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防汚・抗菌の技術動向

(2004年『防汚・抗菌の実際技術』普及版)

商品コード: B0916

  • 監修: 角田光雄
  • 発行日: 2010年4月
  • 価格(税込): 4,320 円
  • 体裁: A5判、266ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0190-7

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刊行にあたって

 われわれをとりまくすべての物がまったく汚れないで新品のようでいたら、世の中の景観は現在とまったく異なった様子を見せるであろう。また産業分野においても汚れによる製品価格への負荷の軽減ははかりしれないものがある。したがって防汚技術は、われわれが求めている究極の理想技術の1つである。
 汚れるということは、物質あるいは材料の表面と汚れ物質間の相互作用の結果である。相互作用のうち反撥作用が引力作用に勝れば表面は汚染しない。さて物質はすべて微粒子から構成されている。水やエタノールのような物質であれば水やエタノールの分子が微粒子であり、ポリエチレンやテフロンなどは、ポリエチレンやポリ4ふっ化エチレンなどの高分子が微粒子である。金やアルミニウムなどの金属は、それぞれの原子が微粒子であり、塩化ナトリウムでは、ナトリウムイオンや塩素イオンなどのイオン微粒子である。これらの微粒子がアボカドロ数(6.03×1023個)程度集まることによって見ることのできる物質になっている。
 物質間の相互作用のうち汚染に深くかかわる表面と汚れ物質間には一例として次のような引力作用が働く。炭素材料、たとえば黒鉛のような物質の表面とメタンやヘキサンのような炭化水素類(有機質汚れの1種)との間には非極性の分散力という引力作用が働いている。またガラスと水蒸気(1種の汚れとして振る舞うこともある)との間には極性の引力が作用する。
 汚染現象は熱力学的には次のように考察できる。汚染を変化と考えたとき、この課程の自由エネルギー変化△Fは、
 △F=△H-T△S
と表わせる。△Hは表面と汚れ物質間の相互作用である。一例として上記したような作用があれば△Hは負の値となる。Tは表面と汚れが相互作用しているときの温度である。△Sは表面と汚れ物質が作用する前の状態におけるエントロピーと汚れ物質が表面に付着して汚染が起こったあとの状態のエントロピーの差である。汚染が起こった場合にはエントロピー変化は負となる。負の△Hの値が負のエントロピー変化量よりも大きい場合には汚染に関する自由エネルギー変化は負となって汚染が起こる(自然に起こる変化は、その自由エネルギーは減少する方向に進む)。したがって汚染が起こらない条件、すなわち△F≧0のためには△Hが正であるかまたは負であればなるべく小さい値であることが望ましい。つまり表面と汚れ物質間に引力が作用しないようにするのが防汚となる。
 さてここで汚れ物質とは、その物質が表面にあるとき特性が劣化する物質である。表面に存在しても全く影響がなければこのような物質は汚れ物質とは考えない。したがって清浄な表面を作製したあと直ちに無害な物質で表面を被覆する方法は現実的な防汚技術となり得る。そこでどのような物質が表面に存在しても全体的な特性に影響しないかを知っておくことは非常に有益である。このためには、どのような表面が必要なのか、表面についての理解をしておくことが重要である。
 現実には汚れが付着しない表面を作ることは困難である。そこで汚れ物質が付着しても簡単な方法で容易に除去することができれば、このような技術も防汚と考えることができる。このためには表面と汚れ物質間の引力を小さくする(負の△Hの値を0に近い値にする)ように表面を改質することも防汚の有力な技術になる。また光触媒機能を持つ表面層を作り、有機質の汚れ物質が付着しても、太陽光などで付着した汚れが自然に分解除去されるような技術も有望な防汚技術となり得る。
(「はじめに」より)

2004年10月 角田光雄

<普及版の刊行にあたって>
 本書は2004年に『防汚・抗菌の実際技術』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。

2010年4月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

角田光雄   (現)文化女子大学名誉教授
佐伯義光   東陶機器(株) 総合研究所 所長
髙濱孝一   (現)パナソニック電工(株) 新規商品創出技術開発部 材料技術開発部 部長
砂田香矢乃   (現)東京大学 先端科学技術研究センター 特任准教授;(財)神奈川科学技術アカデミー 非常勤研究員
橋本和仁   (現)東京大学大学院 工学系研究科 応用化学 教授
石崎有義   東芝ライテック(株) 技術統括部 技監
山下 貢   (現)ダイキン工業(株) 環境技術研究所 主任研究員
加藤大二郎   荻野塗料(株) 開発部長
         (現)高機能塗料コンサルタント
松尾陽一   (現)(株)カネカ 高機能性樹脂事業部 樹脂研究グループ オリゴマー研究チーム 主任
園田 健   (現)(株)カネカ 高機能性樹脂事業部 樹脂研究グループ オリゴマー研究チーム 主任
森田正道   (現)ダイキン工業(株) 化学研究開発センター 基盤技術G 主任研究員
村田雄司   東京理科大学 理工学部 電気電子情報工学科 教授
板野俊明   (現)ESD EMIエンジニアリング(株) 代表取締役社長
稲葉 仁   (現)高砂熱学工業(株) 総合研究所 参与
藤江明雄   (株)カイジョー 研究開発本部 コンサルタント
         (現)ESDコンサルタント
平田順太   (現)(株)日立プラントテクノロジー 空調システム事業本部 技術本部 クリーンテクニカルエンジニアリングセンタ 主任技師
入倉 鋼   (現)(株)アルバック 筑波超材料研究所 主事
久禮得男(※)   (現)(株)日立プラントテクノロジー 空調システム事業本部 技術本部 副技師長
鈴木道夫   (現)日立プラント建設サービス(株) 技術顧問
服部 毅   ソニー(株) セミコンダクタテクノロジー開発本部 UCT研究室 統括部長 兼 主幹研究員
         (現)Hattori Consulting International 代表
仙波裕隆   (現)太平洋セメント(株) 環境事業カンパニー 営業部 営業企画グループ 主査
間宮富士雄   間宮技術士事務所 所長
  ※ 久禮得男先生の「禮」字の正しい表記は、偏部が「ネ」となります。

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章 防汚技術の基礎
1. 汚れるということ
1.1 汚染のモデル
1.2 種々な例について
1.2.1 気相からの汚染の例
1.2.2 液相からの汚染の例
1.2.3 固相中からの汚染の例
1.3 気体の吸着に関する基礎(気相からの汚染に関して)
1.4 吸着等温線

第2章 光触媒技術を応用した防汚技術
1. 光触媒の機能と材料
1.1 はじめに
1.2 光触媒の原理と機能
1.3 実用化のための機能設計とハイブリット化
1.3.1 シリカ・シリコーン系蓄水性物質の添加
1.3.2 Cu、Agなどの遷移金属の添加
1.3.3 光触媒の複合化(TiO2/WO3)
1.4 光触媒の薄膜形成技術
1.5 光触媒の応用製品開発
1.6 おわりに

2. 加工技術
2.1 はじめに
2.2 無機コーティング材
2.3 光触媒コーティング材
2.4 光触媒コーティング材のセルフクリーニング効果
2.5 光触媒コーティング材の実例
2.6 光触媒コーティング材の課題とその対策
2.7 まとめ

3. 抗菌効果とその評価方法
3.1 はじめに
3.2 光触媒による抗菌効果
3.3 抗菌効果の評価方法
3.3.1 抗菌評価の対象サンプル作製
3.3.2 評価方法
3.3.3 評価結果
3.4 抗菌効果のメカニズム
3.4.1 スフェロプラストの酸化チタン薄膜上での生存率変化
3.4.2 細胞壁構成成分の濃度変化
3.4.3 殺菌過程
3.5 微弱光下での抗菌効果
3.5.1 酸化チタン薄膜と銅を組み合わせた材料の作製
3.5.2 暗所下での抗菌活性
3.5.3 微弱光(蛍光灯)下での抗菌活性
3.5.4 Cu/TiO2材料の抗菌メカニズム
3.6 おわりに

4. 光触媒の実用化例
4.1 光触媒の実用化技術とその応用例
4.1.1 はじめに
4.1.2 光触媒の基本作用と防汚機能
4.1.3 実用化のための機能設計とハイブリット化
4.1.4 光触媒の薄膜形成技術
4.1.5 光触媒の応用製品開発
4.1.6 おわりに
4.2 照明機器
4.2.1 はじめに
4.2.2 照明製品の汚れ
4.2.3 照明製品用光触媒膜の種類と構造
4.2.4 光触媒応用照明製品の例
4.2.5 光触媒を励起する屋内光について
4.2.6 励起用照明ランプ、器具
4.2.7 まとめ
4.3 空気清浄
4.3.1 はじめに
4.3.2 さまざまな空気汚染物質
4.3.3 ガス状汚染物質と光触媒技術
4.3.4 生物系汚染物質と光触媒技術
4.4 外壁ガラスの現場コーティング技術
4.4.1 はじめに
4.4.2 外壁ガラスの現場施工現況
4.4.3 光触媒コーティングガラスの防汚効果メカニズム
4.4.4 現場ガラスコート施工仕様
4.4.5 おわりに

第3章 高分子材料によるコーティング技術
1. アクリルシリコン樹脂
1.1 はじめに
1.2 低汚染性の考え方
1.2.1 汚染の認識
1.2.2 汚染物質
1.2.3 汚染のメカニズム
1.2.4 低汚染性付与技術
1.2.5 分析
1.3 低汚染弱溶剤ハイブリッド架橋型アクリルシリコン樹脂
1.3.1 架橋形態
1.3.2 主剤および硬化剤の設計
1.3.3 低汚染弱溶剤ハイブリッド架橋型アクリルシリコン樹脂塗料の塗膜性能
1.4 水系2液低汚染型アクリルシリコン樹脂
1.4.1 主材および硬化剤の設計
1.4.2 塗料化配合
1.4.3 光沢
1.4.4 接触角
1.4.5 屋外曝露試験での耐汚染性
1.4.6 耐候性
1.5 まとめ

2. フッ素材料
2.1 はじめに
2.2 実験
2.2.1 試料
2.2.2 ポリマーの布への処理
2.2.3 SR性試験
2.2.4 表面自由エネルギーの算出
2.2.5  撥油性
2.3 結果および考察
2.3.1 残存CB量と残存TO量の関係
2.3.2 低表面自由エネルギー性とSR性能の関係
2.3.3 CB/TO複合汚れの洗浄過程
2.3.4 FAホモポリマーのSR性能
2.3.5 flip-flop性とSR性能の関係
2.3.6 FA/BA共重合体、FA/BMA共重合体のSR性能
2.3.7 処理を施す基質が異なる場合
2.3.8 複合汚れ中の油性成分の極性が異なる場合
2.4 総括

第4章 帯電防止技術の応用
1. 帯電防止
1.1 はじめに
1.2 静電気の発生
1.2.1 静電気の発生原因
1.2.2 接触・摩擦帯電現象
1.3 帯電防止
1.3.1 帯電防止の基本原理
1.3.2 帯電しにくい材料
1.3.3 導電化による帯電防止
1.3.4 微弱放電を利用した帯電防止
1.4 おわりに

2. 帯電防止による防汚コーティング技術に代わる新しい技術の動向
2.1 はじめに
2.2 帯電防止塗料
2.3 最近のクリーンルーム用塗料

3. 粒子汚染への静電気の影響と制電技術
3.1 はじめに
3.2 粒子汚染を促進する作用力の特性
3.3 帯電清浄面への粒子付着の実態
3.4 粒子汚染防止のための制電技術
3.4.1 制電技術基礎
3.4.2 帯電列を指標とした素材の選定の有効性
3.4.3 加湿による抵抗値制御の有効性
3.4.4 有機汚染制御による帯電防止
3.4.5 イオナイザの特徴と使用上の注意点
3.4.6 空気中での高速除電技術“極軟X線(USX)除電装置”の特徴と適用例
3.4.7 減圧雰囲気での除電技術“真空紫外線(VUV)除電装置”の特徴
3.4.8 除電に利用されるイオンの組成と清浄面への影響
3.5 まとめ

4. クリーンルーム内における静電気
4.1 はじめに
4.2 電子産業分野における静電気課題概要
4.2.1 クリーンルーム内での発麈の課題
4.2.2 クリーンルーム内での微粒子吸着の過程
4.2.3 粒子付着の色々な形態
4.3 静電気課題への対応の基本
4.4 クリーンルーム内の製造工程で遭遇する静電気発生機構と工程
4.5 クリーンルーム内空気のイオンバランス異常
4.6 洗浄システムにおける静電気
4.6.1 高絶縁材料製配管へ乾燥空気流入時の流動帯電
4.6.2 洗浄システム内の電気絶縁性配管と純水の帯電
4.7 電子産業分野における静電気課題の対応現況
4.7.1 半導体分野での静電気課題
4.7.2 HDD分野
4.7.3 LCDパネル分野
4.8 おわりに

第5章 実際の応用例
1. 半導体工場のケミカル汚染対策
1.1 はじめに
1.2 ケミカル汚染対象物質とクリーンルーム内外の濃度
1.3 有機汚染対策
1.3.1 揮発性有機物のSiウェーハへの吸脱着挙動
1.3.2 各種部材からのアウトガス測定法と測定事例
1.3.3 有機汚染対策
1.4 酸汚染対策
1.5 塩基性ガス汚染対策
1.6 ドーパント汚染対策
1.7 おわりに

2. 抗菌性プラスチック材料の複雑表面被覆
2.1 一般的な抗菌性プラスチックの被覆方法
2.2 複雑形状へのプラスチック被覆方法
2.3 抗菌性ポリイミドの成膜
2.4 抗菌性能
2.5 応用例

3. 半導体プロセスにおける防汚技術
3.1 はじめに
3.2 半導体プロセスの概要と汚染
3.3 半導体プロセスにおける防汚の取組み
3.4 クリーンルームにおける防汚技術
3.4.1 粒子汚染の挙動と対策
3.4.2 分子汚染(ケミカル汚染)の挙動と対策
3.4.3 金属汚染の挙動と対策
3.4.4 局所清浄化
3.5  洗浄技術

4. 超精密ウェーハ表面加工における防汚
4.1 半導体ウェーハ表面のクリーン化
4.2 ウェーハ表面加工プロセスにおける汚染防止
4.3 半導体ウェーハの洗浄による汚染除去
4.4 多層配線工程での汚染除去(最近のトピックスとして)
4.4.1 ポリマー除去
4.4.2 ポストCMP洗浄
4.4.3 裏面ベベル洗浄
4.5 おわりに

5. 光触媒による環境浄化技術
5.1 はじめに
5.2 光触媒とは
5.2.1 光触媒機構
5.2.2 光触媒の用途
5.3 大気浄化への適用例
5.3.1 製品設計
5.3.2 NOx除去機構
5.3.3 NOx除去性能
5.4 応用例
5.4.1 STコート
5.4.2 フォトロード工法
5.5 今後の展望
5.5.1 JIS化
5.5.2 STコートの展開

6. 機械加工分野
6.1 はじめに
6.2 工作機械の種類
6.2.1 施盤(Lathe)
6.2.2 ボール盤(Drilling Machine)
6.2.3 中ぐり盤(Boring Machine)
6.2.4 フライス盤(Milling Machine)
6.2.5 その他の機械
6.3 コンタミネーション・コントロール
6.3.1 液体清浄度測定法
6.3.2 空気清浄度測定法
6.3.3 個体表面清浄度測定法
6.4 工作機械の保守・点検
6.5 欠陥の種類とその対策
6.5.1 腐食(コロージョン)
6.5.2 よごれ
6.5.3 漏れ
6.5.4 その他
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