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高分子の表面改質・解析の新展開

  • New Development of Surface Treatments for Polymers
★ 高分子材料の用途の広がりとともに必須となる表面改質技術を詳述!
★ X線光電子分光法,走査プローブ顕微鏡法,TOF-SIMS法など様々な表面解析技術を網羅!
★ 生体適合性,接着性,撥水性,帯電防止,バリア性,防曇性などの機能付与を紹介!

商品コード: T0537

  • 監修: 小川俊夫
  • 発行日: 2007年2月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判,245ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-659-6
こちらの書籍については、お問い合わせください。
  • プラズマ放電,コロナ処理,グラフト化,大気圧プラズマ,レーザー溶着,X線光電子分光法,TOF-SIMS法,赤外反射吸収分光法,微小切削法,赤外・ラマン分光法

刊行にあたって

 高分子は金属やセラミックスに比べれば極く新しい材料で,わが国では1960年代から本格的に生産が開始され急速に普及した。今日では米国に次いで世界第二の生産国であり,また消費国になっている。多種多様な樹脂が開発され,学会で新しく発表される新しい高分子も枚挙に暇がない。しかし,現実の産業において使用される高分子は決して多くなく,5大汎用樹脂,すなわち,低密度ポリエチレン,高密度ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリ塩化ビニル,およびポリスチレンに生産が集中しつつある。これはこれら高分子が生産量拡大とともに廉価となり,また物性的にもかなりの領域をカバーできるからに他ならないからである。他の高分子では機能は満足できても経済的に不都合が生ずると,上記5大汎用樹脂を共重合体やポリマーアロイといった方法で改質し,要求特性を満足させる方策が取られてきている。表面改質もその一環といえるもので,バルクの性質は満足できても,表面の接着性,撥水性,電気伝導性などが満足できない場合に表面を改質して目的を達成する。表面改質法の種類については過去10年ほど基本的に大きな変化はない。すなわち,化学的処理に代わってほとんどが物理的処理であり,コロナ放電処理,プラズマ放電処理,グラフト化などである。これらの最近の進歩について第1章で各分野の専門家に執筆して頂いた。
 表面改質を行うに当たっていろいろな手法が考えられるが,改質状況を把握しなければ,改質が適切かどうか判断するのは難しい。接着性,バリアー性,撥水性などの性質を知ることは無論であるが,それら性質の改善策や最終製品の信頼性を評価するには,改質された表面の解析が不可欠である。従来から,あるいは最近盛んに利用されているX線光電子分光法,原子間力顕微鏡法などに加えて,飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)などの発展著しい方法や赤外反射吸収分光法のような今後一般の表面・界面問題に使用できそうな方法も第2章で専門の方々に執筆して頂いている。
 表面改質の本来の目的は,学問として表面を調べることではなくて,あくまでも産業のニーズに答えるためである。その意味では表面改質がどのような分野で利用され発展しているかを知ることが極めて重要である。表面改質に伴う応用分野はかなり広いものと思われ,なかなか部外者には想像がつかない。特に生体材料などの,わが国が米国に比べれば遅れている分野や,超撥水性などいろいろな進展が見られる分野について第3章で専門家に執筆して頂いている。
 本書は高分子の表面改質に関して専門の研究者によって最新の情報を提供して頂いているものと信ずる。高分子に新しい機能を加えようとする方々,既存製品の新たな改良を行おうとする技術者にとって本書が大いに役立つことを期待する。
(「発刊にあたって」より)

2006年12月  小川俊夫

著者一覧

小川俊夫   金沢工業大学 環境・建築学部 バイオ化学科 教授
柳原榮一   神奈川県技術アドバイザー
稲垣訓宏   静岡大学 工学部 物質工学科 教授
坪川紀夫   新潟大学 工学部 教授
木下 忍   岩崎電気(株) 光応用開発部 部長
上原 徹   島根大学 総合理工学部 教授
坪井昭彦   (株)レーザックス 第1事業部 事業部長
高橋久美子  (株)東レリサーチセンター 表面科学研究部 表面解析研究室 
中山陽一   (株)東レリサーチセンター 先端技術調査研究部 部長
篠原健一   北陸先端科学技術大学院大学 マテリアルサイエンス研究科 准教授
萬 尚樹   (株)東レリサーチセンター 表面科学研究部 表面解析研究室 研究員
寺前紀夫   東北大学 大学院理学研究科 化学専攻 教授
木嶋芳雄   ダイプラ・ウィンテス(株) 代表取締役社長
西山逸雄   ダイプラ・ウィンテス(株) サイカス営業本部 西日本営業部 部長
佐藤春実   関西学院大学大学院 理工学研究科 博士研究員
小寺 賢   神戸大学 工学部 応用化学科 助手
鈴木嘉昭   (独)理化学研究所 先端技術開発支援センター 先任研究員
辻井 薫   北海道大学 電子科学研究所附属ナノテクノロジー研究センター 教授
後藤伸也   花王(株) 化学品研究所 主任研究員
大谷寿幸   東洋紡績(株) 総合研究所 化成品開発研究所 堅田フィルム開発部 第4グループリーダー
指田和幸   理研ビタミン(株) 化成品改良剤開発部 部長

目次

高分子の表面改質序論
1. 表面改質の必要性
2. 表面処理
2.1 化学的処理
2.2 物理的処理
3. 表面解析技術
4. おわりに

第1章 表面処理
1. 化学的処理とプライマー処理
1.1 はじめに
1.2 化学的処理の手法と概要
1.3 化学的処理の具体的な手法とその効果
1.3.1 ポリオレフィン(PO:PE、PPなど)
1.3.2 ポリアミド(PA)
1.3.3 フッ素樹脂(PTFE、PFAなど)
1.3.4 ポリフェニレンエーテル(PPE)
1.3.5 ポリアセタール(POM)
1.3.6 ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)
1.3.7 ゴム・エラストマー
1.4 プライマー処理
1.4.1 ポリアミド(PA)
1.4.2 ポリオレフィン(PO:PE、PPなど) 
1.5 JISの手法
1.6 おわりに

2. プラズマ放電処理
2.1 はじめに
2.2 プラズマによる表面改質の原理
2.3 プラズマを照射すると、高分子表面で何が起こるか?
2.3.1 化学組成の変化
2.3.2 表面形態の変化
2.4 プラズマ処理にはプラズマの何が寄与しているのか
2.5 機能性プラズマ処理(その1)―リモートプラズマ処理―
2.6 機能性プラズマ処理(その2)―選択的なインプランテーション―
2.7 まとめ

3. コロナ処理
3.1 まえがき
3.2 装置
3.3 コロナ処理条件と表面官能基
3.4 コロナ放電による表面処理例
3.4.1 ポリプロピレン
3.4.2 ポリエチレンテレフタレート(PET)
3.4.3 芳香族ポリイミド
3.5 おわりに

4. グラフト化技術
4.1 はじめに
4.2 表面グラフト化の方法論
4.3 多分岐ポリマーのグラフト化
4.3.1 多分岐ポリアミドアミン(PAMAM)のグラフト
4.3.2 多分岐ポリフォスファゼンのグラフト
4.4 ナノカーボンの縮合芳香族環を用いるグラフト化
4.4.1 ラジカル補捉性
4.4.2 配位子交換反応
4.5 溶媒を用いない乾式系におけるグラフト
4.5.1 多分岐ポリアミドアミンのグラフト
4.5.2 ビニルポリマーのラジカルグラフト
4.5.3 カチオングラフト重合
4.6 イオン液体中におけるグラフト反応
4.6.1 Grafting from系
4.6.2 Grafting onto系
4.7 リビングラジカル重合法によるグラフト
4.7.1 Grafting from系
4.7.2 Grafting onto系
4.8 生理活性物質をグラフトしたナノ粒子の特性
4.9 表面グラフト化の新展開

5. 電子線処理
5.1 はじめに
5.2 EB処理装置
5.2.1 EBの特性
5.2.2 EBの特長と物質への作用
5.2.3 小型EB処理装置紹介
5.3 高分子のEB処理
5.3.1 重合処理
5.3.2 グラフト重合処理
5.3.3 架橋処理
5.4 おわりに

6. 大気圧プラズマ処理
6.1 はじめに
6.2 エチレンのセロハン上での重合
6.2.1 試料、大気圧プラズマ処理および接触角測定
6.2.2 セロハンの表面自由エネルギー
6.2.3 赤外吸収スペクトル
6.2.4 X線光電子分光分析
6.3 紙のプラズマ処理
6.3.1 試料、プラズマ処理および物性評価
6.3.2 ステキヒト・サイズ度試験
6.4 木材表面のはっ水性化
6.4.1 実験方法
6.4.2 木材のはっ水性
6.4.3 耐水試験
6.4.4 色差
6.4.5 木材処理の特殊性
6.5 大気圧プラズマによる綿布帛への透湿防水性付与
6.5.1 試料および処理
6.5.2 綿布帛のはっ水性
6.5.3 綿布帛の透湿性
6.6 ガラス表面の処理
6.7 ポリエチレンの親水性化
6.7.1 実験方法
6.7.2 ポリエチレンの表面自由エネルギー
6.8 ポリエチレン上でのメタクリル酸メチルの重合
6.8.1 実験方法
6.8.2 赤外吸収スペクトル
6.9 おわりに

7. レーザービーム法(溶着)
7.1 緒言
7.2 プラスチックの接合方法
7.2.1 超音波溶着(Ultrasonic Welding)
7.2.2 摩擦溶着(Friction Welding、Spin Welding)
7.2.3 振動溶着(Vibration Welding、Linear friction welding)
7.2.4 熱板溶着(Hot Plate Welding)
7.3 レーザーによるプラスチック溶着の特徴
7.3.1 非接触レーザー溶着(Non-contact Laser Welding)
7.3.2 透過レーザー溶着(Through-transmission Laser Welding)
7.3.3 溶着プラスチック材料の特性
7.3.4 接合形態
7.3.5 加圧
7.3.6 TTLW法の特徴
7.4 利用されるレーザー装置
7.4.1 光源
7.4.2 照射方法
7.5 レーザー樹脂溶着の実施例
7.5.1 自動車産業
7.5.2 その他産業
7.6 まとめ

第2章 表面解析技術
1. X線光電子分光法(XPS、ESCA)による高分子表面・界面の解析
1.1 はじめに
1.2 X線光電子分光法
1.3 解析例
1.3.1 理論計算を用いたスペクトルの解析
1.3.2 表面・界面分析
1.3.3 深さ方向分析
1.4 おわりに
1.5 付記

2. 走査プローブ顕微鏡法による高分子鎖の構造解析
2.1 はじめに
2.2 走査トンネル顕微鏡(STM)によるキラルらせんπ共役高分子鎖1本のイメージング
2.3 原子間力顕微鏡(AFM)によるキラルらせんπ共役高分子鎖1本のイメージング

3. TOF-SIMS法
3.1 はじめに
3.2 TOF-SIMSの原理と特徴
3.3 TOF-SIMSで得られる高分子の情報
3.4 TOF-SIMSによる高分子の分析
3.4.1 高分子表面の劣化解析
3.4.2 気相化学修飾法を用いた官能基の分布観察
3.4.3 精密斜め切削法による有機物の深さ方向分析
3.5 多原子イオンによる有機物の高感度化
3.6 おわりに

4. 赤外反射吸収分光法
4.1 概要
4.2 原理
4.3 応用

5. 微小切削法による表面・界面の解析
5.1 はじめに
5.2 微小切削法とは
5.3 SAICASの原理
5.4 切刃について
5.5 切削
5.5.1 ベクトル
5.5.2 せん断強度
5.5.3 せん断角について
5.6 剥離について
5.6.1 マイクロギャップ
5.6.2 剥離における水平力成分
5.6.3 剥離強度
5.6.4 水平力パターンと切削・剥離現象
5.7 各種測定例
5.7.1 多層膜の剥離(非定常型剥離)
5.7.2 磁気カードの磁気層の剥離(定常型剥離)
5.7.3 薄いフィルムの測定例
5.7.4 温度可変測定
5.7.5 表層分析の前処理(長距離斜め切削)
5.8 おわりに

6. 赤外・ラマン分光法による高分子の表面解析
6.1 はじめに
6.2 赤外・ラマン分光法を用いる利点
6.3 薄膜化した生分解性ポリマーの結晶配向の観察
6.4 ラマンマッピング法を用いた高分子の表面解析
6.5 最後に

7. 表面・界面解析のためのX線回折法
7.1 はじめに
7.2 視斜角入射X線回折法
7.3 マイクロビームX線回折法
7.4 おわりに

第3章 表配改質応用技術
1. 生体適合性付与
1.1 はじめに
1.2 生体適合性
1.2.1 生体適合性とは
1.2.2 血液適合性
1.2.3 組織適合性
1.2.4 その他医療材料に必要とされる条件
1.3 イオンビーム照射による生体適合性の制御
1.3.1 イオンビーム照射(イオン注入法)
1.3.2 イオンビームによる材料改質
1.3.3 細胞・血小板接着制御
1.4 人工臓器への応用
1.4.1 人工硬膜への応用
1.4.2 脳動脈瘤治療用材料への応用
1.5 医用材料の表面改質の今後の展望

2. 接着性の改良
2.1 まえがき
2.2 表面処理
2.3 表面処理による接着力の改善
2.3.1 ポリエチレン(LDPE)とポリエチレンテレフタレート(PET)の接着
2.3.2 LDPEとその他ポリマーとの接着
2.3.3 銅箔と芳香族ポリイミドの接着
2.3.4 ポリプロピレン(PP)の塗料接着性の改良
2.4 グラフト重合による接着性の改善
2.5 シランカップリング剤による接着性の改善
2.6 おわりに
 
3. 超撥水/撥油性の付与
3.1 はじめに
3.2 濡れを決める二つの因子
3.3 粗い(凹凸)表面の濡れ
3.3.1 Wenzelの取り扱い
3.3.2 Cassie-Baxterの取り扱い
3.3.3 濡れのピン止め効果
3.4 フラクタル表面の濡れ
3.4.1 フラクタル表面の濡れの理論
3.4.2 超撥水表面の実現
3.4.3 超(高)撥油表面の実現
3.5 おわりに

4. 帯電防止
4.1 はじめに
4.2 界面活性剤を応用した帯電防止剤
4.3 ブリード挙動
4.3.1 環境温度とブリード
4.3.2 樹脂との相溶性
4.4 薄膜の重要性とその解析
4.4.1 帯電防止剤複合の例
4.4.2 フレーム処理(コロナ放電処理)の効果
4.4.3 凝集の防止
4.5 即効性を得るために
4.5.1 押出成形
4.5.2 射出成形
4.6 おわりに

5. バリア性向上
5.1 ガスバリアフィルム
5.2 アルミニウム蒸着フィルム
5.2.1 真空蒸着装置
5.2.2 蒸着源
5.2.3 バリア性能
5.3 透明蒸着フィルム
5.3.1 酸化ケイ素蒸着フィルム
5.3.2 酸化アルミニウム蒸着フィルム
5.3.3 酸化ケイ素-酸化アルミニウム混合蒸着フィルム
5.3.4 CVD法による酸化ケイ素蒸着フィルム
5.4 まとめ

6. 防曇性付与
6.1 はじめに
6.2 防曇性付与方法
6.3 プラスチック表面の親水化方法
6.4 界面活性剤について―防曇剤としての利用―
6.5 防曇剤の構造及び性能
6.5.1 食品包装材
6.5.2 農業用フィルム
6.6 防曇剤の性能
6.7 おわりに
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