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自己修復性材料
−工業材料の高機能化−


 生体の自己治癒力のような自己修復性機能を持つ工業材料は、それを使った工業製品や構造物の安全性や信頼性が格段に向上するため、近年、大きな注目を集めています。自己修復性には、凹んだ箇所が平坦に戻るもの、き裂が再び連結するもの、欠損部を他の物質が埋めていき最後にはクラックを連結するもの等があります。自己修復性機能を付与する技術は、表面の熱処理や化学反応を利用するコーティング、内部に接着機能を持つ粒子やマイクロカプセルなどの予め封入など、材料の性質によってさまざまです。
 本書では、金属、高分子、コンクリートなど材料の種類毎に分け、自己修復性機能付与技術とその開発例をまとめました。また、国内および海外の特許情報も紹介しています。


 
    □体裁 A4判254ページ
    □価格 本体72,000円+消費税
    □送料 弊社負担
    □発行 2016年9月

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章 目 次

 第1章 自己修復性材料の意義
 第2章 金属材料の自己修復
 第3章 高分子材料の自己修復
 第4章 セラミックス複合材料の自己修復
 第5章 セメント&コンクリートの自己修復

詳 細 目 次

 
第1章 自己修復性材料の意義 1
 1.1 自己修復性材料の概要 1
  1.1.1 金属材料の自己修復挙動 2
   (1) 鉄鋼 2
   (2) 非鉄金属 3
  1.1.2 高分子材料の自己修復挙動 3
  1.1.3 複合材料の自己修復挙動 5
  1.1.4 セラミックス材料の自己修復挙動 5
  1.1.5 コンクリートの自己修復挙動 6
 1.2 工業材料の強度 7
  1.2.1 引張強さ 7
  1.2.2 曲げ強さ 8
  1.2.3 破壊靱性値 9
 第1 章 引用文献 9
   
第2章 金属材料の自己修復 10
 2.1 鉄鋼における自己修復 10
  2.1.1 鉄鋼の腐食・耐食・防食 10
   (1) 高強度鋼における腐食・き裂・破壊進行メカニズム 10
   (2) ステンレス鋼の耐食性と不動態化現象 13
  2.1.2 不動態皮膜形成による自己修復 15
   (1) 鉄上の不動態皮膜 15
   (2) めっき鋼板上の不動態皮膜効果 16
   (3) ステンレス鋼の不動態皮膜 18
  2.1.3 特別な環境下における自己修復 19
   (1) 非Cr型防錆塗料の開発 19
   (2) 火力発電プラントに使用される金属材料 20
    (A) クリープボイドの自己修復 20
    (B) 再生熱処理による修復 23
   (3) 沿岸など塩化物イオンが多量に存在する環境 25
    (A) 鋼材の開発 25
    (B) Sn添加鋼への適用 26
   (4) コンポジットボンド磁石 29
 2.2 非鉄金属における自己修復 30
  2.2.1 アルミニウムおよびその合金の自己修復性 30
  2.2.2 マグネシウム合金の表面処理による自己修復 32
  2.2.3 チタンおよびその合金の自己修復 33
  2.2.4 その他 35
   (1) 自己修復能力を持つニッケル合金 35
 (2) 金ナノ粒子の電界トラップによる自己修復 35
 2.3 金属表面における自己修復性ポリマーコーティング 36
  2.3.1 自己修復性防食ポリマーコーティング 36
   (1) 自己修復性の評価方法 37
   (2) 三フッ化樹脂による自己修復ポリマーコーティング 38
   (3) 高吸水性ポリマーによる自己修復ポリマーコーティング 40
   (4) 耐食性コーティング膜の自己修復の評価 41
   (5) 微粒子コンポジットの評価 44
  2.3.2 自動車用塗膜への実用化 45
   (1) ポリウレタンを用いた自己修復性クリアコートの性能 45
   (2) ポリウレタン系自己修復塗料の開発 48
   (3) 「スクラッチシールド」の開発 50
   (4) セルフリストアリングコート(耐すり傷向上塗料) 52
   (5) BMWのInnovative、PREMAGARDのリアクティブポリマー技術 52
   (6) その他の自己修復塗料の開発例 52
 2.4 金属材料および金属表面の自己修復性に関する国内公開特許 53
  2.4.1 金属表面処理に関する特許と主な出願人 53
  2.4.2 不動態化処理 56
  2.4.3 自動車用塗膜 60
 第2章 引用文献 63
   
第3章 高分子材料の自己修復 65
 3.1 自己修復メカニズムと材料開発 65
  3.1.1 自己修復メカニズム 65
  3.1.2 自己修復材料の開発 66
 3.2 物理的手法による高分子材料の自己修復 68
  3.2.1 材料の弾性力を利用する自己修復 69
   (1) 自己修復機能を持つガスバリアフィルムの開発 69
   (2) タッチパネルへの自己修復コーティング 70
   (3) 自己修復性コートフィルム 71
   (4) 擦りきず復元フィルム「キズキュア」 73
   (5) 復元タイプの自己修復性フィルム「自己修復SRシリーズ」 74
   (6) 光硬化型自己修復コーティング材 75
   (7) 光沢持続性自己修復コートフィルム 76
 3.2.2 分子鎖の絡み合いを利用する自己修復 77
   (1) ダングリング鎖の分子運動によって生じるトポロジー相互作用の利用 77
    (A) サーマルヒーリングとソルベントヒーリング 77
    (B) 臨界点近傍ゲルによる自己修復 79
   (2) アニーリングによる自己修復過程の計算モデリング 82
   (3) 高分子微粒子/ 液晶複合ゲルを用いた光修復性材料 85
   (4) 自己修復性高分子ヒドロゲル(ナノコンポジットゲル) 87
 3.3 化学的手法による高分子材料の自己修復 89
  3.3.1 修復剤を封入する高分子材料 89
   (1) Cu(U)を封入するポリフェニレンエーテルの自己修復 89
   (2) Na2CO3を封入するポリカーボネートの自己修復 90
   (3) 吸水ポリマーを封入する遮水シートやタイヤの自己修復 91
   (4) 水分散コロイド溶液を封入する遮水シートの自己修復 93
   (5) ブタンジオールなどを封入するポリエチレンテレフタレートの自己修復 94
  3.3.2 マイクロカプセルによる自己修復 97
   (1) 包含された触媒とマイクロカプセルに包まれたモノマー試薬による自己修復性 97
   (2) インテリジェントマイクロカプセルの開発 98
    (A) マイクロカプセルの調製 99
    (B) マイクロカプセルの特性 99
   (3) 重合性モノマーを内包したメラミンマイクロカプセルの調製 100
   (4) マイクロカプセルを用いた界面剥離を自己修復する熱硬化性樹脂 102
    (A) 界面剥離自己修復性付与の手法 103
    (B) 繊維と垂直方向の強度回復効果 103
    (C) 引張強度・修復率に及ぼすマイクロカプセル粒径の影響 104
    (D) 繊維方向の引張試験による強度回復効果の検証 105
    (E) 自己修復FRPの縁き裂材引張試験に関する損傷進展解析 105
    (F) 自己修復エポキシ樹脂の修復・破壊後の破面観察 106
  3.3.3 超分子による可逆的な分子システムを利用 106
   (1) 自己修復型超分子マテリアル 106
    (A) ホスト-ゲスト相互作用 107
    (B) 自己修復性超分子材料の作製とその刺激応答性 110
    (C) 分子レベルでの接着と自己修復性の発現 112
   (2) 自己修復性を示す環動ネットワーク 113
   (3) 分子接合素子による自己修復材料への可能性 116
   (4) その他自己修復ゴムの研究例 117
  3.3.4 動的結合による分子システムを利用する自己修復 118
   (1) テレケリックプレポリマーとリンカーを動的結合によって架橋して得られる
       ネットワークポリマー
118
   (2) 自発的な結合組み換えを行う自己修復性化学ゲル 122
   (3) 熱可逆結合を利用した形状記憶樹脂 123
 3.4 自己修復性高分子材料に関する国内公開特許 125
  3.4.1 出願人 125
  3.4.2 塗膜への応用展開 127
  3.4.3 透明フィルム・保護膜への応用展開について 129
  3.4.4 耐化粧品、耐指紋 135
  3.4.5 ゲルの製造への応用展開について 137
 3.5 自己修復性高分子材料に関する海外公開特許 140
 第3章 引用文献 145
   
第4章 セラミックス複合材料の自己修復 147
 4.1 セラミックス複合材料の自己修復(治癒) 挙動 147
  4.1.1 炭化ケイ素の高温酸化反応により自己治癒機能 148
   (1) SiC 粒子の添加条件 148
   (2) 炭化ケイ素高温酸化への温度と酸素分圧の影響 148
   (3) 自己治癒速度に及ぼす酸素分圧の影響 150
   (4) 高温・低酸素分圧・応力下でのセラミックスのき裂治癒挙動 152
   (5) 希薄酸素環境での構造用セラミックスの強度回復 153
  4.1.2 セラミックスウィスカーにより強化した複合材の治癒挙動 155
   (1) 炭化ケイ素ウィスカー分散アルミナのき裂治癒効果 155
   (2) ムライト/炭化ケイ素マルチ複合材料の自己き裂治癒挙動 157
 4.2 自己修復能力を利用したセラミックス複合材料の品質保証 160
  4.2.1 セラミックス複合材料の寿命と品質保証 160
  4.2.2 き裂治癒の保証試験 161
   (1) き裂治癒による品質保証 161
   (2) ワイブル統計に及ぼすき裂治癒の効果 162
   (3) 保証試験 163
 4.3 その他セラミックス複合材料の開発紹介 164
4.3.1 アルミナ母材 164
   (1) NiAl/Al2O3 164
   (2) ニッケルナノ粒子分散アルミナ 165
   (3) コバルトナノ粒子分散アルミナ 168
  4.3.2 窒化ケイ素母材 171
   (1) 希薄酸素環境でのSi3N4/SiC 複合材のき裂治癒挙動 171
    (A) き裂治癒による強度回復挙動に及ぼす酸素分圧の影響 171
    (B) 希薄酸素環境中でのき裂治癒挙動 173
   (2) ショットピーニングとSi3N4/SiC自己き裂治癒を応用した信頼性向上 173
   (3) 高温環境下におけるSiNx/SiCyナノ積層薄膜 175
   (4) SiC パワー半導体用接合材 177
  4.3.3 酸化物系長繊維強化セラミックス 177
  4.3.4 ZnOの自己き裂治癒 180
  4.3.5 UO2の自己き裂治癒 181
  4.3.6 ZrO2の自己き裂治癒 181
 4.4 自己修復性セラミックスおよび複合材料に関する国内公開特許 185
  4.4.1 出願人 185
  4.4.2 国内公開特許例 186
 4.5 自己修復性セラミックス複合材料に関する海外公開特許 195
 第4章 引用文献 197
   
第5章 セメント&コンクリートの自己修復 198
 5.1 コンクリートの自己修復機構 198
  5.1.1 コンクリートのひび割れと強度発現 198
  5.1.2 コンクリートの自己修復現象の定義 200
   (1) 自然治癒 201
   (2) 自律治癒 201
   (3) 自動修復 202
 5.2 自己治癒/修復コンクリートの開発例 203
  5.2.1 膨張材、鉱物混和材料を混入した自己治癒コンクリートの開発 203
   (1) 膨張材を使用した自己治癒コンクリート 203
   (2) コンクリートへの水分供給条件や膨張作用の影響の検討 205
   (3) ひび割れ間で通水するコンクリートの自己治癒性状 207
   (4) ひび割れ自己治癒コンクリートの実構造物への適用開発 209
   (5) 鉱物混和材料を用いた自己治癒コンクリート 211
   (6) 造粒技術を用いたひび割れ自己治癒材 213
   (7) コーティング細骨材の混入 213
   (8) 生コン工場における自己治癒コンクリートの製造 214
  5.2.2 フライアッシュを用いたモルタルの自己修復効果 216
  5.2.3 補修剤のネットワークを用いたコンクリートの自己修復性能 221
   (1) コンクリート梁に超弾性合金を用いたひび割れ自己修復機能 221
   (2) 補修剤のネットワークを用いた自己修復システム 224
  5.2.4 繊維補強セメント系複合材料 225
   (1) 繊維補強セメント系複合材料のひび割れ自己修復機能 225
   (2) 合成繊維を用いた場合の炭酸カルシウム自己修復現象の検証 230
   (3) PVA繊維を用いたFRCCの耐凍害性と自己治癒 232
  5.2.5 バクテリアを利用する自己治癒コンクリート 234
  5.2.6 コンクリートのインテリジェント化 234
   (1) インテリジェント化の研究 234
   (2) 破損部発熱センサと補修剤を内包する熱可塑性のパイプによる
      アクティブ自己修復コンクリートの開発
238
 5.3 自己修復性セメント・コンクリートに関する国内公開特許 242
  5.3.1 出願人 242
  5.3.2 混和材を用いた自己修復コンクリート材料の開発 243
  5.3.3 改質剤の製造方法 246
   
 5.4 セメント・コンクリートに関する海外公開特許 249
  5.4.1 出願人 249
  5.4.2 海外公開特許例 251
 第5章 引用文献 252

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