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水性塗料技術開発の新展開

  • New Development of Water-based Coatings
※こちらの書籍は,電子書籍(eBook)として販売をしております。
・価格5,800円(税抜)
丸善販売サイト「Knowledge Worker」にてPDF版販売中!
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★ VOC排出規制として平成16年に制定され、平成18年から施行されている改正大気汚染防止法(平成22年度までに平成12年度の30%削減)に対応する動向をまとめる。
★ 水性塗料技術を、バインダー樹脂材料・塗料設計・塗料の応用分野・排水処理の各項目分野ごとに、最新の技術動向を詳細にまとめた。

商品コード: T0673

  • 監修: 三代澤良明
  • 発行日: 2009年2月
  • 価格(税込): 75,600 円
  • 体裁: B5判、360ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0099-3

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刊行にあたって

 塗料による塗装とは、被塗物(金属、プラスチック、木材、コンクリートなど)に数100μm以下の薄膜を形成することによって、被塗物表面の外観や性質(防錆、潤滑、導電、親水、撥水など)を自在に調整できる最も経済的な簡便な方法である。
 近年、塗料や塗膜から大気中に放散される揮発性有機化合物(VOC)が人体の健康阻害の原因物質であることが分かり、問題視されるに至った。国内ではVOC排出規制として平成16年に改正大気汚染防止法が制定され、平成18年から施行されている。それによると平成22年度までに、平成12年度の基準値の30%(法的10%、自主的20%)削減の目標値が設けられている。この対策として、関連業界では、塗料種の変更[水性塗料化、無溶剤塗料化(粉体)、ハイソリッド塗料化]、塗装仕様の変更(塗膜の厚さ、塗装方法、硬化方法など)、塗装設備の変更(塗装機、排水設備、塗料リサイクル方法など)などの技術開発および展開を進めている。
 このような社会的背景をふまえ、本書は2004年に刊行された前書「水性コーティング材料の開発と応用」を、この6年間の技術的進歩を踏まえて全面的に改訂し、最新の技術情報をまとめた。
 関係各位のご参考となれば幸いである。

(「はじめに」を一部抜粋・改変)

2009年1月  三代澤良明

著者一覧

三代澤良明  元・関西ペイント(株) 研究部長・技術部長
桑島輝昭   日本ペイント(株) R&D本部 副本部長
高橋富雄   (株)トッパン・コスモ 商品本部 商品技術部 課長
中山雍晴   元・関西ペイント(株)
清原照起   DIC(株) 堺工場 樹脂第1技術本部 コーティング樹脂技術1グループ 主任研究員
桐原修   バイエルマテリアルサイエンス(株) CAS FFS 事業部長
井本克彦   ダイキン工業(株) 化学研究開発センター グループリーダー
小谷野浩壽  荒川化学工業(株) 光電子材料事業部 研究開発部 主査
浦野哲   日本ペイント(株) R&D本部 総合技術研究所 グループマネージャー
中道敏彦   元・日本油脂(株)
岩田顕範   日本ペイント(株) R&D本部 解析技術研究所 課長
久司美登   日本ペイント(株) R&D本部 材料開発研究所 リーダー
長沼桂   楠本化成(株) 技術本部 部長
上原孝夫   楠本化成(株) 技術本部 部長
大垣敦   日本ペイント(株) 汎用塗料事業本部 建設塗料技術部 部長
住友靖夫   デュポン神東オートモティブシステムズ(株) 取締役
中塩雅昭   デュポン神東オートモティブシステムズ(株) 電着技術部 部長
丸岡宏彰   デュポン神東オートモティブシステムズ(株) 上塗技術部 次長
森下敦司   新日本製鐵(株) 技術開発本部 鉄鋼研究所 表面処理研究部 主任研究員
阿久津幹夫  カシュー(株) 塗料事業部 理事 技術顧問
水谷勉   水谷ペイント(株) 技術部統括部長 生産部統括部長 専務取締役
山松節男   旭化成ケミカルズ(株) 機能性コーティング事業部 事業部次長
本橋健司   (独)建築研究所 材料研究グループ グループ長
木村武久   (株)トウペ 技術部 東京防食塗料課 課長
平野克己   日本塗装機械工業会 専務理事

目次

【第1編 総論】

第1章 水性塗料および水性樹脂の展望
1. はじめに
2. 塗料産業を取り巻く社会環境、法規制と技術革新の方向性
2.1 VOC規制問題
2.2 CO2発生量削減の動き
2.3 その他の動き
3. 近代水性塗料の生い立ち
4. 各種水性塗料の現状と今後の展開
4.1 常温乾燥型水性塗料
4.1.1 建築内装用水性塗料
4.1.2 建築外装および無機質建材用水性塗料
4.1.3 鉄部錆止め水性塗料
4.1.4 自動車補修用水性塗料
4.2 焼き付け型水性塗料
4.2.1 自動車用塗料
4.2.2 一般工業用水性塗料
5. 各種水性塗料用樹脂の現状と今後の技術展望
5.1 水性アクリル系複合化樹脂
5.1.1 多層構造型アクリルエマルション樹脂
5.1.2 ミニエマルション重合法樹脂
5.1.3 水性シリコーン変性アクリル樹脂
5.1.4 水性ウレタン複合アクリル樹脂エマルション
5.2 アクリル変性水性ポリエステル・アルキド樹脂
5.3 水性化変性エポキシ樹脂
5.4 水性塗料で硬化系
5.4.1 ポリオール/ポリイソシアネート2液調合硬化系
5.4.2 カルボジイミド基/カルボキシル基1液硬化系および2液調合型硬化系
5.4.3 カルボニル基/ヒドラジノ基1液硬化系
6. おわりに

第2章 塗料・塗装の環境規則
1. はじめに
2. 「建材からのVOC放散速度基準」自主表示制度
3. 化学物質管理
3.1 化学物質排出把握管理促進法(化管法)
3.2 化学物質審査規制法(化審法)
4. CARB(California Air Resources Board:アメリカ、カルフォルニア州大気資源委員会、ホルムアルデヒド規制)
5. 室内空気中の化学物質に関する法令など
5.1 厚生労働省の化学物質室内濃度指針値
5.2 建築基準法(国土交通省)関連
5.2.1 平成17年度室内空気中の化学物質濃度の実態調査結果(国土交通省)
5.3 環境省、大気汚染防止法の一部改正
5.3.1 VOC規制の概要
5.3.2 VOC排出対象施設
6. 労働安全衛生法の一部改正(化学物質管理:GHS対応)
6.1 GHSとは化学物質の安全利用を促進するため
6.2 改正労働安全衛生法に基づく表示、文書(MSDS)交付制度
7. EUの化学物質規制の動向
7.1 EUの法体系
7.2 EUの化学物質規制
7.3 ELV指令の概要
7.4 WEEE指令の概要
7.5 RoHS指令の概要
8. REACHの概要
8.1 懸念が非常に高い物質
8.2 REACH実施スケジュール
8.3 既存化学物質の登録スケジュール
8.4 情報収集方法
9. おわりに


【第2編 バインダー樹脂材料】

第1章 アクリル樹脂
1. 水性アクリル樹脂の概要
2. 水性樹脂の形態と水性化手法
2.1 コロイダルジスパージョンおよびエマルションの合成・応用
2.1.1 原材料
2.1.2 水性樹脂の形態と特性
2.1.3 グラフトあるいはブロックポリマーの合成
2.1.4 複合ポリマーエマルションの利用例
2.2 ラテックスの合成・応用
2.2.1 界面活性剤を使用した各種ラテックスの合成・応用
2.2.2 親水性コロイドを使用したラテックスの合成
2.2.3 ミニエマルション法による合成

第2章 アルキド・ポリエステル樹脂
1. はじめに
2. 水性化手法とイオン性
2.1 アニオン型
2.2 カチオン型
2.3 ノニオン型
3. ポリエステル系樹脂の特徴と用途
3.1 ポリエステル樹脂
3.2 アルキド樹脂
3.3 変性ポリエステル系樹脂
3.3.1 ビニル変性ポリエステル(アルキド)樹脂
3.3.2 エポキシ変性ポリエステル(アルキド)樹脂
3.3.3 ウレタン変性アルキド(ポリエステル)樹脂
3.3.4 ビニル変性エポキシエステル樹脂
4. ポリエステル系樹脂の加水分解
5. おわりに

第3章 ポリウレタン樹脂
1. はじめに
2. 水性PUR樹脂・PUD
2.1 水中安定化
2.2 PUD原料のイソシアネートモノマー・ポリオール
2.3 PUD製造法
2.4 PUDの特性
3. 酸化硬化型PUD
4. 水性UVポリウレタンアクリレート
5. 熱硬化型
5.1 水性ブロックイソシアネート(水性BL)
6. 水性2液型
7. 今後の方向性と課題

第4章 フッ素樹脂
1. はじめに
2. VOC規制状況とその対策
3. 環境負荷低減とフッ素樹脂の特徴
4. フッ素樹脂の水性化
5. 水性塗料用フッ素樹脂
5.1 VdF系/アクリル複合エマルションタイプ
5.2 フルオロオレフィン系共重合体コロイダルディスパージョンタイプ
5.2.1 樹脂構成:4フッ化エチレン/ビニルエステル/ビニルエーテル共重合体
5.2.2 MI-007の性状(ディスパージョンおよびポリマー基本特性)
6. おわりに

第5章 紫外線硬化系樹脂
1. はじめに
2. アクリル系UV/EB硬化性樹脂
3. 水系UV/EB硬化性樹脂の分類
4. 水系UV/EB硬化性樹脂の設計
4.1 親水性基の導入方法
4.2 非水系樹脂の乳化による水系化
4.3 その他の水系化方法
5. 光開始剤

第6章 有機・無機ハイブリッド樹脂
1. はじめに
2. 無機ナノ粒子の表面改質によるハイブリッド化
2.1 ハイブリッド化方法
2.2 ハイブリッド塗膜の特徴
2.3 無機ナノ粒子・有機樹脂ハイブリッド塗料・塗膜の課題
3. 有機と無機のグラフト化によるハイブリッド化
3.1 ハイブリッド化方法
3.1.1 溶液合成-転相乳化法
3.1.2 エマルション重合法
3.2 ハイブリッド塗膜の特徴
3.3 有機と無機のグラフト化によるハイブリッド塗料・塗膜の課題
4. ゾル-ゲル反応によるハイブリッド化
4.1 ハイブリッド化方法
4.1.1 縮合反応によるハイブリッド化
4.1.2 分子間力によるハイブリッド化
4.1.3 ハイブリッド塗膜の特徴
4.1.4 ゾル-ゲル反応によるハイブリッド塗料・塗膜の課題
5. おわりに

第7章 架橋剤とその反応
1. 水系と溶剤系の架橋の基本的違い
2. 架橋各論
2.1 メラミン樹脂による架橋
2.1.1 概要
2.1.2 反応メカニズムおよび触媒
2.1.3 塗膜の耐加水分解性
2.2 酸化重合による架橋
2.2.1 概要
2.2.2 反応メカニズムおよびドライヤー
2.2.3 水性系の特色
2.2.4 適用範囲の拡大
2.3 イソシアネイト基による架橋
2.3.1 概要
2.3.2 反応触媒
2.3.3 水性塗料に使用する場合の問題点
2.3.4 ブロックイソシアネイトによる架橋
2.4 エポキシ基による架橋
2.4.1 概要
2.4.2 各種エポキシ基の反応性および触媒
2.4.3 水系重防食用塗料用エポキシ-アミン架橋反応
2.5 シラノール基による架橋
2.5.1 概要
2.5.2 架橋メカニズムと触媒
2.5.3 水性樹脂における注意点
2.6 ヒドラジド基による架橋
2.6.1 概要
2.6.2 1液常温架橋型ラテックス
2.6.3 水性2液架橋型エマルション
2.7 ラジカル重合による架橋
2.7.1 概要
2.7.2 反応メカニズム
2.8 カルボジイミド基による架橋
2.8.1 概要
2.8.2 反応機構および加水分解性
2.9 オキサゾリン基による架橋
2.10 アセトアセトキシ基による架橋
2.11 アジリジン基による架橋

第8章 無機系バインダー材料
1. 無機系材料の概要
1.1 無機ポリマーの特徴
1.2 汎用的塗料向け無機ポリマーの設計条件
1.3 無機ポリマーの原料
1.4 無機ポリマーの合成
2. 無機系塗料の塗膜形成ポリマーとその特徴
2.1 純無機系塗料
2.1.1 アルカリシリケート系ポリマー
2.1.2 コロイダルシリカ系ポリマー
2.1.3 アルキルシリケート系ポリマー
2.1.4 リン酸塩系ポリマー
2.1.5 シラザンポリマー
2.2 有機無機複合(ハイブリッド)系塗料
2.2.1 シリコーンポリマー
2.2.2 ラダー型シロキサンポリマー
2.2.3 ボロジフェニルシロキサンポリマー
2.2.4 チタノカルボシランポリマー
2.2.5 アルコキシシリル基含有アクリルポリマー(アクリルシリコン)
2.2.6 シリカ-有機複合ポリマー
2.2.7 フォスファゼンポリマー


【第3編 塗料の設計】

第1章 塗料設計の概要
1. 水の特性と水性塗料設計の課題
2. 水性塗料用樹脂
2.1 乳化重合法
2.2 強制乳化法
2.3 エマルション樹脂の成膜
3. 硬化剤
3.1 メラミン樹脂硬化
3.2 イソシアネート硬化
3.3 その他の硬化システム
4. 中和剤
5. 顔料
6. 溶剤
7. 各種添加材
7.1 顔料分散と分散剤
7.2 レオロジーコントロール剤、増粘剤
7.3 消泡剤

第2章 塗料・塗膜のレオロジー
1. はじめに
2. 塗料の流動性
2.1 塗料の粘度
2.2 粘度が関わる塗料性能
2.3 粘度測定法
2.4 水性塗料の粘性制御
3. 塗料・塗膜の粘弾性挙動
3.1 塗膜の引っ張り特性
3.2 動的粘弾性
3.3 ガラス転移温度

第3章 顔料の分散性
1. はじめに
2. 顔料分散の基礎
2.1 ぬれ
2.2 機械的解砕
2.3 分散安定化
2.3.1 分散安定化(Stabilization)のモデル
2.3.2 吸着の考え方
3. 顔料分散と塗料・塗膜特性の関係
3.1 光学的特性
3.2 レオロジー的特性
4. 水性系での顔料分散と高分子顔料分散剤
4.1 水性系での顔料分散の留意点
4.2 高分子顔料分散剤の分子設計
4.3 高分子顔料分散剤の水中での分子形態
4.4 高分子顔料分散剤の技術開発の動向
4.4.1 グラフトポリマー
4.4.2 ブロックポリマー
5. おわりに

第4章 添加剤

1. 消泡剤
1.1 はじめに
1.2 泡の性質
1.3 消泡剤の作用機構
1.3.1 抑泡剤
1.3.2 破泡剤
1.3.3 溶泡剤
1.4 消泡剤の種類
1.5 消泡剤(ワキ防止)の効果
1.6 おわりに

2. チクソトロピック剤・増粘剤
2.1 はじめに
2.2 塗料の流動性
2.3 チクソトロピック剤の種類
2.4 チクソトロピック剤の効果
2.4.1 光輝顔料に対する沈降防止効果および配向性改良
2.4.2 有機溶剤フリーチクソトロピック剤の効果
2.5 おわりに

3. 分散剤・乳化剤
3.1 はじめに
3.2 分散過程と分散剤
3.3 界面活性剤
3.4 分散剤の種類
3.5 分散剤の選択に有効となる粒子表面の評価方法
3.5.1 粒子表面の極性
3.5.2 粒子表面の酸・塩基的性質
3.6 分散剤の効果
3.6.1 光輝性顔料の分散性
3.6.2 無機系顔料の分散性
3.7 おわりに

4. 水性塗料の防腐・抗菌・防かび・防藻性能について
4.1 はじめに
4.2 水性塗料の腐敗
4.3 腐敗トラブルを引き起こす微生物
4.4 水性塗料によく使用される防腐剤
4.5 塗料製造工場での菌混入・腐敗トラブル防止のために
4.6 塗膜形成後の抗菌・防かび機能
4.7 外壁塗料の防藻機能について
4.8 防腐・防かび・抗菌・防藻の性能評価方法について
4.9 水性塗料中の有機溶剤や残存モノマーが防腐性に与える影響
4.10 おわりに


【第4編 応用】

第1章 自動車用塗料(電着・中塗・上塗)
1. 概要
2. 電着
2.1 電着塗装の概要
2.2 電着塗料の概念
2.3 電着塗料の特徴
2.4 電着塗料用樹脂による塗膜設計
2.5 電着塗膜の品質
2.6 現在のカチオン電着塗料
2.7 電着塗料の動向
2.7.1 省資源(超高つきまわり)型カチオン電着塗料
2.7.2 低攪拌型カチオン電着塗料
2.7.3 工程短縮型カチオン電着塗料
2.7.4 短時間通電型カチオン電着塗料
2.7.5 水洗容易型カチオン電着塗料
2.7.6 短時間硬化型カチオン電着塗料
3. 中塗
3.1 特徴
3.2 性能
3.3 製法や塗料の設計など
3.4 実用例、応用例など
3.5 課題、問題点、今後の動向
4. 上塗
4.1 特徴
4.1.1 ベースコート
4.2 性能
4.3 製法や塗料の設計など
4.4 実用例、応用例など
4.5 課題、問題点、今後の動向

第2章 家電用塗料

1. 家電用化成処理鋼板
1.1 はじめに
1.2 家電用化成処理鋼板の変遷
1.3 水性塗料採用の背景
1.4 クロメートフリー化成処理鋼板
1.4.1 クロメートフリー化成処理電気亜鉛めっき鋼板
1.4.2 クロメートフリー化成処理溶融亜鉛めっき鋼板
1.5 おわりに

2. 水系UV硬化型コーティング材
2.1 水系UV硬化型コーティング材のEUと日本の現状
2.2 EUでの水系UVコート材の開発動向
2.3 水系UVコート材の硬化挙動の特徴(UV-PUDの場合)
2.4 塗装事例
2.4.1 カシューハードC No.199W改の特徴
2.4.2 塗装工程の概要
2.4.3 塗膜物性の概要
2.5 今後の課題とまとめ

第3章 建築用塗料(外壁)

1. ナノテクノロジーによる汚染防止コーティング
1.1 はじめに
1.2 ナノコンポジットエマルション(NcEm)
1.2.1 NcEmの構造
1.2.2 NcEmの合成法
1.2.3 NcEmの透明性
1.3 外装用塗料への展開
1.3.1 耐汚染性
1.3.2 難燃性
1.3.3 塗装作業性と塗膜外観
1.3.4 地球温暖化防止効果
1.4 おわりに

2. 光触媒塗料の防汚性と耐久性
2.1 建築外壁塗料の高耐久化と防汚性へのニーズ
2.2 光触媒塗料の現状、及び進化
2.3 光触媒塗膜の化学的・物理的耐久性
2.3.1 光触媒塗膜の化学的耐久性
2.3.2 光触媒塗膜の物理的耐久性
2.4 光触媒機能の持続性
2.4.1 メタルウェザー試験
2.4.2 サンシャインウェザー試験
2.5 1コート、2コート光触媒塗料の設計思想
2.6 現場施工を可能にするための周辺技術(塗装技術、リタッチ、リコート)
2.7 ライフサイクルコスト
2.8 おわりに

3. 建築用塗料の汚れ対策
3.1 はじめに
3.2 いろいろな外壁汚れのメカニズム
3.2.1 土埃の付着
3.2.2 その他の塵埃の付着
3.2.3 塗膜のセルフクリーニング
3.2.4 シーリング材及び油分による汚れ
3.2.5 流水経路による汚れ
3.2.6 カビ、藻類による汚れ
3.2.7 塗膜の撥水性と汚れ
3.2.8 エフロレッセンス
3.3 いろいろな汚れ防止の考え方
3.3.1 好ましい外観変化を意図的に計画する(エージング技術)
3.3.2 表面劣化や汚染物質の付着を抑制・防止する(汚れ防止技術)
3.3.3 付着した汚れを除去し、外観を回復する(クリーニング技術)
3.4 塗膜上の雨筋汚れを評価するための見本帳作成と色差測定
3.4.1 研究目的
3.4.2 試験体
3.4.3 屋外暴露
3.4.4 汚れの評価
3.4.5 結果及び考察

第4章 構造物用塗料(鉄鋼)―水系防食塗装システム―
1. はじめに
2. 鋼構造物用塗料の水系化
3. 鋼構造物用塗料の水系化の動向
4. 水系防食塗装システム
4.1 水系2液形エポキシ樹脂塗料
4.2 水系1液形ハルスハイブリッド樹脂塗料
4.3 水系2液形ポリウレタン樹脂塗料
4.4 水系防食塗装システムの実例
4.4.1 鋼材用
4.4.2 劣化亜鉛めっき鋼材用
4.4.3 鋼鉄道橋:塗装系ECO
5. 今後の課題


【第5編 排水処理】

排水処理
1. はじめに
2. 塗装ラインの排水処理装置の歴史と現状
2.1 塗装ラインの排水処理の歴史
2.2 一般的な排水処理装置
3. 水洗式塗装ブースの排水処理の現状
3.1 産業廃棄物としての処理
3.1.1 塗料ミストの凝集、粗大化
3.1.2 塗料滓の分離
3.1.3 ブース水の清浄化
3.2 排水処理としての処理
3.2.1 排水処理する場合
3.2.2 塗料負荷増加への対応
4. 水性化による排水への負荷の増加
4.1 塗装の種類
4.1.1 建築塗装の場合
4.1.2 電着塗装の場合
4.1.3 スプレー塗装の場合
4.2 水性塗料の成分別負荷要因
4.2.1 樹脂、中和剤
4.2.2 溶剤分
4.2.3 添加剤
5. 水性化に対する水洗ブースでの対応
6. 水性化に対する排水処理での対応
6.1 COD処理
6.2 N分
7. 無排水化の試行
7.1 水洗ブースの無排水化(小型の場合)
7.2 生物処理による無排水化(中大型の場合)
8. 今後の動向
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