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特集:機能性向上のための複合材料界面の工夫
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特集にあたって
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濱田泰以(京都工芸繊維大学大学院 工芸科学研究科 先端ファイブロ科学専攻 教授)
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ナノ粒子のグラフト化による機能付与
Functionalization of Nanoparticles by Grafting of Polymers
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坪川紀夫(新潟大学 工学部;超域研究機構;環境材料ナノ化学教育研究センター;教授)
ナノ粒子表面へのポリマーのグラフト化の方法論についてまとめた。次いで,溶媒を用いない乾式系における多分岐ポリアミドアミンやビニルポリマーのグラフト反応を紹介した。さらに,ポリマーグラフト化ナノ粒子によるエポキシ樹脂の硬化反応,ナノ粒子表面への太陽光-熱変換・蓄熱機能,生物忌避性の付与,さらには難燃剤の固定化についてまとめた。
【目次】
1. はじめに
2. グラフト化の方法論
3. 乾式系におけるシリカナノ粒子表面へのグラフト反応
3.1 多分岐PAMAMのグラフト
3.2 ラジカルグラフト重合
3.2.1 アゾ基を導入したシリカ表面からのラジカルグラフト重合
3.2.2 乾式系におけるラジカル重合開始基の導入とグラフト重合
3.3 カチオングラフト重合
3.3.1 カーボンブラック表面からのカチオングラフト重合
3.3.2 シリカ表面のヨードプロピル基からのカチオングラフト重合
4. ポリマーグラフトシリカナノ粒子表面への機能付与
4.1 多分岐PAMAMグラフトシリカによるエポキシ樹脂の硬化反応
4.2 太陽光-熱変換・蓄熱機能の付与
4.3 カプサイシンの固定化
4.4 難燃性の付与
5. おわりに
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シランカップリング剤による表面処理とそれが形成する界面構造
Surface Treatment of Filler Particles by Silane Coupling Agents
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永田員也(岡山県工業技術センター 化学系技術部 有機材料グループ 専門研究員)
シランカップリング剤による表面処理により,フィラー充填複合材料の特性が大きく改善されることが知られている。しかし,複合材料のキーファクターの一つであるフィラー表面での構造は明らかにされていない。ここではシランカップリング剤の種類と加水分解反応,フィラー表面とシランカップリング剤の反応,フィラー表面に形成されるシランカップリング剤凝集構造についての最近の研究を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. シランカップリング剤の役割
2.1 シランカップリング剤の種類
2.2 フィラー表面での反応
3. シランカップリング剤が形成する界面
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GF強化熱可塑性樹脂の界面およびその制御
The Controls of Inter-phase at GF Reinforced Plastics
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野村学(出光興産(株) 樹脂研究所 主任研究員;京都工芸繊維大学 伝統みらい研究センター 特任教授)
GF強化熱可塑性樹脂において,GFによる補強効果を十分発揮させるためには樹脂とGFの界面が非常に大切であり,界面制御技術が重要となる。GF強化熱可塑性樹脂の界面に関しては,これまで化学面,物理面,物性面より多くの研究が行われ,さまざまな界面改良技術が提案されてきている。GF強化熱可塑性樹脂の界面およびその制御についての概説,および界面を積極的に活用(制御)し新しい材料を創出する試みの一部を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. GFPPの界面改質法と界面せん断強度
3. GFPPの界面状態
4. 界面に及ぼすフィルムフォーマーの作用
5. 界面を活用した新材料の創出
6. おわりに
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ガラス繊維複合材料界面の工夫
Designing Interphase in Glass Fiber Composites
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中村幸一(日東紡(株) 福島研究所)
鈴木芳治(日東紡(株) 福島工場 技術統括部 統括部長)
ガラス繊維複合材料は,産業資材としての構造部材からプリント配線板といった電子材料分野まで幅広く用いられる。これら分野で発展するためには,ガラス繊維の特性を引き出す界面の工夫が不可欠である。本稿では,ガラス繊維に施される工夫(ガラス-樹脂の界面強化と界面近傍の樹脂改質)について解説する。
【目次】
1. はじめに
2. ガラス繊維
2.1 ガラス繊維の概要
2.2 ガラス繊維製品
3. ガラス繊維の集束剤と表面処理剤
3.1 ヤーン系集束剤
3.2 ロービング系集束剤
3.3 表面処理剤
4. 表面処理
4.1 ガラスクロスの表面処理
4.2 ガラスクロス用表面処理の変遷
4.3 表面処理とプリント配線板の関係
5. ガラス繊維複合材料の界面効果
6. ガラス繊維とシラン剤の関係
6.1 シラン剤の選択について
6.2 ガラス繊維複合材料へのシラン剤相構造のかかわり
6.3 シラン剤相構造の工夫について
6.4 ガラス繊維集束剤と界面強化について
7. ガラス繊維近傍の樹脂改質
7.1 界面近傍樹脂へのシラン剤の影響
7.2 動的粘弾性に及ぼすシラン剤の影響
7.3 破壊靭性値に及ぼすシラン剤の影響
8. おわりに
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天然繊維充填複合材料の界面の工夫
Interface Control in Natural Fiber-based Composites
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小滝雅也(京都工芸繊維大学大学院 工芸科学研究科 先端ファイブロ科学専攻 准教授)
天然繊維は,再生可能資源としてさまざまな用途,特にプラスチックとの複合体として利用が開始されている。本稿では,天然繊維充填複合材料における界面制御技術の一端を紹介する。特に,強化繊維,母材樹脂のみならず,界面改質剤にも天然材料であるセラック樹脂を用いた取り組みに焦点を当てる。
【目次】
1. はじめに
2. 天然繊維
3. 生分解性樹脂
4. セラック樹脂
5. 天然繊維充填複合材料における界面改質
6. おわりに
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テキスタイル複合材料における界面の役割
Role of Surface Treatment in Textile Composites
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仲井朝美(京都工芸繊維大学 伝統みらい研究センター 准教授)
テキスタイル複合材料における界面の役割について概説する。テキスタイル複合材料における繊維束に施される表面処理は,製織工程における摩擦からの保護とマトリックス樹脂との接着性向上という,相反する役割を担っているため,複合材料の損傷形態に合わせて最適な表面処理を選択する必要がある。
【目次】
1. はじめに
2. テキスタイル複合材料における界面の役割
3. 製織過程における繊維強度低下
4. テキスタイル複合材料における交差部界面評価手法
4.1 繊維束交差部引き抜き試験
4.2 実験方法
4.3 実験結果
4.4 繊維束交差部界面の材料定数同定
5. テキスタイル複合材料の力学的特性
6. おわりに
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Material Report
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R&D
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絶縁体チタン酸ストロンチウム結晶に閉じ込めた電子の巨大熱起電力
Giant Thermopower of Two-dimensionally Confined Electrons in Dielectric SrTiO3 Crystal
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太田裕道(名古屋大学大学院 工学研究科 化学・生物工学専攻 准教授)
絶縁体として知られるSrTiO3結晶と金属的なSrTi0.8Nb0.2O3結晶を分子オーダーで人工的に積み重ねることによって作製された,厚さわずか0.4nmのSrTi0.8Nb0.2O3層に閉じ込められた,2次元電子ガスと呼ばれる伝導電子の巨大熱起電力について解説する。
【目次】
1. はじめに
2. 誘電体SrTiO3/SrTiO3:Nb人口超格子の作製
3. 誘電体SrTiO3/SrTiO3:Nb人口超格子の巨大熱起電力
4. おわりに
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高性能光触媒シートの開発と応用
Applications of Photocatalyst to High Performance Paper
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宮崎宏(福助工業(株) 製造技術部 素材開発グループ チーフリーダー)
われわれが開発した2層抄きの方法により,さまざまな繊維処方に対しても紙力強度のある高性能光触媒シートの製造が可能となった。その応用として,脱臭目的のフィルター用途などが考えられる。
【目次】
1. はじめに
2. 実験方法
(1) 実験試料
(2) シートマシンによる方法
(3) 抄紙機による試作
(4) シートの評価試験
3. 結果と考察
3.1 1回目抄紙機による試作
3.2 2回目抄紙機による試作
3.3 シートマシンによる試作
3.4 3回目抄紙機による試作
4. 高性能光触媒シートの事業展開
4.1 応用例(1):高活性光触媒シートをフィルター化,それを使用した脱臭機の開発
4.2 応用例(2):マスク用フィルターへの利用
5. おわりに
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高気孔率ポーラス金属作製技術と応用
Production Process of High Porosity Metal Foam and its Application
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清水透((独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 主任研究員)
高気孔率ポーラス金属は軽量構造材料から吸音材料,断熱材料などさまざまな応用が展望される。ここでは,さまざまな作製技術について概論するとともに,当所で開発された,粉末金属からのポーラス金属の製造技術について紹介する。この方法によれば,ステンレス鋼を中心とし鉄鋼素材のポーラス金属を95～98%といった,たいへん高い気孔率で作製することが可能である。さらに,これらの高気孔率ポーラス金属が今後利用されるであろう用途についても展望する。
【目次】
1. はじめに
2. 発泡体の気孔構造とその特徴
3. 発泡金属・ポーラス金属の製造技術と利用
3.1 製造技術―溶かして作る
3.2 製造技術―粉末を焼結して作る
3.3 製造技術―液体・気体から作る
3.4 実用化プロセスの現状
4. 先進製造プロセス研究部門での製造技術
4.1 作製方法のコンセプトと水溶性高分子バインダー
4.2 粉末スラリーからの高気孔率発泡金属作製方法
(1) ゲル化発泡法による超高気孔率発泡金属
(2) スペースホルダー法による高気孔率発泡金属
5. ポーラス金属の応用と実用化
5.1 実用化されているポーラス金属とその応用
5.2 想定される応用
(1) 建築・土木関連
(2) 航空宇宙関連
(3) 自動車関連
(4) 熱・エネルギー関連
(5) 機械・生産技術関連
(6) バイオ・医療関連
6. おわりに
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連載 SPring-8の産業利用(15)
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X線自由電子レーザーとナノ3次元構造のイメージング
X-ray Free Electron Laser and its Application to 3-dimensional Imaging of Non-crystalline Nano-structure
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石川哲也((独)理化学研究所 播磨研究所 放射光科学総合研究センター センター長)
X線領域のレーザーは,ナノの世界を照らす光として以前からその実現が待望されていた。高エネルギー電子加速器を利用した自由電子レーザーが,X線レーザーの有力候補であったが,自己増幅自発放射原理の発見により実現への技術的問題点がなくなり,欧米で大規模施設建設計画が進められていた。わが国でも,2006年度に始まった第3期科学技術基本計画の中で「国家基幹技術」と位置づけられ,2010年度までの5年間で,大型放射光施設SPring-8と同一サイトに建設されることになった。本稿では,X線自由電子レーザーの原理を概説したのち,現在進行中の施設建設計画の概要を述べ,X線レーザーの利用研究として注目が集まっている非結晶ナノ構造のイメージング技術を紹介したい。
【目次】
1. はじめに
2. X線自由電子レーザーの特徴と性能
3. X線自由電子レーザーの利用:ナノ3次元構造のイメージング
4. おわりに
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Market data
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機能性酸化チタンの市場動向
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【目次】
1. 概要
2. 機能性酸化チタンの動向
2.1 光触媒酸化チタン
2.2 超微粒子酸化チタン
2.3 高純度酸化チタン
2.4 脱硝触媒担体用
2.5 導電性酸化チタン
3. 酸化チタンの需給動向
4. 価格
5. 企業動向
(1) 石原産業
(2) テイカ
(3) 堺化学工業
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特集にあたって
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濱田泰以(京都工芸繊維大学大学院 工芸科学研究科 先端ファイブロ科学専攻 教授)
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ナノ粒子のグラフト化による機能付与
Functionalization of Nanoparticles by Grafting of Polymers
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坪川紀夫(新潟大学 工学部;超域研究機構;環境材料ナノ化学教育研究センター;教授)
ナノ粒子表面へのポリマーのグラフト化の方法論についてまとめた。次いで,溶媒を用いない乾式系における多分岐ポリアミドアミンやビニルポリマーのグラフト反応を紹介した。さらに,ポリマーグラフト化ナノ粒子によるエポキシ樹脂の硬化反応,ナノ粒子表面への太陽光-熱変換・蓄熱機能,生物忌避性の付与,さらには難燃剤の固定化についてまとめた。
【目次】
1. はじめに
2. グラフト化の方法論
3. 乾式系におけるシリカナノ粒子表面へのグラフト反応
3.1 多分岐PAMAMのグラフト
3.2 ラジカルグラフト重合
3.2.1 アゾ基を導入したシリカ表面からのラジカルグラフト重合
3.2.2 乾式系におけるラジカル重合開始基の導入とグラフト重合
3.3 カチオングラフト重合
3.3.1 カーボンブラック表面からのカチオングラフト重合
3.3.2 シリカ表面のヨードプロピル基からのカチオングラフト重合
4. ポリマーグラフトシリカナノ粒子表面への機能付与
4.1 多分岐PAMAMグラフトシリカによるエポキシ樹脂の硬化反応
4.2 太陽光-熱変換・蓄熱機能の付与
4.3 カプサイシンの固定化
4.4 難燃性の付与
5. おわりに
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シランカップリング剤による表面処理とそれが形成する界面構造
Surface Treatment of Filler Particles by Silane Coupling Agents
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永田員也(岡山県工業技術センター 化学系技術部 有機材料グループ 専門研究員)
シランカップリング剤による表面処理により,フィラー充填複合材料の特性が大きく改善されることが知られている。しかし,複合材料のキーファクターの一つであるフィラー表面での構造は明らかにされていない。ここではシランカップリング剤の種類と加水分解反応,フィラー表面とシランカップリング剤の反応,フィラー表面に形成されるシランカップリング剤凝集構造についての最近の研究を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. シランカップリング剤の役割
2.1 シランカップリング剤の種類
2.2 フィラー表面での反応
3. シランカップリング剤が形成する界面
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GF強化熱可塑性樹脂の界面およびその制御
The Controls of Inter-phase at GF Reinforced Plastics
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野村学(出光興産(株) 樹脂研究所 主任研究員;京都工芸繊維大学 伝統みらい研究センター 特任教授)
GF強化熱可塑性樹脂において,GFによる補強効果を十分発揮させるためには樹脂とGFの界面が非常に大切であり,界面制御技術が重要となる。GF強化熱可塑性樹脂の界面に関しては,これまで化学面,物理面,物性面より多くの研究が行われ,さまざまな界面改良技術が提案されてきている。GF強化熱可塑性樹脂の界面およびその制御についての概説,および界面を積極的に活用(制御)し新しい材料を創出する試みの一部を紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. GFPPの界面改質法と界面せん断強度
3. GFPPの界面状態
4. 界面に及ぼすフィルムフォーマーの作用
5. 界面を活用した新材料の創出
6. おわりに
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ガラス繊維複合材料界面の工夫
Designing Interphase in Glass Fiber Composites
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中村幸一(日東紡(株) 福島研究所)
鈴木芳治(日東紡(株) 福島工場 技術統括部 統括部長)
ガラス繊維複合材料は,産業資材としての構造部材からプリント配線板といった電子材料分野まで幅広く用いられる。これら分野で発展するためには,ガラス繊維の特性を引き出す界面の工夫が不可欠である。本稿では,ガラス繊維に施される工夫(ガラス-樹脂の界面強化と界面近傍の樹脂改質)について解説する。
【目次】
1. はじめに
2. ガラス繊維
2.1 ガラス繊維の概要
2.2 ガラス繊維製品
3. ガラス繊維の集束剤と表面処理剤
3.1 ヤーン系集束剤
3.2 ロービング系集束剤
3.3 表面処理剤
4. 表面処理
4.1 ガラスクロスの表面処理
4.2 ガラスクロス用表面処理の変遷
4.3 表面処理とプリント配線板の関係
5. ガラス繊維複合材料の界面効果
6. ガラス繊維とシラン剤の関係
6.1 シラン剤の選択について
6.2 ガラス繊維複合材料へのシラン剤相構造のかかわり
6.3 シラン剤相構造の工夫について
6.4 ガラス繊維集束剤と界面強化について
7. ガラス繊維近傍の樹脂改質
7.1 界面近傍樹脂へのシラン剤の影響
7.2 動的粘弾性に及ぼすシラン剤の影響
7.3 破壊靭性値に及ぼすシラン剤の影響
8. おわりに
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天然繊維充填複合材料の界面の工夫
Interface Control in Natural Fiber-based Composites
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小滝雅也(京都工芸繊維大学大学院 工芸科学研究科 先端ファイブロ科学専攻 准教授)
天然繊維は,再生可能資源としてさまざまな用途,特にプラスチックとの複合体として利用が開始されている。本稿では,天然繊維充填複合材料における界面制御技術の一端を紹介する。特に,強化繊維,母材樹脂のみならず,界面改質剤にも天然材料であるセラック樹脂を用いた取り組みに焦点を当てる。
【目次】
1. はじめに
2. 天然繊維
3. 生分解性樹脂
4. セラック樹脂
5. 天然繊維充填複合材料における界面改質
6. おわりに
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テキスタイル複合材料における界面の役割
Role of Surface Treatment in Textile Composites
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仲井朝美(京都工芸繊維大学 伝統みらい研究センター 准教授)
テキスタイル複合材料における界面の役割について概説する。テキスタイル複合材料における繊維束に施される表面処理は,製織工程における摩擦からの保護とマトリックス樹脂との接着性向上という,相反する役割を担っているため,複合材料の損傷形態に合わせて最適な表面処理を選択する必要がある。
【目次】
1. はじめに
2. テキスタイル複合材料における界面の役割
3. 製織過程における繊維強度低下
4. テキスタイル複合材料における交差部界面評価手法
4.1 繊維束交差部引き抜き試験
4.2 実験方法
4.3 実験結果
4.4 繊維束交差部界面の材料定数同定
5. テキスタイル複合材料の力学的特性
6. おわりに
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Material Report
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R&D
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絶縁体チタン酸ストロンチウム結晶に閉じ込めた電子の巨大熱起電力
Giant Thermopower of Two-dimensionally Confined Electrons in Dielectric SrTiO3 Crystal
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太田裕道(名古屋大学大学院 工学研究科 化学・生物工学専攻 准教授)
絶縁体として知られるSrTiO3結晶と金属的なSrTi0.8Nb0.2O3結晶を分子オーダーで人工的に積み重ねることによって作製された,厚さわずか0.4nmのSrTi0.8Nb0.2O3層に閉じ込められた,2次元電子ガスと呼ばれる伝導電子の巨大熱起電力について解説する。
【目次】
1. はじめに
2. 誘電体SrTiO3/SrTiO3:Nb人口超格子の作製
3. 誘電体SrTiO3/SrTiO3:Nb人口超格子の巨大熱起電力
4. おわりに
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高性能光触媒シートの開発と応用
Applications of Photocatalyst to High Performance Paper
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宮崎宏(福助工業(株) 製造技術部 素材開発グループ チーフリーダー)
われわれが開発した2層抄きの方法により,さまざまな繊維処方に対しても紙力強度のある高性能光触媒シートの製造が可能となった。その応用として,脱臭目的のフィルター用途などが考えられる。
【目次】
1. はじめに
2. 実験方法
(1) 実験試料
(2) シートマシンによる方法
(3) 抄紙機による試作
(4) シートの評価試験
3. 結果と考察
3.1 1回目抄紙機による試作
3.2 2回目抄紙機による試作
3.3 シートマシンによる試作
3.4 3回目抄紙機による試作
4. 高性能光触媒シートの事業展開
4.1 応用例(1):高活性光触媒シートをフィルター化,それを使用した脱臭機の開発
4.2 応用例(2):マスク用フィルターへの利用
5. おわりに
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高気孔率ポーラス金属作製技術と応用
Production Process of High Porosity Metal Foam and its Application
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清水透((独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 主任研究員)
高気孔率ポーラス金属は軽量構造材料から吸音材料,断熱材料などさまざまな応用が展望される。ここでは,さまざまな作製技術について概論するとともに,当所で開発された,粉末金属からのポーラス金属の製造技術について紹介する。この方法によれば,ステンレス鋼を中心とし鉄鋼素材のポーラス金属を95～98%といった,たいへん高い気孔率で作製することが可能である。さらに,これらの高気孔率ポーラス金属が今後利用されるであろう用途についても展望する。
【目次】
1. はじめに
2. 発泡体の気孔構造とその特徴
3. 発泡金属・ポーラス金属の製造技術と利用
3.1 製造技術―溶かして作る
3.2 製造技術―粉末を焼結して作る
3.3 製造技術―液体・気体から作る
3.4 実用化プロセスの現状
4. 先進製造プロセス研究部門での製造技術
4.1 作製方法のコンセプトと水溶性高分子バインダー
4.2 粉末スラリーからの高気孔率発泡金属作製方法
(1) ゲル化発泡法による超高気孔率発泡金属
(2) スペースホルダー法による高気孔率発泡金属
5. ポーラス金属の応用と実用化
5.1 実用化されているポーラス金属とその応用
5.2 想定される応用
(1) 建築・土木関連
(2) 航空宇宙関連
(3) 自動車関連
(4) 熱・エネルギー関連
(5) 機械・生産技術関連
(6) バイオ・医療関連
6. おわりに
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連載 SPring-8の産業利用(15)
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X線自由電子レーザーとナノ3次元構造のイメージング
X-ray Free Electron Laser and its Application to 3-dimensional Imaging of Non-crystalline Nano-structure
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石川哲也((独)理化学研究所 播磨研究所 放射光科学総合研究センター センター長)
X線領域のレーザーは,ナノの世界を照らす光として以前からその実現が待望されていた。高エネルギー電子加速器を利用した自由電子レーザーが,X線レーザーの有力候補であったが,自己増幅自発放射原理の発見により実現への技術的問題点がなくなり,欧米で大規模施設建設計画が進められていた。わが国でも,2006年度に始まった第3期科学技術基本計画の中で「国家基幹技術」と位置づけられ,2010年度までの5年間で,大型放射光施設SPring-8と同一サイトに建設されることになった。本稿では,X線自由電子レーザーの原理を概説したのち,現在進行中の施設建設計画の概要を述べ,X線レーザーの利用研究として注目が集まっている非結晶ナノ構造のイメージング技術を紹介したい。
【目次】
1. はじめに
2. X線自由電子レーザーの特徴と性能
3. X線自由電子レーザーの利用:ナノ3次元構造のイメージング
4. おわりに
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Market data
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機能性酸化チタンの市場動向
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【目次】
1. 概要
2. 機能性酸化チタンの動向
2.1 光触媒酸化チタン
2.2 超微粒子酸化チタン
2.3 高純度酸化チタン
2.4 脱硝触媒担体用
2.5 導電性酸化チタン
3. 酸化チタンの需給動向
4. 価格
5. 企業動向
(1) 石原産業
(2) テイカ
(3) 堺化学工業
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