出版社内容情報
☆ゴム・エラストマーの基礎から、最先端技術までカバー！
☆現場で役立つ技術情報を満載！
☆産・学の第一線で研究・開発に携わる最高の執筆陣！
【刊行のねらい】
本書は，平成14年10月28日（月）に，日本学術会講堂で，日本学術会化学研究連絡委員会，材料工学研究連絡委員会，界面科学技術機構の主催，（社）日本工学アカデミー，（社）未踏科学技術協会の共催，日本学術会議関連51学協会の協賛で行った。日本学術会議第９回界面シンポジウム「ゴム・エラストマーの界面と機能」をベースにしている。
シンポジウムの実行委員会では，両研究連絡委員会およびテーマ関連の委員として，委員長：西 敏夫（東京大学大学院工学系研究科教授），副委員長：森 邦夫（岩手大学工学部長），委員」澤田嗣郎（東京大学大学院新領域創成科学研究科教授），村瀬平八（界面科学技術機構代表），長井勝利（山形大学工学部教授）が活動した。
今までの界面シンポジウムでは，アカデミックな内容がほとんどであったが，実戦的なものも取り上げるべきであるということになった。趣旨は，次の通りである
ゴム・エラストマーは，他の材料に比較して，超低弾性率，可逆的大変形，粘弾性など顕著な物性を持つため，我々の身近なところから始まって，自動車，ロボット，情報通信，宇宙航空関連などあらゆる面で利用されている。近年，この材料の性能と寿命は飛躍的に向上し，新規な用途も拡がりつつある。
ゴム・エラストマーの科学技術の歴史は古く，学術的には解決された問題のようにみえるが，実はゴム弾性の理論でさえ完成されているわけではない。これは，ゴム・エラストマーが三次元ネットワークを持ち，複雑な分子運動を行い，しかも純粋な状態で利用されることが少なく，多くの場合，金属，繊維や充填剤などの他の物質との混合による，いわばナノコンポジットになっているからである。
そのため，物質間の界面制御が性能の決定的要因となる。性能・寿命の向上は，この界面制御に負うところが多いが，最近の大規模なタイヤのリコール問題などからもわかるように，最新の科学技術を適用しても未解決な部分も多いのが現状である。また，ゴム・エラストマーの寿命，信頼性，リサイクル，環境問題などは，典型的な複雑系の科学・技術のテーマである。
さらに，近年注目を浴びているのは免震技術への応用である。阪神・淡路大震災によりその有効性が実証されて以来，とみにこの材料への関心が高まり，顕著な技術の進歩がみられるが，ここにも界面の問題が大きく関与している。
本シンポジウムでは，ゴム・エラストマーの界面と機能に関して，産・学の第一線で研究開発を進めている方々に現状と課題を語っていただく。これからのナノテクノロジー・材料時代での新展開についての情報交換だけでなく，新しい指針を打ち出す機会となることを期待している。
シンポジウムの講演者は，本書にも執筆していただいた加藤信子（（株）ブリチストン研究部長），佐藤紀夫（（株）豊田中研研究推進部長），山下晋三（京都工芸繊維大学名誉教授），森邦夫，平川弘（横浜ゴム（株）技師長），西敏夫であった。講演要旨集はＡ４版107ページとして大変充実したものであったが，やや狭いテーマのため参加者が少ないのでは，と心配していた。しかし80数名，しかも若手中心の参加があり，討論も活発であった。シンポジウムの内容は，各方面から「単なる学術発表ではなく，企業が実際に進めている現場の技術も発表されたことに大きな意義があった」「サイエンスと技術の療法にまたがっており，両分野がクロスオーバーすることは大変喜ばしい」などと好評であった。
このシンポジウムを聴講していたシーエムシー出版の編集者から，この内容をベースにした専門書の出版を企画したいという申し出があり完成したのが本書である。専門書とするにあたって，シンポジウムの内容を拡大し，総論，ナノスケールで見たゴム・エラストマーの界面，ミクロで見たゴム・エラストマーの界面と機能，界面制御と機能化という大分類にし，産，学から若手を中心した第一線で研究開発に従事しておられる方々の執筆をお願いした。
本書により，今までの状況だけでなく，最先端の状況，今後の展開が明らかになり，研究・開発の両面に役立つことを期待している。
1986年のスペースシャトル「チャレンジャー」の爆発事故の原因として，エラストマーシールのトラブル，2003年2月1日の「コロンビア」の空中爆発では耐熱タイルの接着（界面の問題）不良が原因とされている。前者の可能性を事故検討委員会で指摘したしたのは，理論物理学でノーベル賞を受賞したR.ファインマンと聞いている。また，界面や接着に関してもソフトマテリアルの物理でノーベル賞を受賞したP.Gド・ジャンが研究を始めている。
ゴム・エラストマーの界面は，系が複雑で敬遠する学者が多いが，このように基礎・応用両面で重大なテーマである。本書により，興味を持って研究・開発に参加される研究者・技術者が増えることを期待している。
最後に本書の出版に際し，いろいろお世話いただいた中村郁恵さんに感謝している。
2003年9月 西 敏夫
【執筆者一覧】
西 敏夫 東京工業大学大学院 理工学研究科 有機・高分子物質専攻 教授；東京大学 名誉教授
村瀬平八 界面科学技術機構 代表
森田裕史 科学技術振興事業団 研究員（名古屋大学大学院 工学研究科 計算理工学専攻）
高原 淳 九州大学 先導物質化学研究所 教授
陣内浩司 京都工芸繊維大学 繊維学部 高分子学科 助教授
小村元憲 東京工業大学大学院 理工学研究科 有機・高分子物質専攻 助手
岸本浩通 住友ゴム工業（株） 研究開発本部 材料プロセス研究部
酒井忠基 （株）日本製鋼所 役員待遇上席常務理事；東京大学 国際産学共同研究センター 客員教授
森 邦夫 岩手大学 工学部 応用化学科 文部科学教官 教授
鷲山潤一郎 サンアロマー（株） 川崎ディベロップメントセンター グループリーダー
川面哲司 横浜ゴム（株） 研究本部 新素材研究室 室長
河原成元 長岡技術科学大学 化学系 助教授
佐藤紀夫 （株）豊田中央研究所 研究推進部 部長
加藤信子 （株）ブリヂストン 研究開発本部 研究部 部長
佐藤 隆 日本ゼオン（株） 精密成形研究所 主任研究員
池田裕子 京都工芸繊維大学 工芸学部 物質工学科 助手
加藤清雄 旭化成（株） 化成品・樹脂カンパニー 合成ゴム技術開発部 主幹研究員
平川 弘 横浜ゴム（株） 技師長
須藤千秋 （株）ブリヂストン 工業用品事業本部 土木・海洋商品開発部 部長
【構成および内容】
はじめに 西 敏夫
第?T編 総論
第１章 表面・界面の基礎物性 村瀬平八
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3
２．材料のバルクと表面 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3
３．表面自由エネルギーと内部エネルギーとの関係 ・・・・4
４．分子間力－近接力と遠達力 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・8
５．HSAB理論と各種パラメータとの相互関係 ・・・・・・・・・10
６．実用上の問題－接着の要因 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・15
７．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・17
第?U編 ナノスケールで見たゴム・エラストマーの界面
第２章 ゴム・エラストマーの界面・表面のシュミレーション 森田裕史
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・21
２．主なシュミレーション技術 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・22
２．１ 粗視化分子動力学法
２．２ 自己撞着場（SCF）法
２．３ 方法に関するまとめ
３．表面・界面におけるモルフォロジー解析 ・・・・・・・・・・25
３．１ 相分離構造
３．２ ブレンド系薄膜における相分離構造
３．３ 界面における鎖の分布と特性解析
３．４ 界面におけるポリマーの特定部位（末端）の分布
３．５ 平らな固体基板に対する鎖の吸着
３．６ トリブロックポリマー界面における鎖
４．物性解析のためのシミュレーション ・・・・・・・・・・・・・・34
４．１ 界面剥離強度
４．２ 引っ張り強度
５．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・36
第３章 ゴム・エラストマーのナノスケールで見た界面・表面の特徴 高原 淳
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・39
２．ポリマーブレンドの表面構造 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・39
３．ブロック共重合体 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・40
４．表面のダイナミクス ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・43
５．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・48
第４章 高分子３次元ナノ計測から見たゴム・エラストマー 陣内浩司
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・50
２．三次元構造解析の重要性 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・52
３．ゴムを成分とするブロック共重合体の三次元ナノ計測 ・・・・54
３．１ 試料および実験方法
３．３．１ ブロック共重合体
３．３．２ 三次元電子顕微鏡観察
３．２ 三次元構造解析
３．２．１ 結晶構造解析
３．２．２ 微分幾何学的解析
３．２．３ 積分幾何学的解析
４．今後の展望 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・63
第５章 分子力学特性から見たゴム・エラストマー 西 敏夫，小村元憲
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・66
２．原子間力顕微鏡（AFM） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・67
３．高分子ブレンド系のナノ力学物性 ・・・・・・・・・・・・・・68
３．１ ナノレオロジー（フォースカーブ測定）
３．２ ナノトライボロジー（フリクションループ測定）
４．単一高分子鎖のナノレオロジー ・・・・・・・・・・・・・・・76
４．１ 単一高分子鎖の伸張
４．２ 単一高分子鎖の正弦波力学応答
５．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・80
第?V編 ミクロで見たゴム・エラストマーの界面と機能
第６章 走査型プローブ顕微鏡によるポリマー界面・高次元の解析と応用 岸本浩通
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・85
２．SPMの原理 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・86
３．試料表面，探針形状および大気粘性の影響 ・・・・・87
４．界面厚み測定の問題点 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・89
５．ブロックコポリマーの界面解析 ・・・・・・・・・・・・・・・・91
６．ポリマーブレンドの界面解析と物性 ・・・・・・・・・・・・92
７．応力負荷状態でのポリマーブレンド解析 ・・・・・・・・95
８．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・97
第７章 リアクティブプロセシングとポリマーの相構造 酒井忠基
１．成形加工技術を用いた相構造の発現 ・・・・・・・・・100
２．リアクティブプロセシングに用いられる混練装置 ・・100
３．混練押出機における混合と混練 ・・・・・・・・・・・・・101
４．押出機における構造形成過程の可視化 ・・・・・・・104
５．オンラインでの微細相構造形成過程の可視化 ・・・108
６．超臨界流体の構造制御への活用 ・・・・・・・・・・・・109
７．超臨界流体とリアクティブプロセシングとの組み合わせ技術の活用 ・・110
第８章 ゴムの化学接着のメカニズム 森 邦夫
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・114
２．金型中におけるゴム界面と化学構造 ・・・・・・・・・114
３．ゴム－ゴムの接着界面 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・118
４．ゴム－金属間の界面 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・122
５．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・125
第９章 オレフィン系ポリマーアロイの界面構造制御と発現物性 鷲山潤一郎
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・127
２．高分子界面の熱力学 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・127
２．１ 高分子／高分子界面系
２．２ ブロック共重合体を含む高分子界面
２．２．１ セグリゲーション
２．２．２ SCMF法
２．２．３ ミセル形成
２．３ 相容化剤を含む系のモルフォロジー
３．高分子界面強度 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・131
３．１ 界面の破壊力学
３．２ 界面の強度測定方法
３．３ 界面破壊機構
４．ポリプロピレン系アロイ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・133
４．１ 界面張力とモルフォロジー
４．２ モルフォロジーの時間変化
４．３ PPとエラストマーの界面強度と物性
４．４ PP系アロイの塗装性
５．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・141
第１０章 相容化剤によるゴムブレンドのモルフォジー変化と物性 川面哲司
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・143
２．ブロックポリマー添加による相容化 ・・・・・・・・・・・145
３．ゴムブレンドの相容化剤として有効なジブロックポリマーの条件 ・・・147
４．相容化によって変化する物性 ・・・・・・・・・・・・・・・153
５．今後の展望 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・156
第１１章 界面制御によるナノマトリックス分散天然ゴムの調製と物性 河原成元
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・158
２．天然ゴムの構造 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・159
３．天然ゴムの高純度化 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・161
３．１ 蛋白質
３．２ 脂質
４．天然ゴムの結晶化および物性 ・・・・・・・・・・・・・・163
４．１ 天然ゴムの結晶化における脂肪酸の効果
４．２ 天然ゴムの物性における脂肪酸の効果
４．３ 天然ゴムブレンドの結晶化
５．ナノマトリックス分散天然ゴム ・・・・・・・・・・・・・・168
５．１ ラジカル重合開始剤
５．２ 天然ゴムのグラフト共重合
５．３ ナノマトリックス分散天然ゴム
６．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・173
第?W編 界面制御と機能化
第１２章 ゴム再生プロセスにおける界面制御と機能化 佐藤紀夫
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・177
２．ゴム再生プロセスの原理 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・177
２．１ 二軸反応押出による脱架橋処理
２．２ 再生ゴムの加硫特性と力学特性
２．３ 脱架橋メカニズム
３．再生／変性の同時プロセスによる機能化 ・・・・・182
４．再生／動的架橋の同時プロセスによる熱可塑性エラストマ化 ・・・184
５．再生／スラリー注入の同時プロセスによるナノコンポジット化 ・・・186
６．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・188
第１３章 ゴム・エラストマー系複合材料の界面 西 敏夫
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・189
２．ゴム・エラストマーブレンド系主体の界面 ・・・・・・192
２．１ ポリマーブレンドの界面
２．２ ブロックまたはグラフト共重合体の界面
２．３ ゴムブレンドの界面（共架橋に関連して）
２．４ その他
３．ゴム・エラストマー系複合材料の界面 ・・・・・・・・202
３．１ 複合効果
３．２ ナノスケールでの界面
３．３ 分子運動性から見た界面
４．今後の展開 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・213
第１４章 ゴム・ブラス接着界面の解析 加藤信子
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・216
２．スチールコードの製法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・217
３．スチールコードの表面 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・217
４．ゴムとブラスの加硫接着 ・・・・・・・・・・・・・・・・・220
５．ゴム／ブラス接着層の解析技術 ・・・・・・・・・・・221
６．剥離界面の表面分析 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・221
７．TEMによるゴム／ブラス接着層の分析 ・・・・・・223
８．FIB-TEMによる接着層解析 ・・・・・・・・・・・・・・224
９．SEM，X線回折による生成物の形態，結晶解析・・・226
10．TOF-SIMSによる接着層の解析 ・・・・・・・・・・227
11．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・227
第１５章 NBR系ナノコンポジットの界面制御と物性 佐藤 隆
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・229
２．パーオキサイド架橋反応 ・・・・・・・・・・・・・・・・229
３．架橋反応解析のための実験手法 ・・・・・・・・・・230
４．シュミレーション手法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・231
５．純ゴム配合の計算結果 ・・・・・・・・・・・・・・・・・234
６．水添NBR／メタクリル酸亜鉛（ZDMA）系 ・・・・・235
７．水添NBR／メタクリル酸亜鉛（ZDMA）系の計算結果 ・・・238
８．ZSCの界面構造と物性 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・239
第１６章 ゾルーゲル法によるゴム系 ナノコンポジットの合成と物性 池田裕子
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・242
２．ゴム架橋体中で作製したin situシリカ充填ゴム系ナノコンポジット・・・244
３．未架橋ゴム中で作製したin situシリカ充填ゴム系ナノコンポジット・・・247
３．１ グリーンゴムマトリックス中でのin situシリカ充填・・・247
３．２ ゴムの有機溶液中で作製したin situシリカ充填ゴム系ナノコンポジット・・248
３．３ ゴムラテックス中で作製したin situシリカ充填ゴム系ナノコンポジット・・・・252
４．ゾル-ゲル反応に基づくネットワークス化によって作製するゴム系ナノコンポジット・・253
５．おわりに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・254
第１７章 熱可塑性エラストマーの界面と物性 加藤清雄
１．熱可塑性エラストマーのミクロ相分離構造と界面・・257
２．TPE界面と力学的性質 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・260
３．TPE界面と熱的性質 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・262
４．スチレン系TPEの界面と機械物性・溶解特性 ・・263
５．環状オレフィン系TPEの界面と機械物性・溶解特性 ・・266
６．TPEとポリオレフィン系樹脂との界面と物性 ・・・・267
７．熱可塑性エラストマーフィラーハイブリッド材料の界面と物性 ・・・269
第１８章 ゴムの動的エネルギー損失特性 平川 弘
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・273
２．充填剤含有ゴム材料の動的特性 ・・・・・・・・・・・274
３．F-F相互作用の変化 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・276
４．動的エネルギー損失を制御するメカニズム ・・・・285
第１９章 免震ゴムの機能と動向 須藤千秋
１．はじめに ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・288
２．免震の原理 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・288
２．１ 構造物の地震応答
２．２ 長周期化
２．３ 減衰
２．４ 免震装置
２．５ 積層ゴムの原理
２．６ 積層ゴムの力学的性能
３．免震ゴムの機能と要求性能 ・・・・・・・・・・・・・・・295
３．１ 鉛直荷重支持性能
３．２ 等価剛性の精度
３．３ 使用条件依存症
３．４ 変形性能
３．５ 長期的耐久性
４．最近の動向 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・301
４．１ 超高層ビルの免震
４．２ 依存性の設計への反応
４．３ 経年劣化特性推定手法の実証
４．４ ISO22762の起案
