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[書籍] 超微粒子の分散技術とその評価


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超微粒子の分散技術とその評価

〜 表面処理・微粉砕と気中/液中/樹脂中の分散安定化 〜


困っていませんか? 超微粒子の上手な分散/コントロール!
分散と安定化、評価に必要な最新技術を網羅! 手探り状態から問題解決・安心へのヒントとなる。


発刊日

2009年2月27日

体裁

B5判上製本  352頁

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発 行

サイエンス&テクノロジー(株)
送料無料

ISBNコード

978-4-903413-89-1

Cコード

C3058






著者

光石 一太    岡山県工業技術センター
木俣 光正    山形大学
坪川 紀夫    新潟大学
桐野 智明    東海カーボン(株)
藤巻 正典    DIC(株)
院去貢      寿工業(株)
秋山 聡      (株)日清製粉グループ本社
長谷川 政裕  山形大学
福山 紅陽    協和界面科学(株)
大島 広行    東京理科大学
芝田 準次    関西大学
後藤 邦彰    岡山大学
松山 達      創価大学
長井 勝利    山形大学
大佐々 邦久   山口大学
澤口 孝志    日本大学
日笠 茂樹    岡山県工業技術センター
長井 淳      ノリタケ機材(株)
大坪 泰文    千葉大学
椿 淳一郎    名古屋大学

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目次


第1章:分散・安定化のための、微粒子の表面処理・改質技術

 第1節 シランカップリング剤による微粒子の分散性向上
   1. カップリング剤の作用機構
    1.1 無機粒子との作用機構
    1.2 樹脂との作用機構
    1.3 カップリング処理微粒子の特性評価
   2. 微粒子表面の水の影響
   3. 微粒子へのカップリング剤の固着性
   4. 樹脂中への微粒子の高充填化
   5. 物理吸着シラン剤の長所と短所
   6. 樹脂改質剤としてのシラン剤の応用

 第2節 シリカ微粒子の表面処理およびシリカコーティング処理技術
   1. 分散性の評価
    1.1 付着力
    1.2 沈降法による分散性評価
    1.3 レーザー光による分散性評価
   2. 金属アルコキシドの加水分解を利用したシード粒子成長法
    2.1 シード粒子成長法
    2.2 単分散シリカ粒子の大粒径化
    2.3 チタニアコーティングシリカ粒子
   3. シリカコーティングによる高分散化
    3.1 シリカコーティング酸化鉄粒子
    3.2 シリカコーティングポリマー粒子

 第3節 グラフト化による微粒子の表面処理・改質技術
   1. ナノ粒子表面のグラフト化の方法
   2. ナノ粒子表面からのグラフト重合(Grafting from法)
    2.1 ラジカルグラフト重合
    2.2 リビングラジカル重合
   3. 表面官能基と末端反応性ポリマーとのグラフト反応(Grafting onto法)
    3.1 表面官能基と末端反応性ポリマーとのグラフト反応
    3.2 表面官能基とリビングポリマーとの反応
    3.3 カーボンブラックとポリマーラジカルとの反応
    3.4 縮合芳香族環とフェロセンの配位子交換反応
   4. 乾式系におけるナノ粒子表面へのグラフト反応
    4.1 多分岐ポリアミドアミン(PAMAM)のグラフト
    4.2 ラジカルグラフト重合
   5. グラフト化によるナノ粒子の分散性制御
   6. ポリマーグラフトナノ粒子表面への機能付与
    6.1 難燃性の固定化
    6.2 紫外線吸収剤の固定化
    6.3 生理活性物質の固定化

 第4節 カーボンブラック粒子の表面処理・改質技術
   1. カーボンブラック
    1.1 カーボンブラックとは
    1.2 カーボンブラックの基本特性
     1.2.1 カーボンブラック一次粒子の微細構造
     1.2.2 一次粒径
     1.2.3 比表面積
     1.2.4 凝集構造(ストラクチャー)
     1.2.5 化学的性質
   2. カーボンブラックの表面処理
    2.1 表面処理技術
    2.2 酸化処理
    2.3 有機化処理
    2.4 自己分散型カーボンブラック
    2.5 グラフト処理

 第5節 顔料を事例とした表面処理技術
   1. 顔料の分散とは
   2. 顔料の表面処理
    2.1 ロジン処理
    2.2 界面活性剤処理
    2.3 顔料誘導体処理
    2.4 ポリマー処理
    2.5 マイクロカプセル化顔料


第2章:微粒子の粉砕技術と粒径・粒形制御

 第1節 ビーズミルによる湿式粉砕・分散技術
   1. 粉砕とナノ分散の違い
   2. 今までに開発されてきたビーズミル(粉砕機)
   3. 最近開発されたビーズミル(ナノ分散機)
   4. 寿工業におけるビーズミルの歴史
   5. 粉砕(アペックスミル)
    5.1 粉砕操作
    5.2 機構
    5.3 粉砕性能への要因
     5.3.1 ビーズ径
     5.3.2 ビーズ分離方式
     5.3.3 粉砕動力(冷却性能)
    5.4 粉砕実施例
   6. ナノ分散(ウルトラアペックスミル)
    6.1 ナノ分散操作
    6.2 機構
    6.3 ナノ分散性能への要因
     6.3.1 微小ビーズのナノ分散への効果
     6.3.2 遠心分離利用によるビーズ分離
     6.3.3 ビーズの片寄りなし
     6.3.4 スラリーの前分散不要
     6.3.5 スケールアップ
    6.4 実施例
    6.5 まとめ

 第2節 乾式分級機による微粒子の粒子径制御
   1. 性能表示法
   2. 分級機の分類
    2.1 慣性力式分級機
    2.2 自由・半自由渦形遠心式分級機
    2.3 強制渦形遠心式(ロータ式)分級機
   3. 分級に影響を及ぼす因子
    3.1 ロータ回転数と流体流量
    3.2 粒子径分布
    3.3 粉体濃度
    3.4 凝集粒子の分散
   4. 分級技術の応用
    4.1 精密分級
    4.2 スカルピング
    4.3 不活性雰囲気分級
    4.4 減圧分級

 第3節 超微粉砕技術としての粉砕助剤の活用法
   1. 乾式粉砕における粉砕助剤の効果
   2. 乾式超微粉砕における粉砕助剤の効果
   3. 乾式粉砕における粉砕助剤の作用機構


第3章:気中における粒子の付着・帯電メカニズムと分散技術

 第1節 気中における粒子の付着メカニズム
   1. 気相中で粒子に働く付着力
    1.1 van der Waals(ファン・デア・ワールス)力
    1.2 液架橋力
   2. 気相中での粒子の凝集現象

 第2節 気中における粒子の帯電と付着
   1. 静電気力
    1.1 クーロンの法則
    1.1 分極力
    1.1 鏡像力
   2. 気相における粒子の帯電メカニズム
    2.1 接触帯電のメカニズム
    2.2 電場下でのイオンの衝突荷電
    2.3 拡散荷電
    2.4 正負両極イオンによる荷電中和

 第3節 気中における微粒子分散技術
   1. 各種分散機とその分散メカニズム
   2. 分散結果と分散機性能の評価


第4章:液中(水系)における微粒子の分散技術とその安定化

 第1節 水系における微粒子の分散技術と安定化
   1. 微粒子分散系のもつ大きな自由エネルギー
   2. 分子間のファンデルワールス引力エネルギー
   3. 粒子間のファンデルワールス引力エネルギーとHamaker定数
   4. Hamaker定数と表面張力
   5. 帯電粒子周囲の電位分布と拡散電気二重層:Poisson-Boltzmann方程式
   6. 微粒子間の静電反発エネルギー
   7. 微粒子間の全相互作用のエネルギー

 第2節 水系:無機微粒子の分散技術とその安定化(事例)
   1. TiO2の分散実施例  〜微小ビーズの影響
   2. 有機顔料の分散  〜微小ビーズにおけるローター周速(回転数)の影響
   3. アルミナの分散実施例  〜ビーズ径の影響、ζ電位の影響
   4. シリカの分散例  〜ビーズ径、周速の影響、コンタミネーション
   5. セラミックコンデンサ原料 BaTiO3の分散例  〜微小ビーズによるサブミクロン分散
   6. 分散実施例一覧
   7. まとめ

 第3節 水系:金属酸化物微粒子の分散技術とその安定化
   1. α-Al2O3微粒子の凝集・分散挙動におよぼすポリアクリル酸の効果
    1.1 試料と分散性の評価
    1.2 ポリアクリル酸の分子量と添加量による凝集と分散
    1.3 まとめ
   2. 水中でのマグネタイト微粒子の凝集・分散について
    2.1 マグネタイトのメジアン径とゼータ電位
    2.2 マグネタイトのメジアン径と吸着量
    2.3 マグネタイト表面での界面活性剤の吸着状態
    2.4 まとめ

 第4節 水系:高分子微粒子の分散技術とその安定化
   1. 水系での高分子微粒子の分散
   2. 高分子微粒子自体の分散安定化
   3. 界面活性剤存在下での分散安定化
    3.1 界面活性剤存在下
    3.2 乳化重合用乳化剤の存在下
    3.3 反応性乳化剤の存在下
   4. 高分子存在下での分散安定化
    4.1 両親媒性高分子存在下
    4.2 高分子乳化剤存在下
    4.3 マクロモノマー存在下
    4.4 高分子分散剤存在下
   5. まとめ


第5章:液中(非水系[溶媒中])における微粒子の分散技術とその安定化

 第1節 非水系における微粒子の分散技術とその安定化
   1. 分散安定化の基本
   2. 溶媒および添加剤における分散安定化を左右するパラメータ
    2.1 SP値
    2.2 SP値の因子分解
    2.3 酸塩基特性
   3. 粒子表面特性に関係するパラメータ
    3.1 ぬれ
    3.2 粒子表面のSP値
    3.3 粒子表面の酸塩基特性
    3.4 粒子表面の改質
   4. 分散・凝集制御のポイント
    4.1 SP値および酸塩基特性で見る分散性
    4.2 分散安定化剤の働き
    4.3 ポリマーの吸着特性
    4.4 ポリマーの立体反発作用

 第2節 非水系(溶媒中):無機微粒子の分散技術とその安定化および濃度依存
   1. 水系と非水系の違い
   2. 電解質イオンと粒子由来の対イオン
   3. 通常のPoisson-Boltamann方程式
   4. 体積無限大の電解質溶液中の1個の粒子
   5. 自由体積モデル
   6. 無塩系のPoisson-Boltamann方程式
   7. 無塩系における粒子周囲の電位分布
   8. 粒子の実効電荷と自由な対イオン
   9. 電気泳動移動度
   10. 電気伝導度
   11. 沈降電位とOnsagarの関係
   12. 帯電粒子間の静電相互作用
   13. 無塩系における帯電粒子間の全相互作用
   14. 多体効果
   15. 高分子層の効果

 第3節 非水系(溶媒中):金属酸化物微粒子の分散技術とその安定化
   1. チタン酸バリウム(BaTiO3)のトルエンおよびエタノールの混合溶液中での分散
    1.2 試料と分散性の評価
    1.3 アルキルリン酸エステルによるBaTiO3の分散
    1.4 まとめ
   2. 直鎖飽和脂肪酸による磁性酸化鉄の分散安定化
    2.1 試料と分散性の評価
    2.2 流動特性におよぼすγ-Fe2O3の含水率の影響
    2.3 流動特性におよぼすγ-Fe2O3添加量の影響
    2.4 流動特性におよぼす脂肪酸のアルキル鎖長の影響
    2.5 脂肪酸のγ-Fe2O3に対する吸着形態
    2.6 流動特性におよぼす脂肪酸の添加量の影響
    2.7 まとめ

 第4節 非水系(溶媒中):高分子微粒子の分散技術とその安定化
   1. 非水系での高分子微粒子の分散
   2. 非極性溶媒中での高分子微粒子の分散
    2.1 立体安定剤系
    2.2 反応性立体安定剤系
   3. 極性溶媒中での高分子微粒子の分散
    3.1 立体安定剤系
    3.2 反応性立体安定剤系
   4. まとめ


第6章:高分子材料への微粒子の分散技術とその安定化

 第1節 無機微粒子の分散技術とその安定化(シリカ微粒子)
   1. PMMA/シリカナノハイブリッドの調製
    1.1 シリカナノ粒子
    1.2 マトリクスPMMA
    1.3 ハイブリッドの調製方法と分散−凝集特性の評価
   2. ハイブリッドサスペンションの絡み合い凝集特性(調製方法1)
    2.1 C'のポリマーの分子量依存性
    2.1 C'とポリマー溶液物性の関係: 理論解析
   3. ハイブリッドフィルムの絡み合い凝集特性(調製方法2)
    3.1 分子量依存性
    3.2 溶融PMMA分子鎖の絡み合い形成へのダイナミクス
   4. SiO2ナノ粒子の分散安定化技術: 透明ハイブリッドフィルムの調製

 第2節 無機微粒子の分散技術とその安定化 〜事例〜
   1. 原材料および前処理の効果
    1.1 フィラー表面処理をはじめとするフィラー性状による分散性の変化 
     1.1.1 イオン結合性表面処理剤
     1.1.2 シランカップリング剤
     1.1.3 フィラー表面の脂肪酸処理による分散性向上例
     1.1.4 ハイブリッドフィラー
     1.1.5 フィラー性状が分散性に影響を及ぼすその他の要因
    1.2 ポリマーの変性や変性ポリマーの添加によるフィラー分散の制御
     1.2.1 ポリマーの変性によるフィラー分散の向上
     1.2.2 ポリマーアロイにフィラーを添加する場合の注意点と利点
   2. コンパウンド手法によるフィラー分散性の向上
    2.1 副資材の利用によるフィラー分散性の向上
    2.2 加工条件によるフィラー分散状態の変化
    2.3 マスターバッチについて

 第3節 電子ペーストにおける粉末分散技術とその安定化
   1. 材料技術編
    1.1 電子ペースト概要説明
    1.2 各種金属粉末概要
    1.3 樹脂概要
    1.4 溶剤概要
    1.5 分散剤概要
   2. 分散技術
    2.1 分散工程
   3. 安定化
    3.1 粉体粒子とベヒクルおよび溶剤との濡れ性
    3.2 分散安定性
    3.3 レオロジー
   4. 応用例
    4.1 分散強度差による電子ペースト中の樹脂の燃焼挙動検討
    4.2 分散工法と脱バインダー挙動


第7章:分散系の挙動特性と分散性の評価

 第1節 微粒子のぬれ性とその評価
   1. ぬれ、接触角、表面張力の基本概念
    1.1 ぬれと接触角
    1.2 表面張力
    1.3 固体の表面張力
    1.4 界面張力
    1.5 表面自由エネルギーと表面積
    1.6 Youngの式
    1.7 ぬれ性と表面張力、接触角の関係
    1.8 重力支配と表面張力支配
   2. 粉体における接触角測定方法
    2.1 液滴法による接触角測定
     2.1.1 基本原理
     2.1.2 測定例
     2.1.3 液滴法の特徴
    2.2 浸透速度法
     2.2.1 基本原理
     2.2.2 測定例
     2.2.3 浸透速度法の特徴

 第2節 粒径別によるゼータ電位の測定とその評価
   1. 帯電粒子周囲の拡散電気二重層
   2. 大きな粒子:Smoluchowskiの式
   3. 小さな粒子:Huckelの式(ヒュッケルの式)
   4. 任意のサイズの粒子:Henryの式
   5. 緩和効果を考慮した式
   6. 液滴(エマルション)
   7. 高分子電解質
   8. 柔らかい粒子
   9. 沈降電位
   10. 濃厚系
   11. 動的電気泳動

 第3節 SP値による微粒子分散性の評価
   1. 溶解度パラメーター
   2. 溶媒の種類とvan der Waals引力の関係
   3. 溶解度パラメーターによる分散性の評価
   4. 溶解度パラメーターと他の物性との相関性とその利用

 第4節 微粒子分散系のレオロジー評価
   1. 凝集分散系の基本的な流動挙動
    1.1 三次元網目構造の形成と降伏応力
    1.2 非ニュートン流動と動的降伏応力
    1.3 せん断流動停止後の応力緩和挙動
   2. 凝集分散系における時間依存性挙動とその測定
    2.1 チクソトロピー
    2.2 履歴の消失と平衡流動曲線
    2.3 三次元網目構造とチクソトロピー
   3. 特許に見る凝集分散系の流動性評価法
    3.1 特許例
    3.2 分散系レオロジーとしての請求内容の検討

 第5節 微粒子の沈降挙動の制御と評価
   1. 非凝集分散系の沈降挙動
    1.1 液体中における微粒子の運動学的性質
    1.2 非凝集性微粒子の沈降挙動とブラウン運動
   2. 通常の凝集分散系の沈降挙動
    2.1 孤立凝集体の構造と沈降挙動
    2.2 光学的手法による凝集分散系の沈降挙動の評価
   3. 特殊な粒子間引力により凝集した分散系の沈降挙動
    3.1 結晶構造をもつ沈降層
    3.2 高分子の可逆架橋により凝集した分散系の沈降挙動

 第6節 スラリー中の微粒子集合状態の評価
   1. 流動挙動の観察
   2. 沈降・堆積挙動の観察(回分沈降実験)
   3. 静水圧測定
   4. 定圧ろ過
   5. 直接観察
   6. 毛管吸引時間測定による粒子集合状態の評価

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