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撥水・撥油の技術と材料 (普及版)

  • Technologies and Materials of Water-and Oil-Repellent (Popular Edition)
2008年刊「撥水・撥油の技術と材料」の普及版。濡れおよび超撥水・撥油の原理を解説し、フッ素系・シリコーン系撥水化素材、構造制御による表面改質を網羅。また、塗料・繊維・ガラス・化粧品など用途別の撥水・撥油化技術を掲載!

商品コード: B1094

  • 監修: 辻井薫
  • 発行日: 2014年9月9日
  • 価格(税込): 5,400 円
  • 体裁: B5判、311ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0897-5

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  • ロータス効果 / 超撥水 / 親水 / フラクタル表面 / バイオミメティク / フッ素 / パーフルオロアルキル基 / シランカップリング剤 / フラーレン自己組織化 / CNT

刊行にあたって

 超撥水・撥油性能は、今では「lotus effect(蓮の葉効果)」と呼ばれ、その表面の研究は世界中で大変盛んである。超撥水・撥油現象は、言うまでもなく濡れの一分野である。濡れは日常生活・産業技術として大変重要であり、従って、旧くからよく発達している学問である。それが、今何故こんなに研究が盛んになったのであろうか? 一つの理由は、接触角が170°以上の、ほぼ完全に水をはじく技術が実現したこと。そしてもう一つの理由は、超撥水・撥油表面が必要とされる応用分野が出てきたことによるのであろうと思われる。例えば、携帯電話、デジタルカメラやノートパソコンの様なモバイル型の電子機器は、うっかり水と接する機会も多い。そんな時、そこそこに水をはじく程度の性能では内部に水が浸み込み、電子回路に支障を来すであろう。完全に水をはじくパッケージが望まれるのである。
 上記の様な状況に鑑み、本書では、超撥水・撥油表面に関する現在の研究を概観することを企図した。超撥水・撥油技術の原理/理論から始め、それを実現するための素材と技術の解説、更に実際の応用の実例までをまとめた。それによって、読者にこの分野の最先端の技術動向を統一的に理解してもらうことを目指した。
 この目的を達成するために、第I編では、濡れおよび超撥水・撥油の原理を解説した。本編には、自然界における各種の超撥水表面の研究も取り入れた。自然界には、我々が手本とすべき超撥水表面が多数存在するからである。第II編では、濡れの二つの因子である、化学的因子と微細構造(凹凸)因子を取り上げた。撥水/撥油材料と、各種の微細構造の作り方の提案である。これら二つの因子を組み合わせることによって、超撥水・撥油表面が出来ることは言うまでもない。最後の第III編では、各種分野における応用の実例を挙げた。他分野における応用例は、読者の属している業界での応用に、大いに参考になるものと信じるからである。各章の執筆には、それぞれの分野の研究者として一流の方々を選ばせて頂いた。本書を、最先端の科学/技術の紹介書とするためである。
 本書は、企業の研究者/技術者を主たる読者として想定しているが、大学や国の研究機関の研究者、学生にも十分に活用して頂ける内容である。各分野の研究者の座右の書となって利用され、将来の大きな応用に結び付く研究の一助となれば、こんなに嬉しいことはない。
(「刊行にあたって」より)

2008年9月  元・北海道大学電子科学研究所 辻井 薫


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2008年に『撥水・撥油の技術と材料』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。

2014年9月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

辻井薫   元・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
針山孝彦   浜松医科大学 医学部 教授
森田正道   ダイキン工業(株) 化学研究開発センター 主任研究員
山廣幹夫   チッソ石油化学(株) 五井研究所 研究第3センター 33グループ グループリーダー
岸川知子   旭硝子(株) 中央研究所 主席研究員
米田貴重   旭硝子(株) 中央研究所 主幹研究員
厳虎   山梨大学 大学院医学工学総合研究部 特任准教授
池田能幸   甲南大学 理工学部 機能分子化学科 教授
木本正樹   大阪府立産業技術総合研究所 化学環境部 化学材料系 主任研究員
細野英司   (独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 エネルギー界面技術グループ 研究員
周豪慎   (独)産業技術総合研究所 エネルギー技術研究部門 エネルギー界面技術グループ グループ長
本田幸司   九州大学 工学府物質創造工学専攻 博士後期課程
高原淳   九州大学 先導物質化学研究所 分子集積化学部門 教授
中西尚志   (独)物質・材料研究機構 ナノ有機センター 高分子グループ 主任研究員;マックスプランク研究所コロイド界面部門 MPI-NIMS国際連携ラボラトリー ; (独)科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業さきがけ「構造制御と機能」
朝倉浩一   慶応義塾大学 理工学部 応用化学科 准教授
白鳥世明   慶応義塾大学 理工学部 物理情報工学科 准教授
眞山博幸   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 助教
池田幸介   NTTアドバンステクノロジ(株) 先端プロダクツ事業本部 環境ビジネスユニット 主幹担当部長
岩下憲二   帝人ファイバー(株) 加工技術部 スポーツ・インナー衣料開発チーム
來島由明   ユニチカファイバー(株) 生産開発部 開発センター センター長
小川一文   香川大学 工学部 材料創造工学科 教授
石崎貴裕   (独)産業技術総合研究所 サステナブルマテリアル研究部門 研究員
齋藤永宏   名古屋大学 大学院工学研究科 准教授
高井治   名古屋大学 エコトピア科学研究所 教授
中島俊貴   セイコーエプソン(株) IJ工業応用開発部 主事
近藤洋文   ソニーケミカル&インフォメーションデバイス(株) 開発部門 部門長
鄭容宝   (財)応用科学研究所 研究部 第2研究部 研究室長
宮島清富   (財)電力中央研究所 電力技術研究所 主任研究員
山本隆斉   花王(株) ビューティーケア研究センター メイクアップビューティ研究所1室 主任研究員
長谷要   東海光学(株) 開発本部 主幹
種生正規   TOTOハイリビング(株) 開発部 技術開発課
吉田光則   北海道大学 創成科学共同研究機構 プロジェクト研究部門 客員准教授

執筆者の所属表記は、2008年当時のものを使用しております。

目次

【第I編 撥水・撥油技術の原理】

第1章 濡れの原理と撥水・撥油技術
1. 平らな表面の濡れ(濡れの化学的因子)
1.1 表面(界面)張力の釣り合いが濡れを決める(Youngの式)
1.2 超(高)撥油表面形成の条件
2. 凹凸構造表面の濡れ
2.1 Wenzelの理論
2.2 Cassie-Baxterの理論
2.3 Wenzel状態とCassie-Baxter状態の間の転移
2.4 フラクタル(Fractal)表面の濡れの理論
2.5 濡れのピン止め効果

第2章 超撥水・撥油発現の原理
1. 超撥水表面
1.1 フラクタル構造による超撥水表面
1.2 柱(針)状構造の稠密配列による超撥水表面
1.2.1 金属(水)酸化物の撥水処理された柱(針)状構造
1.2.2 カーボンナノチューブ
2. 超(高)撥油表面
2.1 フラクタル構造による超(高)撥油表面
2.2 種々の凹凸構造による超(高)撥油表面
2.2.1 フッ素系モノマーの電解酸化重合膜
2.2.2 柱(針)状構造の稠密配列
2.3 ピン止め効果による超撥油表面

第3章 自然界における超撥水表面 
1. はじめに
2. 生物と水
3. 自浄作用(self-cleaning)と超撥水性表面
4. アメンボの脚の超撥水構造
5. 陸上での水の確保-砂漠に棲息する甲虫の特殊な水飲み行動
6. フナムシ(甲殻類、等脚目)の吸水システム
7. おわりに

【第II編 撥水・撥油化素材と表面凹凸制御技術】

< 撥水・撥油化素材 >

第4章 フッ素系撥液レジストによる撥液-親液パターニング 
1. 緒言
2. 各種Rf(メタ)アクリレートホモポリマーの特性
3. フッ素系撥液レジスト中のF polymerのα位構造とRf基鎖長が撥液性に及ぼす効果
4. 製膜過程におけるF Polymerの挙動
5. フッ素系撥液レジストの撥液性と現像性の関係
6. 撥液-親液パターニング

第5章 新規ケイ素化合物を用いた撥水・撥油剤への応用 
1. はじめに
2. パーフルオロアルキル基含有シルセスキオキサンの合成
3. リビングラジカル重合法を用いたパーフルオロアルキル基含有シルセスキオキサン含有高分子の精密合成
4. ラジカル重合を用いたパーフルオロアルキル基含有シルセスキオキサン含有高分子の合成
5. パーフルオロアルキル基含有シルセスキオキサン含有高分子を用いた表面改質剤への応用
6. おわりに

< 表面凹凸制御技術 >

第6章 ゾルゲル法撥水コート
1. はじめに
2. 撥水ガラスの設計
3. 撥水ガラスの高耐久化技術
4. 超撥水性の発現
5. おわりに

第7章 超撥水プラスチック膜 
1. はじめに
2. 超撥水性材料の作製
2.1 両親媒性高分子のナノファイバー超撥水表面
2.2 ナノ構造化した炭素膜
2.3 PMNCF膜
2.4 ACNT膜
2.5 フッ素化アルキル官能基を被覆したシリカナノ粒子の膜
2.6 ポリフッ素化アルキルチオフェン膜
2.7 フッ素化ドーパントでドープしたポリピロール膜
2.8 耐久性に優れたポリアルキルピロール膜の超撥水性
2.9 耐久性に優れたポリアルキルピロール膜の高撥油性
3. 超撥水/撥油表面応用への期待と課題
3.1 超撥水表面実現のための従来の技術
3.2 期待される応用分野
3.3 超撥水/超撥油表面応用への課題
4. おわりに

第8章 微粒子含有撥水性ポリマー材料 
1. はじめに
2. CASの合成とその特性評価ならびにHPC溶液中でのシリカ微粒子作製
3. アクリルシリコーン/シリカ・ナノコンポジットを用いた超撥水剤の調製
3.1 CAS添加の効果
3.2 撥水性シランカップリング剤添加の効果
4. 撥水性シリカ複合微粒子合成時における水分含有率の影響
4.1 塗膜の接触角、SEM像と水分含有率の関係
4.2 水分含有率、コロイド溶液の粒度分布と接触角の関係
4.3 水分含有率、塗膜表面の粗さと接触角の関係
4.4 活性メチレン基を有するM-CAS/シリカ・ナノコンポジットによる超撥水膜の合成とその耐久性
5. 結言

第9章 ボトムアッププロセスによるナノ構造体表面作製
1. はじめに
2. おわりに

第10章 表面ナノ分子凝集構造と濡れ特性 
1. はじめに 
2. PFA-Cyの撥水性発現機構 
3. 室温ナノインプリント法による表面微細構造形成と濡れ性制御 
4. おわりに 

第11章 自己組織化による凹凸制御 
1. はじめに
2. フラーレン自己組織化を応用した超撥水膜
3. カーボンナノチューブコンポジットを応用した超撥水膜
4. ポリマー微細凹凸表面を利用した超撥水膜
5. 微細凹凸表面を利用した濡れ性制御(インテリジェントシステム)
6. おわりに

第12章 散逸構造の概念に基づいた表面凹凸制御
1. 散逸構造とは
2. 非平衡条件下における機械および物理的過程により出現する散逸構造
3. 散逸構造としての自発的表面パターン形成とそれを利用した高撥水性表面の作製
4. おわりに

第13章 Layer-by-Layer(LbL)法による凹凸制御
1. はじめに
2. 超撥水表面に求められる表面構造
3. シリカ微粒子の3次元的表面微細構造の作製
4. 微粒子含有交互吸着膜の電子顕微鏡による表面観察
5. 撥水シリカ微粒子薄膜の撥水性評価
6. 表面微細構造と濡れ現象の検討
7. 透明性評価
8. まとめ―撥水現象と表面微細構造の関係―

第14章 ワックス・油脂の多形転移と超撥水フラクタル表面形成
1. はじめに
2. フラクタルとは
3. 超撥水フラクタル表面と濡れ性
4. 超撥水フラクタル表面の形成速度
5. フラクタル表面を形成するための必須条件:多形転移
6. まとめ

【第III編 用途別撥水・撥油化技術】

第15章 超撥水材料
1. はじめに
2. 超撥水材料HIRECの主な性能と特徴
3. 超撥水材料HIRECの主な用途
3.1 着水(水膜)対策事例
3.2 着雪・着氷対策事例
4. おわりに

第16章 蓮の葉構造を持つ透湿撥水ウェアー  
1. 蓮の葉の撥水性
2. 透湿撥水ウェアー
3. 蓮の葉構造の高密度織物
4. 撥水性織物の応用

第17章 透湿防水布 
1. はじめに
2. 透湿防水布について
2.1 透湿防水布とは
2.2 透湿防水布の原理
2.2.1 透湿性
2.2.2 防水性
3. 透湿防水布の技術動向
3.1 ノンコーティングタイプ
3.2 コーティングタイプ
3.3 ラミネートタイプ
4. おわりに

第18章 自動車窓用撥水撥油性ガラス 
1. はじめに
2. 撥水撥油性化学吸着単分子膜の概要
3. 開発した撥水撥油防汚性化学吸着単分子膜の基本物性
3.1 基材と共有結合して一体となった被膜であり剥離しない
3.2 分子レベルの膜厚であるため無色透明であり基材の色調や光沢を損なわない
3.3 機能性の官能基を組み込み、撥水・撥油性など各種機能を付与できる
4. まとめ

第19章 有機単分子膜処理による“超はっ水ナノ分子ペーパー”の作製 
1. はじめに
2. 自己組織化単分子膜(SAM:Self-Assembled Monolayer)
2.1 SAMの性質
2.2 SAMの作製法
2.2.1 LB法
2.2.2 液相法
2.2.3 気相法
2.3 有機シラン系SAM
2.3.1 有機シラン系SAMの構造と形成メカニズム
2.3.2 有機シラン系SAMの工学的応用と課題
3. 超はっ水ナノ分子ペーパーの作製と特性評価
3.1 作製方法
3.2 超はっ水ナノ分子ペーパーの特性評価
4. おわりに

第20章 インクジェットによるパターン成膜 
1. はじめに
2. インクジェット技術概要
3. インクジェットによる液晶配向膜形成技術の実用化
4. インクジェット技術の詳細
4.1 インクジェットヘッド
4.2 インク組成と吐出波形の最適化
4.3 表面処理の最適化
4.4 描画技術
4.5 乾燥技術の最適化
4.6 超小型インクジェット装置の実現
5. 環境負荷低減効果
6. 今後の展望
6.1 配線工程、多層回路基板への展開
6.2 フォトリソグラフィー併用による微細パターン形成
6.3 フレキシブル基板への塗布
7. おわりに

第21章 反射防止膜用の防汚膜 
1. AR(Anti reflection)フィルム概論
2. 防汚材料
2.1 フッ素系シランカップリング材料
2.2 防汚剤の分子構造と接触角
2.3 膜厚と塗布濃度
2.4 片末端と両末端のシランカップリング剤の摩擦と表面エネルギーへの影響
3. 撥水性発現メカニズム
4. まとめ

第22章 超撥水の機能発現メカニズムと(超)撥水・滑落性透明膜の表面処理 
1. はじめに
2. 撥水性に及ぼす諸因子
2.1 表面の化学的性質と濡れの関係
2.2 表面の物理的性質(表面粗度)と濡れの関係
2.3 超撥水の機能発現と滑落性
3. 透明性超撥水、超滑落膜の生成と膜特性
3.1 FAS(heptadeca-fluoro-1、1、2、2、-tetrahydrodecyltriehoxysilane)を用いる透明膜
3.2 皮膜特性
4. 二種のシランカップリング反応を用いるハイブリッド膜の生成と膜特性
4.1 DDS(dimethyldiethoxysilane(C6H16O2Si))とFASによるハイブリッド皮膜の生成
4.2 皮膜特性
5. 含フッ素高分子/シリコーンナノハイブリッド透明皮膜の作成と特性
5.1 含フッ素/シリコーンナノハイブリッド透明皮膜の作成法
5.2 含フッ素ポリマー/非反応性ジメチルポリシロキサン
5.3 含フッ素/反応性ポリシラノール
5.4 含フッ素ポリマー/シリコーン/無機シリカ皮膜の作成と表面特性

第23章 送電線の撥水化/親水化 
1. はじめに
2. 架空送電線から発生する騒音
2.1 コロナ騒音
2.2 風音
3. 送電線のコロナ騒音低減法
3.1 電線のぬれ性とコロナ騒音の関係
3.2 低コロナ騒音スパイラル線のコロナ特性
4. おわりに

第24章 化粧品 
1. はじめに
2. 化粧崩れ
3. ファンデーションの剤型と濡れ性
4. 顔料表面処理
5. 油剤
6. 高分子ポリマー
7. 製剤化技術
8. おわりに

第25章 プラスチックレンズ 
1. プラスチックレンズ素材の概要
2. プラスチックレンズの撥水・撥油化技術
2.1 プラスチックレンズの耐擦傷性向上
2.2 プラスチックレンズの表面の凹凸
2.3 水ヤケ防止
2.3.1 水ヤケと表面保護
2.3.2 水ヤケ防止膜
2.4 撥水・撥油化技術
2.5 プラスチックレンズの超撥水・超撥油

第26章 キッチン・バス・トイレ製品 
1. はじめに
2. キッチンへの撥水・撥油化技術の応用
2.1 キッチンシンクへの撥水・撥油化技術の応用
2.2 キッチンカウンター(ワークトップ)への撥水・撥油化技術の応用
2.3 レンジフード、調理機器への撥水・撥油化技術の応用
3. バスへの撥水・撥油化技術の応用
3.1 浴槽への撥水・撥油化技術の応用
3.2 排水口への撥水・撥油化技術の応用
3.3 浴室壁への撥水・撥油化技術の応用
4. トイレへの撥水・撥油化技術の応用
4.1 便器への撥水・撥油化技術の応用
4.2 温水洗浄便座への撥水・撥油化技術の応用

第27章 着雪・着氷防止 
1. はじめに
2. なぜ雪は付着するのか
2.1 湿り雪の付着
2.2 乾き雪の付着
3. 着氷力特性
3.1 各種材料の着氷力
3.2 表面エネルギーについて
4. 撥水材料と着雪・着氷防止
4.1 撥水材料について
4.2 着雪・着氷防止のための塗料
5. おわりに
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