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高分子添加剤の基礎化学と材料設計

  • Polymer Additive:Basic Chemistry and Material Design
★ 添加剤の能力をフル活用,高分子を最大限使い切るためのノウハウを最高の執筆陣が解説
★ 添加剤を新しい視点で捉えた,高分子を扱う研究者のための工学的基礎化学の解説本
★ やさしく書いたコラムも掲載で,理解が深まる

商品コード: T0625

  • 監修: 大勝靖一
  • 発行日: 2008年4月
  • 価格(税込): 75,600 円
  • 体裁: B5判,359ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0019-1

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  • 劣化反応,自動酸化,HALS,添加剤の相互作用,劣化試験,添加剤解析,紫外線吸収剤

刊行にあたって

 高分子材料は,高分子合成化学だけの産物ではない。高分子化合物が高分子材料として使用されるようになるには,高分子合成化学だけの成果ではなく,適切な添加剤の選択や加工技術があってに他ならない。これら3つの分野のどれが欠けても,高分子材料は日の目を見ないことになる。
 しかし高分子「添加剤」の現状を見ると,一頃の活気がなく,研究者も減少しているかのように見える。この状況を打破しなければ,高分子材料の更なる長寿命化・高機能化はありえない。そのためには「添加剤」分野を「添加剤化学」として学問的に確立する必要があると考える。学問的裏づけにより,従前より容易に且つ速く高分子添加剤の開発や活用ができるようになるはずである。
 本書の特徴は,「高分子添加剤」を「高分子添加剤化学」として認知してもらうために初めて試みた構成からなっている。特に第3章では,主要な6種類の添加剤について,各添加剤の実用状況とそれを支える基礎化学とを併記した。この両者をじっくり比較すると,基礎化学が不十分である分野,基礎化学が実用化に結びついていない分野がはっきりと認識でき,今後の研究の方向付けに役立つはずである。第3章を十分理解したうえで,第1章(添加剤と高分子材料の機能化・安定化),第2章(添加剤と高分子材料の問題と対策),第4章(高分子材料の拡がる用途と要求性能)を読んでもらうと,今までと違った視点で内容が理解でき,将来への道筋が見えてくると思われる。更に第5章は新規添加剤を開発するための研究姿勢と添加剤の簡易評価法を記述した。
 本書を活用すれば,添加剤研究の焦点が把握でき,しかも経費をかけずに添加剤の研究ができるようになるはずである。企業の研究者だけでなく,大学等の研究者が座右の書として活用され,日本の高分子添加剤関連分野が世界をリードする日の来ることを期待したい。
(「はじめに―添加剤化学の確立を目指して」より抜粋)

2008年4月  大勝靖一

著者一覧

大勝靖一   工学院大学 名誉教授
中谷久之   北見工業大学 工学部 化学システム工学科 准教授
寺野 稔   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 教授
大手良之   チバ・ジャパン(株) プラスチック添加剤セグメント マネジャー
幸野俊則   (株)ADEKA 樹脂添加剤開発研究所 所長 
須賀茂雄   スガ試験機(株) 代表取締役専務
菊地貴子   (財)化学物質評価研究機構 高分子技術部 技術第二課 副長
大武義人   (財)化学物質評価研究機構 高分子技術センター 所長
木村健治   住友化学(株) 精密化学品研究所 機能化学品グループ 主席研究員 チームリーダー
相馬陵史   住友化学(株) 精密化学品研究所 
藤原貴文   シプロ化成(株) 開発部 開発課 
根岸由典   (株)ADEKA 樹脂添加剤開発研究所 添加剤研究室 主任研究員
川本尚史   (株)ADEKA 樹脂添加剤開発研究所 添加剤研究室 室長
漆原 剛   (株)ADEKA 樹脂添加剤開発研究所 添加剤研究室 主任
西沢 仁   西沢技術研究所 代表
武田邦彦   中部大学 総合工学研究所 教授
草川紀久   高分子環境情報研究所 所長;東京工芸大学 工学部 ナノ化学科 非常勤講師
隅田憲武   シャープ(株) 環境安全本部 グリーンプロダクト開発推進部 部長
福嶋容子   シャープ(株) 環境安全本部 グリーンプロダクト開発推進部 係長
川口洋平   シャープ(株) 環境安全本部 グリーンプロダクト開発推進部 主事
倉内紀雄   倉内技術経営ラボ 代表
中江 貢   出光興産(株) 樹脂開発センター チームリーダー
平田 靖   (株)ブリヂストン 中央研究所長
月田達也   リンテック(株) 技術統括本部 研究所 副所長
小野 正   清水建設(株) 技術研究所 生産技術開発センター センター副所長
榎本教良   サンスター技研(株) 建材営業統括部 技術開発室 主席研究員

目次

第1章 添加剤と高分子材料の機能化・安定化
1. オレフィン重合技術の将来と安定剤
1.1 はじめに
1.2 オレフィン重合触媒の変遷
1.2.1 不均一系触媒
1.2.2 均一系触媒
1.3 次世代型オレフィン重合技術
1.3.1 ノンペレット化用安定剤添加技術の開発
1.3.2 安定剤を組み込んだポリオレフィンの合成
1.4 おわりに

〈column〉重合触媒/ノンペレット化

2. 高分子材料の劣化概略
2.1 はじめに
2.2 高分子材料の劣化
2.3 劣化反応と自動酸化
2.4 高分子材料の劣化現象
2.4.1 高分子材料の劣化の概略
2.4.2 高分子材料の経時的劣化
2.4.3 高分子材料劣化の詳述
(1) 連鎖開始反応
(2) 連鎖移動反応と連鎖停止反応
2.5 高分子材料の酸化劣化の補足
2.6 おわりに

〈column〉自動酸化の素反応/一重項酸素

3. 高分子材料添加剤の現状と将来
3.1 はじめに
3.2 高分子材料の劣化と添加剤
3.3 添加剤研究の現状
3.3.1 開始反応を防止する添加剤
(1) 光安定剤
(2) 過酸化物分解剤
3.3.2 酸化反応を防止(連鎖反応を遮断)する添加剤
(1) ペルオキシラジカル捕捉剤
(2) アルキルラジカル捕捉剤
(3) 多機能安定剤,HALS
3.4 添加剤とその相互作用
3.4.1 添加剤の使用量
3.4.2 添加剤の相互作用
(1) フェノールを中心に
(2) HALSを中心に
3.5 添加剤の将来
3.6 おわりに

〈column〉ポリマーと重金属/連鎖長

第2章 添加剤と高分子材料の問題と対策
1. 添加剤から見た樹脂変色問題とその対応
1.1 はじめに
1.2 熱安定処方が不十分(耐熱安定剤添加量が不十分)であったために生じた変色問題
1.3 フェノール系酸化防止剤と無機顔料(酸化チタン)との反応により生じる変色
1.4 残存触媒とフェノール系酸化防止剤との反応による変色問題
1.5 塩基性雰囲気とフェノール系酸化防止剤
1.6 高温,高湿度,NOx下におけるフェノール系酸化防止剤
1.7 電子線,γ線,紫外線照射下におけるフェノール系酸化防止剤の変色
1.8 包装材中の化学物質による樹脂の変色
1.9 抗菌剤がらみの変色問題
1.10 紫外線吸収剤(ベンゾトリアゾール系)と変色問題
1.10.1 フェノール系酸化防止剤が変色原因となっているようだがフェノールは抜きたくない場合
1.10.2 変色はどうしても避けたい。コストが上がろうとも変色防止が一番の課題という場合
1.11 おわりに

〈column〉Chromophore(発色団と助色団)/有機金属錯体

2. 添加剤の相互作用―添加剤利用の効率化をめざして―
2.1 はじめに
2.2 ポリマーの劣化と添加剤の役割
2.3 加工成形時の安定化における添加剤の相互作用
2.4 耐熱安定化における添加剤の相互作用
2.5 耐候安定化における添加剤の相互作用
2.6 充填剤と添加剤の相互作用
2.7 難燃剤とHALSの相互作用
2.8 おわりに

3. 劣化試験の理論と実際
3.1 はじめに
3.2 耐候性試験の意義及び種類
3.3 屋外暴露試験
3.3.1 直接屋外暴露試験
3.3.2 アンダーグラス屋外暴露試験
3.3.3 太陽追跡集光暴露試験
3.4 促進耐候性試験
3.4.1 促進耐候性に要求される性能
(1) 相関性
(2) 促進性
(3) 繰返し再現性
3.4.2 国際的に標準の促進耐候(光)性試験
(1) サンシャインカーボンアーク灯式耐候性試験
(2) キセノンアーク灯式促進耐候(光)性試験
(3) 紫外線カーボンアーク灯式促進耐候(光)性試験
(4) 紫外線蛍光灯式耐候(光)性試験
(5) 各種促進耐候性試験の紫外部の強度比較
3.4.3 超促進を目的とした新しい促進耐候性試験
(1) メタルハライドランプ式耐候性試験
(2) 過酸化水素水を用いた超高速耐候性試験
(3) プラズマ照射耐候性試験
(4) 高促進耐候性試験の留意事項
3.5 分光老化試験によるプラスチックの評価

4. 高分子材料中の添加剤解析法
4.1 はじめに
4.2 有機系添加剤の分析
4.2.1 前処理(抽出)
(1) 再沈法
(2) 溶媒抽出法
(3) 超臨界流体抽出(Supercritical Fluid Extraction,SFE)
(4) 加熱脱着法(熱抽出法)
4.2.2 スクリーニング分析
(1) フーリエ変換赤外分光光度計(FT-IR)によるスクリーニング
(2) 薄層クロマトグラフィー(TLC)によるスクリーニング
4.2.3 分析機器紹介
(1) ガスクロマトグラフ/質量分析計(GC/MS)
(2) 液体クロマトグラフ(HPLC)及び液体クロマトグラフ/質量分析計(LC/MS)
(3) パージ&トラップ―ガスクロマトグラフ/質量分析計(P&T-GC/MS)
4.3 無機系添加剤の分析
4.3.1 蛍光X線(XRF)法
4.3.2 X線回折(XRD)法
4.3.3 電子線マイクロアナライザー(EPMA)による元素の定性分析
4.3.4 微量の金属元素の定量分析
4.4 RoHS指令関連物質
4.4.1 蛍光X線によるスクリーニング分析
4.4.2 GC/MSによるPBB,PBDEの分析
4.4.3 高温燃焼―イオンクロマトグラフ
4.4.4 ICPによる有害元素の定量分析
4.5 アスベストの分析
4.5.1 分析方法
4.5.2 前処理方法
(1) 粉末化
(2) マトリックス成分の溶解による試料の濃縮
4.5.3 定性分析方法
(1) X線回折測定
(2) 位相差顕微鏡を用いた分散染色法
(3) 電子顕微鏡による形態観察
4.5.4 定量分析方法
(1) X線回折法による定量分析
(2) 微分熱重量分析(DTG)計による分析
4.5.5 天然鉱物中のアスベスト分析

第3章 添加剤各論―使用の現状とその基礎化学―
1. フェノール系酸化防止剤(ラジカル捕捉剤)
1.1 フェノール系酸化防止剤について
1.1.1 はじめに
1.1.2 安定剤の歴史とフェノール系酸化防止剤
1.1.3 耐候(光)安定剤処方の前に耐熱安定剤処方
1.1.4 フェノール系酸化防止剤の作用メカニズム
1.1.5 フェノール系酸化防止剤の特徴と用途
1.1.6 使用上の注意点
1.1.7 今後の展望

〈column〉フェノールは不滅である/共鳴構造

1.2 フェノール系酸化防止剤の化学と基礎研究
1.2.1 はじめに
1.2.2 高分子化合物の自動酸化とフェノールの作用
1.2.3 フェノール系酸化防止剤の置換基効果研究の歴史
(1) 置換基の電気的効果
(2) 水酸基の結合解離エネルギー
(3) 置換基の立体的効果
(4) 置換基と水素結合の影響
1.2.4 最近のフェノール系酸化防止剤の置換基効果
(1) o-位置換基効果
(2) m-位置換基効果
(3) p-位置換基効果
1.2.5 おわりに

〈column〉誘起効果と共鳴効果/フェノールと芳香族アミン

2. リン系酸化防止剤
2.1 リン系酸化防止剤添加の現状と新しい事例
2.1.1 はじめに
2.1.2 実用化されているリン系酸化防止剤の種類
2.1.3 リン系酸化防止剤の添加目的と具体処方例
(1) 加工安定性の向上
(2) 色調安定性の向上
(3) エンプラでのリン系酸化防止剤の効果
2.1.4 リン系酸化防止剤の使用上の注意点
(1) 耐ブリード性
(2) 第3成分によるリン系酸化防止剤の耐加水分解性への影響
2.1.5 おわりに
2.2 リン系酸化防止剤の基礎化学(相馬陵史)
2.2.1 はじめに
2.2.2 樹脂の劣化とリン系酸化防止剤による安定化
2.2.3 リン系酸化防止剤による色相の改良
2.2.4 リン系酸化防止剤によるその他の効果
2.2.5 リン系酸化防止剤の加水分解
2.2.6 ハイブリッド型酸化防止剤
2.2.7 おわりに

3. 紫外線吸収剤
3.1 紫外線吸収剤添加の現状
3.1.1 はじめに
3.1.2 光劣化と光安定剤
3.1.3 紫外線吸収剤
(1) 紫外線吸収剤の作用機構
(2) 紫外線吸収剤の構造別特徴
(3) 市販されている主な紫外線吸収剤
(4) 紫外線吸収剤の市場
(5) 紫外線吸収剤の使用例
(6) 紫外線吸収剤の開発動向
(7) 紫外線吸収剤の選択
3.1.4 おわりに
3.2 光化学と紫外線吸収剤の基礎化学
3.2.1 はじめに
3.2.2 高分子材料の劣化
(1) ヒドロペルオキシドの分解
(2) カルボニル化合物の活性化
(3) オゾン酸化
(4) 一重項酸素の生成
3.2.3 紫外線吸収剤と光安定化
(1) 紫外線吸収剤の光安定化機構
(2) 紫外線吸収剤の性能を決める因子
(3) 光酸化反応と反応生成物
(4) 紫外線吸収剤の置換基効果
3.2.4 おわりに

〈column〉光酸化防止/高分子中のnπ*とππ*遷移

4. HALS
4.1 HALS添加の現状
4.1.1 はじめに
4.1.2 HALSの作用機構
4.1.3 HALSの種類と特徴
(1) N-置換基の効果
(2) 分子量の効果
4.1.4 おわりに

〈column〉光酸化劣化と熱酸化劣化/充填剤(フィラー)

4.2 HALSの基礎化学―HALSの真の姿
4.2.1 はじめに
4.2.2 ヒンダードアミン系光安定剤(HALS)単独での作用機能
(1) HALSの光安定化能
(2) HALSのラジカル捕捉能
(3) HALSの過酸化物分解活性
(4) HALSの他の酸化防止能
4.2.3 HALSと他の添加剤との相互作用
(1) 酸性化合物との相互作用
(2) フェノール系酸化防止剤との相互作用
(3) HALSニトロソニウム塩の性質
(4) 悪いHALSの生成機構
(5) HALSの真の作用機構の提案
4.3 おわりに

〈column〉窒素化合物の多様性/電離指数(pK)

5. 核剤
5.1 核剤添加の現状と新しい事例
5.1.1 核剤とは
5.1.2 核剤の種類と特徴
(1) リン酸金属塩系
(2) ソルビトール系
(3) カルボン酸金属塩系
(4) その他
5.1.3 核剤による高性能化の実際
(1) 力学特性の改善
(2) 透明性の改善
5.1.4 展望
5.2 核剤の基礎化学
5.2.1 はじめに
5.2.2 核剤と高分子のエピタキシー
5.2.3 高分子の結晶化機構
5.2.4 エピタキシーとΔG*
5.2.5 エピタキシーとI0
5.2.6 核剤のエピタキシーがIに及ぼす影響の実験的検証
5.2.7 展望

〈column〉エピタキシーと核剤性能/結晶化温度と核剤性能

6. 難燃剤
6.1 難燃剤添加技術の現状と新しい事例
6.1.1 はじめに
6.1.2 難燃剤配合設計の現状
(1) 難燃化のメカニズム
(2) 難燃剤に要求される特性
(3) 難燃剤の種類と特性
(4) 新しい最近の難燃剤の動き
(5) 難燃剤による難燃材料配合設計
6.1.3 難燃剤の需要動向
6.2 難燃剤の基礎化学
6.2.1 はじめに
6.2.2 高分子燃焼の基礎的知見
6.2.3 燃焼が可能になる特定の条件
6.2.4 難燃化の基本的な添加物
6.2.5 分子量または解裂の違いによる高分子難燃化の方法
6.2.6 表面反応を早めることによる難燃化の方法
6.2.7 アロイの燃焼現象
6.2.8 製品安全としての高分子材料の難燃化
6.2.9 新しい燃焼試験装置
6.2.10 社会との関わりにおける難燃材料
6.2.11 おわりに

〈column〉絡み合い/ポリマーアロイ/燃焼の三要素

第4章 高分子材料の拡がる用途と要求性能
1. 電気・電子機器における高分子材料
1.1 電気製品用高分子材料の用途・性能・耐久性評価
1.1.1 はじめに
1.1.2 電気・電子産業の製品分野と生産額
(1) 電子部品・デバイス
(2) 産業用電子機器
(3) 民生用電子機器
1.1.3 主な製品分野と使用される材料
(1) 電子部品・デバイス
(2) 産業用電子機器
(3) 民生用電子機器
1.1.4 おわりに
1.2 廃家電回収ポリプロピレンの自己循環型マテリアルリサイクル
1.2.1 はじめに
1.2.2 自己循環型マテリアルリサイクルの課題
(1) プラスチックの劣化と安定化
(2) 自己循環型リサイクルの課題
1.2.3 自己循環型マテリアルリサイクル技術
(1) 余寿命評価と寿命改善
1.2.4 家電製品への展開
1.2.5 繰り返しマテリアルリサイクルの検証
1.2.6 自己循環型マテリアルリサイクルの新技術
(1) 高純度PPの分離回収プロセス
(2) 分離回収PPの物性改善
(3) 分離回収PPの寿命改善
1.2.7 おわりに

2. 自動車に使われる高分子材料
2.1 構造材(とくに軽量性)
2.1.1 自動車の環境・エネルギー問題の流れ
2.1.2 自動車部品の樹脂化
2.1.3 廃車処理とリサイクル技術
2.1.4 環境にやさしい新素材
(1) カーボンニュートラル材料
(2) カーボンナノチューブ
2.1.5 自動車に使われる主な元素
2.2 自動車分野におけるポリカーボネートと添加剤
2.2.1 はじめに
2.2.2 透明部材
(1) ヘッドランプレンズ
(2) 樹脂窓
(3) 導光性部品
2.2.3 アロイ系
(1) PC/ABS系
(2) PC/ポリエステル系
(3) その他アロイ
2.2.4 自動車用ポリカーボネートの今後
2.3 タイヤ・ゴム
2.3.1 はじめに
2.3.2 タイヤに求められる性能
2.3.3 タイヤの構造と原材料比率
2.3.4 環境への取り組み
2.3.5 省燃費タイヤ用原料ゴムの開発
(1) 合成ゴム
(2) 天然ゴム
2.3.6 省燃費タイヤ用充填剤の開発
(1) カーボンブラックの改良
(2) シリカの適用
2.3.7 省燃費タイヤ用配合剤の開発
(1) シランカップリング剤の改良
(2) シリカ分散改良剤の開発
2.3.8 おわりに
2.4 熱線吸収フィルム
2.4.1 はじめに
2.4.2 自動車用ウインドーフィルム(カーフィルム)の需要動向
2.4.3 熱線吸収フィルムの特性
(1) 熱線遮蔽性と透明性
(2) 熱線吸収フィルムの光学特性および熱特性
2.4.4 近年の熱線吸収フィルム
2.4.5 おわりに

3. 建築材料
3.1 建築分野における高分子材料の用途と求められる性能
3.1.1 建築から見た日本の自然
(1) 地理的特徴
(2) 梅雨,秋雨,雷,竜巻,台風などの襲来
(3) 地震の襲来
(4) 建築において考慮すべき日本の自然
3.1.2 建築物への要求性能
(1) 建築生産の特質
(2) 建築物に要求される性能
3.1.3 建築分野における高分子材料の用途と求められる性能
(1) 高分子材料の種類
(2) 部位別の使用例
(3) 要求される性能
3.1.4 おわりに
3.2 建築用シーリング材
3.2.1 建築用シーリング材の役割と要求性能
3.2.2 シーリング材の基礎
(1) シーリング材の硬化機構
(2) シーリング材の配合
(3) シーリング材の性能
3.2.3 シーリング材の性能評価方法
(1) 接着性
(2) 動的追従性
(3) 耐候性
3.2.4 シーリング材の劣化
(1) 目地に発生する動きの種類
(2) シーリング材に作用する劣化因子
3.2.5 シーリング材の選定
(1) 適用部位と要求性能
(2) 適用部位に対するシーリング材の選定

第5章 高分子添加剤を新しい視点で考える
1. 理学的視点と工学的視点
1.1 フェノール系酸化防止剤の例
1.2 紫外線吸収剤の例
1.3 HALSの例
2 添加剤の簡易スクリーニング法
3 研究者に期待される姿勢

〈column〉促進試験と寿命予測
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