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精密高分子の基礎と実用化技術

  • Fundamental and Practical Technologies for Nano-structured Polymeric Materials
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★ 高分子合成における配列制御技術,リアクティブブレンドによる多相構造制御技術,紡糸における溶融構造制御技術などの基盤技術,またそれらの成果を基にした材料開発事例を収録!!

商品コード: T0639

  • 監修: 中濱精一
  • 発行日: 2008年11月
  • 価格(税込): 75,600 円
  • 体裁: B5判,365ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0043-6

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  • 配列制御技術,リアクティブブレンド,多相構造制御技術,溶融構造制御技術,精密高分子技術

刊行にあたって

 高性能・高機能高分子材料開発の基盤構築を目指して(財)化学技術戦略推進機構会員化学企業/大学/産業技術総合研究所の研究者からなる産学官共同のNEDOプロジェクト「精密高分子技術」が2001年からスタートし,その中間時点までに得た成果をまとめて「精密高分子技術」(シーエムシー出版 2004年)として発刊した。プロジェクトの後半は,研究内容を基盤技術と材料開発を目指した実用化技術に分け,目標を絞り込み基盤技術チームと実用化技術チームが連携して研究開発を行い2007年に終了した。本書ではその成果を基盤技術編と材料開発編としてとりまとめた。基盤技術として高分子合成における配列制御技術,リアクティブブレンドによる多相構造制御技術,紡糸における溶融構造制御技術,ミクロ相分離・結晶化による三次元構造制御技術,ナノ構造解析・評価技術を取り上げ,東工大,山形大,九州大に設けた集中研において研究開発をおこなってきた。主なものを挙げると,配列制御技術では光学・電子材料の開発につながる新規高分子合成法を開発,リアクティブブレンド技術では世界初の非粘弾性特性を実現,溶融構造制御技術では繊維の高強度化に必要な種々の解析法を開発,三次元構造制御技術ではミクロ相分離構造により低線膨張率材料を開発,構造解析・評価技術では元素識別三次元電顕,プローブ顕微鏡によるナノ力学物性マッピングや表面・界面物性解析法など世界をリードする多くの手法を開発して来た。これらの成果を基にして基盤技術チームと企業が主導的に進めた実用化技術チームの研究者が連携することにより,多くの有用な材料を実現することが出来た。材料開発編ではプロジェクトでおこなった実用化技術15チームの材料開発事例を,第1章から第5章までそれぞれの材料開発の背景となる基盤技術グループごとにまとめて紹介した。
 最後に,7年間の長いプロジェクト期間中熱心に研究開発に打ち込み,多くの連携研究に誠実に対応していただいた研究者の皆さんに心から感謝します。
(「刊行にあたって」より抜粋)

2008年11月  中濱精一

著者一覧

中濱精一   東京工業大学 名誉教授(元:(独)産業技術総合研究所 研究コーディネータ)
上田 充   東京工業大学大学院 理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授
大清水薫   東京工業大学大学院 理工学研究科 有機・高分子物質専攻
塩野 毅   広島大学 大学院工学研究科 物質化学システム専攻 教授
石橋準也   山形大学大学院 ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー プロジェクト研究員
井上 隆   山形大学大学院 理工学研究科 教授
伊藤雄一   三井化学(株) 量産化技術部 ミラストマーチームリーダー
福森健三   (株)豊田中央研究所 有機材料研究室 主席研究員
鞠谷雄士   東京工業大学大学院 理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授
増渕雄一   京都大学 化学研究所 准教授
櫻井伸一   京都工芸繊維大学 大学院工芸科学研究科 高分子機能工学部門 准教授
應矢量之   東洋紡績(株) 総合研究所 分析センター(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
高田悟史   東レ(株) 繊維研究所(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
濱野 陽   東洋紡績(株) 機能材開発研究所 ファイバー基礎開発グループ(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
杉原秀紀   東洋紡績(株) 総合研究所 分析センター グループリーダー
村瀬浩貴   東洋紡績(株) 総合研究所 高分子加工グループ 部長
田中敬二   九州大学大学院 工学研究院 応用化学部門 准教授
高原 淳   九州大学 先導物質化学研究所 教授
大越 豊   信州大学 繊維学部 教授
塩谷正俊   東京工業大学大学院 理工学研究科 有機・高分子物質専攻 准教授
野島修一   東京工業大学大学院 理工学研究科 有機・高分子物質専攻 准教授
横山英明   東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻 准教授(元:(独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 主任研究員)
彌田智一   東京工業大学 資源化学研究所 集積分子工学部門 教授
海藤 彰   (独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 主任研究員
三浦俊明   (独)産業技術総合研究所 計算科学研究部門 主任研究員
西 敏夫   東北大学 原子分子材料科学高等研究機構 教授
中嶋 健   東北大学 原子分子材料科学高等研究機構 准教授
陣内浩司   京都工芸繊維大学 大学院工芸科学研究科 高分子機能工学部門 准教授
青山佳敬   日本電子(株) 電子光学機器本部 応用研究グループ 副主任(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
堀内 伸   (独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 主任研究員
古賀智之   九州大学 先導物質化学研究所 学術研究員
赤堀敬一   九州大学大学院 工学研究院 応用化学部門 学術研究員(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
梶山千里   前 九州大学 総長
三好利一   (独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 研究員
布重 純   (株)日立製作所 材料研究所 電子材料研究部 研究員(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
天羽 悟   (株)日立製作所 材料研究所 電子材料研究部 主任研究員
中西貞裕   日東電工(株) 基幹技術センター 主任研究員(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
藤村保夫   日東電工(株) 基幹技術センター 第一技術部 部長
尾崎裕之   東燃化学(株) 知的財産部(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
石原 毅   東燃化学(株) バッテリーセパレーター事業部 テクノロジーセンター 研究開発部 新規材料開発課長
小林定之   東レ(株) 化成品研究所 樹脂研究室 主任研究員
秋田 大   東レ(株) 化成品研究所 樹脂研究室 研究員(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
古田元信   山形大学大学院 ベンチャー・ビジネス・ラボラトリー プロジェクト研究員(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
杉田敬祐   日立電線(株) 技術研究所 基盤技術研究センタ 高分子材料研究部(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
渡辺 清   日立電線(株) 技術研究所 基盤技術研究センタ 高分子材料研究部
郷  豊   日立化成工業(株) 先端材料開発研究所 レジンテクノロジー開発センタ 専任研究員(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
宮内一浩   日立化成工業(株) 先端材料開発研究所 レジンテクノロジー開発センタ 専任研究員(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
李 勇進   (独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 ナノ構造制御マテリアルグループ 研究員
中山和郎   (独)産業技術総合研究所 ナノテクノロジー研究部門 非常勤研究員
垰口信一   ユニチカファイバー(株) 生産開発部 開発センター(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
山崎 斉   旭化成せんい(株) 技術研究所(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
増田正人   東レ(株) 繊維研究所(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
仲原健介   帝人ファイバー(株) 産業資材技術開発部(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
角替靖男   日本ゼオン(株) 総合開発センター 基盤技術研究所 新材料開発チームリーダー
Hoang The Ban   日本ゼオン(株) 総合開発センター 精密光学研究所 主席研究員(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
Daitei Shin     日本ゼオン(株) 総合開発センター 基盤技術研究所 主席研究員(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
木村 亨   ポリマテック(株) 研究部 基礎研究課 課長
岡本泰志   (株)デンソー 材料技術部 主任部員(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
青木孝司   (株)デンソー 材料技術部 主任部員
加藤和生   (株)デンソー 材料技術部 室長
疋田真也   日油(株) 機能フィルム研究所 AC1G グループリーダー(元:(財)化学技術戦略推進機構 研究開発事業部 研究員)
中村哲也   日油(株) 機能フィルム研究所 研究所長
高橋善和   (株)創研 技術研究所 所長

目次

【第1編 基盤技術】
第1章 高分子合成
1. 総論
1.1 重縮合
1.2 縮合系ブロック共重合体の合成

2. 縮合重合による配列制御
2.1 はじめに
2.2 芳香族ブロックポリアミドの合成
2.3 ブロックポリチオフェンの合成
2.4 おわりに

3. 配位重合による配列制御
3.1 はじめに
3.2 研究内容及び成果
3.2.1 ブロック共重合体の合成
3.2.2 精密構造ポリオレフィンの触媒的合成
3.3 おわりに

第2章 リアクティブプロセシングによる多相構造制御
1. 総論:多機能化学機械としての二軸押出機
1.1 はじめに
1.2 ポリマーブレンド
1.3 フィラーの混合
1.4 乳化重合物の脱水・乾燥
1.5 溶液重合系の脱溶媒とペレット化
1.6 ゴムの脱架橋
1.7 高L/D二軸押出機と超臨界押出

2. リアクティブブレンド

3. 動的架橋
3.1 オレフィン系熱可塑性エラストマーと動的架橋
3.2 動的架橋の歴史
3.3 架橋剤とその反応機構
3.4 混練技術
3.5 動的架橋における相構造変化

4. 動的脱架橋/動的架橋によるゴム再生・機能化技術
4.1 はじめに
4.2 自動車用ゴムのマテリアルリサイクル技術
4.2.1 動的脱架橋によるゴム再生技術
4.2.2 動的脱架橋/樹脂ブレンド/動的架橋によるゴム機能化技術
4.3 おわりに

第3章 溶融構造制御による繊維高強度化と評価解析
1. 総論:高強度繊維開発
1.1 研究の背景
1.2 研究の基本方針
1.3 高強度化に関わる研究成果
1.3.1 紡糸ノズル直下における紡糸線の炭酸ガスレーザー照射加熱
1.3.2 NCA(Nucleating Agent,結晶化核剤)添加紡糸
1.3.3 SLD(Spin-line Drawing,紡糸線延伸)
1.4 実用化への展開
1.5 研究成果の総括―高強度化への基本指針―
1.5.1 レーザー加熱,高温吐出,細孔径ノズル
1.5.2 絡み合い構造変化の数値解析結果に基づく高強度化への基本指針
1.5.3 紡糸線制御
1.5.4 高分子量化 
1.5.5 絡み合い構造変化の実証
1.5.6 添加剤の効果
1.5.7 高強度繊維の高次構造および破断機構評価
1.5.8 繊維構造形成機構の総括
1.6 おわりに

2. 粗視化分子動力学法による溶融紡糸過程におけるからみあいの解析
2.1 緒言
2.2 粗視化分子シミュレーション
2.3 粗視化分子シミュレーションとマクロな紡糸計算の連成
2.4 紡糸過程でのからみあい解析
2.5 結言

3. 高強度PET繊維のX線散乱による精密高次構造解析
3.1 はじめに
3.2 実験
3.2.1 シンクロトロン放射光を光源に用いた小角X線散乱(SAXS)測定
3.2.2 高速紡糸過程におけるオンライン広角X線回折(WAXD)測定
3.3 結果と考察
3.3.1 高速紡糸したPET繊維の高次構造解析
3.3.2 紡糸線制御技術を用いて作製されたPET繊維の特徴
3.3.3 レーザー加熱紡糸繊維を延伸・熱処理した繊維
3.3.4 高速紡糸過程におけるオンラインWAXD測定
3.4 結論

4. 微小領域の熱特性評価による高強度ポリエチレンテレフタレート繊維の構造解析
4.1 はじめに
4.2 微小領域の熱特性評価技術
4.3 レーザー照射繊維(LIS繊維)の構造解析
4.4 おわりに

5. 溶融構造制御PET繊維の延伸挙動解析
5.1 はじめに
5.2 実験
5.3 結果および考察

6. 高強度PET繊維の破壊機構解析
6.1 はじめに
6.2 繊維軸に沿った直径及び構造の変動
6.3 クレーズとミクロボイド
6.4 V字状クラック
6.5 引張破断面に生じる2つの領域
6.6 破壊の緩和時間
6.7 到達可能強度
6.8 まとめ

第4章 ミクロ相分離・結晶化による三次元構造制御
1. 総論
1.1 はじめに
1.2 結晶化
1.3 ミクロ相分離
1.4 結晶化+ミクロ相分離
1.5 おわりに

2. ミクロ相分離構造の長距離秩序化[1]
2.1 ブロックコポリマーとミクロ相分離
2.2 表面・界面による配向
2.3 長距離秩序制御手法
2.4 おわりに

3. ミクロ相分離構造の長距離秩序化[2]―大面積製膜できる高信頼性ナノ相分離テンプレート薄膜
3.1 はじめに―顕微鏡の視野を超えて―
3.2 高分子の階層的構造と制御
3.3 ブロックコポリマー・エンジニアリング
3.4 両親媒性液晶ジブロックコポリマーの垂直配向シリンダー構造
3.5 膜断面AFM観察と実験室仕様の薄膜GISAXS測定
3.6 垂直配向ナノシリンダー構造薄膜の大面積製膜
3.7 テンプレート薄膜の転写複合化
3.8 おわりに

4. 配向結晶化による構造制御
4.1 はじめに
4.2 相溶性ポリマーブレンドにおける配向結晶化
4.2.1 延伸膜中での結晶化による配向構造の形成
4.2.2 流動配向
4.3 非相溶性ポリマーブレンドにおける配向結晶化
4.4 おわりに

5. ミクロ相分離構造からの結晶化挙動と構造制御
5.1 はじめに
5.2 空間的拘束
5.3 分子拘束
5.4 おわりに

6. ナノドメインにおける結晶化過程のシミュレーション
6.1 はじめに
6.2 高分子系における結晶化シミュレーションの現状
6.3 ナノドメイン内部に閉じ込められた高分子系の結晶化過程のシミュレーション

第5章 解析・評価技術
1. 総論
1.1 はじめに
1.2 高分子材料の解析・評価技術の動向
1.3 静的構造解析と動的構造解析
1.4 おわりに

2. 静的構造解析
2.1 ナノ力学物性
2.1.1 はじめに
2.1.2 ナノ触診技術
2.1.3 ナノ力学物性マッピング
2.1.4 精密高分子技術への応用
2.1.5 結論
2.2 顕微鏡手法による三次元ナノ構造解析
2.2.1 緒言
2.2.2 三次元電子顕微鏡の構成と機能
2.2.3 ±90°完全回転三次元構造観察
2.2.4 三次元元素識別イメージング技術の確立
2.2.5 X線顕微鏡用引張り試験機の開発
2.2.6 X線顕微鏡による高分子材料の動的観察
2.2.7 まとめ
2.3 元素識別電子顕微鏡による高分子局所構造解析
2.3.1 はじめに
2.3.2 Image EELSによる局所構造解析
2.3.3 S,O,Zn,Si識別による加硫ゴムの構造解析
2.3.4 Oの定量解析による熱硬化性樹脂の反応誘起相分離の解析
2.3.5 O,N識別による高分子接着界面の解析
2.3.6 まとめ

3. 動的構造解析
3.1 走査フォース顕微鏡による高分子表面・界面,薄膜の構造および物性評価
3.1.1 はじめに
3.1.2 高分子薄膜の表面と内部のナノ構造・物性評価技術
3.1.3 相分離構造に及ぼす分子量の影響
3.1.4 相分離構造に及ぼす製膜時の溶媒種の影響
3.1.5 相分離構造に及ぼす熱処理条件の影響
3.1.6 おわりに
3.2 固体NMR法による高分子結晶の精密構造解析
3.2.1 はじめに
3.2.2 オレフィン系高分子結晶の局所静的構造解析
3.2.3 ダイナミクス
3.2.4 おわりに

【第2編 材料開発編】
第1章 分子設計による高性能・高機能材料開発
1. 低誘電損失材料
1.1 はじめに
1.2 アリル化PPEの重合条件検討
1.3 低誘電損失樹脂複合化物の開発
1.4 結論

2. ホログラム記録材料の開発
2.1 はじめに
2.2 合成検討
2.2.1 単一分子量液晶トリマー骨格の合成
2.2.2 単一分子量液晶オリゴマー骨格の合成
2.2.3 単一分子量ガラス化液晶の配向挙動のスクリーニング
2.2.4 二種三成分液晶トリマーの合成
2.3 ホログラム光書き込み検討
2.3.1 二光束干渉露光記録評価
2.3.2 ホログラム多重記録評価
2.4 おわりに(まとめと今後の課題)

3. 水性塗料材料
3.1 背景
3.2 研究の内容及び成果
3.2.1 実験
3.2.2 結果と考察

第2章 リアクティブブレンディングによる高性能・高機能材料開発
1. 自動車用構造材
1.1 はじめに
1.2 リアクティブブレンド
1.3 ナノミセル生成とモルホロジー形成
1.4 力学的性質
1.5 実用特性
1.6 おわりに

2. 絶縁フィルム:スーパーエンプラとしてのPPEアロイ

3. 非ハロゲン難燃性電線被覆材
3.1 緒言
3.2 開発コンセプト
3.2.1 開発材料の位置づけ
3.2.2 開発方針
3.3 新規非ハロゲン難燃性材料の開発
3.3.1 組成の検討
3.3.2 相構造
3.4 電線・ケーブル被覆材への適用状況
3.4.1 ケーブル構造
3.4.2 エコキャブタイヤケーブルの特性
3.5 結言

4. 高性能ダイボンド
4.1 はじめに
4.2 実験
4.2.1 供試材料
4.2.2 接着剤の作製方法
4.2.3 評価方法
4.3 結果と考察
4.3.1 接着剤膜厚と剥離強度
4.3.2 被着体界面近傍の相分離構造
4.3.3 剥離による相分離構造の変化
4.3.4 高剥離強度発現機構の考察

5. 熱可塑性エラストマー
5.1 はじめに
5.2 非相溶系の動的架橋による熱可塑性エラストマー
5.3 相溶系からのTPV
5.3.1 動的架橋前のPVDFとACMの相溶性
5.3.2 動的架橋と溶融成形性
5.3.3 PVDF/ACM系TPVのモルフォロジー
5.3.4 PVDF/ACM系TPVの特性
5.4 おわりに

第3章 高強度繊維開発における要素技術
1. PETの高分子量化と劣化抑制押出し
1.1 はじめに
1.2 固相重合によるPET高分子量化
1.3 PET溶融押出における分子量低下抑制
1.3.1 高分子量PETの高温域での分子量低下挙動
1.3.2 スクリュー構成と分子量低下挙動
1.4 おわりに

2. PET繊維化における異流動性成分添加
2.1 PET繊維化に及ぼす添加剤の効果
2.1.1 はじめに
2.1.2 PET繊維化に及ぼす添加剤の効果
2.2 PETマトリックス中での添加剤の挙動
2.2.1 はじめに
2.2.2 繊維中での添加剤の形態観察
2.2.3 添加剤によるPETの熱特性変化
2.2.4 固体高分解能NMRによる相溶化,相構造の解析 
2.2.5 おわりに

3. レーザー照射紡糸によるPET繊維の高強度化
3.1 はじめに
3.2 レーザー照射紡糸
3.2.1 レーザー照射による効果
3.2.2 紡糸線上における効果
3.3 紡糸条件の最適化
3.3.1 レーザー照射方式変更
3.3.2 ノズル孔径の変更
3.3.3 組合せ紡糸
3.4 多糸条化への検討
3.5 おわりに

4. 紡糸線制御によるPET繊維の高強度化
4.1 はじめに
4.2 紡糸線制御の意義
4.3 液体恒温槽技術
4.4 Spin-Line Drawing技術を用いた溶融紡糸
4.5 おわりに

5. PET繊維高強度化要因解析
5.1 はじめに
5.1.1 通常の繊維形成工程と得られる繊維の物性
5.1.2 PET溶融紡糸の問題点
5.1.3 高強度化の基本指針
5.2 高分子量体利用
5.2.1 分子量効果
5.2.2 経時変化に対する分子量の効果
5.3 溶融構造制御
5.3.1 高温紡糸
5.3.2 レーザー加熱紡糸
5.3.3 高圧紡糸
5.3.4 複合紡糸
5.4 絡み合い制御と高強度化
5.4.1 粗視化分子動力学計算
5.4.2 絡み合い構造と高強度化
5.5 おわりに

第4章 三次元構造制御による高性能・高機能材料開発
1. 高耐熱光学材料
1.1 はじめに
1.2 ノルボルネンとスチレンからなる高耐熱光学材料の合成
1.2.1 NB/ST/E三元共重合
1.2.2 NB/ST二元共重合
1.3 結晶-非晶ジブロックコポリマーのミクロ相分離構造内での結晶化制御
1.3.1 モデルコポリマー
1.3.2 ミクロ相分離構造内での結晶化制御
1.3.3 ミクロ相分離構造の温度依存性と低熱膨張化
1.4 まとめ

2. 磁場配向による高性能材料
2.1 はじめに
2.2 詳細内容
2.2.1 加熱溶融系の磁場配向
2.2.2 高分子溶液系の磁場配向
2.2.3 液晶性エポキシの磁場配向
2.3 おわりに

3. 反射防止膜材料
3.1 緒言
3.2 反射防止の原理
3.3 ミクロ発泡からナノ発泡へ
3.4 ナノ発泡の導入
3.5 まとめ

第5章 表面構造制御による高性能・高機能材料開発
1. 接着性制御技術
1.1 はじめに
1.2 ナノ解析に基づく接着性低下要因解明
1.3 WBL生成メカニズムの解析
1.4 接着性低下メカニズムと接着性向上検討
1.5 おわりに        

2. 超撥水・超撥油性材料
2.1 はじめに
2.2 超撥水・高撥油性膜調製手順
2.3 フッ素系シランカップリング剤添加量の影響
2.4 コロイダルシリカ添加量の影響
2.5 おわりに

3. 蒸着重合による表面構造制御
3.1 蒸着重合
3.2 蒸着重合ポリ尿素膜の磁場配向
3.3 ポリ尿素膜の表面質とマイクロ流体チップへの応用
3.4 ポリ尿素膜の防水効果とその応用
3.5 将来展望
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