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【頻出Q&A付!】

分散技術の実務

〜理論・分散剤・分散機・評価・各種分散のポイントまで〜

レポート概要

分散技術を幅広く網羅!
分散でお困りの方、これから分散に携わる方等 「分散」に関わるすべての方へ

【本書のポイント】

●DLVO理論・液中分散法等
   第一人者のベテラン執筆陣による解りやすい基礎と応用を掲載●

●分散剤の機能は?スクリーニング方法は?分散機の種類と特徴は?
   気になる選定方法についてメーカー担当者中心に実際のところを解説●

●分散安定性の評価からHSP値、ゼータ電位の活用他分散の評価項目を理解●

●ナノ粒子・グラフェン・セルロースナノファイバー・顔料分散・乳化分散
 フィラー・電極・マイクロバブル等注目を浴びる種類別分散技術も詳解!●

●よくあるQ&Aを第6章に一挙掲載! 痒い所に手が届く実務内容満載!!
  スケールアップのポイントは?過分散の抑制は?高濃度分散させるには?
  比重差の大きい粒子を分散するには?分散における泡の影響と制御は?●

レポート詳細

執筆者一覧(敬称略)

●東京理科大学 大島広行    ●DIC株式会社 田淵穣
●東京農工大学 神谷秀博    ●株式会社コスモステクニカルセンター 鈴木敏幸
●関西大学 芝田隼次      ●兵庫県立大学 佐藤根大士
●キレスト株式会社 成見和也  ●名古屋産業科学研究所 小長谷重次
●郷司技術士事務所 郷司春憲  ●山形大学 佐野正人
●ビックケミー・ジャパン株式会社 若原章博   ●山形大学 立花和宏
●プライミクス株式会社 春藤晃人        ●東京大学 藤澤秀次
●アシザワ・ファインテック株式会社 石井利博  ●京都大学 芹澤昭示
●武田コロイドテクノ・コンサルティング株式会社 武田真一 ●北海道大学 米澤徹
●千葉大学 大坪泰文      ●株式会社プラスチック工学研究所 辰巳昌典

目次

第1章 分散の理論

第1節 分散の理論
1.微粒子、ナノ粒子の付着・分散・凝集挙動
 1.1 分子間力と微粒子間力
 1.2 2 枚の平行平板
 1.3 2 個の球
 1.4 2 本の平行な円柱
 1.5 2 本の交差する円柱
 1.6 媒質の効果
2.DLVO 理論と分散・凝集
 2.1 DLVO 理論とは何か
 2.2 2 個の球状粒子間の全相互作用のポテンシャル曲線
 2.3 臨界凝集塩濃度とShultze-Hardy の法則
 2.4 安定性マップ
 2.5 安定度比

第2節 微粒子・ナノ粒子の分散・凝集挙動制御の基礎、分散条件による対応
1.凝集現象の定義と機構
2.物理的・機械的分散操作
 2.1 凝集機構による分散装置選択の留意点
 2.2 ナノ粒子・微粒子の物理的分散機構の解析事例
3.表面修飾法等による微粒子、ナノ粒子の液中分散法
 3.1 界面設計による分散作用の概要
 3.2 表面修飾による粒子分散の基本的な考え方
 3.3 ナノ粒子の液中分散法
 3.4 Ligand 交換法
 3.5 多様な溶媒に分散可能なLigand 設計
 3.6 サブミクロン以上の粒子分散のための高分子分散剤
4.粒子分散に関する評価、解析法

第3節 水系分散と溶剤系分散
第1項 水系での分散
1.粒子の荷電の原因
 1.1 イオン結晶性の粒子
 1.2 金属酸化物粒子
 1.3 表面官能基をもつ粒子
2.ゼータ電位とは
 2.1 ゼータ電位の測定
 2.2 電気二重層の性質
  2.2.1 ヘルムホルツの電気二重層
  2.2.2 拡散電気二重層
  2.2.3 ステルンの電気二重層
  2.2.4 電気泳動移動度に対する粘度および誘電率などの影響
3.粒子間の距離と引力・反発力の関係
 3.1 粒子間に作用するエネルギー
 3.2 静電的斥力
 3.3 ファンデルワールス力
4.粒子間に作用する全相互作用エネルギー
5.水系での凝集・分散の制御
 5.1 微粒子の分散制御
 5.2 安定化の要因
 5.3 異粒子間の凝集 (ヘテロ凝集)
第2項 溶剤系(非水系)での分散
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
 1.1 試料と分散性の評価
 1.2 アルキルリン酸エステルによるBaTiO3の分散
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 流動特性におよぼす脂肪酸の添加量の影響
3.凝集・分散の評価法
 3.1 粒子径の測定
  3.1.1 沈降法
  3.1.2 コールタ・カウンタ法
  3.1.3 レーザー散乱法
 3.2 沈降速度と沈降体積の測定
 3.3 粘度および降伏応力の測定
 3.4 透過率の測定

第2章 分散剤の種類と選定ポイント

第1節 界面活性剤
1.界面活性剤とは
 1.1 国際定義の考え方
 1.2 界面活性剤の基本的な性質と基本作用
 1.3 界面活性剤の基本作用
 1.4 界面活性剤の化学構造について
 1.5 界面活性剤の働き
2.分散の三要素とは
3.分散を考える時の界面活性剤のキーワード
 3.1 表(界)面張力とは
 3.2 ぬれとは
  3.2.1 ぬれ性と接触角
  3.2.2 ぬれ性を判断する他の基準
  3.2.3 固体(粉体)が液体にぬれるとは?
4.ミセル及び臨界ミセル濃度について
5.HLBとは
 5.1 曇点とは

第2節 各種分散剤の機能と選定ポイント
1.分散剤の種類と機能
2.分散剤の変遷
3.高分子分散剤の構造
 3.1 非水系での高分子分散剤
 3.2 水系での高分子分散剤
4.分散剤の選定方法
 4.1 バインダー樹脂との相溶性の確認
 4.2 粒子との相性
5.分散配合設計

第3節 分散剤のスクリーニング法
1.溶媒・マトリクスとの相溶性
2.固体粒子の特性
3.添加量の決め方
4.溶媒を用いない分散系:コンパウンド
5.分散実験
6.膜特性への影響

第3章 分散機の特徴と選定ポイント

第1節 高速攪拌機の種類と選定ポイント
1.高速攪拌機の種類
2.遠心放射型高速攪拌機
3.高速剪断型攪拌機
4.複合型攪拌機
5.連続式高速攪拌機
6.薄膜旋回型高速攪拌機

第2節 ビーズミルの特徴と選定ポイント
1.ビーズミルの特徴
2.ビーズミルの運転方法
 2.1 バッチ方式
 2.2 パス方式
 2.3 循環方式
3.ビーズミルの分散効率に影響を与える因子
4.ビーズ径とセパレータの関係
 4.1 ギャップセパレータ
 4.2 スクリーンセパレータ
 4.3 遠心分離セパレータ
5.マイルド分散
6.ナノ粒子分散大量生産用湿式ビーズミル

第4章 分散の評価

第1節 分散性・分散安定性の評価
1.濃厚分散体が用いられる製造プロセスと評価項目
2.分散性評価のための液中粒子計測法
 2.1 希釈操作を必要とする液中粒子計測法
  2.1.1 レーザ回折・散乱法
  2.1.2 遠心沈降分析法
 2.2 希釈操作を必要としない液中粒子計測法?超音波スペクトロスコピー?
3.分散安定性と二つの側面
 3.1 沈降に対する安定性
 3.2 凝集に対する安定性
 3.3 分散安定性の評価手法
  3.3.1 遠心沈降分析法による分散安定性評価
  3.3.2 自然沈降分析法による分散安定性評価
4.濃厚分散体の評価手法における現状と課題―なぜ濃厚系のまま評価する必要性があるのか?―

第2節 ナノ粒子・微粒子の実験的HSP値の求め方
1.フィラー表面の物理化学的特性と分散性
2.ナノ粒子・微粒子の分散性と溶媒の混和性の共通点
 2.1 非水系溶媒の極性と溶解性および溶媒の混和性
 2.2 ナノ粒子・微粒子の溶媒・樹脂中への分散性
3.ナノ粒子・微粒子表面のHSP値評価法
 3.1 多検体遠心沈降分析装置を用いた手法
 3.2 パルスNMR法
4.実験的HDP値評価のまとめ

第3節 ゼータ電位の測定と分散安定性評価
1.電気泳動移動度とゼータ電位
2.Huckel の式
3.Smoluchowski の式
4.Henry の式
5.緩和効果を考慮した球状粒子の電気泳動移動度
6.非対称電解質溶液中の球状粒子の電気泳動移動度
7.緩和効果を考慮した円柱状粒子の電気泳動移動度
8.液滴の電気泳動
9.柔らかい粒子
10.ゼータ電位と微粒子分系の安定性評価

第4節 レオロジーによる分散評価
1.コロイド化学的見地からの分散評価とレオロジー挙動
 1.1 通常の微粒子分散系における粒子間結合の性質とレオロジー挙動
 1.2 柔らかい粒子間結合の導入とレオロジーコントロール
2.分散プロセスからの実務的分散性評価とレオロジー挙動
 2.1 濡れ性と分散性
 2.2 分散工程と分散系の粘度変化
3.ナノ粒子の分散性評価とレオロジー挙動

第5節 分散剤の評価
1.分散液の評価
2.膜での評価
3.貯蔵安定性

第5章 各種類別分散のポイント

第1節 無機ナノ粒子分散技術
1.表面修飾の必要性
2.シランカップリング剤
3.シランカップリング剤を用いた表面化学修飾
4.シランカップリング剤の選択
5.シランカップリング剤のハンドリング
 5.1 加水分解触媒およびpH
 5.2 処理温度
 5.3 撹拌速度(撹拌効率)・処理時間
 5.4 種類および添加量
6.表面修飾ナノ粒子の分析
7.湿式ジェットミル
8.ナノコンポジットの作製
 8.1 ナノコンポジット塗料の作製
 8.2 溶融混練ナノコンポジットの作製

第2節 顔料分散
1.顔料と表面特性
 1.1 顔料の種類
 1.2 無機顔料
 1.3 有機顔料
 1.4 顔料の表面特性
2.顔料の分散プロセス
 2.1  ぬれ
 2.2 機械的解砕
 2.3 分散安定化
  2.3.1  静電反発による安定化
  2.3.2 立体障害による安定化
3.樹脂吸着の考え方
 3.1 非水系
 3.2 水系
4.顔料分散と塗膜外観
 4.1 塗膜の光学的性質
 4.2 発色性・透明性

第3節 乳化分散
1.エマルションの生成と安定化の基本
 1.1 エマルションの生成
 1.2 エマルションの崩壊
 1.3 エマルションの安定化
2.適切な乳化剤と乳化プロセスの選択
 2.1 所要HLB と乳化粒子径
 2.2 乳化プロセスによる状態の違い
3.分子集合体を用いた乳化技術
 3.1 ラメラ液晶を用いたO/W エマルションの調製
 3.2 逆ヘキサゴナル液晶を用いた高内相W/O エマルション
 3.3 αゲルを用いた構造性の賦与とマルチラメラエマルション

第4節 スラリーの分散
1.粒子表面と媒液との親和性がスラリー調製に及ぼす影響
2.添加分散剤
3.スラリー調製時に発生する諸問題
 3.1 混合分散過程における環境の変化
 3.2 溶存物質の影響
 3.3 調製時間がスラリーの分散状態に及ぼす影響

第5節 フィラーの分散
-ポリエステル(PET)重合系における酸化チタンの分散を例に-
1.フィラーの分散について
2.PET重合系でのTiO2の高分散化に関する検討
 2.1 PET重合系でのTiO2の分散・凝集の実際
 2.2 TiO2分散PET重合モデル系でのTiO2のゼータ電位と分散
 2.3 モデル実験結果のTiO2含有PET重合反応系への適用

第6節 ナノカーボンの分散
1.求められる分散状態
2.各種ナノカーボンの構造と濡れ性
 2.1 グラフェン
 2.2 カーボンナノチューブ
 2.3 ナノカーボンの濡れ性
3.ナノカーボンの遊離操作
 3.1 凝集エネルギー密度
 3.2 せん断エネルギー密度
 3.3 破断エネルギー密度
 3.4 グラフェンの剥離
4.ナノカーボンの分散安定化
 4.1 速度論的安定化
 4.2 エネルギー的安定化
5.ナノカーボンの分散評価

第7節 電極スラリーの分散
1.電極の動作
2.材料の配合と分散
3.電極スラリーの塗布と印刷適性
4.電極スラリーの乾燥
5.電極スラリーの評価

第8節 セルロースナノファイバーの表面グラフト化と有機溶媒分散
1.TEMPO酸化CNFの溶媒分散性
2.表面グラフト化CNFの溶媒分散性
3.CNF分散液を用いた材料開発

第9節 マイクロバブルの分散
1.気泡の浮上速度と分散性
2.マイクロバブルの表面電位と気泡間相互作用力
3.界面活性剤とマイクロバブルの分散性
4.超音波によるマイクロバブルの分散性の破壊
5.マイクロバブルの分散性を利用した応用技術と課題

第6章 分散の実務とQ&A

第1節 分散性向上・悪化の原因とその解析は 
1.分散とは
2.ナノ粒子の水への分散
 2.1 電気二重層とゼータ電位
 2.2 ヘテロ凝集
 2.3 水分散液の評価・解析
3.ナノ粒子の有機溶媒、有機モノマーへの分散
 3.1 シランカップリング剤や低分子修飾剤での修飾
 3.2 高分子分散剤での修飾
 3.3 粒子の表面電位 
 3.4 粒子の表面自由エネルギー
 3.5 有機溶媒・有機モノマー分散液の評価・解析

第2節 分散のスケールアップのポイントは
1.表面修飾のポイント
2.湿式ジェットミルでの分散の場合
3.ビーズミルでの分散の場合

第3節 過分散とは何か 抑制方法は
1.過分散現象と原因
2.結晶構造の破壊
3.分散剤の吸着速度
4.過分散と分散機の動向

第4節 分散液と添加剤の関係
1.粒子の濡れが悪い
2.分散液にある材料を入れるとブツになる、濁る
3.色により凝集したり、しなかったり
4.ハジキが出る、基材にうまく塗れない
5.泡が気になる
6.乾燥にむらがある
7.粒子が沈降しやすい
8.光沢が出ない、発色が悪い
9.粘度が高く濃度を上げられない
10.膜の耐水性が悪い、吸水率が高い
11.硬化が甘い、十分ではない

第5節 粒子コーティングによる分散性の向上法は
1.粒子コーティング
2.粒子コーティングによる分散性向上の実際

第6節 投入動力と分散の関連性は
1.混錬とは(分散と分配)
2.樹脂に供給されるエネルギー
3.最近の押出機の開発動向

第7節 容器への付着が分散に及ぼす影響は
1.合成時の反応容器への付着
2.分散液取り扱い時の容器口付近や壁面への付着
3.精密濾過

第8節 沈降性の激しい粒子の分散は
1.分散工程での沈降トラブル
2.製品貯蔵中の沈降と対策

第9節 比重差・粒径差の大きい複数種の粒子を均一に分散させるには
1.製造工程でのトラブルと対策
2.膜形成時のトラブルと対策

第10節 分散液濃度と分散性の関係は
1.低濃度での高極性溶媒への分散
2.低濃度での有機溶媒・有機モノマーへの分散
3.ナノ粒子の高濃度分散液調製は難しい
4.高濃度分散させるには

第11節 分散液からの分散体の回収,ろ過,再分散は
1.沈降分離
 1.1 自由沈降(希薄濃度スラリーの沈降)
 1.2 干渉沈降(高濃度スラリーの沈降)
 1.3 重力沈降分離
 1.4 遠心沈降分離
2.ろ過濃縮操作
 2.1 デッドエンドろ過
 2.2 クロスフローろ過
3.再分散
 3.1 従来法による濃縮操作
 3.2 DECAFFによる濃縮

第12節 分散における泡の影響と消泡技術 
1.泡とは
2.泡の生成と破壊
 2.1 泡立ちの要因/原因
3.消泡とは  
 3.1 消泡作用
 3.2 消泡剤の消泡機構
 3.3 泡の安定化理論
  3.3.1 表面粘性(Surface Viscosity)
  3.3.2 表面弾性(Surface Elasticity)
  3.3.3 電気的反発(Electrical Double-Layer Repulsion)
  3.3.4 ガス拡散(Gas Diffusion)
  3.3.5 泡表面からの液の蒸発
  3.3.6 紛体による安定化
  3.3.7 温度
 3.4消泡剤の性能別分類
  3.4.1 破泡剤(即効性消泡剤)
  3.4.2 抑泡剤(持続性消泡剤)
  3.4.3 消泡剤のタイプと用途
 3.5 消泡剤の成分と消泡性(消泡剤)の分類
 3.6 一般的な消泡剤の使い方
  3.6.1 使用量
  3.6.2 抑泡剤と破泡剤の使い分け

発刊日

2019/10/25

体裁

B5 / 391ページ

販売価格

67,100 円
(本体61,000円 消費税6,100円)

発行

株式会社情報機構

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