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高分子の結晶化制御    
-研究開発の最前線とその応用-
Polymer Crystallization Control
-R&D in the Forefront and their Applications-
[コードNo.2012T855]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 鞠谷雄士
■体裁/ B5判 283ページ
■発行/ 2012年7月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 75,600円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-0575-2

 
★未解明な部分の多い高分子の「結晶化」について、最新情報を紹介!
★高次構造の解析、プロセス段階の計測、成形加工における結晶化制御技術を詳述!
★汎用プラスチック製品の可能性が込められた必読の書籍!

キーワード

結晶化/高次構造/分子配向/球晶構造/均一核形成/折り畳み結晶/流動結晶化/配向結晶化/共重合体/シシカバブ構造/複屈折/一軸延伸過程/二軸延伸過程/PTT/iPP/PLA/PETフィルム/PPシート・フィルム/ポリエチレン/マイクロ射出成形

刊行にあたって


 高分子材料には軽量・安価・高成形性などの利点があり、金属材料、セラミック材料とならぶ三大材料の一つに数えられている。高分子材料は、共有結合で連なる“ひも”状の分子鎖で構成されていることを特徴とする。その特性のある程度の部分が“ひも”の化学構造に由来することは当然であるが、それ以上に高分子材料の物性や機能性を決定する重要な因子として、分子鎖の空間的な配列状態がある。このような分子鎖の配列状態のことをまとめて高次構造と呼ぶ。例えば、ポリエチレンの射出成形品の強度は数十MPa程度であるのに対し、超高分子量ポリエチレンをゲル紡糸、超延伸した繊維の強度は3GPaを越え、両者の強度には50〜100倍の相異がある。この相異の起源は高次構造の違いである。高分子材料の物性や機能性を極限まで高めるものづくり、あるいは材料の用途に応じた合理的な特性を発現させるためのものづくりを追究するには、高次構造に対する理解を深め、その制御方法を確立することが極めて重要である。
 高次構造形成の基本的な要素として『結晶化』と『分子配向』がある。結晶の定義は、3次元的な周期性を持った構造であり、高分子材料の場合は、原子の空間的な秩序構造が、その相互の動きを制約する「分子鎖」という環境の下で形成するところに大きな特徴がある。一方、分子配向により、高分子材料のもう一つの特徴である異方性が発現する。高分子結晶の中で分子鎖は一方向に配向しており、結晶そのものが著しい異方性を有している。さらに分子配向は結晶化を著しく加速させるなど、高次構造制御の観点から、結晶化と分子配向は極めて密接な関係にある。
 高分子材料の高次構造制御を通じた新たな機能性や物性の発現を求め、今日に到るまで高次構造の解析と制御に関する多くの研究が続けられてきた。高分子結晶については、その詳細な構造についても、またその形成機構についても未解明な部分が未だ多く残されている。しかしながら近年、材料設計技術、成形加工技術、プロセス計測技術。高次構造解析技術などが発達し、高分子結晶の分野で新たな知見が急速に蓄積されつつある。高次構造制御に新たな概念を持ち込むことによって、安価な汎用プラスチックから画期的な性能をもつ製品を合理的に成形する技術の開発についても、新たな可能性が見えてきている。
 こうした背景を踏まえ、高分子結晶の構造と結晶化挙動に関する基礎的な理解、結晶構造形成挙動のその場解析技術、新規ポリマーおよび汎用ポリマーの結晶化挙動に関わる新たな知見、高圧などの特殊条件下で起こる結晶化及び融解挙動、そして成形加工プロセス中の結晶化挙動とその制御について、近年得られている注目すべき新たな知見を体系的にまとめ、研究開発者の方々に高分子結晶研究の「最前線」を知って頂くことを目的として、本書をまとめた。

2012年5月
鞠谷雄士

著者一覧

奥居徳昌東京工業大学 名誉教授
梅本晋東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 助教
山本隆山口大学 大学院理工学研究科 教授
櫻井伸一京都工芸繊維大学 大学院工芸科学研究科 バイオベースマテリアル学部門 教授
吉岡太陽豊田工業大学 大学院工学研究科
辻正樹京都大学 化学研究所 准教授
金谷利治京都大学 化学研究所 複合基盤化学研究系 教授
松葉豪山形大学 大学院理工学研究科 准教授
野末佳伸住友化学(株) 石油化学品研究所
田實佳郎関西大学 システム理工学部 電気・電子情報工学科 副学部長;教授;理学博士
高和宏行ユニオプト(株) 研究部 部長
築地光雄ユニオプト(株) 取締役;博士(工学)
大越豊信州大学 繊維学部 教授
土岐重之State University New York at Stony Brook,Department of Chemistry.New York 11794 USA
上原宏樹群馬大学 大学院工学研究科 応用化学・生物化学専攻 准教授
撹上将規埼玉大学 大学院理工学研究科 物質科学部門 助教
山延健群馬大学 大学院工学研究科 応用化学・生物化学専攻 教授
塩谷正俊東京工業大学 有機・高分子物質専攻 准教授
久保山敬一東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 助教
扇澤敏明東京工業大学 大学院理工学研究科 物質科学専攻 教授
西田幸次京都大学 化学研究所 准教授
辻秀人豊橋技術科学大学 大学院工学研究科 環境・生命工学専攻 教授
吉田博久首都大学東京 大学院都市環境科学研究科 分子応用化学 教授
浅井茂雄東京工業大学 大学院理工学研究科 物質科学専攻 准教授
斎藤拓東京農工大学 工学府 産業技術専攻 環境・材料コース 教授
鞠谷雄士東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授
宝田亘東京工業大学 大学院理工学研究科 有機・高分子物質専攻 助教
木村将弘東レ(株) 地球環境研究所 研究主幹
金井俊孝出光興産(株) 機能材料研究所 主幹研究員
船木章出光興産(株) 機能材料研究所 上席主任部員
村瀬浩貴東洋紡績(株) 総合研究所 コーポレート研究所 企画・探索グループ 部長
伊藤浩志山形大学 大学院理工学研究科 教授

構成および内容

【第1編 高分子結晶構造の基礎】

第1章高分子の特徴と結晶化の基礎   奥居徳昌、梅本 晋
1はじめに
2高分子単結晶
3結晶化速度
第2章分子シミュレーションによる結晶構造と高次構造の解明  山本 隆
1はじめに
2シミュレーション概観
3結晶構造の予測
4高分子結晶化のシミュレーション
4.1均一核形成
4.2折り畳み結晶の成長
4.3ガラスからの結晶化
4.4流動結晶化と繊維構造の発現
5大変形による結晶組織の変化
6おわりに
第3章共重合体の結晶構造   櫻井伸一
1緒言
2結晶性共重合体の構造形成の特徴
3非晶-非晶ジブロック共重合体のミクロ相分離の基礎
4構造解析法(結晶化の動力学解析も含む)
5各論
5.1結晶-非晶ブロック共重合体
5.2結晶-結晶ブロック共重合体
5.3結晶-液晶ブロック共重合体
6総括/将来展望
第4章透過型電子顕微鏡法による結晶性高分子固体の高次構造解析  吉岡太陽、辻 正樹
1はじめに
2制限視野電子回折(Selected-area Electron Diffraction: SAED)
2.1光学特性の異なる三種類のPBT二次元球晶を与える構造的要因の解明
2.2電界紡糸ナノファイバー単繊維の配向解析
3暗視野観察(Dark-field Imaging)
3.1一軸配向PBT薄膜に形成されるシシカバブ構造の暗視野観察とその結晶学的構造
4おわりに
第5章中性子散乱によるポリエチレンのシシカバブ構造形成機構解析  金谷利治、松葉 豪
1はじめに
2シシケバブ生成における高分子量成分の効果
3高分子量成分がシシを作ることの直接証明とシシの形態観察
4延伸過程におけるシシケバブ形成
5低分子量の役割
6おわりに
第6章中性子散乱を用いたアイソタクチックポリプロピレンのシシケバブ構造解析  野末佳伸
1背景
1.1シシケバブ構造
1.2シシケバブ構造の発見とその物性
1.3コイル-ストレッチ転移
1.4流動誘起結晶化のその場観察と臨界絡み合い濃度
1.5シシケバブ構造形成過程のその場観察
2中性子散乱によるシシケバブ構造解析
2.1実験の目的
2.2中性子散乱
2.3試料調製
3実験結果と考察
3.1中性子散乱実験の結果
3.2シシケバブ構造形成機構の一般性について
4シシケバブ構造形成機構解明に向けた今後の展望

【第2編 結晶構造変化のその場計測による解析】

第7章球晶構造形成過程のその場計測  梅本 晋、奥居徳昌
1はじめに
2球晶内部構造の形成過程でのその場計測
2.1AFMによるラメラ構造の成長過程のその場計測
2.2放射光を用いたX線回折/散乱による球晶成長と2次結晶化のその場計測
2.3偏光顕微鏡下での球晶成長と内部構造変化のその場計測
3等温結晶化での球晶形成過程のその場計測
3.1全結晶化挙動と核発生挙動の影響
3.2負圧による球晶間でのキャビテーション発生
第8章複屈折のその場計測法  田實佳郎、高和宏行、築地光雄
1はじめに
2複屈折
3複屈折の数学的表現
4複屈折の計測のその場観察
4.1セナルモン法
4.2回転検光子法
4.3高度な複屈折計測
5その場観察の複屈折における測定系
6まとめ
第9章繊維の一軸伸長過程での配向結晶化   大越 豊
1はじめに
2測定システム
3PET繊維の配向結晶化挙動
3.1連続延伸過程の特徴
3.2配向結晶化時の温度・直径プロフィール
3.3X線回折による配向結晶化過程の解析
4PTT、PBT、およびPEN繊維の配向結晶化挙動
5Nylon 6繊維の配向結晶化挙動
6PP、PVDF、およびPVA繊維の配向結晶化挙動
7まとめ
第10章ゴム一軸伸長下の結晶化挙動解析   土岐重之
1はじめに
2応力―歪関係と伸張結晶化の同時測定法
3天然ゴムと合成ポリイソプレン
3.1伸張結晶化と応力―歪関係
3.2結晶分率
3.3延伸結晶の開始歪
3.4結晶の大きさ
3.5結晶格子の大きさ
3.6応力緩和と結晶化
3.7定歪での結晶の融解と生成
4未加硫天然ゴムと未加硫合成ポリイソプレンゴム
5他の汎用加硫ゴム
6充填系加硫物
7まとめ
第11章超高分子量ポリエチレンの溶融超延伸過程におけるインプロセス計測とフィルム高性能化  上原宏樹、撹上将規、山延 健
1はじめに
2インプロセス計測システムの開発とそのインハウス化
3溶融延伸過程におけるインプロセス計測
4溶融延伸挙動に与える分子量特性の効果
5固体NMRによる絡み合い状態の定量化
6今後の展望
第12章一軸伸長過程における長周期構造及びボイドの変化   塩谷正俊
1はじめに
2繊維の長周期構造
2.1繊維の小角X線散乱パターン
2.2繊維の長周期構造モデル
3繊維・フィルムにおけるボイドの生成・成長挙動
3.1延性・脆性とボイドの生成・成長
3.2繊維の伸長過程におけるボイドの生成・成長挙動
3.3フィルムの伸長過程におけるボイドの生成・成長挙動
3.4ボイドの生成・成長挙動に及ぼすフィラー添加効果及び試験片形状の影響
4おわりに

【第3編 各種ポリマーの結晶化挙動の最新情報】

第13章PTTの結晶構造と光学異方性   久保山敬一、扇澤敏明
1はじめに
2結晶化温度とPTT結晶のモルホロジー
3PTT球晶の複屈折
3.1複屈折(リタデーション)の結晶化温度依存性
3.2単位格子の配向方向
3.3固有複屈折の計算
4まとめ
第14章アイソタクチックポリプロピレンのメゾ相形成とメゾ相からの結晶化  西田幸次
1はじめに
2結晶性高分子におけるメゾ相
3iPPのメゾ相のローカル構造
4iPPのメゾ相の形成機構
5iPPコポリマーのメゾ相
6放射光によるiPPのメゾ相形成過程のその場測定
7iPPのメゾ相の安定化エネルギー
8iPPのメゾ相からの速い昇温による結晶化
第15章PLAステレオコンプレックス結晶化   辻 秀人
1はじめに
2ポリ乳酸のHMSC結晶化
3置換型ポリ乳酸のHMSC結晶化
4ポリ乳酸/置換型ポリ乳酸のHTSC結晶化
5核剤としての応用
6おわりに

【第4編 特殊条件下の結晶化】

第16章超高速DSCによる融解・結晶化挙動解析   吉田博久
1示差走査熱量測定(DSC)
2高分子結晶の融解
3核生成と結晶成長
4高速冷却過程の結晶化
5高速冷却で得られた結晶の融解
6まとめ
第17章高圧CO2によるPLLAの結晶高次構造と物性の制御  浅井茂雄
1はじめに
2高圧CO2処理について
3高圧CO2処理したPLLAの構造
3.1結晶化挙動及び結晶構造
3.2結晶高次構造
4高圧CO2処理したPLLAの物性
4.1フィルムの透明性
4.2力学的性質
4.3結晶高次構造と物性との関係
5おわりに
第18章超臨界CO2による結晶高次構造制御   斎藤 拓
1はじめに
2結晶高次構造
3結晶構造
4結晶化挙動
5結晶化中のCO2の排除と多孔化
6コンポジットにおける結晶核剤効果と高次構造
7部分融解と結晶化

【第5編 成形加工における結晶化制御】

第19章成形加工における結晶化の基礎   鞠谷雄士
1はじめに
2準静的な結晶化の考え方
3準静的とする仮定が成り立たない系
4流れ場の影響
4.1エントロピー低下が結晶化を加速する効果
4.2流動履歴が結晶化を加速する効果
4.3どちらの効果が支配的か?
4.4流動場の結晶化に対する核剤の効果
5結晶化の進展が成形加工における高次構造形成挙動に及ぼす影響
6結晶化と複屈折の関係
7延伸過程の結晶化
8今後の流動場の結晶化の研究
8.1溶融紡糸過程の低デボラ数化によるポリエステル繊維の高強度化
8.2ブレンド繊維の低温押出しにおける高融点成分の結晶化
8.3弾性材料の高速紡糸における配向結晶化挙動
9おわりに
第20章PETフィルム成形における結晶化挙動   宝田 亘
1はじめに
2PETフィルムの製造プロセス
3フィルム延伸過程における結晶化挙動の解析
4一軸延伸過程におけるPETフィルムの結晶化挙動
5幅拘束一軸延伸におけるPETフィルムの結晶化挙動
6同時二軸延伸過程におけるPETフィルムの配向形成と結晶化挙動
7逐次二軸延伸過程における結晶化挙動
8二軸延伸PETフィルムにおける結晶配向
9おわりに
第21章PETフィルム形成過程における予備加熱効果  木村将弘
1はじめに
2PETの非晶構造制御技術
2.1PET非晶構造
2.2PET結晶構造
2.3拘束非晶構造制御
2.4易成形二軸配向PETフィルム
2.5表面機能化
3応用例
4おわりに
第22章PPシート・フィルム成形における透明性制御  金井俊孝、船木 章
1はじめに
2溶融樹脂膜の外部ヘーズに及ぼす押出スクリュー形状および内部ヘーズに及ぼすダイス内剪断応力の影響
2.1基本形状による予備評価
2.2スクリュー形状の最適化
2.3透明性に与えるダイ内剪断応力の影響
3高透明性PPシート製造に寄与する因子の解析
3.1透明性に与える立体規則性の影響
3.2透明性に与える分子量分布の影響
3.3透明性に与える透明改質剤としてのL-LDPE添加の影響
4おわりに
第23章ポリエチレン高強度繊維紡糸過程の構造形成   村瀬浩貴
1はじめに
2紡糸直後の線維の内部構造
3シシケバブ構造の構造形成
4紡糸課程での構造形成の観察
第24章マイクロ射出成形加工における結晶化   伊藤浩志
1はじめに
2射出成形における結晶化挙動
3マイクロ射出成形による構造形成
3.1超薄肉成形品の構造形成
3.2微小成形品の構造形成
3.3マイクロ微細表面構造を有する成形品の構造形成
4おわりに



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