高分子ポリマー微粒子の超高速溶融・凝固プロセスの解明

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本研究は、熱可塑性高分子ポリマー微粒子の超高速溶融・凝固プロセスを解明すべく、粒子内の粘弾性流動及び伝熱のメカニズムを実験的に明らかにすることを目的としている。本年度はラジアントフラッシュ定着(溶融)過程における単一実用トナー(高分子ポリマー)微粒子のふく射吸収特性を把握することに焦点を絞って研究を進めた。直径10μmの実用トナー粒子1個を、粒子と成分が等しい直径4μmの高分子繊維の先端に静電気にて付着させ、He-Neレーザーの平行光を照射し、溶融前の不定形粒子とわずかに溶融した後の球形粒子の散乱相関数を測定した。この場合、球形粒子については粒子内部のふく射吸収過程を含めたRay-Tracing法による理論値と比較することで吸収係数が見積もられ、その値は0.18(1/μm)であり、主成分がポリスチレンに近いと考えると複素屈折率は1.592-0.009iであることがわかった。さらに表面反射による散乱現象が支配的であり、それに1次の透過光が前方散乱を助長している。また、2次以上の透過光の寄与は小さく無視していることが明らかとなった。一方、溶融前の不定形粒子については粒子の外周近傍では前方散乱が強く、それ以外では拡散反射を呈する平板の性質に近い散乱位相関数が得られた。このモデルを構築することは容易ではないので測定された位相関数そのものを用いて先のふく射輸送を解析したが、実験との良好な一致は得られず、むしろ、散乱体が一様に分散された均質モデルを仮定し、Heneyey-Greensteinの近似位相関数を用いた解析手法がよく実験結果を説明できた。すなわち、不定形粒子層では単一粒子の特徴がそれ程強く反映さないことが明らかになった。