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21世紀の高分子の設計・合成・特性・機能
次世代高分子設計
研究段階から実用段階まで
－高性能、高機能の追求と環境を配慮した－ |
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- 現在研究段階にあるか、あるいは実用段階に入りつつある、まさに次世代高分子の紹介。
- 21世紀に重要となるような高分子の設計、合成から特性、機能までを研究の背景、開発過程、他の材料との比較などを解説。
- 既知高分子の精密合成は割愛し、もっぱら新規高分子のみを掲載。
- 各省において大学の基盤的な研究および民間の優れた事例が示されている。
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編集委員
・執筆者 |
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遠藤 剛(東京工業大学 名誉教授／山形大学 工学部教授)
増田 俊夫(京都大学 大学院工学研究科 高分子化学専攻 教授)
西久保 忠臣(神奈川大学 工学部 応用化学科 教授) |
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執筆者
(執筆順) |
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大田康雄(東洋紡績（株）総合研究所 高分子研究所) 名倉 修(日本油脂（株）コーティングスカンパニー技術本部)
上田 充(東京工業大学 大学院理工学研究科教授) 矢吹和之(東洋紡績（株）総合研究所 高分子研究所)
蔵本正彦(出光石油化学（株）樹脂研究所) 網屋繁俊(（株）クラレ 構造解折センター)
大森昭夫(（株）クラレ 構造解折センター) 米谷起一(上野製薬（株）化学薬品研究所)
寺本武郎(新日鉄化学（株）先端材事業部) 野村亮二(京都大学大学院工学研究科)
山本隆一(東京工業大学 資源化学研究所教授) 福元博基(東京工業大学 資源化学研究所)
小原禎二(日本ゼオン（株）総合開発センター) 篠原弘信(JSR（株）アートン部)
小池康博(慶應義塾大学 理工学部教授) 小林一清(名古屋大学大学院工学研究科教授)
松浦和則(名古屋大学大学院工学研究科) 柴田 徹(ダイセル化学工業（株）総合研究所)
戸倉清一(関西大学工学部 教授) 田村 裕(関西大学工学部 助教授)
山田義治(（株）メニコン メディカル開発室) 吉田邦久(（株）メニコン メディカル開発室)
石崎慶一(富士写真フイルム（株）朝霞研究所) 村谷浩二(富士写真フイルム（株）朝霞研究所)
小林四郎(京都大学 大学院工学研究科 教授) 宇山 浩(京都大学 大学院工学研究科 助教授)
竹内和彦(物質工学工業技術研究所 高分子化学部) 石岡領治(昭和高分子（株）ビオノーレプロジェクト部)
福井克任(ダイセル化学工業（株）機能製品開発センタ－) 織田 卓(花王（株）素材開発研究所)
田中健治(三洋化成工業（株）SAP研究部) 佐々木崇夫(東レ（株）先端研究所)
房岡良成(東レ（株）先端研究所) 栗原 優(東レ（株）先端研究所)
上林泰二(大阪有機化学工業（株）研究部) 梶原鳴雪(愛知学院大学 歯学部教授)
松久要治(東レ（株）複合材料研究所) 山村武民(宇部興産（株）宇部研究所)
市川 宏(日本カーボン（株）開発本部) 中條善樹(京都大学 大学院工学研究科 教授)
臼杵有光(（株）豊田中央研究所 材料2部) 原口和敏(（財）川村理化学研究所 材料化学研究室)
出村 智(大日本インキ化学工業（株）総合研究所) 安田徳元(（株）関西新技術研究所 高分子研究部) |
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体裁／価格 |
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Ｂ５判 640ページ 上製本
定価／本体47,000円＋税
発行日／2000年6月30日
コードNo. 797 |
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現代生活において様々な高分子材料が使用され、われわれの生活を豊かにしている。汎用高分子としてのポリエチレン、ポリスチレン、高性能高分子としてのポリイミド、芳香族ポリアミド、機能性高分子としての膜分離用高分子、フォトレジスト、導電性高分子など枚挙にいとまがない。今後高分子材料は、ますます高性能、高機能のものが追求されていくと同時に、環境に配慮したものが要求されるであろう。現在の高分子化学は、新規高分子の合成と既知高分子の精密合成の2つの大きな流れを示しているが、いずれも基礎学問としてのみならず社会への大きな寄与が期待されている。
産業的観点から高分子合成を考えてみると、基礎的な技術は発展途上国への技術移転が進みそれらの国での汎用高分子の生産が活発化している。一方、日本における第二次産業の就業人口の割合は以前ほど高くはないものの、高技術に支えられた製造業の貢献は将来にわたって継続するものと考えられる。高分子合成技術に関してもまさにこのことが言えるであろう。
このような背景に基づいて、本書では現在研究段階にあるか、あるいは実用段階に入りつつある、まさに次世代の高分子を紹介しようとするものである。21世紀に重要となるような高分子の設計、合成から特性、機能までを、研究の背景、開発過程、他の材料との比較なども含めて、説明する。本書では、既知高分子の精密合成は割愛し、もっぱら新規高分子を取り上げた。「次世代高分子設計」という題目には、「次世代高分子の設計」と「次世代の高分子設計」の二つの意味が込められている。興味深い特性を有する様々の高分子を取り上げたこと、通常各章において大学の基礎的な研究および民間の優れた事例がともに示されていること、などを本書の特徴として挙げる。（編集委員）
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【第１章】汎用が期待される新規高分子 |
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1.1 21世紀に向けた次世代高分子の設計（遠藤）
1.1.1 高分子ケミカルリサイクル材料の設計
1） 各種環状モノマーの平衡重合とケミカルリサイクルへの応用
2） おわりに
1.1.2 アミノ酸を基盤とする機能性高分子の設計
1.2 新規ポリマー材料の創製：オキセタン樹脂の開発に向けて（西久保）
1.2.1 オキセタン樹脂の開発の背景
1） エポキシ樹脂の用途と問題点
2） オキセタン化合物の新しい有機反応の創製と高分子合成および
架橋反応への展開について
1.2.2 反応性オキセタン化合物の合成とその工業的な製造プロセス
1.2.3 高分子合成および高分子工業に活用が可能と思われる
オキセタン の反応の創製とこれを用いた重合反応
1.2.4 多官能性オキセタン化合物を用いた高性能の光硬化系の構築
1.3 高強度・高弾性率ポリエチレン繊維（ダイニーマ）（大田）
1.3.1 ポリエチレン繊維の高強度化の歴史
1） 表面成長法
2） ゲル紡糸法
1.3.2 工業化におけるゲル紡糸法
1） 工業化への生産性向上プロセス
2） 高強度化の構造・分子設計
1.3.3 ダイニーマの応用技術
1） ダイニーマの特徴と応用例
2） 構造設計に由来する新規な物理特性の応用例
1.4 新しい耐光性塗料用高分子材料の開発（名倉）
1.4.1 各種の架橋反応とその特徴
1.4.2 カルボキシル基のビニルエーテルによるブロック化技術と特長
1.4.3 熱潜在性触媒技術とブロック酸の解離反応
1.4.4 HCT硬化反応のメカニズム
1.4.5 新規架橋方式HCTを応用した塗料の構成と塗膜性能 |
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【第２章】新規高性能高分子 |
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2.1 高性能新規高分子の創製：配列制御された縮合系高分子の合成（上田）
2.1.1 多段階法による定序性ポリマーの合成
2.1.2 一段合成法による対称モノマーと非対称モノマーからの定序性ポリマーの合成
1） 頭一頭または尾一尾定序性ポリマーの合成
2） 頭一尾型定序性ポリマーの合成
3） 2種の非対称モノマーからの定序性ポリマーの合成
4） 3種の非対称モノマーからの定序性ポリマーの合成
2.1.3 位置選択的重縮合
1） ポリチオフェンの合成
2） ポリフェニレンの合成
2.2 高耐熱・高弾性率PBO繊維：ザイロンの開発と特性（矢吹）
2.2.1 ポリマーと繊維製造方法
2.2.2 繊維の物性と構造
1） 繊維の強度と弾性率
2） 微細構造
3） 力学的性質の測定条件
4） 熱的性質
5） クリープ特性
6） 耐薬品性
7） 耐光性
8） 水分の影響
2.2.3 用途開発の現状
1） 優れた力学特性を活かす用途
2.3 シンジオタクチックポリスチレンの開発と特性（蔵本）
2.3.1 SPSの創製
2.3.2 SPSの合成と工業化
1） SPSの基本的製法
2） SPSの性質
2.4 高強度・高機能ポリビニルアルコール繊維（網屋・他）
2.4.1 高強度PVAフィラメントの開発
1） PVA樹脂
2） 原液調製
3） ゲル紡糸
4） 延伸
2.4.2 繊維強度
2.4.3 ゲル紡糸法によるPVA繊維の工業化
1） 製造条件
2） クラロンK-Ⅱステープルの概要
2.5 新規液晶ポリエステルおよびその成形用グレードの開発と特性（米谷）
2.5.1 LCPと上野製薬の関係
2.5.2 開発の歴史
2.5.3 UENOLCPの開発
1） 新規４成分系LCPの開発
2） 最近のUENOLCP開発グレード
2.6 フルオレン骨格を有する高機能耐熱性樹脂の開発とその応用（寺本）
2.6.1. 耐熱性カルドポリマーを用いたガス分離膜
1） 各種カルド型ポリマーのガス分離性能
2） 新型カルド型ポリイミドを用いるガス分離性能の向上
2.6.2 結果と今後の応用展開 |
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【第３章】電子・光・情報機能高分子 |
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3.1 機能性共役ポリマーの合成と特性：置換ポリアセチレンを例として（増田・他）
3.1.1 広共役置換ポリアセチレンの設計と合成
3.1.2 強い発光特性を示す置換ポリアセチレンの設計と合成
3.1.3 らせん構造をもつ置換ポリアセチレンの設計と合成
1） フェニルアセチレン類からの光学活性ポリマーの合成
2） 化学的に安定ならせんポリマーの合成
3.2 芳香族π共役高分子の光・電子機能（山本・他）
3.2.1 ドーピング
3.2.2 二次電池
3.2.3 エレクトロルミネッセンス
3.2.4 エレクトロクロミズム
3.2.5 非線形光学特性
3.3 非晶質シクロオレフィンポリマー（小原）
3.3.1 光学用プラスチック
3.3.2 HROPの合成
3.3.3 HROPの特性
1） HROPの基礎物性
2） HROP製品の特長
3.3.4 HROPの応用
1） 光学レンズ・プリズム
2） フィルムシート
3） 医薬容器
4） その他の用途
3.4 ポリオレフィン樹脂の開発と電子・光材料（篠原）
3.4.1 開発の背景
1） 時代背景
2） 社内背景
3） ユーザーニーズ
4） 開発ターゲットの設定
5） 開発体制
3.4.2 開発と製造プロセス
1） 基本構成の決定
2） パイロットプラントの建設とサンプルワークの開始
3） 製造プロセスの概要と特徴
3.4.3 アートンの特性と特徴
1） エステル基の効果
2） アートンの特性
3.4.4 用途
3.5 プラスチック光ファイバー（小池・他）
3.5.1 ポリマー光ファイバー
1） POF開発の歴史
2） 伝送損失
3） 広伝送帯域化
4） 伝搬モード解析 |
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【第４章】バイオ・メディカル関連高分子 |
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4.1 次世代糖鎖高分子の合成と機能（松浦・他）
4.1.1 生体内における糖鎖の役割
4.1.2 糖鎖高分子の分子設計
4.1.3 らせん状糖鎖高分子の合成と機能
1） らせん状糖鎖高分子の合成とレクチン認識性
2） ポリイソシアニド糖鎖高分子の特異な吸着挙動
4.1.4 DNA-糖鎖コンジュゲートの合成と機能
1） 自然界に存在する糖鎖で修飾されたDNA
2） ジアソカップリングによるDNA-糖鎖コンジュゲートの合成と機能
3） プラスミドDNAに対する糖鎖の導入
4.2 セルロースの機能化（柴田）
4.2.1 誘導体化における置換基分布の制御
4.2.2 超分子構造の構築
4.2.3 セルロースのキラリティー
4.2.4 機能開発（アセテートを例に）
4.3 生理活性素材としてのキチンおよびその誘導体（戸倉・他）
4.3.1 キチンおよびキトサンの調製と物理化学的性質
1） キチンの調製
2） キトサンの調製
3） キチンおよびキトサンのO,N,アルキルエステル誘導体
4） キチンのアルキルエーテル誘導体
4.3.2 キチンおよびキチン誘導体の生理活性
1） キチン誘導体の免疫活性
2） リンパ球とキチン誘導体との相互作用
3） CM-キチンの骨髄指向性
4） CM-キチンを坦体とするハプテン特異的な抗体産生
5） CM-キテンからキチンヘパリノイドの合成
4.3.3 キチンおよびキチン誘導体による創傷カバー材
1） キチン不織布
2） キチンおよびキチン誘導体の再生とその物性
3） キトサンによる制菌活性
4.4 新しいワンピース着色眼内レンズの開発（山田・他）
4.4.1 白内障手術
4.4.2 眼内環境
1） 水晶体の外部環境
2） 水晶体の内部環境
4.4.3 眼内レンズ
4.4.4 眼内レンズ材料に求められる要件
1） 光学部材料に求められる要件
2） 支持部に求められる要件
4.4.5 新しいワンピース着色眼内レンズの関係
1） 開発に当って
2） 紫外線吸収剤の開発
3） 着色剤の関係
4） 原材料の安全性
5） ポリマーの安全性
6） 物性と機械的特性
7） 臨床評価
4.4.6 新機能眼内レンズの試み
1） フォールダブルレンズ
2） 表面改質レンズ
3） 多焦点レンズ
4.5 ドライ臨床血液検査システムの機能と高分子（石崎・他）
4.5.1 ドライ臨床血液検査システムとドライケミストリー
1） ドライ臨床血液検査システム
2） ドライケミストリー
3） 富士ドライケム
4.5.2 多層分析フィルムの層構造とそれを構成する高分子材料
1） 多層分析フィルムの層構造とその機能
2） 多層分析フィルムを構成する高分子材料と要求される機能
4.5.3 ドライケミストリーにおけるゼラチンの機能
1） ゼラチンの構造と製法
2） ゼラチンの一般的性質
3） ドライケミストリーにおけるゼラチンの特徴的機能
4） ゼラチンの特性と物性制御 |
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【第５章】環境適合型高分子 |
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5.1 酵素触媒重合によるグリーンポリマーケミストリーの推進（小林・他）
5.1.1 リパーゼ触媒を用いるポリエステル合成
1）ラクトン類
2） ジカルボン酸誘導体のグリコール
3） リパーゼ触媒により重合する他のモノマー
4） 酵素触媒を用いるポリエステルリサイクル
5.1.2 酵素触媒重合によるポリフェノール合成
1） 可溶性ポリフェノール
2） 機能性ポリフェノール
3） 酵素モデル錯体を用いるフェノトール類の重合
5.2 ポリカーボナートの新しい製造プロセス（竹内）
5.2.1 現在のポリカーボナートの製造法
5.2.2 二酸化炭素を原料とするポリカーボナートの新しい合成法
5.2.3 今後の取り組み
5.3 生分解性ポリエステルの開発と特性（石岡・他）
5.3.1 生分解性プラスチックの開発経緯
5.3.2 生分解性脂肪族ポリエステルの構造と物性
1） 化学構造
2） 分子量および分子量分布
3） 分岐構造
4） 結晶構造
5） 融解・結晶化挙動
6） ビオノーレの成形加工性
7） インフレーションフィルム成形
5.3.3 生分解性脂肪族ポリエステルの生分解性
1） 脂肪性ポリエステルの起源と生分解性の発見
2） 生分解
3） 生分解性の評価方法とビオノーレの生分解特性
4） ビオノーレの環境安全性
5.4 脂肪族ポリエステル・ポリカプロラクトンの合成をその生分解性用途への応用（福井）
5.4.1 ポリカプロラクトンの合成法の進展と高分子量
ポリカプロラクトンの合成
5.4.2 ポリカプロラクトンの安全性
5.4.3 ポリカプロラクトンの生分解性
1） プラクセル-Hの生分解性
2） セルグリーンシリーズの生分解性
5.4.4 ポリカプロラクトンの基本特性用途
1） プロラクセル-H
2） セルグリーンP-HB系
3） セルグリーンP-CA系
5.4.5 プラクセル-Hおよびセルグリーンシリーズの生分解性用途 |
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【第６章】ライフ関連高分子 |
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6.1 エタノール可溶性シリコーンエラストマーの開発と家庭用品への応用（織田）
6.1.1 ポリマーの合成
6.1.2 ポリマーの物性
1） 溶解性
2） 力学物性：引張試験
3） モルフォロジー観察
4） 連続伸長-回復試験
5） 表面特性
6） 水分散性
6.1.3 ポリマーの応用
1） ヘアスタイリング剤（毛髪セット剤）
2） 化粧品用無機粉体の表面処理
3） 衣料用仕上げ剤
4） スキンケア剤
6.2 高吸水性樹脂の機能、特性およびその応用（田中）
6.2.1 高吸水性樹脂開発の歴史
6.2.2 高吸水性樹脂の作用機構
6.2.3 高吸水性樹脂の種類
6.2.4 高吸水性樹脂の製造法
6.2.5 SAPの機能・特性
1） 吸水力
2） 吸収速度
3） その他の特性
6.2.6 高吸水性樹脂の改良技術の動向
1） 荷重下での吸収性能の改良（コアーシェル型高吸水性樹脂）
2） 環境対応型吸水性樹脂の開発
3） 高吸水性樹脂含有フォーム吸収体の開発
6.2.7 高吸水性樹脂の応用展開
1） 高吸水性樹脂粉末の応用事例
2） 高吸水性樹脂含有シート状物の応用
3） 高吸水性樹脂の微粉末を混練した成形加工品の応用事例
4） 高吸水性樹脂の含水ゲルの応用事例
6.3 逆浸透分離膜を用いた海水淡水化および超純水製造（佐々木・他）
1） 逆浸透法の原理
2） 逆浸透膜の実用化
3） 逆浸透膜の素材
4） 逆浸透膜の技術動向
5） エレメント・モジュール化技術
6） プロセス技術
7） 膜理論の展開
8） 逆浸透膜の極超低圧化の流れ
9） 極超低圧逆浸透膜の特徴
10) 将来への課題
6.4 人工雪用吸水性ポリマーの開発と工業化（上林）
6.4.1 スキー・スノーボード市場
1） 参加人口
2） 市場規模
3） 人工スキー（スノーボード）場の将来
6.4.2 人工スキー（スノーボード）場の方式と施設
1） 人工スキー場の経緯
2） 人工スキー（スノーボード）場の種類
3） 人工スキー（スノーボード）場の施設
6.4.3 「吸水性ポリマー方式」の概要
1） 開発の経緯
2） 造雪システム
3） 吸水性ポリマーの合成と特徴
6.4.4 人工雪の形成と物性測定
6.4.5 人工雪の積雪構造
1） 積雪の形成過程
2） ポリマー粒子表面の影響
3） ポリマー粒径の影響
4） 冷却温度の影響
5） 吸水倍率の影響
6.4.6 積雪組織の変態
6.4.7 テストゲレンデの特性
6.4.8 商業運転実績
1） 施設概要
2） 商業運転実績
6.4.9 安全性と廃ポリマー処理 |
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【第７章】無機系高分子 |
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7.1 次世代向き高分子の合成、特性および機能（梶原）
7.1.1 現世代無機高分子
1） ポリオルガホスノアゼン
2） ポリボロシロキサン
3） ポリシラザン
4） ポリ（フェニレン-1,3-フェニレン・エチレン）（MSP)
5） その他
7.1.2 次世代無機高分子
7.2. 高性能炭素繊維の研究開発（松久）
7.2.1 炭素繊維の性能向上
1） 性能向上の推移
2） 性能向上技術
3） 次世代炭素繊維の設計
7.3 超高耐熱性繊維（チラノ繊維）の開発（山村）
7.3.2 チラノ繊維の製法、組成、各種グレードの特性
1） チラノ繊維の製法、組成
2） チラノ繊維各種グレードの特性
7.3.3 チラノ繊維各グレードの用途
7.4 ポリカルボシランを原料とする超耐熱性炭化けい素繊維の開発（市川）
7.4.1 炭化けい素繊維「ニカロン」の製法と特性
7.4.2 超耐熱性炭化けい素繊維の開発
7.4.3 電子線照射不融化法
7.4.4 電子線照射SiC繊維の耐熱性
7.4.5 極低酸素SiC繊維「ハイニカロン」の特性
7.4.6 化学量論的炭化ケイ素繊維「ハイニカロン・タイプS」の関係
1） C/Si比を変化させた各種SiC繊維の物理および機械的特性
2） SiC繊維ハイニカロンとハイニカロンSの化学組成と一般的特性
3） 高温での熱安定性
4） 耐酸化性
5） 耐クリープ性
6） 各種SiC系繊維の特性のまとめ |
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【第８章】ポリマーコンポジットハイブリッド材料 |
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8.1 ゾルゲル法による高分子無機ハイブリッド材料の合成とその応用展開（中條）
8.1.1 ゾルゲル法による無機マトリックスの形成
8.1.2 ハイブリッド材料に使われる有機高分子
8.1.3 In-Situ重合法を用いたハイブリッド材料の調製
8.1.4 In-Situ加水分解法を用いたハイブリッド材料の調製
8.1.5 有機高分子と無機マトリックスとの間のπ-π電子相互作用
8.1.6 有機高分子と無機マトリックスとのイオン間相互作用
8.1.7 環境応答性ハイブリッド材料
8.2 高分子クレイハイブリッド材料の開発（臼杵）
8.2.1 層間での重合：ナイロン６クレイハイブリッド
1） 合成方法
2） NCH中のクレイの分散状態
3） NCH中のナイロン６の末端基
4） ナイロン６のクレイハイブリッドの特性
5） ガス、水分の透過特性
8.2.2 モノマーとの共重合：アクリル樹脂クレイハイブリッド
8.2.3. オリゴマーとゴムの共加硫：NBRクレイハイブリッド
8.2.4 クレイとポリマーを共通溶媒で分散：ポリイミドクレイハイブリッド
8.2.5 クレイにオリゴマーをインターカレート：PPクレイハイブリッド
8.2.6 クレイにポリマーをインターカレート
8.3. 界面重縮合法による有機/無機ハイブリッドの調製とその特性（原口・他）
8.3.1 ナイロン66/粘土系ハイブリッド
1） ナイロン66/粘土系ハイブリッドとは
2） 粘度の構造
3） ハイブリッドの調製
4） ハイブッド化機構
5） ハイブリッドの性状
6） ナイロン66/粘土系ハイブリッドの物性
8.3.2 ナイロン66/シリカ系ハイブリッド
1） ナイロン66/シリカ系ハイブリッドとは
2） モルフォロジー
3） 基本物性
4） 熱および吸湿に対する安全性
5） 抄紙シートの物性
8.4 有機・無機ハイブリッド材料の応用研究（安田・他）
8.4.1 有機・無機ハイブリッド技術の概要
1） 合成技術の概要
2） 機能性新材料の創出
8.4.2 最近の応用研究
1） 感光性ハイブリッド材料
2） 金属半導体ナノ粒子の分散薄膜
3） 多元ハイブリッドナノ粒子 |
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