シランカップリング剤の基礎知識と効果的な使い方

第1部 シランカップリング剤の反応、反応制御、作用機構と界面構造の制御

(2020年4月27日 10:00〜12:00)

　近年、シランカップリング剤は従来の接着・密着分野から有機-無機複合 (ハイブリッド) 材料開発分野へ展開し、飛躍的にその応用分野を広げている。これはその優れた界面制御機能による接着・密着性や異種材料の親和性・相溶性の向上効果によるものである。シランカップリングを使用した新規機能材料開発は盛んに行われ、既に塗料やコーティング剤として実用化されている。今後更に新規材料開発におけるシランカップリング剤の応用分野は拡大し重要になって来るものと思われる。本セミナーではシランカップリング剤を実務で効果的に活用し、新規材料開発などに応用できるような基礎的事項をわかりやすく説明する。

1. シランカップリング剤の概要
   1. シランカップリング剤とは
   2. シランカップリング剤の種類と化学構造
   3. シランカップリング剤の機能
   4. その他のカップリング剤
      • ジルコニウム
      • チタネート系カップリング剤
   5. シランカップリング剤の効果的な使用量と使用方法
2. シランカップリング剤の反応、反応制御、作用機構および界面構造の制御
   1. シランカップリング剤の反応
   2. 加水分解・縮合反応と反応機構
   3. 加水分解・縮合反応の制御
      1. シランカップリング剤の反応性 (反応速度)
      2. 加水分解性基の影響
      3. 有機残基の影響
      4. pHの影響
   4. 無機材料表面への修飾反応と反応機構
   5. シランカップリング剤、反応条件の影響、界面構造の制御と最適化
      1. pHの影響
      2. 溶液濃度及び反応温度の影響
      3. 無機材料の影響
      4. 界面構造の影響
   6. ジルコニウム系及びチタネート系カップリング剤の活用
3. 参考図書
• 質疑応答

第2部 シランカップリング処理の分析評価

(2020年4月27日 12:45〜14:15)

　シランカップリング反応は、表面の性質を容易にコントロールできる方法として様々な分野で用いられている。例えば、基材の表面修飾法として撥水性や防汚性の付与する、金属と有機材料のような異種材料の接着性向上などは代表的なものであり、グラフト重合における基点、ナノ粒子の分散性制御やCFRP等の複合材料など様々な目的に用いられている。しかし、その反応プロセスは詳細には明らかにされていない部分もあり、コントロールの難しい反応としても知られている。 　本講演では、様々な使用状況におけるシランカップリング剤構造解析、官能基解析を中心にして、反応解析、リアルタイム反応解析なども含めて、その方法を解説する。また、シランカップリング反応への影響が大きい基材やマトリクス材の表面構造解析についても解説する。

1. シランカップリング剤の構造・官能基解析
   1. シランカップリング剤の構造・官能基
   2. 解析の難しさと障害
   3. 構造の多様性
   4. 加水分解と自家反応
2. 構造解析のための反応解析
   1. 視るべきポイント
      1. 識別の困難性 (感度と類似性)
      2. 視るべきポイント (基本構造)
      3. 視るべきポイント (基材)
      4. 視るべきポイント (対象物)
   2. シランカップリング反応の解析
      1. 反応解析のポイント
      2. 反応率解析1 (反応率)
      3. 反応率解析2 (被覆率)
3. シランカップリング剤解析のための代表的分析法と特徴化学構造を知る
   1. FT-IR
      1. 赤外分光法 (IR) の原理
      2. FT-IRの長所・短所
      3. 測定法
      4. In-situ FT-IR
      5. 主な官能基とピーク位置
      6. シランカップリング剤のFTIRスペクトル
      7. 反応前後の比較
      8. 近赤外光の利用
   2. クロマトグラフィー
      1. 原理
      2. クロマトグラフィーによる分析
   3. NMR
      1. NMRによる分析
4. 表面分析法
   1. 表面組成・化学状態
   2. 表面の代表的分析手法
   3. 表面分析成功のキーポイント
      1. 表面分析の心構え
      2. 試料の取り扱い
   4. シランカップリング反応解析のための代表的分析法と特徴
      1. X線光電子分光法
      2. TOF-SIMS
      3. 形態を見る
      4. 走査型電子顕微鏡 (SEM)
      5. 走査型プローブ顕微鏡
      6. TDS
5. まとめ
6. Appendix (仮説思考による研究開発と問題解決)
• 質疑応答

第3部 シランカップリング剤の選定方法と新規シランカップリング剤の紹介

(2020年4月27日 14:30〜16:30)

　シランカップリング剤とは、分子中に無機材料と化学結合する反応基 (加水分解性シリル基) と、有機材料と化学結合する反応基とを併せ持つ化合物の総称である。そのため無機材料と有機材料とを結ぶ仲介役としての働きをすることから、有機/無機複合材料の機械的強度の向上、接着性の改良、樹脂改質、表面改質等の多種多様な用途に使用されている。 　本講演では、既存のシランカップリング剤の応用事例だけでなく既存のシランカップリング剤では性能発現が成し得ない需要に応じるべく開発されたシランカップリング剤を、応用事例を含めて紹介する。

1. シランカップリング剤について
2. 汎用シランカップリング剤について
   1. ビニルシランの使用方法について
   2. アミノシランの使用方法について
   3. エポキシシランの使用方法について
   4. (メタ) アクリルシランの使用方法について
   5. メルカプトシランの使用方法について
   6. イソシアネートシランの使用方法について
3. 長鎖シランカップリング剤の紹介
   1. 長鎖ビニルシラン (KBM-1083) の紹介
   2. 長鎖エポキシシラン (KBM-4803) の紹介
   3. 長鎖メタクリルシラン (KBM-5803) の紹介
   4. 長鎖アミノシラン (KBM-6803) の紹介
4. 官能基保護型シランの紹介
   1. ケチミン型シランの紹介
   2. シリル基保護メルカプトシランの紹介
   3. その他
5. その他新規シランカップリング剤の紹介
• 質疑応答