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第三・第四世代ポリマーアロイの設計・制御・相容化技術  
[コードNo.16STA125]

■体裁/ A4判ソフトカバー 265ページ
■発行/ 2016年11月24日 S&T出版(株)
■定価/ 64,800円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-907002-62-6

監修

今井昭夫高分子学会フェロー

執筆

今井昭夫高分子学会フェロー
浦川理大阪大学
西谷要介工学院大学
弘中克彦帝人(株)
松本浩司帝人(株)
植村卓史京都大学
竹中幹人京都大学
山口政之北陸先端科学技術大学院大学
若原章博ビックケミー・ジャパン(株)
西辻祥太郎山形大学
伊藤浩志山形大学
後藤博正筑波大学
酒井忠基静岡大学
清水博(株)HSPテクノロジーズ
辰巳昌典(株)プラスチック工学研究所
木原伸一広島大学
高坂愛佳広島大学
春木将司広島大学 (現 金沢大学)
滝嶌繁樹広島大学
野口剛ダイキン工業(株)
神澤岳史滋賀県東北部工業技術センター
徳満勝久滋賀県立大学
市P英明長崎県工業技術センター
古川信之佐世保工業高等専門学校
竹市力豊橋技術科学大学
大坂昇岡山理科大学
石川優山形大学名誉教授
倉地育夫(株)ケンシュー
山田和志京都工芸繊維大学
今村信幸大阪樹脂工業(株)
西村寛之京都工芸繊維大学・長もちの科学開発センター
林英樹名古屋市工業研究所
尾之内千夫愛知工業大学
長井聡三菱エンジニアリングプラスチックス(株)
秋葉圭太東洋スチレン(株)
吉岡まり子京都大学
増田昭博(株)東レリサーチセンター
陣内浩司東北大学
樋口剛志東北大学
中嶋健東京工業大学
張刳qLOTTE CHEMICAL
吉田博久首都大学東京

趣旨

 我が国でポリマーアロイと言えば、1970 年代〜 1990 年代に急激に技術進展し工業化された高分子材料の印象が強く、既に多くの成書も刊行されている。20 世紀の間にポリマーアロイに関係する技術開発が完了した感もあった。
 しかし21 世紀に入って、高せん断力下或いは微細反応場でのポリマーアロイ形成や、ナノ(nm)サイズの分散状態の可視化、更には新規な化学種セグメントからなるブロック共重合体の精密重合法の進展など、合成・構造設計・アロイ混練形成装置・構造解析・粘弾性測定などの各分野で顕著な進展があった。また植物由来樹脂の活用や、ナノサイズのブロック(グラフト)共重合体のマトリックス中への分散による特異な物性発現など応用用途面でも従来とは異なる分野への展開が進められてきた。この結果、伝統的なポリマーアロイの概念、例えば相溶性/相容性の概念なども見直しが迫られている。更にはポリマーアロイの開発の歴史をあまり意識することなく、異分野の研究者・技術者もポリマーアロイ形成が関連する研究テーマに取り組んでおり、広範囲の展開が進められている。
 これらの成果は個別に各種の学会発表や論文などで公表されているが、全体の動向を把握することは容易ではなく、学協会・研究会などで存じ上げている先生方に各節の執筆を依頼したところ、産官学に亘って各分野をリードされてきた方々や、第一線で活躍されている多くの先生方からご同意を得ることができ、21世紀のポリマーアロイが向かう方向についてのガイドブックが日の目を見ることとなった。
 なお、執筆の先生方にはそれぞれご専門の分野について最先端の内容を記述いただいたので、20 世紀までのポリマーアロイ技術知識との橋渡しの意味で、監修者が何節か過去の技術の歴史などを追加記載した。
 本書は、読者の専門性や興味次第でどの節から読み始めていただくこともできる構成となっている。手元に置いて、研究・技術開発・製品(事業)構想の参考にしていただければ幸いである。

目次

第1章ポリマーアロイとは?・・・相溶性と相容性
1はじめに
2高分子材料と混合
3相溶性と相容性
4ポリマーアロイの解析と物性挙動解析
5ナノ分散ポリマーアロイ
第2章ポリマーアロイのモルフォロジーと構造制御
第1節ポリマーアロイの物性制御
1相溶系と非相溶系の物性
2相溶系アロイの物性
2.1ガラス転移温度に関する混合側
2.2相溶ブレンドの動的不均一性
2.3光学用ポリマーアロイ
3非相溶系アロイの物性
3.1力学モデル(相分離構造と物性の関係)
3.2エマルジョンモデル(界面張力が物性に及ぼす影響)
3.3非相溶系アロイの耐衝撃性発現機構
3.3.1クレーズとせん断降伏
3.3.2ゴム分散系の応力集中と耐衝撃性発現
3.3.3ゴム分散系のクレーズ変形
3.3.4せん断降伏
第2節ポリマーアロイ・ブレンドのレオロジー的および機械的性質
1はじめに
2レオロジー的性質
2.1ポリマーアロイ・ブレンドのレオロジー的性質
2.2ポリマーアロイ・ブレンドの溶融粘弾性
2.3ポリマーアロイ・ブレンドの溶融粘弾性の検討例
2.3.1ひずみ分散
2.3.2角周波数依存性
2.3.3相容化剤添加系
2.3.4多成分系複合材料の溶融粘弾性
       1)CNF充填多成分系複合材料の溶融粘弾性
       2)Clay充填多成分系複合材料の溶融粘弾性
       3)多成分系複合材料の溶融粘弾性に及ぼす混練手順の影響
3ポリマーアロイ・ブレンドの固体粘弾性
4機械的性質
4.1ポリマーアロイ・ブレンドの機械的性質
4.2ポリマーアロイ・ブレンドの機械的性質の検討例
4.2.1部分相溶系ポリマーブレンド
4.2.2非相溶系ポリマーブレンド
4.2.3相容化剤添加系ポリマーブレンド
4.2.4熱硬化性樹脂系ポリマーブレンド
4.3多成分系複合材料の機械的性質の検討例
4.3.1多成分系複合材料の機械的性質
4.3.2ナノフィラー充填多成分系複合材料の機械的性質
4.3.3多成分系複合材料のトライボロジー的性質に及ぼす混練手順の影響
4.3.4多成分系植物由来高分子複合材料の機械的性質
5おわりに
第3節ポリマーアロイの構造と物性の制御
1はじめに
2ポリカーボネートのアロイ化による特性向上
2.1耐熱性の向上
2.2成形加工性の向上
2.3耐薬品性の向上
2.4機械特性と成型加工性の向上
3おわりに
第4節多孔性金属錯体(MOF)を用いた高分子の相溶化制御
1はじめに
2MOFを使った異種高分子の分子レベルでの相溶化
2.1高分子ブレンドの作成
2.2高分子ブレンドのキャラクタリゼーション
3安定性、熱物性
4おわりに
第5節ポリマーアロイの相分離構造形成における粘弾性効果
1粘弾性効果とは
2粘弾性相分離
2.1スピノーダル分解初期過程
2.2スピノーダル分解中期・後期過程における粘弾性効果
3剪断流動下における流動誘起相分離
第6節非相溶ポリマーブレンドにおける第三成分の局在化とその制御
1はじめに
2低分子化合物の相間移動と機能材料への応用
3ナノフィラーの相間移動と局在化
4おわりに
第3章相溶化剤/相容化剤の種類と相溶化手法
第1節相溶化剤/相容化剤とは?
1はじめに
2相溶化/相容化機構に関する界面熱力学的解析
3非反応性相容化剤
4反応性相容化剤
5相容化剤の選定と設計
第2節ポリマーアロイ用相溶化剤の特徴と応用
1はじめに
2ポリオレフィンを変性した添加剤
3耐衝撃性を向上させる添加剤
4フィラーの分散性を向上させる添加剤
5有機顔料の濡れ及び分散
6おわりに
第3節反応性添加剤を用いたPC/ABSブレンドの相構造制御と物性評価
1はじめに
2相溶化剤
3反応性添加剤
4化学反応の効率化
5おわりに
第4節液晶電解重合法を用いたキラルポリマーブレンド
1はじめに
2液晶を電解液とした光学活性高分子の合成と光学活性エレクトロクロミズム
3選択反射エレクトロクロミズム(タマムシポリマー)
4金属反射エレクトロクロミズム(カナブンポリマー)
5キラル繊維不斉重合法
6セルロース/水系液晶中での電解重合
7セルロース/有機溶媒系液晶中での電解重合
8ポリマーブレンド
第4章混練技術と押出成形技術
第1節二軸スクリュ押出機を中心としたポリマーアロイ形成装置の進展
1はじめに
2各種スクリュ押出し関連技術の歴史的展開
3二軸スクリュ押出機技術の展開
3.1二軸スクリュの溝深さの増大
3.2スクリュ回転の高速化
3.3スクリュ長さ〔L/D〕の拡大
3.4スクリュ駆動トルクの増大
3.5各種ミキシングエレメントの進展
4二軸スクリュ押出特性に対する理論解析技術の進展
4.1融体流れに関する流動解析
4.2二軸スクリュ押出機の溶融領域に対する理論解析
5ポリマーアロイ形成装置の今後
第2節高せん断成形加工技術による新規ナノコンポジット材料の創製
1はじめに
2高せん断成形加工法の概要
3新規なポリマーナノコンポジットの創製
3.1高分子/高分子系:非相溶性高分子ブレンドのナノ混合・相溶化
3.1.1PVDF/PA11ナノブレンドの創製
3.1.2PC/PMMA透明ブレンドの創製
3.2高分子/フィラー系:CNT等ナノサイズフィラーの高分子へのナノ分散化によるナノコンポジット創製
3.2.1フィラーのナノ分散化の要因
3.2.2熱可塑性エラストマー/CNT系ナノコンポジット
3.3高分子/高分子/フィラー系(三元系):階層的構造制御(高分子ブレンドにおける共連続構造形成とフィラー選択的分散の同時制御)によるナノコンポジット創製
3.4高せん断場と反応場との統合によるエコマテリアルの創製
4おわりに
第3節可視化解析システムによる省エネ型押出機の設計
1はじめに
2可視化解析システム概要
3押出機に要求される項目
4可視化単軸押出装置
5省エネ設計の考え方
6おわりに
第4節高圧流体混練法を用いたフッ素系ポリマー/フッ素系オリゴマーブレンドの開発およびIPN化
1はじめに
2高圧流体混練法
3実験に用いたフッ素系ポリマー、フッ素系オリゴマー試料の特性
4高圧流体混練の効果
5Semi-IPN、IPN化の効果
6おわりに
第5章リアクティブプロセッシング
第1節リアクティブプロセッシング技術の特徴と展開
1はじめに
2リアクティブプロセッシング技術の特徴と反応解析
3架橋反応を伴うリアクティブプロセッシング-動的加硫
4リアクティブプロセッシングとミクロモルフォロジー制御
5リアクティブプロセッシングとナノモルフォロジー
第2節PC/PBAT/ABS系リアクティブブレンド材料の物性改質
1はじめに
2実験
2.1材料
2.2リアクティブプロセッシング条件
2.3シート作製条件
2.4射出成形条件
2.5測定
2.5.1ヘイズ測定
2.5.2メルトフローレート(MFR)測定
2.5.3耐衝撃試験(シャルピー)
2.5.4熱機械(TMA)測定
3結果および考察
3.1ABS/PBAT系二成分ブレンドの評価
3.2ABS/PBAT/PC系三成分ブレンドの評価
3.2.1三成分ブレンドの流動性に及ぼすラジカル発生剤添加量の影響
3.2.2三成分ブレンドの流動性に及ぼすPBAT添加量の影響
3.2.3三成分ブレンドの耐衝撃性に及ぼすラジカル発生剤添加量の影響
3.2.4三成分ブレンドの耐衝撃性に及ぼすPBAT添加量の影響
3.2.5三成分ブレンドの耐熱性評価
3.2.6三成分ブレンド各種特性のまとめ
4まとめ
第6章ポリマーアロイ技術動向・機能性付与
第1節耐熱性高分子ポリベンゾオキサジンのポリマーアロイ
1はじめに
2ベンゾオキサジンの液状ゴムによる高性能化
3ベンゾオキサジンとビスマレイミドのアロイ
4ベンゾオキサジンとポリウレタンのアロイ
5ベンゾオキサジンとポリイミドのアロイ
6高分子量ベンゾオキサジン前駆体
7おわりに
第2節フッ素系結晶性高分子とのブレンドによるアクリルゴムの高強度化と高延性化
1はじめに
2試料作製について
3ACM/PVDFブレンドゴムの力学物性
4ACM/PVDFブレンドゴムの相溶性
5延伸時の構造変化
6サイクル試験による残留ひずみの評価
7試験用油による膨潤特性の評価
8おわりに
第3節ポリマーブレンドによるタフニングの機構
1欠陥による応力集中と破壊モデル
2応力集中の緩和
2.1体積弾性率の緩和
第4節機能性ポリマーアロイの付加価値を向上する難燃化処方設計と評価技術
1緒言
2ゴム・樹脂の処方設計技術について
2.1処方因子を単相関で解析して最適化する方法
2.2多数の処方因子を同時に評価し最適化する方法
2.3シミュレーションを用いた処方設計
3高分子の難燃性評価技術について
3.1極限酸素指数法(LOI)の限界
3.2LOIとUL規格の差異
3.3LOIと材料分析評価技術
3.4科学よりも「技術」が重要
3.5コーンカロリメータやその他の評価技術
4高分子の難燃化手法と評価技術の実際
4.1ポリウレタンホスファゼンコポリマー軟質発泡体
4.2ホウ酸エステルオリゴマー変性ポリウレタン発泡体
4.3環境対応難燃性ポリマーアロイPC/ABS
5まとめ
第7章バイオプラスチック(植物由来樹脂)のアロイ
第1節植物由来樹脂複合材料の特性評価
1はじめに
2試験材料と実験方法
2.1試験材料
2.2試験片の作製方法
2.3引張試験
2.4アイゾット衝撃試験
2.5SEM観察、電子線マイクロアナライザ分析
2.6走査型示差熱量計(DSC)測定
3実験結果および考察
3.1相溶化剤および難燃剤添加による機械的物性の影響
3.2難燃剤添加によるモルフォロジー観察
3.3相溶化剤および難燃剤添加品の熱分析
4まとめ
第2節架橋ジフェニルアミン系ポリマーによるバイオプラスチック/LTIブレンドの機能化
1はじめに
2バイオプラスチックとその機能化
2.1バイオプラスチック
2.2LTIによるバイオプラスチックの機能化
3架橋ジフェニルアミン系ポリマー
3.1フェナザシリン系ポリマー
3.2ジベンズアゼピン系ポリマー
4架橋ジフェニルアミン系ポリマー/LTIによるバイオプラスチックの機能化
4.1フェナザシリン含有ポリマーの樹脂への添加剤としての展開
4.1.1フェナザシリン含有ポリマーによるバイオプラスチックへの着色
4.1.2二種のフェナザシリン含有ポリマーの添加による機能発現
4.2ジベンズアゼピン系ポリマー/LTIによるバイオプラスチックの機能化
4.2.1ジベンズアゼピン系ポリマーとバイオプラスチックとの化学結合生成
4.2.2ジベンズアゼピン系ポリマー/LTIによるバイオプラスチックの相容性の評価
5おわりに
第3節ポリオキシメチレンとポリ乳酸のポリマーブレンド
1はじめに
2材料
3実験
4実験結果及び考察
4.1相構造解析
4.2ガラス転移温度による評価/DMA
4.3結晶化速度
4.4球晶成長速度
4.5結晶構造解析
4.6結晶成長機構
4.7機械物性
5おわりに
第4節PS/PLAアロイ材の開発と特性
1はじめに
2背景
3PS/PLAアロイ化における問題
4PS/PLAアロイ化における課題
5PLAの結晶化促進
6PLA相の相容性向上
7ゴム成分の添加による衝撃強度改善
8PS/PLAアロイ材の特性
9おわりに
第5節リアクティブプロセッシングによる植物バイオマス/ポリマー複合体の開発
1はじめに
2木材とPPとの複合体に関する研究
3ポリオレフィン/デンプン/セルロースナノファイバー複合体の開発
4おわりに
第8章ポリマーアロイの解析手法
第1節ポリマーアロイおよびフィラー含有ポリマーの透過型電子顕微鏡(TEM)を中心とした解析
1はじめに
2TEMの原理と特徴
3TEM試料作製法について
4各種ポリマーアロイのTEM観察事例
4.1電子染色について
4.2ABS樹脂の観察例
4.3ポリアミド(PA)/ポリブタジエン(PB)/ポリフェニレンオキサイド(PPO)の相分離構造観察
4.4ナイロン/オレフィンゴムの相分離構造観察
4.5トナーの内部構造解析
4.6PE/PP界面の観察
4.7ポリ乳酸(PLA)アロイのTEM観察
5フィラー含有ポリマーのTEM観察事例
5.1自動車用タイヤのTEM解析
5.2天然ゴム/セルロースナノファイバーのTEM観察
6おわりに
第2節3次元電子顕微鏡の開発
1はじめに
2色々な3次元顕微鏡法
3透過型電子線トモグラフィー(TEMT)
3.1TEMTの概要と問題点
3.22軸傾斜TEMT
3.3全方位投影TEMT
4メゾスケール3次元観察に向けて
5ソフトマテリアルにおける3次元構造研究の今後
第3節原子間力顕微鏡によるポリマーアロイのナノ力学物性解析
1はじめに
2原子間力顕微鏡
3AFMナノ力学物性解析
4実例1 リアクティブブレンド試料
5実例2 動的架橋型熱可塑性エラストマー
6まとめ
第4節非相溶高分子ブレンドの散逸過程で形成するメゾスケール規則構造の形成メカニズム
1平衡構造と散逸構造
2散逸構造が形成する規則パターン
3散逸構造の解析法
4規則パターンの形成メカニズム
第9章第四世代ポリマーアロイの萌芽
1はじめに
2TD戦略によるナノサイズレベルの分散の制御
3BU戦略によるナノサイズレベル分散構造の設計
3.1ブロック共重合体の合成設計
3.2相溶性を制御した重合体の合成設計
4ナノ分散系の観察・物性測定基礎技術の進展
5おわりに



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