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高分子の架橋・分解技術―グリーンケミストリーへの取組み―

(2004年『高分子の架橋と分解―環境保全を目指して―』普及版)

商品コード: B0876

  • 監修: 角岡正弘・白井正充
  • 発行日: 2009年5月
  • 価格(税込): 4,536 円
  • 体裁: A5判、299ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0084-9

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刊行にあたって

 高分子材料は現代の日常生活ではプラスチック、フイルム、繊維、ゴムあるいは塗料など汎用材料として広く利用されているだけでなく、一見しただけではよく分からないが、その他にも機能性材料として広く利用されている。そのような高分子材料のもつ特長を生かして活用するために、高分子の架橋は重要な役割を果たしてきた。例えば、熱硬化性樹脂、ゴムの加硫あるいはエポキシ樹脂などでの架橋反応がそのよい例で、その役割は大きい。これまでの架橋はどちらかというと機械的性質の発現の立場からの利用が多かったが、現在では機能性材料開発の立場から架橋反応の利用も活発になってきている。
 一方、現在利用されている合成高分子は微生物で分解しないことが利点として広く利用されてきたが、現在のように使用量があまりに多くなるとどのように処理するかが問題となり、再利用や分解性プラスチックが現代的課題となって久しい。特に、架橋した高分子材料をどのようにリサイクルするか、分解するかは重要な課題である。
 以上の観点から本書では、高分子の特長をどのように活用するかという観点から高分子の架橋と分解について話題と動向をまとめた。基礎的な立場から高分子の架橋や分解について現代的な理解を図ること、応用面では現在広く利用されている熱的な架橋反応の利用の立場から熱硬化性樹脂、エラストマー、エポキシ樹脂あるいは高分子ゲルなどについて最近の進歩を含めた動向について、さらに、光や電子線・放射線を用いた架橋反応の利用についてUV硬化システムあるいは微細加工システムの最近の話題と動向について執筆していただいた。
 また、架橋した高分子もいずれは分解するか再利用は不可欠であるとの立場から、プラスチックの分解から再利用、さらには分解反応を利用する機能性材料の合成についても原稿をお願いした。
 今年から国立大学の法人化が始まり、産官学の協力体制は一段と高められると思われる。新しい研究テーマの開発とその実用的化に本書が役に立つことを願っている。
(「はじめに」より)

2004年6月  大坂府立大学名誉教授 角岡正弘

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2004年に『高分子の架橋と分解―環境保全を目指して―』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

2009年5月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

松本 昭   (現)関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授
白井正充   大阪府立大学大学院 工学研究科 応用化学分野 教授
石倉慎一   (元)日本ペイント(株) R&amp;D本部 参与
合屋文明   (現)(株)東レリサーチセンター 有機分析化学研究部 主任研究員
岡村晴之   (現)大阪府立大学大学院 工学研究科 応用化学分野 助教
伊藤耕三   東京大学大学院 新領域創成科学研究科 教授
浦上 忠   (現)関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授
宮田隆志   関西大学 工学部 助教授
         (現)関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 教授
松本明博   (現)大阪市立工業研究所 有機材料研究部 熱硬化性樹脂研究室 室長
越智光一   (現)関西大学 化学生命工学部 教授
原田美由紀   (現)関西大学 化学生命工学部 助教
池田裕子   京都工芸繊維大学 工芸学部 物質工学科 助手
穴澤孝典   (財)川村理化学研究所 高分子化学研究室 室長
角岡正弘   (現)大阪府立大学名誉教授
林 宣也   (現)三菱重工業(株) 名古屋航空宇宙システム製作所 研究部 複合材・化学研究課 主任
陶山寛志   大阪府立大学大学院 工学研究科 応用化学分野 講師
大城戸正治   (現)ケーエスエム(株) 研究部 研究本部長
市村國宏   東邦大学 理学部 先進フォトポリマー研究部門 特任教授
青木健一   (現)東邦大学 理学部 先進フォトポリマー研究部門 特任講師
松川公洋   (現)大阪市立工業研究所 電子材料研究部 研究主幹
川月喜弘   (現)兵庫県立大学大学院 工学研究科 教授
小野浩司   (現)長岡技術科学大学 電気系 教授
木下 忍   岩崎電気(株) 光応用事業部 光応用営業部 技術グループ 次長兼技術グループ長
         (現)岩崎電気(株) 技術研究所 所長
鷲尾方一   早稲田大学 理工学総合研究センター 教授
関 修平   (現)大阪大学大学院 工学研究科 応用化学専攻 准教授
佐藤芳樹   金沢大学大学院 自然科学研究科 物質工学専攻 教授
後藤敏晴   (現)日立電線(株) 技術研究所 課長代理
澤口孝志   日本大学 理工学部 物質応用化学科 教授
舩岡正光   (現)三重大学大学院 生物資源学研究科 教授
永松ゆきこ   三重大学 舩岡研究室 科学技術振興機構(JST)CREST研究員
友井正男   (現)横浜国立大学名誉教授

 執筆者の所属表記は、注記以外は2004年当時のものを使用しております。

目次

<第1編 高分子の架橋と分解の基礎と応用>
第1章 高分子の架橋と分解
1. 架橋反応の理論
1.1 はじめに
1.2 ゲル化理論の展開
1.3 ゲル化理論のジビニル架橋重合系への応用
1.4 架橋樹脂の(不)均質性

2. 架橋反応の分類
2.1 はじめに
2.2 架橋体の分類
2.2.1 官能基を有する高分子から得られる架橋体
2.2.2 官能基を有する高分子と架橋剤のブレンド系から得られる架橋体
2.2.3 多官能性モノマーおよびオリゴマーから得られる架橋体
2.3 架橋反応の分類
2.3.1 熱架橋系
2.3.2 光架橋系
(1) 光で直接架橋するタイプ
(2) 感光剤が架橋剤として働くタイプ
(3) 光ラジカル発生を利用するタイプ
(4) 光酸発生を利用するタイプ
(5) 光アミン発生を利用するタイプ
2.4 おわりに

3. 分解反応の理論
3.1 はじめに
3.2 分解反応の理論
3.2.1 ランダム分解反応
3.2.2 解重合型連鎖分解
3.2.3 架橋が併発する分解反応
3.3 おわりに

4. 分解反応の分類
4.1 はじめに
4.2 連鎖型分解反応
4.2.1 光による連鎖型分解反応
4.2.2 熱による連鎖型分解反応
4.3 非連鎖型分解反応
4.3.1 光による非連鎖型分解反応
4.3.2 熱による非連鎖型分解反応
4.4 おわりに

第2章 架橋剤と架橋反応
1. はじめに
2. 常温または加熱による架橋反応
2.1 フェノール樹脂
2.2 エポキシ樹脂
2.2.1 アミンとの反応
2.2.2 酸触媒
2.2.3 カルボン酸との反応
2.2.4 カルボン酸無水物との反応
2.2.5 ジシアンジアミド(DICY)との反応
2.2.6 ケチミンとの反応
2.3 アミノ樹脂
2.4 イソシアナート
2.4.1 水との反応
2.4.2 水酸基含有樹脂との反応
2.4.3 アミン
2.4.4 環化三量化
2.4.5 ブロックイソシアナート
2.5 架橋剤と組み合わせる高分子化合物
2.5.1 不飽和ポリエステル樹脂
2.5.2 アルキド樹脂
2.5.3 シリコーン樹脂
2.5.4 アクリル樹脂
(1) 水酸基官能性アクリル樹脂
(2) カルボキシル官能性アクリル樹脂
(3) アミド官能性共重合体
(4) その他
2.5.5 ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂
2.5.6 側鎖や主鎖に二重結合を持つ高分子化合物
3. キレート化剤
4. 光反応による架橋反応
4.1 光ラジカル重合
4.2 光カチオン重合
4.3 光架橋反応

第3章 架橋剤および架橋構造の解析
1. 架橋剤各種の分離と定性・定量
1.1 紫外線硬化樹脂
1.1.1 光重合開始剤
1.1.2 多官能モノマー
1.2 フォトレジスト用感光剤
1.3 化学増幅型レジスト光酸発生剤
1.4 エポキシ硬化剤
1.5 シランカップリング剤
2. 架橋構造の評価
2.1 粘弾性法による架橋点間分子量
2.2 FT-IRによる劣化架橋構造の評価
2.2.1 シリコーンゴム
2.2.2 フォトレジスト
2.2.3 ポリイミド
2.2.4 エポキシ樹脂
2.3 NMRによる架橋構造の評価
2.3.1 固体29Si-NMRによる評価
2.3.2 溶液29Si-NMR
2.3.3 ゲル状ポリマーの1H-NMR
2.4 熱分解GC/MSによる評価
2.4.1 プラレンズの分析
2.4.2 エポキシ樹脂の分析
2.4.3 紫外線硬化樹脂の分析
3. まとめ

第4章 架橋と分解性を利用する機能性高分子の合成
1. はじめに
2. 可逆的架橋・分解反応性を有する機能性高分子
3. 不可逆的架橋・分解反応性を有する高分子
3.1 熱架橋・熱分解系
3.2 熱架橋・光誘起熱分解系
3.3 熱架橋・試薬による分解系
3.4 光架橋・熱分解系
3.5 光架橋・試薬による分解系
4. おわりに

<第2編 架橋および分解を利用する機能性材料開発の最近の動向>
第5章 熱を利用した架橋反応
1. 高吸水性高分子ゲルの開発
1.1 はじめに
1.2 ゲルの膨潤理論
1.2.1 Flory-Rhener理論
1.2.2 田中理論
1.3 環動ゲル
1.3.1 環動ゲルとは
1.3.2 環動ゲルの作成法
1.3.3 環動ゲルの応用
1.4 おわりに

2. 分子認識高分子ゲルの開発
2.1 はじめに
2.2 抗原-抗体高分子ゲル
2.2.1 抗原応答性高分子ゲルの調製
2.2.2 抗原応答性高分子ゲルの膨潤特性
2.3 抗原-抗体semi-IPNヒドロゲル
2.3.1 抗原-抗体semi-IPNヒドロゲルの調製
2.3.2 抗原-抗体semi-IPNヒドロゲルの可逆応答性
2.4 抗原応答性高分子ゲル膜の物質透過制御
2.5 分子インプリント高分子ゲル
2.5.1 分子インプリント法により生体分子をインプリントした高分子ゲルの調製
2.5.2 生体分子インプリント高分子ゲルの特性
2.5.3 内分泌攪乱物質をインプリントした高分子ゲルの調製
2.5.4 内分泌攪乱物質インプリント高分子ゲルの特性
2.6 おわりに

3. フェノール樹脂の最近の動向
3.1 はじめに
3.2 靭性の向上
3.2.1 ゴム成分やエラストマー成分を添加する方法
3.2.2 核間結合距離を長くする方法
3.2.3 弾性率が低い熱可塑性樹脂による変性
3.2.4 ナノコンポジット
(1) ゾル-ゲル法によるコンポジット
(2) 層間重合法(インターカレーション法)によるコンポジット
3.3 難燃性の向上
3.4 FRPへの展開
3.5 付加反応による硬化システム
3.5.1 種々の置換基の熱重合による硬化
3.5.2 ベンゾオキサジン環の開環重合による硬化
3.6 おわりに

4. エポキシ樹脂の高性能化の最近の動向
4.1 はじめに
4.2 エポキシ樹脂の骨格構造と硬化物の物性
4.3 複合化によるエポキシ樹脂硬化物の高機能化・高性能化

5. エラストマーにおける架橋反応の最近の動向
5.1 はじめに
5.2 加硫
5.3 パーオキシド架橋
5.4 シラノール基を利用した架橋
5.5 リサイクル可能な架橋反応とその脱架橋反応
5.6 物理的相互作用に基づく架橋
5.7 その他の架橋反応
5.8 おわりに

第6章 UV硬化システム
1. UV硬化による相分離を利用した液晶相の形成
1.1 はじめに
1.2 相図を用いたミクロ相分離構造の予測と制御
1.2.1 2元相図
1.2.2 3元相図
1.3 ミクロ相分離構造に影響するその他の因子
1.3.1 非平衡過程による相図からのずれ
1.3.2 ポリマーマトリクス相の構造

2. チオール-エンおよび開始剤フリーUV硬化
2.1 はじめに
2.2 チオール-エンUV硬化
2.2.1 チオールの構造と反応性
2.2.2 エンの構造と反応性
2.2.3 硬化時のゲル化点と体積収縮
2.2.4 最近の動向
2.3 開始剤フリーUV硬化
2.3.1 ドナー(ビニルエーテル類)とアクセプター(マレイミド誘導体)からの開始
2.3.2 励起マレイミド基の水素引き抜きによるラジカルの生成
2.3.3 励起マレイミド基とマレイミド基あるいはアクリロイル基からのラジカル生成
2.4 おわりに

3. 連鎖硬化型UVカチオン硬化システム(連鎖硬化システム)
3.1 はじめに
3.2 UVカチオン硬化
3.3 熱および光重合開始剤とカチオン重合性モノマー・オリゴマー
3.3.1 熱および光重合開始剤
3.3.2 カチオン重合性モノマー・オリゴマー
3.4 連鎖硬化型UVカチオン硬化システム
3.5 炭素繊維強化樹脂(CFRP)への適用
3.6 おわりに(今後の展望)

4. アニオンUV硬化システム
4.1 アニオンUV硬化システムの特徴
4.2 光で生成するアニオンを利用したUV硬化システム
4.3 第一、ニ級アミン生成を利用したUV硬化システム
4.4 第三級アミン生成を利用したUV硬化システム
4.4.1 アンモニウム塩
4.4.2 ニフェジピン
4.4.3 α-アミノケトン
4.4.4 アミジン前駆体
4.4.5 アミンイミド
4.5 おわりに

5. 紫外線硬化型水分散ポリマー
5.1 はじめに
5.2 特徴
5.3 モデル構造
5.4 製品化タイプ
5.5 結果
5.5.1 硬度および密着性
5.5.2 耐溶剤性
5.5.3 二重結合導入量と硬化性の違いについて
5.5.4 熱硬化性テスト
5.6 結論
5.7 おわりに

第7章 光を利用する微細加工システム
1. 酸・塩基の熱増殖とその化学増幅型微細加工への活用
1.1 はじめに
1.2 酸増殖型フォトポリマー
1.2.1 酸増殖剤
1.2.2 強酸分子の拡散挙動
1.2.3 酸増殖型フォトレジスト
1.2.4 酸増殖性ポリマー
1.3 塩基増殖型レジスト
1.3.1 塩基増殖反応と塩基増殖剤
1.3.2 エポキシポリマーのUV硬化促進
1.3.3 塩基増殖性オリゴマー
1.4 おわりに

2. ゾル・ゲル薄膜の微細パターニングへの応用
2.1 はじめに
2.2 光2元架橋反応による有機無機ハイブリッドの作製
2.3 アクリル/シリカ有機無機ハイブリッドのネガ型レジストへの応用
2.4 有機無機ハイブリッドから電子線ポジ型アナログレジストへの展開
2.5 アクリル/シリカハイブリッド系電子線ポジ型アナログレジストへの特性
2.6 おわりに

3. 光架橋性高分子液晶による表面レリーフ形成とその応用
3.1 はじめに
3.2 光配向性高分子液晶
3.3 干渉露光の種類:強度変調と偏光状態の変調
3.4 分子配向パターンと表面レリーフの形成およびそれらの特性
3.4.1 強度変調露光
3.4.2 偏光状態を変調した露光
3.5 まとめ

第8章 電子線・放射線を利用した架橋反応
1. 低出力電子線の高分子機能化における利用
1.1 はじめに
1.2 EBの特長と物質への作用
1.3 高分子へのEB照射
1.4 応用例
1.4.1 電線照射
(1) PVC(ポリ塩化ビニル)電線
(2) PE(ポリエチレン)電線
1.4.2 発泡体への応用
1.4.3 熱収縮体への応用
1.4.4 天然ゴムラテックスへの応用
1.5 EB装置
1.5.1 小型低出力EB処理装置例
(1) 実験用小型EB処理装置
(2) EZCureTM装置
(3) 円筒型EB処理装置
1.6 おわりに

2. 放射線を利用するポリテトラフルオロエチレンの機能化
2.1 はじめに
2.2 架橋PTFE
2.3 放射光を用いたPTFEの機能化
2.3.1 放射光による架橋PTFEの微細加工
2.3.2 放射光によるVirginPTFEの架橋
2.4 架橋PTFEを基材としたイオン交換膜創製

3. 放射線を利用する架橋高分子の形状制御
3.1 放射線による高分子の架橋・分解反応
3.2 放射線による架橋・分解反応の定量的評価法
3.3 放射線と物質との相互作用について
3.3.1 荷電粒子によるエネルギー付与の基礎過程
3.3.2 空間的に不均一なエネルギー付与についての理論的考察
3.4 不均一な化学反応の積極的な利用
3.4.1 高いLETを有するビームによる穿孔形成
3.4.2 高いLETを有するビームによる架橋高分子ナノ組織体の直接形成

第9章 リサイクルおよび機能性材料合成のための分解反応
1. プラスチックのケミカルリサイクル
1.1 はじめに
1.2 プラスチックの構造、合成法とリサイクル方法の関係
1.3 油化技術の現状
1.4 モノマーリサイクル技術
1.5 電気・電子製品のリサイクル

2. 架橋ポリエチレンのリサイクル:超臨界アルコールの利用
2.1 はじめに
2.2 架橋ポリエチレン
2.3 超臨界流体
2.4 超臨界流体によるXLPEの熱可塑化
2.4.1 XLPEへの超臨界流体の溶解
2.4.2 超臨界処理したXLPEの評価
2.4.3 超臨界アルコール処理したXLPEの構造
2.5 超臨界処理したXLPEの物性
2.6 おわりに

3. ポリプロピレンのリサイクル:機能性化合物の合成
3.1 はじめに
3.2 テレケリックオリゴプロピレンの生成機構
3.3 キャラクタリゼーション
3.4 ブロック共重合
3.5 おわりに

4. 天然素材リグニンを利用する機能性材料の開発
4.1 はじめに
4.2 リグニン高分子の形成と構造的特徴
4.3 天然リグニンを循環型機能性高分子へ
4.3.1 1次変換設計
4.3.2 選択的構造制御システム(相分離系変換システム)
4.3.3 分子内機能変換素子とその効果
4.3.4 高次構造制御
4.4 リグニンの逐次循環活用
4.4.1 セルロース複合系
4.4.2 無機質複合系
4.4.3 タンパク質複合系
4.4.4 ポリエステル複合系
4.5 おわりに

5. エンプラのフォトレジストへの応用
5.1 はじめに
5.2 反応現像画像形成法:エンプラと求核試薬の反応
5.3 反応現像画像形成(RDP)法を基盤とする感光性エンプラの開発
5.4 微細パターン形成のメカニズム
5.5 エンプラおよび求核剤の構造と感光特性の関連
5.6 おわりに
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