Hansen溶解度パラメータ（HSP値）の基礎と測定・計算・評価方法

セミナー趣旨

　J.H.Hildebrandが正則溶液理論の研究において定義した溶解度パラメータ（Solubility　Parameter：δ[J/cm3]1/2）は、物質（気体・液体・固体）の凝集エネルギー密度の平方根で示される物質固有の物性値であり、SP値として一般に知られています。現在でも、SP値は、物質-物質間の溶解度、ぬれ性、接着性、溶媒中微粒子の分散性の評価に多用されています。C.M.Hansenは、Hildebrand が提案したSP値の凝集エネルギーの項を、それぞれの物質の分子間に働く相互作用エネルギーの種類によって分割し、SP値を、分散力項（δd）双極子間力項（δp）、水素結合力項（δh）として表し、Hansen溶解度パラメータ（以下：HSP値）として提案しました。さらに、Hansenは、3次元型のHSP値の水素結合力項（δh）をドナーとアクセプターに分割した4次元型のHSP値を提案した。ここでは、3次元型HSP値（３D-HSP）に加えて4次元型のHSP値（４D-HSP）の意味・計算方法、評価方法、Raの考え方を、実施例として（ナノ粒子表面の4次元型HSP値評価、イオン液体の4次元型HSP値評価について解説する。
　現在、HSP値は高分子-溶媒間、高分子-高分子間などの相溶性評価、ナノ粒子の溶媒中での凝集・分散性評価、各種樹脂の溶媒に対する耐性評価、界面活性剤、イオン液体、液体物性値（表面張力、屈折率、誘電率、熱伝導度、比熱、沸点、融点など）との相関など、幅広く用いられています。また、HSP値は、化学製品の製造工程において、溶質に対する最適溶媒の選択や混合溶媒の最適な組み合わせの選定、さらに、最適混合比などにも有効であることが報告されています。近年、Hansenの研究グループは、分子構造が未知である高分子やフラーレン、カーボンブラック、TiO2などの微粒子・ナノ粒子表面のHSP値を実験的に求める新しい手法として、Hansen solubility sphere法（以下Hansen溶解球法）を提案しており、その汎用性の高さから現在多くの研究者から注目されています。さらに今回は、4次元型のHSPの考え方、研究室で独自開発した、浸透速度法による微粒子表面のHSP測定、改良型IGC法（逆相クロマトグラフ法）のよるHSP測定法のノウハウ最前線を説明します。

習得できる知識

（１）溶解度パラメータ（HSP値）の基礎
（２）溶解度パラメータ（HSP値）の各種測定方法
（３）分子グループ寄与法によるHSP値の最新推算法
（４）各種プログラムソフトによるHSP値の計算方法
（５）Hansen溶解度パラメータを用いた一般的な評価方法
（６）Hansen溶解球の考え方および利用法
（７）Hansen溶解球法による各種材料（固体・液体・気体）のHSP値測定方法
（８）HSPiP（Prof. Hansen）の紹介および新規Hansen溶解度パラメータ計算ソフト（2021）の最前線
（９）Hansen溶解球（3次元型、4次元型）およびHSP値の実用例
（10）Hansen溶解度パラメータの将来展望について

セミナープログラム

溶解度パラメータ(SP値・HSP値)の基礎
はじめに
　○“Hildebrand溶解度パラメータについて（原著より）”
　○正則溶液理論から導かれた溶解度パラメータの意味
　○物性値としての溶解度パラメータの価値
　○一般的な物質（気体・液体・固体）の溶解度パラメータの総論
　○HildebrandおよびHansen溶解度パラメータの相互関係

１．溶解平衡の基礎知識
　1.1　物質の溶解現象と溶解度
　1.2　液体の種類と特性
　1.3　溶解度に関係した溶液モデルの種類
　1.4　溶解度に寄与する因子

２．溶解度パラメータの推算に利用できる液体の一般通性
　2.1　溶解度
　2.2　蒸気圧
　2.3　臨界定数（臨界温度、臨界圧力、臨界体積）
　2.4　密度、沸点、融点、表面張力、屈折率、誘電率など

３．溶解度の測定法および測定装置
　3.1　溶解度測定に影響を与える因子
　3.2　気体の溶解度と測定装置と測定方法
　3.3　液体の溶解度と測定装置と測定方法
　3.4　固体の溶解度と測定装置と測定方法

４．溶解度パラメータ(SP値)の基礎と応用
　4.1　Hildebrandの溶解度パラメータ(SP値)の定義
　4.2　Hildebrandの溶解度パラメータの計算方法
　4.3　Hildebrand溶解度パラメータによる溶解性評価の基礎

５．Hildebrand溶解度パラメータの種々物性からの計算方法
　5.1　蒸発熱からのSP値の計算方法
　5.2　Hildebrand Rule（沸点）によるSP値の計算方法
　5.3　表面張力からのSP値の計算方法
　5.4　屈折率からのSP値の計算方法
　5.5　溶解度からのSP値の計算方法
　5.6　界面活性剤のHLB値からのSP値の計算方法
　5.7　その他の物性値からのSP値の計算方法

６．溶解度パラメータ(SP値)の分子グループ寄与法による計算
　6.1　Hildebrand（SP値）
　6.2　Smallの計算方法と計算例
　6.3　Rheineck & Linの計算方法と計算例
　6.4　Kreveren & Hoftyzerの計算方法と計算例
　6.5　Fedors の計算方法と種々の計算例）
　6.6　Hansenの計算方法と計算例）
　6.7　Hoyの計算方法と計算例
　6.8　Stefanis&Panayiotou法（S&P法）と計算例
　6.9　HSPiPプログラム（2004）紹介（Hansen先生）
　6.10　JKU-HSPプログラム2018（関西大学）と各種計算例
　6.11　関西大学HSPプログラム2021（関西大学）と各種計算例

７．溶解度パラメータのプログラムによる計算実演
　7.1　液体および液体のSP値のプログラムによる計算例
　7.2　分子構造からのSP値のプログラムによる計算例
　7.3　SP値計算プログラムの紹介（Fedors,Hansen,Hoy法,関西大学HSPプログラム）

８．多成分系混合溶媒の溶解度パラメータの計算方法
　8.1　2成分溶液の溶解度パラメータの計算方法
　8.2　多成分溶液の溶解度パラメータの計算方法
　8.3　HSP値を用いた溶解のための最適混合比の考え方
　8.4　混合溶媒の非理想性の測定（理想混合との比較）
　8.5　混合溶媒の非理想性の測定と３Dグラフ上での評価
　8.6　Wilson式によるHSP値の非理想性の相関と予測

９．Hansen溶解度パラメータ(SP値)を用いた溶解性の評価法
　9.1　Hansenの溶解度パラメータを用いた評価法
　9.2　HSP値の三角線図による評価（Hansen-Teasグラフ）
　9.3　Hansen Solubility Windowの考え方
　9.4　溶解度パラメータを用いた溶解性の評価
　　　　　(HildebrandとHansenのSP値およびHSP値の比較)

10.Hansen球の考え方およびHSP値の3Dグラフの意味
　10.1　Hansen Solubility Sphere Methodの原理と考え方
　10.2　３Dグラフ上での相溶性・溶解性の評価
　10.3　３Dグラフ上での多成分系混合溶媒の評価
　10.4　Hansen溶解球法の原理と特徴

11.Hansen溶解球法による物質のHSP値の測定
　11.1　Hansen球法によるHSP値の測定方法（固体・液体・気体）
　11.2　種々の炭素材料のHSP値の測定方法
　11.3　フラーレン（C60）のHSP値の測定
　11.4　石油から分離された種々のアスファルテンのHSP値の測定
　11.5　カーボンブラックのHSP値の測定
　11.6　炭素材料のHSP値の評価
　11.7　微粒子・ナノ粒子表面のHSP値の測定（研究室論文紹介2019-2020）
　11.10　HSP値の異性体構造への影響評価（実測例）
　11.11　HSP値のポリマー重合度への影響評価（実測例）

12.４次元型HSPの定義と利用方法
　12.1 ４次元型HSP値（４D-HSP）の考え方と応用
　12.2　水素結合項（δh）へのドナー,アクセプター導入とその考え方
　12.3　3D上のHansen溶解度パラメータの改良の必要性
　12.4　4次元型HSP値（４D-HSP値）のRaの考え方
　12.5　水素結合項（δh）へのドナー,アクセプター導入とその考え方
　12.6　4次元型HSP値（４D-HSP値）の実用性について
　　　　（微粒子分散性評価,イオン液体評価）

13.溶解度パラメータ(HSP値)を用いた微粒子・ナノ粒子の凝集・分散性評価
　13.1　微粒子・ナノ粒子表面のHSP値の測定方法（各種実施例説明）
　13.2　シリカ粒子の表面HSP値の測定（実施例）
　13.3　アミノ基で修飾されたシリカ粒子表面のHSP値の測定
　13.4　シラノール基で修飾されたシリカ粒子のHSP値の測定
　13.5　シランカップリングされた微粒子表面のHSP値測定（実施例）
　13.6　酸化銅微粒子表面のHSP値の測定及び表面修飾効果（実施例）

14.Hansen溶解度パラメータの将来展望について
おわりに
　・溶ける、溶けないを、見極（予測）する意味
　・Hildebrand溶解度パラメータの応用と限界
　・Hansen溶解度パラメータの幅広い応用と将来展望
　・将来期待されているHSP値の応用分野（医学、食品、薬学）
　・現場における溶解性評価の高度化・迅速化に対するHSP値の価値
　・溶解に係る新規材料開発のHSP値高度利用の方向性

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セミナー講師

関西大学 副学長／研究推進部長／社会連携部長／環境都市工学部長
教授　工学博士　山本 秀樹 氏

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