「シランカップリング剤の効果と使用法」が2006年に発刊されて速いものでもう6年が経過した。様々な企業の方から私へのシランカップリング剤についての相談は、特に最近増加している。肝心の部分を隠されての相談も多い(企業時代の私もそうだった)が、確実にその応用範囲が広がっていることを感じる。また、確立された製造組成中のシランカップリング剤を、より効果を高めるために見直そうという動きもある。このように相談に来られた方のほとんどが、既に本書を読まれて来られたのにも驚いた。2006年の発刊に当たり、多くの応用分野におけるシランカップリング剤の使い方と効果を単に並べて解説するだけでなく、従来ブラックボックスであったシランカップリング剤による界面の構造を、本書から読者に考えて頂けることを目的とした。複合材料の特性は「界面」で決まる。成功例も「why」を考えないと次につながらない。つまり、本書からこの「why」への解答が見えてくるような内容にすることを目的とした。「why」の追求は、きっと強力な「How」に結びつくはずである。このような目的で書かれた本書が、最前線で十分に役立ってきたと感じた。
改訂版でも上述の「Why」や「How」を考えるための書にしようとする基本路線は継承し、これをより充実させようとした。応用分野はできる限り最新の情報を取り入れようと努力した。でき上がった目次を見比べるとたった6年間でのシランカップリング剤の応用の広がりが実感できる。21世紀の材料開発でも重要な役割を演じ続けているのである。
(はじめに/中村吉伸 抜粋)
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| 1章 | シランカップリング剤の機能 |
| 1 | 加水分解反応とシランカップリング剤の構造 |
| 2 | 加水分解反応と外的因子および実用上での注意点 |
| 3 | フィラー表面での反応 |
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| 2章 | 加水分解反応 |
| 1 | 加水分解反応機構 |
| 2 | 加水分解反応と構造の関係 |
| 3 | 加水分解反応と外的要因 |
| 4 | 加水分解反応の速度予想とコントロール |
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| 3章 | 縮合反応(※) |
| 1 | 基材との反応 シランカップリング剤と無機表面との反応機構 |
| 2 | 基材表面でのシランカップリング剤の縮合反応 |
| 2.1 | 湿式法 |
| 2.2 | 乾式法 |
| 2.3 | インテグラルブレンド法 |
| 3 | 縮合反応とシランカップリング剤層の構造 |
| 4 | シランカップリング剤の構造の影響 |
| 5 | 縮合反応に影響する要因 |
| 6 | 縮合反応のコントロール |
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| 4章 | シランの処理作用と効果(※) |
| 1 | 界面強化作用 |
| 2 | 成形性向上作用 |
| 3 | 境界層形成作用 |
| 4 | 無機材料への作用機構 |
| 5 | 有機材料への作用機構 |
| 5.1 | 熱可塑性樹脂 |
| 5.2 | 熱硬化性樹脂 |
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| 5章 | シランカップリング剤の使用方法と注意点(※) |
| 1 | シランカップリング剤使用方法の概要 |
| 2 | シランカップリング剤の湿式処理法 |
| 3 | シランカップリング剤の乾式処理法 |
| 4 | シランカップリング剤の有機材料への添加 |
| 5 | シランカップリング剤の使用量 |
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| 6章 | シランカップリング剤による有機/無機界面の制御 |
| 1節 | ガラス繊維/樹脂コンポジットにおけるシランカップリング剤の効果と使用法 |
| 1 | ガラス繊維基材の製造プロセスとシランカップリング剤処理 |
| 2 | ガラス繊維/樹脂コンポジットとシランカップリング剤 |
| 2.1 | ガラス繊維/熱硬化性樹脂コンポジットとシランカップリング剤処理 |
| 2.2 | ガラス繊維/熱可塑性樹脂コンポジットとシランカップリング剤処理 |
| 2.2.1 | PBT用バインダーとGFRTP強度 |
| 2.2.2 | PC用バインダーとGFRTP強度 |
| 2.2.3 | PA用バインダーとGFRTP強度 |
| 2.2.4 | その他の熱可塑性樹脂用バインダーとGFRTP強度 |
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| 2節 | フィラー/樹脂コンポジットにおけるシランカップリング剤の効果と使用法 |
| 1 | シランカップリング剤によるフィラーの分散性の獲得 |
| 2 | シランカップリング剤処理による複合材料の補強性の評価 |
| 3 | セルロース繊維充てん複合材料におけるシランカップリング剤処理の効果 |
| 4 | 全セルロースナノ複合材料と表面処理としてのシランカップリング剤処理効果 |
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| 3節 | ゴム/フィラーにおけるシランカップリング剤の効果と使用法 |
| 1 | 各種ゴムへのスルフィド系CAの応用 |
| 1.1 | 最近の動向 |
| 1.2 | 日本のラベリング制度 |
| 1.2.1 | 最近のCAの開発動向 |
| 1.2.2 | 最近のCAの開発動向 |
| 2 | スルフィド系CAの応用 |
| 2.1 | スルフィド系CA処理シリカの特性 |
| 2.2 | スルフィド系CA処理シリカの防振ゴムへの応用 |
| 2.2.1 | 防振ゴムの必要特性 |
| 2.2.2 | スルフィド系CA処理シリカの防振ゴムへの応用 |
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| 4節 | プライマーにおけるシランカップリング剤の選び方と使い方(※) |
| 1 | シランカップリング剤のプライマーへの応用 |
| 2 | シランカップリング剤を使用したプライマーの調製方法 |
| 3 | シラン系プライマーの塗布方法 |
| 4 | 環境にやさしく安全なシラン系プライマー |
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| 5節 | 金属への接着安定性向上のためのシランカップリング剤の効果と使用法(※) |
| 1 | 金属接着界面への水の浸入および蓄積 |
| 2 | クロスオーバータイムと耐湿接着性 |
| 3 | 金属用接着用カップリング剤 |
| 3.1 | シランカップリング剤 |
| 3.2 | ポリカルボン酸系カップリング剤 |
| 3.3 | チオール系カップリング剤 |
| 4 | カップリング剤使用上のポイント |
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| 6節 | 銅箔におけるシランカップリング剤の効果と使用法 |
| 1 | 電解銅箔の製造法 |
| 1.1 | 電解工程 |
| 1.2 | 表面処理工程 |
| 2 | プリント樹脂基材(プリプレグ) |
| 3 | 引き剥がし強さ(ピール強度) |
| 4 | アンカー効果 |
| 5 | シランカップリング剤 |
| 5.1 | γ-APS濃度 |
| 5.2 | γ-APS水溶液のpH値 |
| 5.3 | γ-APS皮膜に対する熱処理条件 |
| 5.4 | 引き剥がし面の元素分析 |
| 5.5 | γ-APS皮膜の構造 |
| 5.5.1 | γ-APSの熱処理温度と分子構造 |
| 5.5.2 | γ-APS皮膜の深さ方向の元素分析 |
| 6 | 最近の技術動向 |
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| 7節 | ポリイミド/銅箔の接着性向上のためのシランカップリング剤の効果と使用法 |
| 1 | 扱う材料の性質 |
| 1.1 | シランカプリング剤 |
| 1.2 | 芳香族ポリイミドフィルム |
| 1.3 | 銅箔 |
| 2 | 実験 |
| 2.1 | 銅箔のシランカップリング剤処理 |
| 2.2 | 圧着、剥離試験 |
| 2.3 | 表面分析 |
| 3 | シランカップリング剤の沈着状態 |
| 4 | シランカプリング剤の溶解状態 |
| 5 | 剥離強度におよぼす処理濃度効果 |
| 6 | シランカップリング剤の沈着と剥離モデル |
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| 8節 | ガラス/樹脂の接着発現性向上のためのシランカップリング剤の効果と使用法 |
| 1 | ガラスアッセンブリー工程 |
| 2.1 | 位置決めピンの概要 |
| 2.2 | シランカップリング剤含浸材料の選定 |
| 2.3 | 接着メカニズム |
| 2.4.1 | 位置決めピンの収縮による被着ガラス剥離有無の確認 |
| 2.4.2 | 位置決めピンの収縮応力とガラス剥離応力 |
| 2.4.3 | ナイロン系エラストマーブレンド材による接着品の接着強度確認 |
| 2.5.1 | 速硬化接着仕様 |
| 2.5.2 | シランカップリング剤接着仕様の高周波誘電加熱条件の設定 |
| 3.1 | シランカップリング剤接着仕様のドアガラス昇降部品への適用 |
| 3.2 | ドアガラスホルダーの仕様 |
| 3.3 | 速硬化接着仕様 |
| 3.4.1 | ガラスインサート成形 |
| 3.4.2 | ナイロン製材料による部品性能確認 |
| 3.4.3 | 成形時における被着ガラスの割れ防止 |
| 3.4.4 | 金型構造 |
| 3.4.5 | シランカップリング剤含浸樹脂の作製 |
| 3.4.6 | ガラスの破壊強度の把握と射出圧の設定 |
| 3.4.7 | 成形条件 |
| 3.4.8 | 接着性樹脂・PA6における接着力向上要因 |
| 3.4.9 | 成形品の耐久性能 |
| 3.4.10 | 量産への対応 |
| 3.4.10.1 | 位置決めピン |
| 3.4.10.2 | ドアガラスホルダー |
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| 9節 | セルロースナノロッド/樹脂の接着向上のためのシランカップリング剤の効果と使用法 |
| 1 | セルロースナノファイバーとナノロッド |
| 2 | 異種材料間接着用のシランカップリング剤 |
| 3 | セルロースナノロッド/樹脂の接着向上のためのシランカップリング剤の添加効果例 |
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| 7章 | 材料におけるシランカップリング剤の効果と使用方法 |
| 1節 | ポリマー改質・変性におけるシランカップリング剤の効果と使用方法 |
| 1 | シランカップリング剤と有機ポリマーの反応 |
| 1.1 | 有機ポリマーの官能基との化学反応 |
| 1.2 | グラフト化 |
| 1.3 | シランカップリング剤による有機ポリマー重合時の末端封鎖 |
| 1.4 | シランカップリング剤をモノマー成分として用いる共重合 |
| 2 | 反応に用いるシランカップリング剤の選定 |
| 3 | シランカップリング剤によるポリマー改質・変性の例とその効果 |
| 3.1 | アルコキシシリル基末端テレケリックポリマー |
| 3.2 | 水架橋ポリエチレン |
| 3.3 | アルコキシシリル基含有スチレンブタジエンゴム |
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| 2節 | 接着剤におけるシランカップリング剤の効果と使用方法 |
| 1 | ポリマー末端への加水分解性基の導入 |
| 1.1 | ヒドロシリル化によるアルコキシシリル基の導入 |
| 1.2 | メルカプタン付加によるアルコキシシリル基の導入 |
| 1.3 | 末端イソシアナートポリマーへのアミノシランカップリング剤付加による導入 |
| 1.4 | イソシアナートシランカップリング剤によるアルコキシシリル基の導入 |
| 2 | ポリマー側鎖への加水分解性基の導入 |
| 2.1 | 共重合による導入 |
| 2.2 | グラフト反応による導入 |
| 2.3 | その他の導入方法 |
| 3 | シランカップリング剤の他の用法 |
| 3.1 | 接着付与剤としてのシランカップリング剤 |
| 3.2 | ゴムの加硫接着剤としてのシランカップリング剤 |
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| 3節 | 粘着剤中におけるシランカップリング剤の分散状態とその性能 |
| 1 | シランカップリング剤添加系粘着剤の応用分野
・ウィンドーフィルム用粘着剤
・光学機能部材用粘着剤
・半導体パッケージ用粘接着剤 |
| 2 | シランカップリング剤分散状態の解析 |
| 2.1 | ゴム系材料 |
| 2.2 | アクリル系粘着剤 |
| 2.3 | 半導体パッケージ用粘接着剤 |
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| 4節 | 封止材におけるシランカップリング剤の効果と使用方法 |
| 1 | 半導体パッケージにおける構造 |
| 2 | 半導体封止材における使用方法と材料組成割合 |
| 3 | シランカップリング材の添加作用とその効用 |
| 3.1 | シリカ表面処理 |
| 3.2 | 界面への密着性と貯蔵安定性 |
| 3.3 | 揮発性 |
| 3.4 | 新規適応品
・イソシアヌレート型
・イミダゾール型
・材料反応型 |
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| 5節 | めっきにおけるシランカップリング剤の効果と使用方法 |
| 1 | めっきの種類と特徴 |
| 2 | めっき膜へのシランカップリング剤の適用と高分子密着性 |
| 3 | 亜鉛系めっきへのシリカ複合化とシランカップリング処理 |
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| 6節 | レジストにおけるシランカップリング剤の効果と使用方法および処理装置 |
| 1 | 微細加工(μリソグラフィ)におけるシランカップリング処理 |
| 2 | 濡れ性によるカップリング処理表面の評価 |
| 3 | プロセス条件の最適化 |
| 4 | 処理装置の構成および最適化 |
| 5 | HMDS処理による基板上の付着性コントロール |
| 6 | 剥離トラブル |
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| 7節 | シランカップリング剤のナノインプリントへの応用 |
| 1 | ナノインプリントとその課題 |
| 1.1 | ナノインプリントとは |
| 1.2 | ナノインプリントの成立要件と課題 |
| 1.2.1 | ナノモールドの作製 |
| 1.2.2 | モールドと基板の平坦性、コンフォーマル(形状適応)性 |
| 1.2.3 | モールドの離型 |
| 2 | モールドの離型とシランカップリング剤 |
| 2.1 | シランカップリング剤による単分子フッ素樹脂膜のコーティング |
| 3 | モールドの表面自由エネルギーと樹脂の付着力 |
| 3.1 | UVオゾン照射による表面自由エネルギーの制御 |
| 3.2 | 劣化モールドを用いた離型性評価 (分子量依存性) |
| 4 | リバーサル・ナノインプリントとモールド表面処理 |
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| 8章 | 機能性シランカップリング剤と応用技術 |
| 1節 | 耐熱性シランカップリング剤と応用 |
| 1 | 芳香環を含むカップリング剤 |
| 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 |
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| 2節 | 耐水性シランカップリング剤と応用 |
| 1 | フッ素系シランカップリング剤の合成 |
| 1.1 | RfCH2CH2SiCl3の合成 |
| 1.2 | RfCH2CH2Si(OCH3)3の合成 |
| 1.3 | RfCH2CH2Si(OCH2CH3)3の合成 |
| 1.4 | RfCH2CH2Si(NCO)3の合成 |
| 1.5 | ベンゼン環を持つフッ素系シランカップリング剤の合成 |
| 1.6 | ビフェニル環を持つフッ素系シランカップリング剤の合成 |
| 2 | ガラスの表面改質 |
| 2.1 | フッ素系メトキシ型シランカップリング剤、F(CF2)nCH2CH2Si(OCH3)3、によるガラスの表面改質 |
| 2.2 | 改質ガラス表面の耐酸化性、耐酸性 |
| 2.3 | イソシアナト型シランカップリング剤によるガラスの表面改質 |
| 2.4 | 改質表面の耐熱性 |
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| 3節 | 抗菌性シランカップリング剤と応用 |
| 1 | 実験 |
| 1.1 | 合成試薬 |
| 1.2 | 最小発育阻止濃度ならびにシェークフラスコ試験 |
| 1.3 | 菌類 |
| 1.4 | 機器 |
| 1.4.1 | 測定機器 |
| 1.4.2 | 最小発育阻止濃度ならびにシェークフラスコ試験用機器 |
| 1.5 | 合成 |
| 1.5.1 | アミノシラン(MDAA3M) |
| 1.5.2 | n-Xの合成 |
| 1.5.3 | 最小発育阻止濃度(MIC)試験 |
| 1.5.3.1 | 培地の調製 |
| 1.5.3.2 | 菌の接種と培養 |
| 1.5.4 | 改質磁製板による抗菌試験 |
| 1.5.4.1 | バクテリア分散液の調製 |
| 1.5.4.2 | 磁性板の表面改質 |
| 1.5.4.3 | 改質磁製板の抗菌能 |
| 1.5.4.4 | 改質磁製板の抗菌能の経時変化 |
| 1.5.4.5 | 改質磁性板の抗菌能の持続性 |
| 2 | 結果と考察 |
| 2.1 | アミノシラン(MDAA3M)の合成 |
| 2.2 | 第4級アンモニウム塩型シランカップリング剤(n-X)の合成 |
| 2.3 | 抗菌試験 |
| 2.3.1 | 最小発育阻止濃度(MIC )試験 |
| 2.3.2 | シェークフラスコ試験 |
| 2.3.3 | 改質磁製板の抗菌能の経時変化 |
| 2.3.4 | 改質磁性板の抗菌能の持続性 |
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| 4節 | 光応答性シランカップリング剤と応用 |
| 1 | 光応答性基板の作製のための化合物 |
| 1.1 | 光分解性シランカップリング剤 |
| 1.2 | 光応答性リンカー |
| 1.3 | 光応答性基板の作製 |
| 2 | 光応答性基板の評価と応用 |
| 2.1 | 光応答性基板の評価 |
| 2.1.1 | 紫外光応答性基板 |
| 2.1.2 | 二光子励起による光分解 |
| 2.2 | 光応答性基板の応用 |
| 2.2.1 | 細胞のパターニングへの応用 |
| 2.2.2 | DNAやタンパク質への応用 |
| 2.2.3 | その他の応用 |
| 2.2.4 | 光分解性基以外の光応答性基の利用 |
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| 5節 | 双性イオン型高分子シランカップリング剤とその応用 |
| 1 | 修飾法 |
| 1.1 | シランカップリング基担持共重合体 |
| 1.2 | シランカップリング基を末端に有する高分子 |
| 1.3 | ガラス表面へのシランカップリングによる高分子の修飾 |
| 2 | 修飾された基材の表面特性 |
| 2.1 | 接触角測定による濡れ性評価 |
| 2.2 | PCMBの濡れ性に対するCMB分率の影響 |
| 2.3 | 楕円偏光測定(エリプソメトリー)による膜厚の評価 |
| 2.4 | ゼータ電位測定による表面電位の評価 |
| 2.5 | BCA法によるタンパク質吸着測定 |
| 2.6 | 双性イオン型共重合体シランカップリング剤修飾表面への細胞接着 |
| 2.7 | TMS-PCMBによるS-PCMB基板表面の修飾 |
| 2.8 | PCMBをグラフトしたPCMB薄膜表面への細胞付着 |
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| 6節 | オリゴメリックなフッ素系シランカップリング剤の開発と表面処理剤への応用 |
| 1 | オリゴメリックなフッ素系シランカップリング剤による高分子ナノ粒子の調製 |
| 2 | 種々の低分子芳香族化合物をカプセル化させたオリゴメリックなフッ素系シランカップリング剤の調製と表面処理剤への応用 |
| 3 | オリゴメリックなフッ素系シランカップリング剤/酸化チタンナノコンポジットの調製 |
| 4 | オリゴメリックなフッ素系シランカップリング剤/ヒドロキシアパタイトナノコンポジットの調製と表面改質剤への応用 |
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| 9章 | シランカップリング剤の分析技術 |
| 1節 | シランカップリング剤処理層の構造解析 |
| 1 | シラン処理層の構造の制御とキャラクタリゼーション |
| 2 | パルスNMRによるシラン処理層の構造解析 |
| 3 | シラン処理層の構造が充てん系の力学特性におよぼす影響 |
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| 2節 | 処理界面の力学特性評価法(※) |
| 1 | 弾性率 |
| 2 | 降伏強度 |
| 3 | 衝撃強度(靱性) |
| 4 | 動的粘弾性特性 |
| 5 | その他の評価方法 |
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| 3節 | 金属/シランカップリング剤界面の密着性解析 |
| 1 | 材料設計における高効率化の課題 |
| 2 | カップリング剤との密着強度に優れた金属箔を設計する解析モデル |
| 3 | 解析方法 |
| 3.1 | 分子動力学法による密着強度の解析手法 |
| 3.2 | タグチメソッドによる直交表を用いた感度解析の方法 |
| 4 | 解析結果および考察 |
| 4.1 | 密着強度の感度についての解析結果 |
| 4.2 | ロバスト性の解析結果 |
| 4.3 | 設計指針および結果の考察 |
| 5 | 実験との比較 |
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| (※)印のあるものは2006年発刊(2010年新装版)【シランカップリング剤の効果と使用 】とほぼ同じ内容です |
