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1225
【有機,無機材料における】
表面処理・改質の上手な方法とその評価

Surface treatment and improvement for organic, inorganic material

執筆者紹介(敬称略)
東京農工大学大学院        
岡山県工業技術センター      
九州工業大学             
(株)奈良機械製作所         
(株)アルバックコーポレートセンター
大阪大学接合科学研究所      
大阪大学接合科学研究所      
山形大学                 
大日本インキ化学工業(株)      
大阪工業大学              
大阪工業大学  飯田 健郎
神奈川県産業技術総合研究所 
神奈川県技術アドバイザー 
文化女子大学大学院 
静岡大学
同志社大学
名古屋大学
ナビタス(株) 
セン特殊光源(株) 
東海大学
岩崎電気(株)
神谷 秀博
光石 一太
吉永 耕三 
濱田 憲二
小田 正明
内藤 牧男
阿部 浩也   佐野 正人
安井 健悟
中村 吉伸
飯田 健郎
深澤 宜行
柳原 榮一
角田 光雄
稲垣 訓宏
松岡 敬
高井 治
村田 重男
菊池 清
村原 正隆
木下 忍
東レ(株) 
岡本硝子(株) 
理化学研究所
姫路工業大学大学院
日本科学未来館
カネコ技術士事務所 
拓殖大学 
日本パーカライジング(株) 
積水化学工業(株) 
東海大学 
東海大学 
東京都立大学大学院
理化学研究所 
旭硝子(株)
新潟大学 
新潟大学 
(株)資生堂 
凸版印刷(株)
(株)NHVコーポレーション 
接着コンサルタント 
日本パーカライジング(株)
小林 正信
西村 啓道
岩木 正哉
八束 充保
井上 徳之
金子 秀昭
山辺 秀敏
大下 賢一郎
吉田 博次
西 義武
小栗 和也
武井 孝
鈴木 嘉昭
山本 博嗣
田中 眞人
田口 佳成
福井 寛
宇山 晴夫
中井 康二
地畑 健吉
鈴木 正教
<目 次>
第1章 分散のための粉体の表面改質・処理技術

1.粒子を分散させるための手法の使い分け

  1.気相中での微粒子の分散
    1-1 気相中での粒子の付着凝集機構とその制御法の基本的考え方
       1-1-1 London van der Waals力の発現機構と制御法
       1-1-2 液架橋力の発現機構とその低減法
       1-1-3 静電気力
       1-1-4 焼結、析出等による接触面積増加による付着性増大
    1-2 粒子表面の分子・ナノ構造設計による気相での付着・凝集性制御
       1-2-1 化学的手法による表面改質
       1-2-2 物理的手法による表面改質
    1-3 気相合成したナノ粒子の付着・凝集防止法
  2.液相中での分散
    2-1 液相分散方法、機構の選択法の目安
    2-2 DLVO的手法による分散設計
       2-2-1 DLVO理論の概要と制御因子
       2-2-2 DLVO作用の制御方法 −主に表面電位の制御−
    2-3 立体障害効果等の非DLVO的作用による制御
    2-4 ナノ粒子の液中分散制御

2.カップリング剤によるフィラーの表面改質とトラブル対策
  1. カップリング剤の作用機構
    1-1 シラン系カップリング剤
       1-1-1 無機粉体との作用機構
       1-1-2 樹脂との作用機構
       1-1-3 フィラー表面の水の影響
    1-2 チタネート系カップリング剤 
    1-3 アルミニウム系カップリング剤
    1-4 その他のカップリング剤
  2.表面改質の各種手法
    2-1 湿式加熱法
    2-2 湿式濾過法
    2-3 乾式攪拌法
    2-4 インテグレルブレンド法
    2-5 造粒法
  3.樹脂と無機粉体の分散混合
    3-1 樹脂とフィラーの混練性
    3-2 顔料の分散混合
       3-2-1 顔料の特性
       3-2-2 顔料の表面処理
       3-2-3 顔料の溶液中での分散性
    3-3 微粒子の混合分散
  4.無機粉体の表面改質における留意点
  5.樹脂の表面改質における留意点

3.ポリマーグラフトによる無機微粒子表面改質
  1.無機微粒子表面の官能基
  2.ポリマーグラフト
    2-1 カップリング反応
    2-2 ラジカル重合
    2-3 イオン重合
    2-4 プラズマ重合

4.メカノケミカル処理による微粒子表面の改質
  1.微粒子のメカノケミカル活性化
  2.メカノケミカル反応による表面改質処理

5.独立分散ナノ粒子インク及びペーストを用いた既存印刷技術による製膜
  1.金属ナノ粒子作製法
  2.金属薄膜の作製法
  3.独立分散金属ナノ粒子の生成 
  4.ナノメタルインクによる膜成形
    4-1 膜の概要
    4-2 電気抵抗と密着性
  5.ナノメタルインクを使用したインクジェット法による配線形成
    5-1 インクジェット法の特徴
    5-2 プリントヘッドの構造
    5-3 基板の表面処理
    5-4 PDPテストパネル試作
  6.導電性ペースト
    6-1 ナノペースト
    6-2 ハイブリッド銀ペースト
       6-2-1 基本概念
       6-2-2 調合条件
       6-2-3 基本特性と用途
  7.ナノペーストを使用したスクリーン印刷法による配線形成
    7-1 スクリーン印刷法の特徴
       7-1-1 有機基材、ガラス上へのパターン形成
  8.ナノペーストを使用したインクジェット法の応用
    8-1 金メッキ代替
    8-2 システムインパッケージの配線形成
  9.その他の印刷法

6.微粒子のナノ粒子による表面改質
  1.改質手法の概要
  2.微粒子/ナノ粒子系の機械的改質技術
  3.分散性向上のためのナノ粒子による微粒子表面改質
  4.ナノ粒子改質による微粒子の表面反応制御

7.カーボンナノチューブの分散化
  1.CNTの基本構造と物性
  2.CNTの分散化
    2-1 酸処理による分散化
    2-2 添加剤による分散化
    2-3 化学反応を利用した分散化
       2-3-1 側面への反応
       2-3-2 欠陥への反応
 
8.有機顔料のマイクロカプセル化
  1.顔料
    1-1 顔料の化学構造
    1-2 顔料の表面物性
    1-3 顔料の凝集
  2.顔料のマイクロカプセル化
  3.マイクロカプセル化顔料を使ったアプリケーション
    3-1 水性塗料
    3-2 インクジェットインク
       3-2-1 保存安定性と耐溶剤性
       3-2-2 印字物の耐水性
       3-2-3 印字物の耐マーカー性

9.フィラーのポリマー処理
  1."Interface"から"Interphase"へ
  2.界面傾斜構造の効果
  3.ポリマー処理の効果

10.酸化チタンの表面処理
  1.酸化チタン製品
  2.酸化チタンの特性
    2-1 物理的性質
    2-2 化学的性質
  3.酸化チタン粒子の作製、合成
  4.酸化チタン表面改質
    4-1 酸化チタンの有機化合物による表面改質
    4-2 酸化チタンの無機化合物による表面改質 
    4-3 酸化チタンの金属による表面改質



第2章 接着性、印刷性・塗装性向上のための表面改質・処理技術とその寿命

1.効果・寿命を考慮に入れた表面改質の選択
  1.金属
    1-1 アルミニウム
    1-2 チタン
    1-3 ステンレス
  2.プラスチック
    2-1 効果的な表面処理の手法
       2-1-1 薬品処理
       2-1-2 活性ガス処理
       2-1-3 プライマー処理
    2-2 表面処理による効果の具体例
       2-2-1 ポリオレフィン(PE,PP)
       2-2-2 フッ素樹脂(PTFE,PFAなど)
       2-2-3 ポリアミド(PA)

2.前処理のポイント −洗浄と研磨−
  1.金属の処理
    1-1 洗浄
    1-2 研磨
  2.プラスチック
    2-1 洗浄
    2-2 研磨

3.プラスチック成形品に接着性を付与するための表面改質手法
 
 1.プラスチックの表面
  2.表面処理の必要性
  3.表面処理の具体的な手法
    3-1 洗浄
    3-2 研磨
    3-3 薬品処理
    3-4 活性ガス処理
    3-5 プライマー処理

4.成形品の薬品による表面処理
  1.薬品処理の方法とその効果
    1-1 ポリオレフィン(PE,PPなど)
    1-2 ポリアミド(PA)
    1-3 フッ素樹脂(PTFE,PFAなど)
    1-4 ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)
    1-5 ポリフェニレンエーテル(PPE)
  2.プライマー処理
    2-1 ポリアミド樹脂(PA)
    2-2 ポリプロピレン(PP)

5.フィルム接着性・印刷性を向上するために表面改質手法

6.蒸気による高分子の表面処理

7.プラズマ処理によるぬれ性の制御
  1.プラズマの作用
  2.ポリマー構造とプラズマ処理効果
  3.プラズマ状態とプラズマ処理
  4.プラズマ処理表面の安定性

8.低温プラズマ処理による高分子材料の接着特性の改善
  1.繊維強化熱可塑性複合材料(FRTP)の接着強度特性の改善への応用
    1-1 実験方法
       1-1-1 低温プラズマ処理装置と処理条件
       1-1-2 供試材
       1-1-3 ぬれ性試験
       1-1-4 SEM観察およびXPS分析
       1-1-5 表面粗さ計測
       1-1-6 引張せん断試験
   1-2 実験結果及び考察
       1-2-1 表面性状
         (1) 表面エネルギー
         (2) XPS分析
         (3) 表面粗さ 
         (4) SEM観察
       1-2-2 接着強度評価
         (1) 引張せん断強度の比較
         (2) 接着強度に及ぼす官能基導入効果
         (3) 接着強度に及ぼす表面粗さの影響
         (4) 破面観察
  2.プリント基板材料(PPO樹脂)の銅めっき密着性向上への応用
    2-1 実験方法
       2-1-1 試験片
       2-1-2 低温プラズマ処理装置と処理条件
       2-1-3 ぬれ性試験
       2-1-4 AFM観察
       2-1-5 はく離試験
    2-2 実験結果および考察
       2-2-1 表面エネルギーに及ぼす低温プラズマ処理効果
       2-2-2 はく離強度に及ぼす表面エネルギーの影響
       2-2-3 はく離強度に及ぼす表面形状の影響

9.プラズマCVDによる表面改質と機能性付与

10. コロナ放電処理によるぬれ性の制御

11.UVによる表面処理とトラブル対策
  1.UVによる表面処理の概要
    1-1 基本メカニズム
    1-2 装置の基本構成
  2.UVとオゾンの関係
  3.表面改質詳説
    3-1 プラスチックの改質
    3-2 その他の素材の改質
    3-3 表面改質としての洗浄
  4.プロセスの管理

12.エキシマレーザーによる選択的表面改質

13.は著作権の都合上、掲載しておりません

14.は著作権の都合上、掲載しておりません

15.電子線によるぬれ性の改善
  1.EBの特長と物質への作用
  2.ぬれ性の改善へのEB利用
    2-1 重合処理
       2-1-1 事例
    2-2 グラフト重合処理
       2-2-1 事例
    2-3 ガラスのEB処理
  3.EB装置
    3-1 小型EB処理装置例
       3-1-1 実験用小型EB処理装置
       3-1-2 EZCureTM装置
    3-2 円筒型EB処理装置

16.炭素繊維の表面改質
  1.炭素繊維複合材料の界面
  2.炭素繊維の表面構造
  3.表面改質
  4.表面処理の種類
  5.サイジング

17.ガラスの表面改質法と評価方法
  1. ガラスとは
  2.ガラスの表面の挙動
  3.ガラス表面の汚染
  4.表面の洗浄法あるいは改質法
  5.表面改質法
  6.表面評価方法

18.イオン注入法による表面処理
  1.イオン注入装置の基本と特色
  2.簡易型イオン注入装置
  3.イオン注入効果を利用した薄膜コーティング
  4.細胞接着と人工血管

19.イオンビームによる金属の表面改質
  1.窒素イオン注入による表面改質
  2.イオンプラズマ複合プロセスによるDLC成膜
    2-1 RF・高電圧パルス重畳プラズマイオン注入法による厚膜DLCの作製
    2-2 DLCのトライボロジー特性
    2-3 立体形状物へのDLC成膜

20.イオン照射による金属・セラミックスの乾式洗浄荒さ改善処理

21.アルミニウムの表面改質と前処理手法
  1.合金の種類
  2.アルミニウム合金表面
  3.表面清浄と均一表面
    3-1 表面清浄法の分類
    3-2 化学的清浄法
       3-2-1 アルカリ性洗浄
       3-2-2 酸性洗浄
       3-2-3 中性洗浄
       3-2-4 溶剤洗浄
       3-2-5 界面活性剤
    3-3 表面調整
  4.化成皮膜処理
    4-1 化成処理の発展経緯
    4-2 クロム規制
  5 製品と化成処理
    5-1 汎用製品:クロム酸クロメート系化成処理
       5-1-1 汎用製品
       5-1-2 皮膜外観・組成
       5-1-3 耐食性
       5-1-4 自己補修性
       5-1-5 経時変化
       5-1-6 汎用塗装下地:クロメート皮膜とノンクロメート皮膜の性能比較
    5-2 汎用製品:ノンクロメート系化成処理
    5-3 飲料缶:リン酸クロメート化成処理、ジルコニウム系化成処理
       5-3-1 リン酸クロメート化成処理
       5-3-2 ジルコニウム系化成処理
    5-4 自動車:リン酸亜鉛系化成処理
    5-5 冷間鍛造用潤滑皮膜下地、摺動部品:フッ化アルミニウム系化成処理
    5-6 その他:ノンクロメート化成処理の開発状況
       5-6-1 ジルコニウム改良系化成処理
    5-7 フィン材:樹脂系塗布型処理
    5-8 潤滑アルミニウム板:樹脂潤滑系塗布型処理
    5-9 ナノ制御皮膜

22.鉄およびステンレス鋼の表面処理と接着性
  1.鉄の表面処理
    1-1 燐酸塩処理
    1-2 シランカップリング剤処理
    1-3 シリコーター処理
    1-4 チオール系カップリング剤処理
    1-5 ポリアクリル酸薄膜処理
 2.ステンレス鋼
    2-1 ステンレス鋼の種類
    2-2 ステンレス鋼の接着・塗装用表面処理
       2-2-1 酸浸漬及び陽極酸化による表面処理
       2-2-2 シランカップリング剤による表面処理
       2-2-3 ポリカルボン酸水溶液による表面処理
       2-2-4 チオール系カップリング剤による表面処理
       2-2-5 その他の表面処理

23.マグネシウムの表面処理と表面改質



第3章 機能性を付与するための表面改質・処理

1.ダイレクトメタリゼーションによる導電性微粒子の作製
 1.基材
 2.金属皮膜の形成
   2-1 金属イオンの吸着
   2-2 吸着金属イオンの還元
   2-3 無電解めっき

2.プラスチック表面の金属化処理
 1.表面金属化の原理
 2.手法2による金属化の実例(水素プラズマによるフッ素ポリマーの表面改質と無電解メッキ)
 3.手法3による金属化の実例(グラフト重合、シランカップリングを利用したポリイミド表面改質と真空蒸着)
   3-1 プラズマグラフト重合法を利用したポリイミド表面の改質
   3-2 カップリング反応を利用したポリイミドフィルム表面改質

3.電子線照射によるセラミックスの殺菌・防曇・親水処理
 1.くもり止め技術の現状と低エネルギー電子線照射処理
 2.低エネルギー電子線照射処理と防曇評価
 3.サファイアにおける防曇効果
 4.シリカ系ガラスにおける防曇効果
 5.ダイヤモンドにおける防曇効果
 6.電子線照射による滅菌効果

4.防曇性を付与するには
 1.くもりの発生と防曇
 2.ぬれを支配する固体表面の因子
   2-1 表面の化学組成
   2-2 表面の幾何学的構造
 3 防曇のための表面処理・改質
   3-1 有機材料
   3-2 無機材料
    
5.生体適合性を付与するには
  1.生体適合性
    1-1 生体適合性とは
    1-2 血液適合性
    1-3 組織適合性
    1-4 その他、医療材料に必要とされる適合性
  2 イオンビーム照射による生体適合性の制御
    2-1 イオンビーム照射(イオン注入法)
    2-2 イオンビームによる材料改質
    2-3 細胞・血小板接着制御
       2-3-1 細胞接着表面
       2-3-2 細胞非接着表面
       2-3-3 血小板粘着制御
  3.人工臓器への応用
    3-1 人工硬膜への応用
    3-2 細胞シート形成への応用
  4.医用材料の表面改質の今後の展望

6.ポリシラザン硬化体を用いたハードコートとフィルム・シートの耐候性向上への応用
  1.パーヒドロポリシラザン硬化体を用いたハードコート
    1-1 パーヒドロポリシラザンとは
    1-2 パーヒドロポリシラザンを用いたポリカーボネートへのハードコート
  2 ポリシラザン系ハードコートのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムへの応用
    2-1 飛散防止フィルム
    2-2 PETフィルムへのポリシラザン系ハードコートのコーティング

7.ガラスの表面処理と付与特性
  1.ガラス用途分野と表面処理により付与される性能
  2.表面処理方法
  3.代表的用途と改質法
    3-1 光選択透過・吸収・反射特性
    3-2 透明導電膜
    3-3 機械的特性
    3-4 表面触媒コート特性
    3-5 高機能多層膜コートガラス

8.有機・無機複合微粒子の調製
  1.はじめに
  2.分散系調整と複合化技術
    2-1 成長法
       2-1-1 乳化重合法
       2-1-2 ソープフリー重合法
       2-1-3 分散重合法
       2-1-4 ミニエマルション重合法
    2-2 分散法 
       2-2-1 懸濁重合法
       2-2-2 化学粉砕法
       2-2-3 特殊液滴生成法

9.ガスによる微粒子の表面改質
  1.PVD法による微粒子の表面改質
  2.」CVD法による微粒子の表面改質
    2-1 金属被覆
    2-2 金属酸化物および窒化物被覆
    2-3 有機化合物
    2-4 機能性ナノコーティング
  3 上手な使い方



第4章 汚れを防ぐための親水・撥水処理

1.防汚のための表面改質

2.表面を親水性にするための各手法の選択
  1.親水性機能表面の利用
  2.親水性を付与する方法と目的
  3.建築塗装
    3-1 汚染防止作用
    3-2 無機系塗装
    3-3 無機/有機系塗装
    3-4 有機系塗装
    3-5 光触媒・酸化チタン薄膜コーティング
       3-5-1 触媒作用と親水性発現機構
       3-5-2 酸化チタンの形態
       3-5-3 塗膜構成
    3-6 今後の展開
  4.印刷版
  5.熱交換器
    5-1 フィン部の現象
    5-2 親水性機能の要求
    5-3 皮膜構成
       5-3-1 耐食性皮膜
       5-3-2 親水性皮膜
    5-4 処理方法と要求品質
       5-4-1 室内用プレコート
       5-4-2 自動車用ポストコート

3.有機ケイ素による親水・撥水性の制御
  1.表面改質
    1-1 高分子フィルム表面の親水・撥水性の制御
    1-2 放電を利用した高分子フィルム表面の親水・撥水性の制御
    1-3 放電を利用した有機ケイ素による高分子フィルム表面の親水・撥水性の制御
  2.有機ケイ素による機能性フィルム表面の撥水性の制御

4.は著作権の都合上、掲載しておりません

5.は著作権の都合上、掲載しておりません

6.は著作権の都合上、掲載しておりません

7.電子線硬化による防汚・ハードコート塗膜の形成
  
1.電子線照射装置
    1-1 電子線照射
    1-2 電子線照射装置
  2.電子線硬化によるハードコートとその基礎特性
    2-1 試料
    2-2 電子線照射
    2-3 評価方法
       2-3-1 架橋度
       2-3-2 表面強度
       2-3-3  構造変化
       2-3-4 接触角
       2-3-5 表面元素分析
       2-3-6  防曇性
  3.基礎検討結果
    3-1 線量の影響
    3-2 温度の影響
    3-3 線量率の影響
    3-4 照射雰囲気の影響
    3-5 残留溶剤の影響
    3-6 電子線照射と紫外線照射の相違
  4.防汚機能を付与した応用技術
    4-1 フッ素の配合量
    4-2 電子線照射と紫外線照射の相違
    4-3 フッ素モノマー添加量の削減
    4-4 ハードコート性の向上と防曇機能の付与



第5章 表面処理の評価・分析

1.表面処理の効果測定の手法

2.接着強さの評価方法と耐久性試験
  1.JISの評価方法
    1-1 引張接着強さ(K 6849)
    1-2 引張せん断接着強さ(K 6850)
    1-3 はく離接着強さ(K 6854−1〜4)
    1-4 くさび破壊接着強さ(K 6867)
    1-5 その他
  2.耐久性試験
    2-1 耐湿・耐水・耐溶剤性
    2-2 耐熱性
    2-3 その他

3.基材の表面処理効果および処理欠陥の評価
  1.試料種類と分析方法
  2.分析事例と考察
    2-1 表面分析
       2-1-1 鉄、アルミ、プラスチック等の基材表面特性
       2-1-2 クロメート皮膜の経時変化
       2-1-3 プラズマ処理により活性化された高分子材料の表面解析
       2-1-4 アルミニウムとガラスの最表面形状観察
    2-2 微小域観察と分析
       2-2-1 電着塗装板に発生した異物分析
       2-2-2 電子材料の評価
       2-2-3 プリンターローラーの断面構造
    2-3 深さ方向(層構造)分析
       2-3-1 アルマイトの深さ方向分析


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