。これでは、用途開発は非常に難しい。SPS化することで、やっと用途展開が見えるということである。

SPS比較P4JAP

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2022年4月15日

なぜ、SPS、MPSなのか。
Why SPS and MPS?

大学でも研究所でもCNTの解繊は難しいはずである。どこの世界でも、必要なのは、純品のCNTである。何かドーピングするにしても、純品があってのことである。純品のCNTとは、できるだけ触媒レスで、添加剤が混ざっていない、解繊しやすい(バンドルから解き放たれた)、欠損のすくないものである。理想は、シングル、単層カーボンナノチューブである。多層の外層が、多少傷ついても、内層のチューブが残っていればいいが、単層は、外層がおれていたり、欠損していたりしていたら、単層カーボンナノチューブを使う意味がない。

何か、新しいものを作るプロセスは、用途研究開発者が、従来のツールまたはそれに準じる装置を用いて、プロセスとプロダクトをマッチングさせて、量産化まで導くのが、大きな仕事である。そのあと、工場での量産化、生産技術の仕事となる。

この論理にCNTを当てはめると、用途研究開発者が、プロセスとプロダクトをマッチングできないことが分かる。従来のツールやそれに準じる装置を用いても、CNTが想定する機能が発揮できないのである。触媒がある以上、それがネックとなって、解繊でなく、粉砕するしか方法がなくなる。水につぐ安全なアルコールだけを用いて、触媒を除去しながら解繊することなど、従来の発想ではできなかったからである。用途研究開発者は、その道のプロであるが、解繊分散させるプロセスに関して、素人なのである。無限に近い組み合わせパターンの中で、やったことがないものに対して、どうして、最良のマッチングを得ることができるだろうか。美粒が国内パテントを有しているナノカーボン乳化、黒鉛ペーストなら、少なくとも、処方と装置の組み合わせパターンは、決まっている。なぜなら、私が、プロセスとプロダクトの2変数を、イメージの中で、マッチングさせたからである。それで黒鉛ペーストができたのである。その基礎があるから、後は、応用次第でどうにでもなる。

SPS/MPSを誰がどこでどのように作るか、どのように市場に提供するかは、別にして、すくなくとも、SPS・MPSは、量産化まで、実現可能なものである。コーヒーブレンドのように、特注配合のMPS配合のSPS、SPS配合のMPSを作ることも可能である。少なくとも、今の技術レベルからすれば、中国でも製造可能である。粉体であるから、国際貨物に乗せることは可能である。

CNTの材料としてのすばらしさを認識できるなら、より汎用性、実用性を重視するならば、SPS化、MPS化した方が、より早く、最短で目的に対して到着する。

電池容量を本気で上げたいのなら、
熱電素子として、熱源差で本気で発電をしたいのなら、
蓄電効率を本気であげたいのなら、
動力の摩擦係数を下げたいのなら

それぞれの専門家の用途研究開発者に、解繊できないCNTを提供するよりは、SPS、MPS化したものを、提供した方が、より早くいい未来が来るような気がする。いくら効率のいい電池ができても、基本は、発電である。石油やガスを抑えられたら、ジェノサイドを放置せざるを得ないのでは、この世に50年後の未来はない。

It should be difficult to defibrate CNTs in universities and laboratories. In any world, what is needed is pure CNTs. Even if you are doping something, you need to have a pure product. Pure CNTs should be as catalyst-free as possible, free of additives, easy to defibrillate (free from bundles), and free of defects. Ideally, it should be a single, single-walled carbon nanotube. Even if the outer layer of a multi-layered carbon nanotube is slightly damaged, the inner layer of the tube will remain intact, but if the outer layer of a single-walled carbon nanotube is damaged or missing, there is no point in using a single-walled carbon nanotube.

In the process of creating something new, the major task of the application R&D people engineer is to match the process and product using conventional tools or equivalent equipment, and to lead the process to mass production. After that, it becomes the job of mass production and production engineering at the factory.

Applying this logic to CNTs, it is clear that application R&D cannot match process and product. Even with conventional tools and equivalent equipment, CNTs cannot perform the functions envisioned for them. As long as there is a catalyst, it becomes a bottleneck, and the only way is to pulverize rather than defiberize. This is because it was not possible to remove the catalyst while defibrillating the CNTs using only alcohol, which is the safest alternative to water. The application R&D engineer is a professional in the field, but an amateur in the process of defibrillation and dispersion. How could they obtain the best match for something that had never been done before, given the nearly infinite number of possible combination patterns? With nanocarbon emulsification and graphite paste, for which BERYU has a domestic patent, at least the combination pattern of formulation and equipment is fixed. Because I have matched the two variables, process and product, in my image. That is how the graphite paste was made. With that foundation, the rest is up to the application.

Regardless of who makes SPS/MPS, where and how it is made, and how it is offered to the market, at the very least, SPS and MPS are feasible up to mass production. Like coffee blends, it is possible to make custom blended SPS with MPS and MPS with SPS. At the very least, given the current level of technology, it can be manufactured in China. Since it is a powder, it is possible to put it on international cargo.

If we can recognize the excellence of CNT as a material, if we value versatility and practicality more, SPS and MPS will be faster and reach the target in the shortest time.

If you really want to increase battery capacity.
As a thermoelectric element, if you want to seriously generate electricity from heat source differences
If you really want to increase energy storage efficiency
If you want to lower the coefficient of friction for power

I feel that a better future will come more quickly if we provide SPS and MPS-enabled CNTs to R&D specialists in each field, rather than providing them with CNTs that cannot be defibrillated. No matter how efficient batteries may be, the basic purpose of batteries is to generate electricity. If we are forced to leave genocide behind if oil and gas are suppressed, there will be no future in this world 50 years from now.

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2022年4月13日

SPS (SWCNT PURE SOLID)、これで世界は変わる。

3種類のSWCNTをつかった。これにより、特定のSWCNTの影響ではないということ。SWCNTなら、どんなものでも、SPSになるということである。

再分散の溶媒にエタノールを使用した。再解繊エネルギー総和は、超音波洗浄機の5分間量である。いかなるCNTの原末をエタノールにいれて、超音波洗浄機にかけても、解繊などしない。SPSには、SWCNTをくっつける凝集力はないということである。解繊しながら、触媒を除去する。バンドルから解放され、凝集核の鉄触媒も取り除かれ(当然に0ではない)、余分な分散剤もないから、簡単な攪拌力で、きれいに再解繊できる。これがある意味、革命的な事例となる。

CNTの問題点は、解繊できない点にあった。だから、粉砕した。粉砕しても、他のものよりも相対的にまだよかった。しかし、費用対効果がでない。本来は大関、横綱クラスの材料と目されてきたが、現状の実力は、前頭の中ぐらいでしかない。幕下、十両よりはいいというだけで使用されてきた。

実用の用途開発者は、CNT解繊後の使い方を研究する人々である。その道のプロである。しかし、CNTをどう解繊したらいいのかなど、わからない。CNT解繊を扱う装置メーカーの技術者も転職組がおおい。高圧分散を扱う学問はないし、まともな教科書などない。もっともらしいことをいっても、結果が伴わない。だから、CNTにとって、一番重要な解繊方法など、どうしたらいいのかわからない。解繊や分散、剥離、乳化に関しては、物理的な作用に関して言えば、ほとんどが、素人だとおもっていい。素人が、その道のプロに適当なことをいっているのだから、まともな結果などでるわけがない。

SPSの再分散をみれば、すべてがわかる。SPSとSWCNT原料との違いはなにかをみればよくわかる。解繊しながら、触媒をとる。きれいに解繊できるようにする。分散剤もなく、エタノールの濡れ性(張力低下)を利用して、100Mp 5 パスの力で解繊する。溶媒がエタノールだから、それを揮発すれば、粉体(固体)が残る。それが、SPSである。

CNTの中にある矛盾、それを解決したのが、SPS、MPSである。

SPSは、解繊しながら触媒を除去してある。そして、エタノールだけで解繊しているので、分散剤フリーである。SPSは、可能なかぎり、純化されたものである。さらに、高純化するのであれば、エタノール解繊中に、マグネットフィルターを通して、残存触媒を吸着させればいいし、SPSをケミカル処理して、ごく微量な不純物を取ればいい。解繊して触媒を除去して、バンドルからCNTが解放されれば、何も問題はない。

触媒がよくない。分散剤がよくない。原料の段階で、ケミカル処理をする。CNTが硬くなってくる。解繊が難しくなる。触媒を除去せず、無理して解繊すれば、CNTが壊れやすくなる。無理して解繊する=粉砕すると同じ事だと、ほとんどの人が気づかない。マグネットフィルターをつかって、微細になった触媒を除去しても、CNTがすでにぼろぼろになっている。CNTを有効に活かす方法は、SPS、MPSという形で、ユーザーに供給することだと思っている。

リチウムバッテリーでも、最終的には、バッテリー用途に応じてのCNTの組み合わせがキーになるとみている。CNTは、それぞれ特性が異なる。SWCNT、MWCNTの組み合わせハイブリットが決め手になる。コーヒーのブレンドと同じように、SPS、MPSなら、いろいろなタイプのものが作れる。各CNTのいいところ取りができる。

世界の大学や企業の研究所の用途開発者は、CNT解繊に関しては素人である。彼らがほしいのは、扱いやすい自分たちの用途に適応した純度の優れた汎用CNTである。そのCNTが、彼らがもっている既存のツールや経験則に適応したシステムにあうのなら、それを使えば、彼らの専門分野の能力が発揮できる。従来のCNTでは、その壁は越えられない。

別なスライドには、SPSをシリコン樹脂と大豆油に再分散した事例を載せている。エタノールと同じように、超音波洗浄機程度の力で、きれいに再解繊、再分散されている。SPSやMPSをどのように活用するかは、各研究員、技術者の裁量次第である。私ができるのはここまでである。CNTという素晴らしい材料と、大学や企業の研究者や技術者との懸け橋になることだけである。

CNTやナノカーボンの隠れた効能に、すべりやすくするということがある。潤滑油に滑り係数が最大になるようなSPS、MPSの配合を施せば、これもひとつの省エネである。抵抗をなくする。ギアーをもったすべての潤滑に施せば、エネルギー効率ははるかに上がる。EV車で、バッテリー性能だけを上げることだけが、省エネではない。タイヤ、ギアー、抵抗となる部位の摩擦を和らげることも、省エネである。

3ways BERYUP3JAP

3ways BERYUP3ENG

SPS revolution

SPS revolutionP2

2022年4月11日

これが美粒が保持している技術の3つの活用法です。

美粒システムは、スペースシャトルのようなもの。使いこなせる自信と能力があれば、是非、使いこなして新しい未来を構築してください。

従来の装置の制御範囲内=既知なる過去の情報です。従来の装置の発想で、できているものは、もうできています。新しいものが生まれないのは、発想が違うからです。既知なる過去の情報に固執するかぎり、新しい未来は見えません。未知なる未来への情報は、実験の中から、ひらめきとなって、降臨してきます。PCから出てくる情報は、既知の情報の延長線のものです。それは、誰かがすでにやっています。うまくいくものなら、もう結果がでています。うまくいかないのは、そこに解がないからです。

美粒システムは、使いこなすことが難しいはずです。標準の組み合わせの中から解がでればいいですが、そうでないものもあります。美粒は、黒鉛の剥離に関しては、簡易的な方法論として、ナノカーボン乳化を作りました。また、CNT解繊に関して、従来の装置でも使えるように、触媒を除去して使いやすいように再加工しました。非常に扱いやすくなったはずです。世界のだれでもが、CNTを自在に扱えるようになるはずです。

どうなりますか?、神様がどうサイコロをふるか、30年後、50年後、私は生きていませんが、どうかわっているのか、それとも、核戦争がおこり、世界が滅亡しているか?

3ways BERYUENG

3ways BERYUJP

2022年4月10日

MPS(MWCNT Pure Solid )from NC7000、CNTを有効活用するには、いかに、触媒を除去して、CNTを壊さずに解繊するかである。

不純物の存在が、性能を左右するもの以外は、触媒が内在されていようが、なかろうか、関係はない。重要なのは、CNTを壊さずに解繊できるかどうかなのである。美粒の経験則から、触媒が内在されていても、ある程度、解繊できるCNTが、コバルト触媒MWCNTなのである。SWCNTであれば、コバルト触媒で作る技術はない。触媒から発生するSWCNTは、すべて鉄触媒である。残念ながら、鉄触媒のMWCNT、SWCNTは、鉄触媒が内在しているかぎり、壊さずに解繊できるものはない。もし、できているのなら、私がここに、このようなことを書く必要性がない。MPSというものへのロジックも、意味がない。

コバルト触媒MWCNTにコバルト触媒が内在していても、解繊はできる。それでいいのなら、あえて、DMRという面倒くさいプロセスを付加する意味もない。しかし、コバルト触媒MWCNTが溶媒中に解繊されていても、そこには、数%のコバルトの微粉砕物が、混在している。その数%のコバルトが、邪魔しなければそれでいい。たしかに、触媒は、CNTの凝集核として、機能する。当然に、カーボン材のCNTに対して、触媒は、明らかに不純物である。当然に、凝集核が内在しているのであるから、それを打ち消すような分散剤が必要になる。それを含めて、OKなら、MWCNTなら、コバルト触媒で十分である。

鉄触媒MWCNTでもSWCNTでも、CNTと強く結びついている鉄触媒をDMRでも完全に除去するのは難しい。しかし、結びつきが希薄な鉄触媒は、DMRで補足することは可能である。DMRで補足できなかった鉄触媒には、凝集核となる力はない。だから、SPSやMPSとなったものを、溶媒にまぜて、通常の分散機の力でもっても、再分散が可能となっている。言葉からみれば、簡単そうに感じるが、従来の考えからすれば、これはとんでもないことなのである。

CNTとエタノールだけで、HP DMRとAF DMRの美粒システムで、CNTを解繊する。エタノール中に、CNTだけが解繊されている。エタノールを揮発させる。残るのは、鉄触媒が除去された粉末状のCNTだけである。

これが、本来、市場に供給されるべきCNTだと思う。大学でも企業でも、用途に関しての研究開発者は、物理的な解繊に関しては、素人である。従来の粉砕のツールをつかって、素人が、鉄触媒が内在しているCNTを壊すことなく、不純物をできるだけなくした状態で解繊することは、不可能に近い。

はじめて、NC7000のMWCNTをもらったのが、5-6年前になるかと思う。要求は、NC7000濃度5%で、NMPにきれいに解繊できるかである。粉砕すれば可能だが、解繊した状態で、NMPだけでは不可能である。理由は簡単である。鉄触媒と結びついたCNTが、不揃いに固まっているからである。実際にそれでいいのなら、それで市場は動いたはずである。電池の導電助剤としては、CNTは有用だからである。しかし、市場は、鉄触媒でも、解繊しやすいもの、鉄触媒と結びついたCNTの大きさがより小さいものへと、動いた。その方が解繊しやすいからである。それから、さらに解繊しやすいコバルト触媒のMWCNTへと変わっていった。

大きな研究所や企業の研究開発者、ほとんどが、有名な大学で修士や博士を取得した人ばかりである。当然に、専門分野での知見は深い。しかし、解繊分散に関して言えば、素人である。何が解繊に必要か、どんな因子が結果に影響を与えるか、それは、機械工学が主であって、装置と組成との相互作用など、わかる人はいない。総論はいえても、各論となれば、無限の組み合わせが存在するため、経験則から結果を手繰りよせない限り、答えなどわからない。CNTの解繊など、うまくいった事例など、ないため、何をしたらいいか、わからないのである。だから、粉砕する。粉砕すればどうなるか、CNTの価値やその意味さえも、粉砕して破壊しているのである。

大きな研究所や企業の研究開発者がストレスを感じることなく、用途開発を進めるには、いろいろなSPSやMPSを提供することだと、思っている。遠回りのようであるが、急がば回れで、それが、一番費用対効果があると感じる。解繊することの壁を超えることができれば、あとは、既存にある装置をつかって、用途開発を進めたらいいと思っている。ある程度、因果関係がわかり、どの条件でどうすれば、要求されたものができるのかがわかれば、あとは簡単である。同じものは、同じようにできるはずである。未来がどうなるかは、わからないが、少なくとも、SPSやMPSのロジックは、成立した。ある程度、用途展開での結果がわかり、そのプロセスが確立するまでは、SPS、MPSは必要になると思っている。その後、SPSやMPSの補助が不必要になる時がくるはずである。



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2022年4月4日

CNTのマスターバッチ化がうまくいかないのは、残存触媒があるからである。

コバルト触媒MWCNTと鉄触媒のMWCNT、どちらが、解繊しやすいかといえば、コバルト触媒である。しかし、美粒システムとDMRシステムを使えば、鉄触媒とコバルト触媒どちらが、除去しやすいかといえば、鉄触媒である。コバルト触媒は力をうければ、こなごなに微細化される。そのために、一端、微細化されたコバルト触媒を除去することは、非常に厳しい。

エタノールでコバルト触媒と鉄触媒のMWCNTをBERYU SYSTEMとDMR SYSEMで解繊する。それを、乾燥させれば、残るのは、CNTである。鉄触媒もコバルト触媒も磁性体であるから、DMRで捕捉する。しかし、その触媒の大きさと崩れやすさがことなる。圧倒的に、鉄触媒の方が捕捉できる。

乾燥させたCNTを溶媒にいれて、軽くせん断をかける。多くの触媒が除去されたMWCNTは、再解繊が容易である。しかし、コバルト触媒の方は、乾燥時、コバルト触媒が核となって、CNTが凝集する。50Mpaのせん断をかけても、その大きな塊は壊れなかった。

● 残存触媒は、CNTを凝集させる力がある。つまり、残存触媒こそ、CNTの凝集核である。それを除去して、CNTを解繊しないかぎり、CNTの応用は難しい。

2022年4月3日

SPS (SWCNT Pure Solid ) とMPS(MWCNT Pure Solid )の考え方が未来を変える。

これから、6枚のスライドを添付する。決して、フェイク情報ではなく、いままで、作り上げてきた美粒システムやDMR システムや、いろいろと美粒が独自で研究してきた、ナノカーボン乳化や、CNTの分散技術を通して得てきた経験から、導き出された答えである。もし、これが、十年ぐらい前にわかっていたら、CNTが、特に、MWCNT製造が日本から海外に流れることはなかったかもしれない。

多くのCNTは鉄触媒から生まれる。製法上、マルチもシングルも触媒が内包された状態でユーザーへ供給される。粉の状態では使えないので、分散液として供給しているところもある。触媒が内包されている状態でもいいものはそれでいいが、市場はやはり、不純物のないCNTを欲している。

結論を先に言えば、残存触媒があれば、それが核となって、CNTは凝集するということになる。一度、触媒を除去しながら、バンドルを解除して、CNTを解繊すれば、溶媒が飛んで、固体状態になっても、再度、溶媒にいれて、攪拌すれば、普通の攪拌力で、きれいに再解繊するということである。

鉄触媒のMWCNT, 従来の発想であれば、解繊は難しい。鉄触媒がせん断を邪魔するからである。そうなると、触媒の大きさが小さいものや、砕けやすいものの方が、良いということになる。それがコバルト触媒MWCNTへの移行である。触媒の大きさが鉄触媒よりも小さく、力に対して、砕けやすいので、コバルト触媒の方が、せん断を邪魔することはすくない。したがって、コバルト触媒の方が、CNTの解繊はすすむ。

美粒は新しい技術を開発した。それが、DMR システムである。磁性体球を美粒システムの前と後ろに配置したのである。高圧側は、HP DMRと呼び、後ろ側はAM DMRと呼んでいる。HPはHigh pressure の略で、AMは、After Module の略である。その機能が有効に作用するのが、鉄触媒のSWCNTとMWCNTの解繊である。

SPSとMPSとは、コーヒーのブレンドのような使い方もできる。鉄触媒でのCNTなら、どのCNTもPure Solid をつくることができる。いずれにしても、現状のCNTでは扱いにくい。SPSやMPSのような形態にすれば、どのような溶媒にも均一に再解繊可能である。樹脂に練りこむことも可能である。

SWCNTでも色々な種類がある。他のCNTでも色々な種類がある。鉄触媒なら、色々なSPSとMPSを作ることができる。それぞれのいいところをとって、ブレンド配合することができる。

触媒が除去されれば、一度バンドルから解放されたCNTは、再解繊しやすい。CNTはエタノールかIPAで解繊される。一番、安全なのは、エタノールである。しかし、沸点78℃、比重0.789、比熱0.629である。圧力勾配(減圧勾配)と冷却勾配の制御がなければ、キャビテーションがうまれ、CNTは切れやすく、凝集する。HP DMRは、高圧下での磁場形成である。その中を流体が通過する。どんな作用を及ぼすか、これからである。CNTの鉄触媒は、確実に、HP DMRとAF DMRで補足されている。

下記の6枚の最後スライドに、SPSとMPSの要約をまとめている。

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V2DMRp6

2022年3月20日

次世代マイクロチィップ、熱電変換モジュールとしての半導体型SWCNTを目指して。

カーボン材は、いずれにしても、比表面積を上げること、不純物を排除することである。CNTでいえば、チューブをできるだけ折らずに、できるだけチューブの外周面を傷つけずに、解繊することである。CNTは凝集するから、水だけで、解繊することは、不可能である。分散剤も基本的に不純物なので、避けたい。NMPやトルエンのほうが、なじみはいいが、毒性のある有機溶剤は、環境にも人体にも、避けたい。そうなると、使えるのが、アルコールということになる。一番、安全なのが、エタノールである。

エタノール、比重が0.789、沸点78℃、比熱0.629であり、これを溶媒として使いこなすには、技量が必要である。低沸点なので、流速が加速されると、流体が減圧されるので、十分な圧がかからないと、突沸する。水やNMPと異なり、十分な冷却後に減圧していかないと、エタノールが突沸して、その周辺にあるCNTは切れやすくなる。また、エタノール系に溶解(ゲル化)している接着用途の高分子は切れやすくなる。

いずれにしても、エタノール溶媒に関して、美粒モジュール構造は、最適である。もちろん、美粒モジュールの減圧勾配比率は、標準モジュールでも8種類用意されているので、ノズル径や単一モジュール径とのバランスに応じて、それぞれの溶媒に応じて最適化すればいい。ちなみに、下記の実験では、エタノール溶媒に最適なモジュール、スペシャル美粒モジュールを使っている。

通常、同じSWCNTでも、金属型SWCNTと半導体型SWCNTとは、性質が異なるようである。不純物がなく解繊されたSWCNTは、いろいろな方法で、金属型SWCNTと半導体型SWCNTを分離できるようである。それを半金分離といっている。ある程度は、確立されたものらしい。特に、半導体型は、次世代マイクロチィップや、熱電変換モジュールへと期待されている。熱電変換モジュールとは、温度差によって電気を発電する素子である。電池のように化学反応を伴うことなく、純粋に、温度差だけで、発電することである。人間の体温と寒冷地での外気との温度差で、スマホなら、動き続けるだろう。

下記の実験は、非常に面白い結果を示唆している。使用したのは、同じ形のSWCNTである。TUBALLというSWCNTである。何が違うかというと、鉄触媒等の不純物の濃度が違うのである。80%というのは、純化処理を施していないものである。93%品というのは、80%品を、ケミカル処理をして、鉄触媒を除去したものである。80%品は、通常では使えるものではない。

0.2%wt%、アルコール程度の濃度で、美粒システム(HP DMR,AFDMR)をつけて処理すれば、TUBALL80%も問題なく解繊できる。当然に、TUBALL93%も同様に処理できる。それを厚紙にぬってみると、TUBALL80%は、すこし、赤味を帯びているようにみえる。蛍光灯の反射を変えると、それがわかる。赤味をおびているのは、半導体型SWCNTが多く含まれていることである。また、金属型は、温度をあげれば、抵抗値が増えるが、半導体型は、逆に、抵抗値が同じか、下がる傾向にある。抵抗値は、厚みで変わるから、なんともいえないが、同一の長さで、温度差でそれぞれの抵抗値を比べたら、その傾向がわかる。どんな物質でも温度差があれば、電気がうまれる。それがゼーベック効果である。絶縁体では電気が通らないからつかえない。金属も、温度差あがれば、抵抗が増えてくる。温度があがって、抵抗が下がるから、半導体は、熱電変換材料として使えるのである。

TUBALL93%とTUBALL80%との結果の差は何を示唆しているか。製造元は純化作業を通して、SWCNTの鉄触媒を除去している。純化しているのが、TUBALL93%品である。美粒の実験結果からみれば、その純化工程の中で、半導体型SWCNTが棄損させていることになる。TUBALL品以外でも、半導体型SWCNTの特徴がでているSWCNTがある。その製造工程を想像すれば、もともと、鉄触媒が混入するリスクの低いものであることがわかる。

TUBALL93&80

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2022年3月6日

低沸点、低密度、溶剤中の高分子溶解、CNT解繊、金属粒子分散の間違った考え方、30年何も変わっていない。

たとえば、トルエンとエタノールに両方に溶ける(ゲル化)高分子樹脂(顆粒状)があったとする。塩のように、イオン化して、溶媒に溶けるものではない。基本的に粉が溶媒になじみ、その溶媒が高分子の隙間に浸透していく。粉が溶媒中に膨潤していくことで、粘性構造体を形成する。その理想は、高分子を壊さずにその隙間に均一に溶剤が浸透していくことである。それで、高分子のネットワーク構造が均一に形成されることになる。それが積層シートとの接着剤の用途になるのであれば、その膜としての均質性が製品の良し悪しに影響を与える。高分子溶解は、溶けるのではなく、なじむ(親和する)というのが、表現としては適切である。では、生産性コスト、安全性等は無視するとして、トルエンとエタノール、どちらが、高分子溶解に難しいか、断然、エタノールなのである。さらに、これに、アセトンが加われば、アセトンが一番難しいとなる。では、下記のスライドの表の中で、一番、簡単なのは、何かといえば、NMPということになる。これはCNT解繊にしても、金属粒子解砕でも同じである。

粉の周りには空気がある。粉を1kg溶媒に入れることは、空気も同じ量入れることになる。水の中に、粉を入れても、なじまないのは、水の張力のせいである。その張力をさげて、粉を濡らして(空気を排除)溶媒(水)になじませるために、界面活性剤を入れる。界面活性剤を使いたくなければ、張力の低い有機溶剤を使うことになる。

塩のように、溶媒の中にいれて、撹拌機でぐるぐる回せば、溶けるものならいい。溶ける量も溶ける溶媒もほぼ決まっているから、装置側の選択肢は利便性とコストだけとなる。また、高分子溶解に関しては、増粘や接着目的となることが多い。マクロ的な目的なら、溶媒回収ツール付きの高真空ポンプユニットとディスパー攪拌機で十分である。しかし、ミクロ的な積層シート接着目的であるのなら、それだけでは、不十分である。それ以上のせん断力が必要とされる。通常、高圧分散機が使われるが、溶媒の種類、濃度、冷却温度、いろいろなプロセス条件と装置条件が複雑となる。

金属粉砕を行うのなら、ぶつけても構わない。それが粉砕である。溶媒の沸点や比熱など考慮することもない。その溶媒がどうなろうと、粉砕とは関係がないからである。しかし、高分子溶解であれば、結果が変わる。溶剤が沸点をこえて衝突すれば、溶けたものが凝集して析出する。高分子が切れて、低分子化する。装置から出てきた溶解物は、見た目は、いいようにみえても、ミクロ的には不均一になる。また、粘度バランスも不均一になり、凝集体も発生する。それが、最終製品での性能に影響を及ぼす。費用対効果を重視するのであれば、冷却勾配制御と圧力勾配制御(背圧制御)は、それぞれ、個別に制御する必要がある。30年、一部を除いて、ほとんど、見逃していたポイントである。すべての条件は、結果から帰納的に、判断される。何もかもが、100%、コピーするなら、同じものは取れるが、まず、分散系が入れば、そこで、条件は不確定となる。仮に、高圧乳化分散機を使用するといっても、条件は無数にある。圧力とパス回数と投入温度と出口温度がわかっても、それでも、条件は無数にある。

CNT解繊

CNT解繊はさらに、複雑な要素を呈している。解繊と不純物除去の問題である。特にSWCNTは余計、複雑になる。ひとつは、触媒除去ともうひとつは、分散剤除去である。CNTは解繊すれば、凝集する。だから、水系であれば、分散剤が必要になる。マクロ的な目的で、MWCNTを使用するのであれば、分散剤的なものがあっても、かまわない。しかし、SWCNTであれば、分散剤フリーのほうがいい。将来、純度の高い半導体型SWCNTを取得するのであれば、純度が高いほうがいい。そうなれば、溶剤を使うことになる。低沸点のアルコール系溶剤をつかうことになる。IPAかエタノールということになるだろう。これからは、NMPは使えない時代となる。

SWCNTには、鉄触媒が残存している。解繊するには、それをCNTから除去する必要がある。鉄触媒は、CNTのバンドルの中にある。果実の実がCNTとすれば、その果実の種が鉄触媒である。果実の種を除去するには、果実の実をほぐしていかなければ、種はとれない。果実の実は柔らかくても、種は硬い。種を砕いたら、周りの実は砕けてしまう。これが、CNTが使えない一つの要因となっている。実際は、鉄触媒はとれないから、それごと、砕いてしまう。やはり、性能的に、SWCNTとMWCNTとの差は大きい。砕いても、SWCNTの方がいい。腐っても鯛ということであるが、それではSWCNTの意味がなくなる。SWCNTの絶対的な要素は、その半導体型特性にあるとみている。次々世代だろうが、高温、高電圧、高放熱性といった点で、半導体型SWCNTが、マイクロチィップの材料となると想像する。そのためには、応力に破断しやすい半導体型SWCNTを粉砕してはいけない。

SWCNT解繊用に、HP DMRのほかに、AM DMR モジュールを提示した。AMとは、After moduleという意味である。SWCNTの解繊には、HP DMRとAM DMR モジュールは、必須なツールとなるはずである。

需要がでてくれば、必ず、コストは下がる。半導体や液晶をみればわかる。技術的にMWCNTを製造している企業であれば、SWCNTを製造することは難しくない。現状は粉砕ツールしかないので、SWCNTは費用対効果がないとみて、開発に着手しないが、将来、かならず、需要がでてくる。

今日が明日を決めるようにみえるが、実際は、明日が今日を決めている。今が未来を決めているように見えるが、実際は、未来が今を決めている。それが未来からの風である。30年後、私は生きていない。50年後の未来など、私にとって関係がない。しかし、私の今の行動は、未来からの要請である。今、底なしにつらくても、それが永遠に続くことはない。そのつらさが未来へとつながっている。77年前の8月、被爆した広島、長崎の人は、何を見ていたか。絶望であったろう。しかし、77年後、どうなっているか、つつましい日常があるはずである。いずれ、地球は太陽の膨張により、消滅する。気の遠くなる未来において、人類がどうなっているのかわからないが、今があるということは、その未来もあるということになる。

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V2溶剤モジュール

2022年2月24日

SWCNTに対して、何が問題だったのか、水添レシチンに対して何が問題だったのか。

高圧がかかった磁場の中を流体がとおる。流体の中に、強磁性体があれば、DMRと相互作用を起こす。美粒の実験で、明らかにHP DMRの効果が認められたのは、SWCNTの解繊と水添レシチンを使用したリポゾームとリポ化乳剤のケースである。両方に共通するものが、磁性体触媒の存在である。

物事には、二つの考えがある。二つの概念を対照的なものと見立てれば、陽側の発想と、陰側の発想ということになる。分散に関して言えば、陽の発想は、力である。エネルギーをかけて、縦の力を利用するか、横の力を利用するかということになる。その力が分岐されるには、エネルギーを乱さないということが前提となる。乱さなければ、制御によって、いろいろな力のかけ方が成立する。陰側の発想というのは、目的に対して、妨げるものを除去する方法論である。しかし、大抵は、目的に対して、どんな因子が妨げるものになるのかは、判明していない。だから、分からないことがおおい。なにかを施して、それが結果に対して良好だと判明して、やっと、その因果関係が確認できる。

SWCNTに対して、何が問題だったのか。

SWCNTは鉄触媒から生まれる。SWCNTの特性としては、その精製の2/3が半導体型と言われている。そのうちの2/3 ぐらいが、カイラル型半導体SWCNTであろう。カイラル型というのは、ねじれをもったチューブである。世の中、殆どが、右ねじの法則であるから、螺旋階段と同じようなものである。SWCNTの特性として、このねじれをもったチューブが重要なはずである。ある程度、解繊されたSWCNTがあれば、界面活性剤の技術をつかえば、半導体型と金属型のSWCNTは、分離することができる。下流での技術は、今の界面化学の技術を駆使すれば、それほど難しくはないということらしい。

上流側のSWCNTはどうだろうか、用途展開がなかなか厳しいので、上流側の位置で立ち止まっている。現状、用途がないから、価格は高止まりしているが、需要があれば、価格は、一気に下がる。では、何が、進展を阻止しているのだろうか、それが、残存触媒の存在なのである。残存触媒を除去しようと、色々な処理をする。そのために、本来、柔らかいはずのCNTが、石のように固まってしまう。固い粒と柔らかいCNT束が絡まった状態になっている。その固い粒が容易に分離できれば、いいのだが、簡単にはいかない。そのために、粉砕してしまう。粉砕すれば、どうなるか、バラバラになってしまう。らせん状の特性が壊れてしまう。高価なSWCNTを使う意味がなくなる。廉価なMWCNTで充分だということになってしまう。しかし、このねじれをもったカーボンチューブは、SWCNTだけである。グラフェンもMWCNTもそれを代用はできない。

水添レシチンに対して、何が問題だったのか。

高圧乳化分散機のそもそもの流れは、ポンプのシール技術との発展性からうまれた。バルブを閉塞すれば、駆動部のトルクが限界になるまで、動き続ける。動かし続ければ、まず、過負荷となり、モーターがシャットダウンするか、プランジャーのシールかバルブのシール部が破損するかである。パッキンシールであれば、35Mpaぐらいは耐えられる。したがって、そもそもは、スプリング入りのバルブと高圧ポンプで、牛乳の脂肪球を粉砕する目的で作られた。今の、チャンバー式の高圧乳化分散機は、リン脂質の粉砕、リポゾーム用として作られた。それが起源である。その後、金属の粉砕用に使われた。ビーズミルでは、ビーズが壊れて、製品にコンタミする。したがって、ビーズミルのビールレスの粉砕装置として、高圧乳化分散装置は使われた。したがって、ノズル部も人工ダイヤモンド製、力を受けるところも、強度化していった。発想は、50年前、70年前と、変わらない。

美粒のそもそもの出発点は、水添卵黄または大豆レシチンのリポゾーム化技術である。リン脂質は生体内のものだから、酸化しやすい。したがって、人工的なリポゾームやレシチンエマルジョン、リポ化製剤には、医薬品のように、厳格な管理がされていなければ、まず、つかえない。酸化防腐するからである。そのために、不飽和脂肪酸を、水素化させて、安定化させるのである。それが、水添レシチンである。食品では厳しいが、一部医薬品、殆どが化粧品用途である。これまた、水添させるために、水素化触媒をつかうことになる。問題点の構図は、CNTと同じ図式となる。

未水添のレシチンでは、HP DMRがあるなしは、差がない。レシチンエマルジョンも粒子径もほとんどかわらない。つまり、関係がない。逆に、生産性を考えれば、HP DMRは邪魔な存在である。しかし、水添レシチンに対しては、HP DMRは結果において、雲泥の差があった。リポゾームに対しては、澄明さとして、差がでた。つまり、HP DMRを使用したほうが、より均一で微細になっている。リポゾームエマルジョンに関しては、粒子径での差もあるが、安定性に差がでている。鉄触媒やコバルト触媒のCNTと同じように、水素化触媒も磁性体だから、それをHP DMRで除去している。そう考える方が自然である。

なぜ、HP DMRがあると、安定するのか、CNTの構図と同じである。残存触媒が砕けると、その周りにあるリン脂質も壊れるからである。当初、HP DMRでは、何かしらの電荷を有している物には、せん断効果があると考えた。しかし、実際は、アニオン系活性剤を使っての乳化、未水添レシチンをつかっての乳化、未水添レシチンをつかってのリポゾームを実験した、結果は、殆ど差がなかった。つまり、関係がないということである。しかし、水添レシチンに関しては、劇的な差が生まれた。SWCNTとの共通項は、磁性体触媒の存在だけだった。

鉄触媒のCNTは、DMRがなければ、閉塞して、解繊できない。コバルト触媒のMWCNTは閉塞することはないが、HP DMRを 使用して、コバルト触媒を除去したほうが、結果は微妙だが、導電性はいい。もちろん、HP DMRをつけるのは、生産コストはわるくなるので、つけなくてもいいのなら、従来のBERYU SYSTEMだけのほうがいい。

SWCNTと水添レシチン、まったく、異なる分野だが、非常に共通項がおおい。将来において、どこかで、必ず接するところがでてくる。それをつなぐのが、HP DMR BERYU SYSTEMである。10年後、20年後、それらは、必ず、どこかで、クロスするはずである。

HP DMR 420VER

HPDMR SWCNT

2022年2月21日

リポゾーム(水添リン脂質分散)と単層カーボンナノチューブ(SWCNT)の共通点、HP DMR の効用。

安定したリポゾームを形成することは難しい。大豆や卵黄から得られるリン脂質、酸化防止のため、化粧品関連では、水添レシチンを使うことが多い。これをつかってのリポゾーム化粧品、または、脂溶性基材を、リン脂質をつかって乳化するリポ化製剤、高圧乳化装置をつかえば、形として成り立つが、なかなか安定しない。未水添のリン脂質ならば、HP DMRを使わなくても、BERYU SYSTEMだけで十分である。HP DMRの優位性はない。つまり、水添レシチンを使う場合だけ、HP DMRが効くのである。水添レシチンと未水添レシチンの差は、なにかといえば、水酸化触媒が微量だろうが、残存しているか、していないかの差である。当然に、水酸化金属触媒は磁性を帯びている。

単層カーボンナノチューブ、これを解繊することは難しい。鉄触媒を除去しきれないからである。単層カーボンナノチューブ、基本的に、アームチェア型金属型SWCNTとジグザグ型半導体型SWCNTとカイラル型半導体型SWCNTとの混合体である。SWCNTとして得たいのは、半導体型SWCNTのようである。次世代の半導体の基材として、注目されているのが、この半導体型のSWCNTである。界面活性剤の技術をもちいれば、半導体型と金属型は、分離できるところまで技術は進んでいる。半金分離ができても、現状は、その前段のSWCNTの解繊技術が不安定である。ほしいのは、カイラル型半導体SWCNTである。しかし、今の分散技術は、ほとんどが、粉砕技術であるから、粉砕すれば、SWCNTはボロボロになってしまう。また、熱電変換材料としてのSWCNTも、ゼーベック係数を上がる要素は、これまた、半導体型SWCNTである。残念なことに、半導体型SWCNTは応力に弱い、触媒が粉砕されるたびに、そのねじれ部分が折れていく。半導体SWCNTの機能が壊れていく。当然に、HP DMRは、コバルトでも鉄触媒でも、同じように効く。MWCNTの解繊にも効く。

なぜ、リポゾームが安定しないのか、リポ化製剤がうまくいかなかったのか、それは、粉砕していたからである。当然に、冷却勾配制御などできなし、圧力勾配も制御できない、そこにあるのは、高温で、ぶつけている状態である。だから、酸化と構造破壊が起こり、安定しない。レシチンの不安定部分を改善したのが、水添レシチンである。不飽和脂肪酸を、水酸化金属触媒をもちいて、飽和脂肪酸に変え、酸化防止を目指したものである。しかし、これも安定しない。何かしら、ほかの添加剤を加えて、界面強化をしなければ安定しなかった。水添レシチンは、35年以上前から、存在していた。しかし、パットしなかった。リポゾーム化粧品として、注目を浴びたが、安定しなかった。今回のHP DMRを使用して、初めて、その因果関係が見えた。カーボンナノチューブと水添レシチン、異質なもので、共通点など、見つからないが、しかし、金属触媒、高圧分散という共通項でくくれば、今まで見えなかったものが見えてくる。

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2022年2月13日

HP DMR BERYU SYSTEM 完全オリジナリティ、新しい分散の考え方、驚くべき結果。

高圧分散機といえば、基本は、ゴーリン式三連クランク式ホモジナイジングバルブ方式のもの。今でも、ポリマー系乳化物には多く使われているし、医薬品の脂肪乳剤も、この方式で作られている。1986年に、可変式バルブ方式をノズル固定式にして、その部位をチャンバーと呼んだマイクロフルイダイザーがアメリカで出てきた。バルブ式と固定式という対立軸である。国内で製造販売されている高圧乳化分散機は、バルブ式かチャンバー(ノズル固定式)のどちからに分類される。ここ20年ぐらいで世にでてきたものは、ほとんどが、マイクロフルイダイザーの模倣品か類似した発想のものである。発想が、高圧をジェット流に変換し、その力を何かのシートにぶつけて、処理物を粉砕する機構である。だから、基本的に粉砕である。また、脂肪乳剤も、ホモジナイジングバルブ方式で、うまく製造できるのは、リン脂質の精度が向上したおかげである。それと、粗大粒子をキチンと除去できるフィルターろ過技術の向上のおかげでもある。経験則から、きちんと製造プロセスが検証されているので、安全なものが、再現よくできる。もちろん、その処方系から、逸脱した新規なものは、そのプロセスからは生まれない。だから、新しいリポ化製剤はでてこない。

分散技術で、20年以上、ほとんど発展しない分野がある。それが、解繊、剥離、乳化という分野である。解繊で代表されるのが、CNT、CNFである。粉砕系の装置でトライしているが、うまくいかない。ほとんどが同じプロセスでやっているので、進歩がない。特にCNTの解繊技術は進歩がない。そのネックとなっているのが、触媒除去である。最初がうまくいかないから、その後の用途開発も中途半端になる。

1990年代、マイクロフルイダイザーは、リン脂質の分散(解繊)を主として、つくられた。水に解繊分散させることでできるリポゾームである。医薬・化粧品関連で注目されたが、今日まで、うまくいっていない。その延長線にあるのが、リポ化製剤である。脂溶性薬物を内包させる技術である。現状、リュウマチ炎症抑止目的のプロスタングランジン、麻酔薬としてのプロポフォール、人工血液目的のパーフロロカーボンが一部医薬品として承認されているが、その後のDDS製剤の発展が途切れている。リン脂質の解繊分散技術が未熟だからである。リン脂質とCNTの解繊は、非常に類似している。

また、化粧品の乳化技術として、界面活性剤が寄与した功績は大きい。ミセル乳化である。ある程度の量で、均一に混ぜれば、自己乳化するものが多いので、化粧品原料に粉体のものを解砕できるホモミキサー程度のもので、いい商品ができる。化粧品は売る技術が7割、作る技術が3割といわれている。基材ベースとしては、過去30年以上、ほとんど変化がない。今でも、鹸化技術をベースにした、ニベアクリームの官能がクリームの相対評価基準として用いられている。合成の界面活性剤からの脱出として、多くの化粧品会社が、ピッカリング乳化を試みた。水添レシチンをつかったリポゾーム、リポゾーム乳化、合成スメクタイトを用いたスメクタイト乳化、CNFを用いたCNF乳化、しかし、最終的に、一時のブームには乗ったが、費用対効果がなく、衰退していった。これも、基本的に解繊・剥離分散技術が未熟だからである。要因は、CNT解繊と同じ理由である。リン脂質を粉砕したら、破損が生まれるのである。合成スメクタイトの構造体も、粉砕すれば、粘度低下をともない、壊れるのである。化粧品や医薬品で、150Mpa以上、200Mpaを加え、何十パスをかけたら、安定性や安全性が損なわれていくことになる。

HP DMR BERYU SYSTEM 更なる完全オリジナリティ。何が新しい発想か?

BERYU SYSTEMは、完全なるオリジナリティのある分散技術である。これだけでは、鉄触媒を内包したCNT解繊には不十分である。従来の発想は、BERYU SYSTEM後にDMRを搭載していた。この目的は、解繊後に表面化する鉄触媒を連続した磁性体球に吸着除去を目的としたものである。このDMRには、基本的に、解繊作用はない。したがって、用途展開は、一部のSWCNT解繊を目的としたものである。ありていに言えば、粗大な鉄触媒を除去して、ノズル径0.18mm以下のノズルを通過させればよいというものである。美粒の非乱流制御により、SWCNTが解繊されればいいということで、評価結果はすぐれているといわれている。それ以外のCNT,コバルト系MWCNT解繊や、コバルト系MWCNTと黒鉛を用いたナノカーボン乳化にも、DMRは不要である。当然に、通常のDMRは、大気圧開放であるから、耐圧構造は不要である。シールも、Oリングで十分である。

HP DMRは、従来のDMRとは、異質である。DMRを高圧側に持ってきたのである。運転圧力が100Mpaなら、当然に、DMR内部にも100Mpaがかかる。これが、HP(high pressure )の意味である。(もちろん、DMRでの圧力差がないので、100Mpaの力を受けるが、圧力差によるせん断は磁性体球にはかからない。磁性体球は消耗はするが、基本的には壊れない。)処理物は、高圧下で、磁力がかかる。処理物に電荷や磁性体があれば、連続した磁性体球との間に、相互作用を受ける。スピンがかかる。CNTであれば、スピンでのせん断により、鉄が磁性体球に吸着される。そのことにより、ノズルに詰まることがなく、美粒システムで解繊される。CNTやナノカーボン乳化がどのくらい、HP DMRで影響されたか、それを定量化するのは難しい。なぜなら、最終基材での評価が美粒ではできないからである。

しかし、スメクタイト乳化や水添レシチンをもちいたリポゾームやレシチン乳化での評価はできる。前処理は、同じものである。その前処理の影響がないように、安定したものを作って、それを二等分した。前処理条件は同じ、美粒システムも同じ、圧力もパス回数も同じ、違いは、HP DMRがあるかないか、だけである。その結果が、下記のスライドで示した➄から➇までのデータである。リポゾームの評価は澄明性である。より透けて見える方が粒子は細かいことになる。圧巻なのは、スメクタイト乳化と水添レシチンの乳化の結果の差異である。HP DMRがどれくらい、美粒システムに影響をあたえ、それが全体の結果としてどうなっているのか、わかる。リポゾームがなぜ、うまくいかなかったのか、レシチン乳化やリポ化製剤がなぜ発展しなかったのか、これでよくわかる。基本的に、解繊が不十分だったのである。解繊を上げる目的で運転圧力をあげれば、レシチンが壊れる。粉砕されるのである。CNT解繊よりも、さらに、壊れやすい構造体だったのである。

HP DMR BERYU SYSTEM Complete originality, new way of thinking about dispersion, amazing results.

High pressure homogenizing equipment is basically based on the Gorlin type, triple crank homogenizing valve system. In 1986, the microfluidizer was introduced in the U.S., which replaced the variable valve system with a fixed nozzle system and called the chamber. The high-pressure emulsifying equipment manufactured and sold in Japan can be classified as either valve type or chamber (fixed nozzle type). Most of the machines that have been introduced in the last 20 years or so are either imitations of microfluidizers or have similar ideas. The idea is to convert the high pressure into a jet flow, and then hit some sheet with the force to crush the processed material. So, it is basically crushing. Also, fat emulsions can be produced successfully using the homogenizing valve method according to the improved accuracy of phospholipids. It is also thanks to the improvement of filter filtration technology that can properly remove coarse particles. Since the manufacturing process has been verified empirically, safe products can be produced with good reproducibility. Of course, the process does not produce new products that deviate from the formulation system. That is why there are no new liposomal formulations.

There is one area of dispersion technology that has been largely unexplored for more than 20 years. This is the field of defibrillation, exfoliation, and emulsification. CNTs and CNFs are typical examples of defibrillation. We are trying to use crushing equipment, but it is not working. Most of them are using the same process, so there is no progress. In particular, there has been no progress in CNT defibrillation technology. The bottleneck is the catalyst removal. Since the first step does not go well, the subsequent development of applications is also half-hearted.

In the 1990s, microfluidizers were developed mainly to disperse (dissociate) phospholipids. This is a liposome made by dissolving and dispersing phospholipids in water. It attracted attention in the pharmaceutical and cosmetic industries, but to date, it has not been successful. An extension of this is liposomal delivery. It is a technology to encapsulate liposoluble drugs. Currently, prostaglandin for the prevention of inflammation in rheumatism, propofol as an anesthetic, and perfluorocarbon for artificial blood have been partially approved as drugs. However, the development of DDS products has been halted since then because of the immaturity of the technology for the defibrillation of phospholipids. The defibrillation of phospholipids and CNTs is very similar.

The contribution of surfactants to the emulsification technology of cosmetics is also significant. This is micellar emulsification. If a certain amount is mixed evenly, many products will self-emulsify, so a good product can be made with a simple rotary homogenizer that can break down powdered materials for cosmetics. It is said that cosmetics are 70% about selling technology and 30% about making technology. As for the base material base, there has been little change over the past 30 years. Even now, the sensory perception of NIVEA cream, which is based on saponification technology, is used as a relative evaluation standard for creams. To escape from synthetic surfactants, many cosmetic companies have tried Pickering emulsification. Liposome emulsification using hydrogenated lecithin, liposome emulsification, smectite emulsification using synthetic smectite, and CNF emulsification using CNF, however, ultimately, although they enjoyed a temporary boom, they were not cost effective and faded away. This is basically due to the immaturity of the defibrillation and exfoliation dispersion technology. The reason for this is the same as for CNT defibrillation. When phospholipids are crushed, damage is created. If synthetic smectite structures are crushed, they will also break with a decrease in viscosity. In cosmetics and pharmaceuticals, if you add more than 150Mpa, 200Mpa, and dozens of passes, stability and safety will be compromised.

HP DMR BERYU SYSTEM, Further complete originality. What is the new idea?

The BERYU SYSTEM is a completely original dispersion technology. This alone is not enough for CNT defibrillation with encapsulating iron catalyst. The conventional idea was to install a DMR after the BERYU SYSTEM. The purpose of this was to adsorb and remove the iron catalyst that surfaces after the fiber separation onto a continuous magnetic sphere. Basically, this DMR does not have the function of dissolving fibers. Therefore, the application of this DMR is only for the purpose of some SWCNT defibrillation. To put it simply, the coarse iron catalyst can be removed and passed through a nozzle with a diameter of 0.18 mm or less. The evaluation results are said to be excellent because the SWCNTs are dissociated by non-turbulence control of BERYU system. Other than that, cobalt-based MWCNT defibrillation, and nanocarbon emulsion using MWCNT and graphite, DMR is not necessary. Naturally, the DMR is open to atmospheric pressure, so a pressure-resistant structure is not necessary. An O-ring is sufficient as a seal.

The HP DMR is different from the conventional DMR. The DMR has been brought to the high pressure side. If the operating pressure is 100 Mpa, naturally 100 Mpa will be applied to the inside of the DMR. This is the meaning of HP (high pressure). (Of course, since there is no pressure difference in the DMR, it receives 100 Mpa of force, but the magnetic sphere is not subjected to shear due to the pressure difference. The magnetic sphere wears out, but is basically unbreakable.) Under high pressure, the processed material is subjected to magnetic force. If there is an electric charge or magnetic material in the processed material, it will interact with the continuous magnetic sphere, causing it to spin. In the case of CNTs, the iron is adsorbed onto the magnetic sphere due to the shear caused by the spin. It is difficult to quantify how much of the CNT or nanocarbon emulsion is affected by the HP DMR because it is not possible to evaluate it on the final substrate.

However, it is possible to evaluate smectite emulsions, liposomes with hydrogenated lecithin, and lecithin emulsions. The pretreatment is the same. To avoid the influence of the pretreatment, we made a stable product and divided it into two equal parts. The pretreatment conditions were the same, Beryu system was the same, the pressure and the number of passes were the same, and the only difference was the presence or absence of HP DMR. The result is the data from ➄ to ➇ shown in the following slide. The liposomes are evaluated for clarity. The more transparent they are, the finer the particles are. What is striking is the difference in results between smectite emulsion and hydrogenated lecithin emulsion. We can see how much HP DMR affects BERYU system and what the overall result is. This explains why liposomes didn't work, and why lecithin emulsion and liposomal formulations didn't develop. Basically, the lecithin dispersion was insufficient. If the operating pressure is increased to increase the fiber separation, the lecithin is destroyed. The structure was even more fragile than that of CNT dissociation.

下記の9枚のスライドは PDFファイルとして、下記のところからダウンロードできます。
http://www.be-ryu.net のカタログダウンロードから入れます。その一番上のHP-DMR-DLボタンです。

スライド1
スライド2
スライド3
スライド4
スライド5
スライド6
スライド7
スライド8
スライド8
スライド9

2022年2月7日

高圧 DMR + 美粒システム さらに進化した分散システム

① SWCNT 解繊
② ナノカーボン乳化 
③ MWCNT 解繊
④ CNF 解繊
⑤ スメクタイト乳化 

① SWCNT解繊
単層カーボンナノチューブの解繊に関して、このプロセスが唯一無二となる。ほとんどのSWCNTは、鉄触媒を内包したバンドルで形成されている。それをほぐさなければ、その機能が出てこない。原料ベースで、鉄触媒をケミカル的に除去すれば、CNT自体にダメージを起こす。そうなれば、分散液にするには、粉砕するしか方法論がない。高圧 DMR+美粒システムでは、まず、鉄が内包されているバンドルが、高圧下にある磁性体球の磁場を通過する。鉄が磁性体球に引き付けられると同時に、流体にスピンがかかるため、バンドルが解繊される。その後に、美粒システムの圧力勾配に制御されたせん断場を通過する。100Mpa 3パスぐらいで、十分に解繊される。処理後、高圧 DMRを分解すれば、鉄触媒とそれと強く結びついた荒いCNTが、磁性体球の表面に吸着されているのがわかる。

➁ ナノカーボン乳化 (黒鉛ペースト)
CNT分散であれば、アスペクト比を維持して、解繊すれば、比表面積が上がる。そのために、濃度的に1%から1.5%ぐらいが限界である。しかし、黒鉛ベースなら、黒鉛とMWCNTとの複合濃度は、7-8%は可能である。体積ベースで塗布してその導電性をみれば、SWCNTよりも優れている。黒鉛も剥離していけば、電荷が現れる。剥離した黒鉛が、高圧下での磁場を通過すれば、スピンがかかる。MWCNTは磁性体のコバルトが磁性体球に引き付けられる。黒鉛の剥離化とMWCNTの解繊化がすすみ、さらに、強固なナノカーボン乳化が形成されると想像する。

➂ MWCNT解繊
コバルト系MWCNTの解繊にも、高圧DMR+美粒システムは有効のようである。従来は、MWCNT分散液(CMC配合)を乾燥しても、シート化はできなかった。高圧DMR+美粒システムで作ったMWCNT分散液は、一枚のシートができる。高圧DMRをつけないで処理したものよりも、粘度が落ちている。MWCNTのバンドルがさらにほぐれた状態であろう。現象は、SWCNT解繊と類似したことが起きていると想像する。

④ CNF 解繊
水和できるように、CNFには、いくつかの官能基がつけられている。そのために、水になじみやすくしている。その親水基は電荷をもっている。高圧下の磁場の中を、電荷をもった粒子が通過すれば、そこにスピンがかかり、CNFもせん断がかかる。その後にせん断場があれば、おのずとCNFも解繊される。CNFの問題点は、その解繊効率の悪さにある。すくなくとも、高圧DMR+美粒システムで、費用対効果が向上する。

➄スメクタイト乳化
合成スメクタイトによるピッカリング乳化での応用である。乳化での評価は、基本は粒度分布である。前処理は、美粒製の泡レスミキサーでつくったものを、二等分した。粗乳化は同じものである。この差は、高圧 DMRがつけるか、つけないか、ただ、それだけである。この差は、驚くべきものである。合成スメクタイトも水和すれば、電荷が現れる。スメクタイトが分極する。高圧下での磁場を通過すれば、剥離したスメクタイトにはスピンがかかる。それがより加速する。そして、強力なせん断場を通過する。粒度分布の値をみれば、より均一になろうとしている。

高圧DMR+美粒システムの最適化

高圧DMRは一律ではない。いろいろな組み合わせパターンが存在する。それによって、磁場の勾配が変わる。流体の流量が変われば、磁場にかかわる時間を変化させることができる。高圧DMRの因数と美粒システムの因数との関係が、組成によっても影響される。教科書はない。だれも、このようなことを研究したことがない。高圧DMRのようなものを従来の粉砕型の高圧分散機に搭載しても、意味がない。後段のノズルの方が圧倒的に強いために、粉砕してしまえば、前段で何か変化をおこしても、同じ結果になる。

High-pressure DMR + BERYU system More advanced dispersion system

1) SWCNT defibrillation
2) Nano carbon emulsification 
3) MWCNT defibrillation
4) CNF defibrillation
5) Smectite Emulsification 

1) SWCNT defibrillation
This process is the only one for the dissociation of single-walled carbon nanotubes. Most SWCNTs are formed in bundles with iron catalyst encapsulated. Without unraveling them, their function will not be revealed. If the iron catalyst is chemically removed from the raw material base, it will cause damage to the CNTs themselves. If this happens, the only way to make a dispersion is to crush it. In the high-pressure DMR + Beryu system, the iron-containing bundle first passes through the magnetic field of the magnetic sphere under high pressure. At the same time as the iron is attracted to the magnetic sphere, the fluid is spun, and the bundle is unraveled. The bundle then passes through a shear field controlled by the pressure gradient of Beryu system, and is fully dissociated at about 3 passes of 100Mpa. After the process, the high-pressure DMR is decomposed, and it can be seen that the iron catalyst and the rough CNTs strongly bonded with it are adsorbed on the surface of the magnetic sphere.

2)Nano carbon emulsification (graphite paste)
If the CNTs are dispersed, the specific surface area can be increased by maintaining the aspect ratio and dissolving the CNTs. For this reason, the concentration is limited to about 1% to 1.5%. However, if it is graphite-based, the combined concentration of graphite and MWCNTs can be as high as 7-8%. If we look at the electrical conductivity of nano carbon emulsion applied on a volumetric basis, they are superior to SWCNTs. As graphite is exfoliated, a charge appears. If the exfoliated graphite passes through a magnetic field under high pressure, it will spin, and the magnetic cobalt in MWCNTs will be attracted to the magnetic sphere. The exfoliation of the graphite and the disintegration of the MWCNTs will proceed, and I imagine that a strong nanocarbon emulsion will be formed.

3) MWCNT defibrillation
The high-pressure DMR + Beryu system seems to be effective for the dissociation of cobalt-based MWCNTs. In the past, MWCNT dispersion (CMC blended) could not be formed into sheets even after drying. The MWCNT dispersion made by the high-pressure DMR + Beryu System can be made into a single sheet. The viscosity of the dispersion is lower than that of the one processed without the high-pressure DMR, probably because the MWCNT bundles are further loosened. I imagine that the phenomenon is similar to that of SWCNT defibrillation
.
4) CNF defibrillation
CNF has some functional groups attached to it to make it hydratable. This makes it easier to blend with water. The hydrophilic group has an electric charge. If a charged particle passes through a magnetic field under high pressure, it will be spun and the CNF will be sheared. The problem with CNF is its poor fiber dissociation efficiency. At least a high-pressure DMR + Beryu system would be cost-effective.

5) Smectite emulsification
This is an application of Pickering emulsification with synthetic smectite. The basic evaluation in emulsification is the particle size distribution. The pretreatment was made in a foamless mixer made by Beryu corp. and divided into two equal parts. The crude emulsion was the same. The only difference was whether the high pressure DMR was applied or not. The difference is astonishing. When synthetic smectite is hydrated, an electric charge appears. Smectite becomes polarized. If it passes through a magnetic field under high pressure, the exfoliated smectite will be spun. It will accelerate more. It then passes through a strong shear field. If you look at the value of the particle size distribution, it is about to become more uniform.

Optimization of high-pressure DMR + BERYU system

High pressure DMR is not uniform. There are various combination patterns. The gradient of the magnetic field changes with it. If the flow rate of the fluid is changed, the time involved in the magnetic field can be changed. The relationship between the factor of the high pressure DMR and the factor of Beryu system is also affected by the composition. There is no textbook. No one has ever studied this kind of thing. It makes no sense to put something like a high pressure DMR in a conventional grinding type high pressure homogenizer. The nozzle of the second stage is much stronger than the first, so once the material is pulverized, any change in the first stage will produce the same result.

2022年2月2日

新技術開発、High pressure DMR 第三の磁力線としての機能。

高圧乳化分散機として、初めて、第三の力を搭載しました。それが、磁力線です。しかも、高圧下での磁場です。その中を、処理物が通ります。どのようなことが起きるかなど、だれもわかりません。やったことがないのですから。しかも、処理物は無限です。そして、BERYU SYSTEMの制御条件も、多岐にわたります。

従来、美粒は、DMRをモジュールの後ろに置き、モジュールと一体化してきました。あくまでも、使用目的は、CNTの粗大鉄触媒除去です。なぜなら、それがあると、微細解繊ができないからです。今度、新たに、DMRをノズルやモジュールの前に置きました。考え方が違います。高圧場で、処理物に新たに、磁場を与えるというものです。磁性体球ですので、明らかに、スピンがかかります。それも回転というせん断がかかります。

1Mpa以下の場に、DMRをおくのと、100Mpaの高圧の場にDMRを置くのでは、条件が違います。装置側に、高度な高圧分散技術力が要求されます。また、従来の粉砕系の発想の装置の前に、このDMRをつけても、意味がありません。所詮は、ノズル以後で粉砕・破壊するので、その前に、何かの力を作用させても、それを否定する、それ以上の力をかけるのですから、無意味という事です。しかし、美粒の考え方は、乱さないという発想ですので、高圧DMRで作用させても、その力を活かすことになります。粉砕・破壊系と美粒系との差異がここでも現れます。

高圧DMRを活かすも無意味にするのも、そのあとの美粒システムの制御次第です。それは処理物の特性と目的によっても違います。答えは一つとは限りません。従来の評価基準の座標系からみれば、悪い結果となっても、新たな座標系からみれば、従来では分からなかった値が出るかもしれません。教科書がないのですから、だれも分からないことです。

事前に、高圧DMRに価値があるのか、予備実験をしています。どうも、違う結果がでています。分散条件の制御条件の中に、前処理状態の差があげられます。その状態の差によって、当然に結果が異なります。高圧DMRは、それをさらに顕著にしたことになります。予備実験では、下記の点が認められた。

● あるSWCNTのゼーベック係数の上昇。
● ナノカーボン乳化での導電性のUP
● 黒鉛の剥離効果が見えた。
● SWCNTの金属触媒除去
● SWCNTでの均一解繊