シランカップリング剤 書籍
 
No.1544
 
 
 

“本当に効果があるの?” “どうやって確かめるの?”     
★どれを選び、どう処理すれば、どのような効果が出るのか!?      
★膨大な実験、経験から導き出した“失敗しない”ノウハウを集約!!

シランカップリング剤の
反応メカニズムと処理条件の最適化
-理論的裏付けからトラブルシューティングまで-

■発 刊 2010年2月26日    ■体 裁 B5判 321頁(上製本)   ■定 価 78,000円(税抜)

※書籍絶版 オンデマンド版 30,000円(税抜)   (上製本ではありません)

■ 本書のポイント

添加量を最小限に抑え、最大限のパフォーマンスを得る為の技術解体新書!

★“メカニズム/界面効果を把握する”
   ・加水分解と脱水縮合の競争?
   ・水/溶媒の影響をどう考える?
   ・有機と無機の相互作用とは?
   ・シラン剤の被覆/吸着挙動とは?

★“正しく選び、正しく使う”
   ・正しいシラン剤の選択基準とは?
   ・希釈濃度とその安定性と効果は?
   ・最適な処理装置構成とは?
   ・どんなタイミングで入れるのがベストか?
   ・混練時間の短縮方法とは?

★“高付加価値の機能を付与する”
   ・安定性と反応性を併せ持つシラノールの合成!?
   ・耐熱性を向上させるには?
   ・(超)撥水・撥油性を持たせるには?
   ・多官能のカップリング剤を作るには?

★“処理効果を評価する”
   ・分析手法をどう選択する?
   ・表面の被覆率をどう調べるのか?
   ・処理層の構造と力学特性に与える影響?
   ・加水分解の進行状況の評価とは?

◆ 密着性、ぬれ性、樹脂改質、グラフト化、、、豊富な事例からシランカップリング剤の「実際」が分かる!

■ 執筆者(敬称略)
群馬大学
京都工芸繊維大学
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン
岡山県工業技術センター
長岡技術科学大学
東京理科大学
群馬大学
三重大学
京都工芸繊維大学
新潟大学
(株)白石中央研究所
(地独)大阪市立工業研究所

海野 雅史
山田 保治
今井 高史
光石 一太
河合 晃
郡司 天博
海野 雅史
飯田 和生
川瀬 徳三
坪川 紀夫
筒井 昌一
松川 公洋

兵庫県立大学
信越化学工業(株)
元・関西ペイント(株)
Thomas Bata University
住友金属鉱山(株)
カシュー(株)
岡山県工業技術センター
オーエム産業(株)
パナソニック(株)
群馬大学
ジャパン・リサーチ・ラボ
元・大阪工業大学
(株)KRI
鈴木 道隆
柳澤 秀好
中山 雍晴
北野 武
山辺 秀敏
阿久津 幹夫
日野 実
平松 実
美濃 規央
黒田 真一
奥村 治樹
飯田 健郎
中本 順子

■ 目  次

第1章 シランカップリング剤の反応メカニズムと界面での処理効果

第1節 シランカップリング剤の基本的メカニズム

1.シランカップリング剤の反応の考え方

 1.1 ケイ素化合物の構造
 1.2 ケイ素化合物の結合
 1.3 シラノールの性質
 1.4 資源としてのケイ素


2.シランカップリング剤の反応

 2.1 有機部分の反応 
   2.1.1 エポキシ基の反応
   2.1.2 アミノ基の反応
   2.1.3 チオールの反応
   2.1.4 アルキル基,アリール基を有するシランカップリング剤
 2.2 ケイ素部分の反応
   2.2.1 酸性条件下の反応
   2.2.2 アルカリ性条件下の反応
   2.2.3 加水分解と脱水縮合の競争
   2.2.4 シリカ,金属酸化物用面との反応
 2.3 アルコキシ基の数による反応の違い


3.ケイ素ー酸素化合物の特徴

4.シランカップリング剤を用いる際に考慮すべき点

 4.1 前処理について
 4.2 水の影響
 4.3 溶媒の影響


第2節 シランカップリング剤の界面での処理効果

1.界面層の形成機構
2.無機材料への作用機構
3.有機材料への作用機構
4.有機材料と無機材料の相互作用(複合材料の創製)

おわりに

第2章 シランカップリング剤の選択と溶液調製

第1節 用途に応じたシランカップリング剤の選択

1.有機材料に応じたシランカップリング剤の選択
2.無機材料に対する相対的なシランカップリング剤の有効性
3.その他の選択基準


第2節 シランカップリング剤溶液の調製

1.シランカップリング剤の加水分解反応および生成シラノールの縮合反応
2.シランカップリング剤の有機溶剤への溶解性
3.シランカップリング剤の水に対する溶解性
4.シランカップリング剤水溶液の安定性
5.シランカップリング剤水溶液の調製

第3章 シランカップリング剤の被覆挙動と未反応シラン剤の影響

1.シランカップリング剤の反応機構

  1.1 シランカップリング剤の加水分解と縮合性 
  1.2 フィラー(または樹脂)とシラン剤との反応


2.フィラー表面におけるシラン剤の被覆挙動

  2.1 シラン剤の被覆挙動
  2.2 フィラーとシラン剤の吸着挙動


3.シラン剤によるフィラーの表面処理技術

  3.1 乾式法
  3.2 湿式法
  3.3 その他の方法


4.シラン剤の分析手法


5.未反応シラン剤の有無と複合材料の特性

  5.1 熱硬化性樹脂の場合
  5.2 熱可塑性樹脂の場合


6.その他の未反応処理剤の影響

第4章 シランカップリング処理における処理装置構成と処理プロセスの最適化

1.エレクトロニクス産業におけるシランカップリング処理

2.カップリング処理表面の評価解析および管理方法

3.HMDS処理のプロセス条件最適化

4.処理装置構成

5.基板上の膜およびバターンの付着性コントロール

6.剥離トラブル

第5章 シランカップリング剤への新規機能性の付与

第1節 シロキサン結合を有するシランカップリング剤の合成

1.シランカップリング剤の種類
2.シロキサン結合の生成反応
3.オリゴまたはポリシロキサンへの官能基の導入
4.ケイ酸塩からの抽出によるアルコキシシロキサンの合成
5.ヒドロシランの酸化と縮合によるアルコキシシロキサンの合成
おわりに


第2節 高耐熱性材料の原料となる各種シランカップリング剤

1.シラノールを用いた合成

 1.1 シラノールについて
 1.2 シラノールを原料とした合成反応
 1.3 安定性と反応性を併せ持つシラノールの合成
  1.3.1 シラントリオールの合成
  1.3.2 環状シラノールの合成
  1.3.3 環状シラノールの全異性体の合成
  1.3.4 その他の環状シラノール合成
 1.4 シラノールを用いた構造規制シロキサン合成
  1.4.1 5環式ラダーシロキサンの合成
  1.4.2 立体を制御したラダーシロキサン合成?7環式から9環式へ
  1.4.3 ラダーポリシロキサンの合成
  1.4.4 ラダーシロキサンの物性
 1.5 その他のシルセスキオキサン合成


2.新規官能性シランカップリング剤の合成

 2.1 基本的な考え方 
  2.1.1 具体例
  2.1.2 二官能性シランカップリング剤
  2.1.3 配列の制御


第3節 耐熱性シランカップリング剤の合成

1.芳香族からなるカップリング剤

2.シリコーン鎖のカップリング剤としての応用

 2.1 ガラス−ポリアミドイミド複合体
 2.2 ガラス−エポキシ複合体



第4節 含フッ素シランカップリング剤と超撥水・撥油への応用

1.含フッ素シランカップリング剤の合成

 1.1 1鎖型含フッ素シランカップリング剤の合成
   1.1.1 1鎖モノマー型のシランカップリング剤の合成
   1.1.2 1鎖オリゴマー型のシランカップリング剤の合成
 1.2 2鎖型含フッ素シランカップリング剤の合成
   1.2.1 2鎖モノマー型の含フッ素シランカップリング剤の合成
   1.2.2 2鎖オリゴマー型のシランカップリング剤の合成

2.含フッ素シランカップリング剤を用いた材料表面の改質

 2.1 ガラスの改質
 2.2 高分子の表面改質
   2.2.1 セルロースの表面改質
   2.2.2 ポリエステルの表面改質
   2.2.3 その他の表面改質例

3.超撥水表面への応用

第6章 シランカップリング剤の使用方法と応用展開

第1節 シランカップリング剤を用いる無機粒子表面への機能付与

1.はじめに


2.ナノ粒子表面のグラフト化の方法


3.Grafting onto 法によるナノ粒子表面へのグラフト反応


4.Grafting from 法によるナノ粒子表面へのグラフト反応

  4.1 ラジカル重合
  4.2 カチオン重合
  4.3 アニオン重合


5.高分子反応法によるナノ粒子表面へのグラフト反応

  5.1 表面官能基とポリマー末端官能基との反応
  5.2 リビングポリマーとの反応


6.デンドリマー法によるナノ粒子表面への多分岐ポリマーのグラフト反応


7.溶媒を用いない乾式系におけるグラフト反応

  7.1 多分岐PAMAMのグラフト
  7.2 ラジカルグラフト重合
  7.3 カチオングラフト重合


8.シリカナノ粒子表面への機能性ポリマーのグラフト

  8.1 抗菌性ポリマーのグラフト
  8.2 カプサイシンの固定化
  8.3 難燃剤の固定化




第2節 シランカップリング剤処理炭酸カルシウムと応用例

1.ゴムへの応用例

 1.1 補強性の向上
 1.2 作業性、分散性の改善
  1.2.1 混練時間の短縮
  1.2.2 分散状態(TEM像))


2.シーリング材への応用例

  2.1 耐温水劣化性の向上



第3節 シランカップリング剤による有機−無機ハイブリッド材料の作製

1.はじめに

2.エポキシ基含有シランカップリング剤の光カチオン重合による有機無機ハイブリッド

3.アクリル基含有シランカップリング剤の光ラジカル重合による有機無機ハイブリッド

4.光2元架橋反応によるアクリル/シリカ有機無機ハイブリッド

5.光カチオン重合によるエポキシフルオレン系有機無機ハイブリッド



第4節 粒子表面疎水化処理による微粒子密充填効果


1.メカノケミカル反応を用いた石英粒子表面の疎水化処理

2.タッピング充填実験

3.圧縮試験

4.剪断試験

5.結 言 



第5節 シランカップリング剤による樹脂改質

1.シランカップリング剤による樹脂改質の概要


2.樹脂改質用途で注目されているシランカップリング剤

 2.1 アクリル官能性シランカップリング剤
 2.2 イソシアネート官能性シランカップリング剤
 2.3 両末端アルコキシシリル基含有2級アミノシランカップリング剤 



第6節 シランカップリング剤の処方とその実例

1.はじめに

2.樹脂合成時に組み込むタイプ

 2.1 溶剤系
 2.2 水系
 2.3 水系での架橋反応コントロール手段

3.合成した樹脂と反応して変性するタイプ

 3.1 溶剤系
 3.2 水系

4.塗料バインダーに添加するタイプ

 4.1 溶剤系
 4.2 水系



第7節 フィラー充填ポリマーのレオロジー特性に及ぼす表面処理の影響

はじめに

  (1)カップリング剤としての働き(フィラーとマトリックスポリマーの間の接着性向上)
  (2)潤滑剤としての働き
  (3)フィラー表面の濡れ性を良くする働き

1.フィラー充填ポリマーの定常せん断流動性に及ぼす表面処理の影響

2.フィラー充填ポリマーの定常せん断弾性的性質に及ぼす表面処理の影響

3.フィラー充填ポリマーの非定常流動特性(動的粘弾性)に
                      及ぼすフィラーの表面処理の影響

4.フィラー充填ポリマーの過渡的流動特性に及ぼす表面処理の影響

5.フィラー充填系の伸張流動性に及ぼす表面処理の影響

  5.1 未充填ポリマーの伸張流動性
  5.2 フィラー充填ポリマーの伸張流動性
  5.3 フィラー充填ポリマーの伸張流動特性に及ぼすフィラー表面処理の影響



第8節 樹脂/金属接着におけるシランカップリング剤の効果

1.はじめに

2.金属表面処理の必要性

3.金属接着用カップリング剤の分類と特徴

  3.1 シランカップリング剤
  3.2 ポリマーカップリング剤(ポリカルボン酸系)
  3.3 チオール系カップリング剤



第9節 コーティング材におけるシランカップリング剤の使い方・機能

1.はじめに

2.カップリング剤が付着性や各種フィラーで物性が向上する理由

3.選択すべきカップリング剤の種類の目安

4.カップリング剤による無機素材への付着性の向上

  4.1 プライマー法
  4.2 ブレンド法
  4.3 カップリング剤による付着向上の具体例

5. 各種フィラーと併用しての各種物理特性(伸び、剛性、耐摩耗性など)の向上
  5.1 カップリング剤の選択
  5.2 処理方法
    5.2.1 湿式法
    5.2.2 乾式法
    5.2.3 インテグラル・ブレンド法
  5.3 各種物理特性(伸び、剛性、耐摩耗性など)の向上の具体例

6.塗料分野におけるカップリング剤使用の留意点



第10節 シランカップリング剤によるめっき−高分子の密着性向上


1.はじめに

2.めっきの特徴

3.めっき膜へのシランカップリング剤の適用と高分子材料の密着性

4.亜鉛めっきへのシリカ複合化とシランカップリング処理

5.シランカップリング処理によるZn-Niシリカハイブリッドめっき

 


第11節 シランカップリング剤を用いた自己組織化膜の作製


1.単分子膜の製膜現象

2.単分子膜の製膜条件

3.単分子膜のパターン形成

 


第12節 シランカップリング剤を用いた新規その場重合コーティングによる
                   金属表面の防錆処理における金属表面前処理


1.緒言


2.実験方法

  2.1 試料および試薬
  2.2 アルカリ処理
  2.3 アルミニウム表面へのシランカップリン剤の導入
  2.4 AN重合
  2.5 X線光電子分光法(XPS)測定
  2.6 密着性試験
  2.7 電界放射走査型電子顕微鏡(FE-SEM)観察
  2.8 耐水性及び耐食性試験
  2.9 接触角測定
  2.10 ATR-IRスペクトル測定
  2.11 粒度分布


3.結果および考察

  3.1 被膜の性質
  3.2 膜形成機構
  3.3 ジアミン型シランカップリング剤におけるAN重合の進行に伴うPAN被膜の経時変化
  3.4 深さ方向分析


4.結論


第7章 シランカップリング剤の処理効果の評価・分析

第1節 シランカップリング剤の反応状態の解析

1.はじめに

2.シランカップリング反応の解析に用いる主な分析手法

 ・X線光電子分光法(XPS)
 ・飛行時間型2次イオン質量分析(TOF-SIMS)
 ・フーリエ変換赤外分光法(FTIR)
 ・走査型プローブ顕微鏡(SPM)

3.シランカップリング反応の解析



第2節 シランカップリング剤処理層の形態と物性への影響

1.シランカップリング剤の概念

 1.1 シランカップリング剤の反応(基本構造と反応)
 1.2 シランカップリング剤の構造に及ぼす加水分解時のpHの影響


2.シランカップリング剤による無機フィラーの表面修飾

 2.1 シランカップリング剤の構造と接着性
 2.2 シランカップリング剤の処理法と無機フィラー表面への被覆量
 2.3 シランカップリング剤の構造と効果
 2.4 物性に及ぼす無機フィラーの形状とシランカップリング剤の構造


3.被覆したシランカップリング剤層の構造と効果

 3.1 シランカップリング剤の被覆量と効果
 3.2 被覆したシランカップリング剤層の構造と力学特性



第3節 液相でのシランカップリング剤の反応評価

はじめに

1.加水分解の進行状況の評価

2.縮合状態の進行状況

3.固体表面との結合状態

4.フィラーの凝集状態

シランカップリング剤