UV硬化樹脂の開発動向と応用展開

UV硬化樹脂の開発動向と応用展開

〇材料・硬化技術・装置・評価など、高性能・高品質な硬化物を得るための要素技術
〇コーティング・インク・接着剤・ナノインプリント・3Dプリンタ等の応用技術動向

価格 55,000円(税抜 50,000円) 出版社 サイエンス&テクノロジー
→E-mailまたは郵送DM案内登録会員価格:47,500円+税
発刊日 2021年6月29日 体裁 B5判並製本 239頁
ISBNコード 978-4-86428-263-5 Cコード C3058

UV硬化技術について「材料・要素技術」と「用途・市場動向」の両方から迫る一冊です。

 材料・光重合・照射装置や評価手法など、様々な要素技術から成り立ち、塗料・コーティング、インク、接着剤、フォトレジストなど、幅広い広い領域で表面加工技術として利用されるUV硬化技術。
 本書では、第1部で要素技術について基礎から実際に扱う上で役立つ知識を解説し、第2部で利用用途・産業分野毎での最新の開発動向を紹介します。



◎UV硬化樹脂の材料、硬化機構、UV照射技術、硬化前後の評価手法など、要素技術を徹底解説。

材料技術:樹脂の基本構成成分のベースレジン、モノマーの種類・特徴・使い分け
硬化機構:ラジカル / カチオン / アニオン、各硬化機構の原理・特徴・使い分け
    「光があたらない影の部分の硬化手法」など、硬化技術の高機能化にもフォーカス。
照射技術:UV光の基礎から一般的に利用されるUVランプ・照射装置を解説。
    「近年開発が加速するUV-LEDや、照射プロセスにおける課題についても紹介。
評価手法:硬化前(液体)、硬化過程、硬化後(個体)と変化する性質をもつUV硬化樹脂。


◎様々な産業分野で応用されるUV硬化樹脂について、利用用途毎に最新の開発動向と今後の展望を解説。

塗料・コーティング:市況・種類・配合、水性UV硬化塗料の開発事例。
    光開始剤内蔵型樹脂の開発事例も掲載。
インクジェット用インク:UV硬化型インクの開発動向について、
    インクジェットのメカニズムから徹底解説。
接着剤:UV硬化型接着剤を重合方式から整理し、その評価方法と共に解説。
ナノインプリント:UV硬化樹脂材料に求められる要件・基本的な特性とその応用、現在利用されているレジスト材料も紹介。 3Dプリンター:種類・材料技術を基礎から解説すると共に、ゲル材料を活用するために
    開発が進む「3Dゲルプリンティング技術」についても紹介。


概要

「新規用途への展開」「環境問題への対応」「安全性の向上」のため、日々開発が進むUV硬化樹脂の材料や硬化に関わる要素技術の開発動向を徹底解説。


▼ベースレジン・モノマー

 UV硬化樹脂の基本構成成分であるベースレジン、密着性や被膜強度、耐久性を向上させるために希釈剤・架橋剤として重要な役割を果たすモノマー、それぞれの種類・特徴と使い分けから、選定のポイントまで幅広く紹介。


▼光重合開始剤・増感剤

 市場シェアの9割を占めるが酸素阻害・硬化収縮・密着性に問題があるラジカルUV硬化、その問題は軽減されるが酸による基材の腐食など新たなの問題が生じるカチオンUV硬化、それらの短所を改善するポテンシャルをもつが感度に改善が必要なアニオンUV硬化。各硬化機構と利用される光重合開始剤の種類・特徴・使い分けを紹介。  硬化不良の原因となる「光があたらない影の部分の硬化手法」など、硬化技術の高機能化にもフォーカス。


▼UV光源の発光原理・照射技術

 あまり議論させることのなかったUV硬化に用いられる光源の原理や照射装置。従来から利用されているUVランプ(高圧水銀ランプ)のみならず、近年開発が加速するUV-LEDについて、種類・特徴から照射プロセスが硬化物の発現する特性に与える影響まで幅広く解説。
 また、異なる波長領域の光源を複合的に用いてUV硬化反応の重合活性種生成効率を増加させた設計事例として、UV と赤外線(IR)を併用した装置を紹介。


▼UV硬化樹脂材料の評価手法

 UV硬化樹脂材料の「硬化前の液体状態の性質」「硬化過程の振る舞い」「硬化後の固体の性質」について、物理化学・レオロジーの観点からの評価手法を解説。

アカデミー主導の基礎研究から産業応用分野での開発が主流となったUV硬化技術。 UV硬化技術の潜在的ポテンシャルを引き出し、次なる新しい用途展開に繋げるために、 様々な用途分野で利用されるUV硬化樹脂の「材料」「機能」トレンドおよび今後の展望を幅広く紹介。


▼「塗料・コーティング」用途

 家具・建物・自動車部品・化粧品ボトルなどのクリヤー塗装として利用されてきたUV硬化塗料。市況概要、種類・配合などの要素技術から、更なる環境対応を目指す水性UV硬化塗料の開発事例まで幅広く解説。  また、工程短縮・低コスト化、耐候性向上を目的とした光開始剤内蔵型樹脂の開発事例を掲載。


▼「インクジェット用インク」用途

 VOC(Volatile Organic Compound)の発生がなく、速乾性で非浸透系メディアへのプリントが可能なことから、サイン・ディスプレイ市場のみならず、商業印刷市場においても溶剤インクに代わり導入が進むUV硬化型インク。  インクジェット方式のプリントメカニズムから、インク組成や使用上の課題と対応策、最近の開発動向まで幅広く解説。


▼「接着剤」用途

 溶剤揮発型や二液混合型の接着剤に比べて「素早い接着」「接着タイミングの制御」「接着部分の限定」など、使用時の自由度が大きいUV硬化型接着剤。  最近のUV硬化型接着剤の開発動向を重合方式の観点から整理し、その評価方法と共に解説。


▼「ナノインプリント」用途

 熱ナノインプリントの課題である「熱膨張率の差異による歪みや位置ずれ」「熱サイクルのためのプロセスの長時間化」「樹脂の分子サイズによる解像度の限界」を解決するために開発が進むUVナノインプリント。  使用されるUV硬化樹脂に求められる要件・基本的な特性とその応用展開、現在利用されているレジスト材料について解説。


▼「3Dプリンター」用途

 多品種少量生産やカスタム生産の対応が可能な点から、今後増々利用が広がると考えられる3Dプリンティング技術。  主にUV化性樹脂を材料とした3Dプリンティング技術を中心に、種類・材料技術と開発動向について詳述。  工業材料や医療モデルとして注目されているが、加工の難しさから利用が限られていた高分子ゲル。液槽重合法によるゲル3Dプリンティング技術により、新規材料としての開発が加速する中、要素技術の開発動向とその応用を解説。


書籍趣旨

 2015年にSDGs(持続可能な開発目標)が国連サミットで採択され、「低炭素」から「脱炭素」社会構築に向けた取り組みが加速する中、私たちの身近で広く利用されているプラスチックは、需要増に伴う原料資源の枯渇や焼却・埋め立てなどごみ処理の問題、そこから発展して海洋流出による環境破壊への懸念やCO2排出による地球温暖化の促進など、様々な観点からその生産・利用と廃棄物処理に課題が山積みとなっています。そのような状況の下、世界各国で廃プラスチックに関する規制や指令が制定され、状況が目まぐるしく変化する一方、官民一体となって様々な樹脂へのリサイクルの適用や要素技術の高機能化に向けた研究開発が進み、参入企業の増加に伴ってリサイクルビジネス競争は更なる激化が必至と思われます。

 本書では、廃プラスチック排出処理の現状と世界各国の規制関連動向ならびに企業の取り組み事例から、主にマテリアルリサイクルとケミカルリサイクルを中心としてリサイクル技術の開発動向を詳細に解説しています。特に注目されるプラスチック包装材料については、法規制や技術動向のみならず、再生樹脂の利用やリサイクル性を高めるためのモノマテリアル化についても詳述しています。また、プラスチックリサイクルに纏わるの要素技術について、常圧溶解、亜臨界・超臨界流体、マイクロ波などを利用したリサイクル技術とその高機能化への展望から、プラスチックの識別・分析技術、CFRP/GFRPなどの複合材料からの樹脂の分離・回収技術、パルスパワーによる樹脂表面からの金属被膜剥離技術まで、専門家の方々より幅広くご執筆を賜りました。

 本書がプラスチックリサイクルに携わる方、あるいはこれから取り組まれる方の一助となり、リサイクル技術の更なる発展、ひいては気候変動や環境問題の対策に貢献する一冊となれば幸いです。
(書籍企画担当)

著者

※敬称略

白井 正充
大阪府立大学
大城戸 正治
(株)大城戸化学研究所
池田 順一
共栄社化学(株)
藤井 雅彦
inkcube.org
有光 晃二
東京理科大学
陶山寛志
大阪府立大学
青木 大亮
東京理科大学
平井 義彦
大阪府立大学
須賀 健雄
早稲田大学
萩原 恒夫
横浜国立大学
河村 紀代子
へレウス(株)
佐藤 洋輔
山形大学
足利 一男
へレウス(株)
渡邉 洋輔
山形大学
佐々木 裕
東亞合成(株)
川上 勝 
山形大学
桐原 修
(株)HAEWON T&D
古川 英光
山形大学

目次

    【第1部】UV硬化樹脂に関わる材料・硬化技術

第1章 UV硬化技術の構成要素、解析手法とその評価および技術課題

  • 1. UV硬化技術とは
  • 2. UV硬化技術の構成要素
  • 2.1 光源
  • 2.2 反応機構から見た硬化過程と材料
  • 2.2.1 ラジカル型
  • 2.2.2 カチオン型
  • 2.2.3 アニオン型
  • 2.3 光重合開始剤
  • 2.3.1 光ラジカル発生剤
  • 2.3.2 光酸発生剤
  • 2.3.3 光塩基発生剤
  • 3. UV硬化反応過程の解析法と硬化物特性の評価法
  • 3.1 UV硬化反応過程の解析法
  • 3.2 硬化物の特性評価法
  • 4. UV硬化技術が抱える課題
  • 4.1 光源と開始剤のマッチング
  • 4.2 硬化阻害
  • 4.3 硬化収縮
  • 4.4 厚膜や着色膜の硬化
  • 5. 今後の展望

第2章 ベースレジン・モノマーを中心としたUV硬化性樹脂の構成成分の基礎と応用

  • 1. UV 硬化性樹脂の構成成分
  • 1.1 ベースレジン
  • 1.1.1 ウレタンアクリレート
  • 1.1.2 エポキシアクリレート
  • 1.1.3 ポリマー
  • 1.2 モノマー成分
  • 2. UV 硬化性樹脂選定のポイント
  • 2.1 モノマー
  • 2.2 ベースレジンとモノマー
  • 3. 最近のトピックス
  • 3.1 パーフロロポリエーテルジアクリレート類
  • 3.2 ポリグリセリンポリエーテルアクリレート
  • 3.3 アクリルアミド系架橋剤
  • 4. 最近の開発事例「カーボンナノチューブ(CNT)を利用した帯電防止コーティング剤の開発」

第3章 光重合開始剤・増感剤の開発動向と硬化技術の高機能化

  • 第1節 光重合開始剤・増感剤の基礎
  • 1. 光ラジカル重合開始剤
  • 1.1 ベンゾイン型
  • 1.2 ベンジルケタール型
  • 1.3 ヒドロキシアセトフェノン型
  • 1.4 アシルホスフィンオキシド型
  • 1.5 水素引き抜き型
  • 2. 光酸発生剤(Photoacid Generator, PAG)
  • 3. 光塩基発生剤(Photobase Generator, PBG)
  • 3.1 非イオン型PBGの開発と応用
  • 3.2 イオン型PBGの開発と応用
  • 第2節 分子増幅を駆使した影部分のUV硬化技術
  • 1. 影部分のUV硬化
  • 1.1 能動的な加熱の利用
  • 1.1.1 連鎖的な酸・塩基発生反応の利用
  • 1.2 自発的な発熱(重合熱)の利用
  • 1.2.1 フロンタル重合を利用した影部のカチオンUV硬化
  • 1.2.2 Self-propagating polymerizationによる影部硬化
  • 1.3 室温以下で硬化可能な系
  • 1.3.1 光誘起レドックス開始重合の利用
  • 1.3.2 シアノアクリラートの光アニオン重合
  • 第3節 精密UV硬化技術の開発動向と応用展開
  • 1. 光精密ラジカル重合の研究動向
  • 2. 重合誘起型ミクロ相分離に基づくコーティングへの機能付与
  • 3. 光精密ラジカル重合のUV硬化への適用(精密UV硬化)と重合誘起型相分離

第4章 UV硬化ランプシステムに関わる照射技術と装置事例

  • 1. UV とは
  • 2. UV 硬化に用いられる光源
  • 2.1 UV ランプ(高圧水銀ランプ)の発光原理
  • 2.2 UV ランプバルブ
  • 2.3 高圧水銀灯の装置
  • 2.4 UV-LED
  • 2.5 UV-LED の発光波長
  • 2.6 UV 硬化用LED 装置
  • 3. UV 照射プロセスについて
  • 3.1 照度と積算光量
  • 3.2 硬化反応に対する照度の影響
  • 3.3 酸素阻害の影響
  • 3.4 UV 硬化反応の効率を上げる照射プロセス

第5章 光硬化型材料の硬化とその評価

  • 1. 固体と液体
  • 1.1 物理化学的に見た液体と固体
  • 1.1.1 単純な固体と液体
  • 1.1.2 ポリマーとは
  • 1.1.3 ガラス化による固体化
  • 1.1.4 ネットワーク構造の形成
  • 1.2 固体と液体の違いをレオロジーとしてみると
  • 1.2.1 固体と液体の力学モデル
  • 1.2.2 粘弾性体とマックスウェルモデル
  • 1.2.3 一般化マックスウェルモデル
  • 1.2.4 応力緩和で見た固体
  • 2. 液状材料としての評価
  • 2.1 流動特性の評価
  • 2.1.1 B型粘度計での粘度測定
  • 2.1.2 外的条件の変化と生じる応力
  • 2.2 温度と水素結合
  • 2.2.1 ウレタンアクリレート類の水素結合
  • 2.2.2 ウレタンアクリレート類の流動特性の温度依存性
  • 3. 硬化過程の評価
  • 3.1 重合過程の評価
  • 3.1.1 重合性官能基の消失による重合性の評価
  • 3.1.2 Photo-DSC 測定による重合性の評価
  • 3.2 硬化過程の物理的変化について
  • 3.2.1 Photo Rheometer 測定
  • 3.2.2 重合時の体積収縮
  • 3.2.3 硬化時に生じる応力集中の評価
  • 4. 固体の評価
  • 4.1 粘弾性特性の評価
  • 4.1.1 動的粘弾性とは
  • 4.1.2 粘弾性特性とその用途との関係
  • 4.2 その他の評価
  • 4.2.1 薄膜での表面特性の評価
  • 【第2部】 UV硬化樹脂の利用用途の広がりと最近の市場・技術トレンド

第1章 UV硬化技術の歴史と利用用途の広がりおよび今後の展望

  • 1. UV硬化技術の歴史と用途の広がり
  • 2. UV硬化技術応用のトレンド
  • 2.1 材料のトレンド 
  • 2.1.1 モノマーと硬化系
  • 2.1.2 開始剤
  • 2.2 機能性のトレンド
  • 2.2.1 表面機能
  • 2.2.2 光学的機能
  • 2.2.3 機械的機能
  • 2.2.4 電気的機能
  • 2.2.5 サステイナブル性
  • 2.3 分野のトレンド
  • 3. 今後の展望

第2章 塗料・コーティング用UV硬化樹脂の開発動向

  • 第1節 塗料・コーティング用紫外線(UV)硬化樹脂の現状と今後~ウレタンアクリレートを中心に~
  • 1. Rad Cure 塗料市場概要
  • 2. UV 硬化塗料の特長と用途
  • 3. 各種アクリレート概要と特長
  • 3.1 種類と特長
  • 3.2 ウレタンアクリレート
  • 4. 塗料の種類・配合と硬化過程
  • 4.1 モノキュアー
  • 4.2 デュアルキュアー塗料とその適用事例
  • 5. 環境対応型UV硬化塗料
  • 5.1 水性UV 硬化塗料の展開
  • 5.2 各種水分散性UV 硬化樹脂
  • 5.3 水性ウレタンアクリレート(UV 硬化PUD)とその応用事例
  • 第2節 光開始剤内蔵型樹脂の開発事例とハードコートへの応用
  • 1. UV 硬化プロセスとその応用
  • 2. 光開始剤内蔵型高屈折樹脂の特徴
  • 2.1 特徴
  • 3. 光開始剤内蔵型高屈折樹脂の特性値
  • 4. 光開始剤内蔵型高屈折樹脂と有機-無機ハイブリット化樹脂の作成と考察

第3章 インクジェット用UV硬化型インクの開発動向

  • 1. インクジェットにおけるプリントメカニズム
  • 2. インクジェット用紫外線硬化型インクの主要成分
  • 2.1 モノマー
  • 2.2 重合開始剤と増感剤
  • 2.3 重合禁止剤
  • 2.4 水性紫外線硬化型インク
  • 3. インクジェットにおける吐出安定性
  • 4. インクジェット応用における紫外線硬化型インクの開発動向
  • 4.1 インク小滴化と酸素阻害
  • 4.2 ゲル化によるピニング
  • 4.3 デコラティブへの適用と高延伸性インク
  • 4.4 食品包装でのマイグレーション防止

第4章 接着剤用UV硬化樹脂の開発動向

  • 第1節 UV硬化型接着剤の基礎とその評価
  • 1.概要
  • 2.分類
  • 2.1 ラジカル重合型
  • 2.2 カチオン重合型
  • 2.3 アニオン重合型
  • 2.4 付加重合型
  • 2.5 その他
  • 3.評価
  • 第2節 UV硬化型接着剤用ウレタンアクリレートの開発事例
  • 1. DVD ボンディング用へのウレタンアクリレートの適用
  • 2. タッチパネルへの適用

第5章 UV硬化樹脂のナノインプリントへの応用

  • 1. ナノインプリント法とUV硬化樹脂
  • 2. UVナノインプリントのためのUV硬化樹脂の要件
  • 2.1 ナノ空間への樹脂充填過程
  • 2.2 ナノ空間中でのUV光照射過程
  • 2.3 ナノ空間中でのUV硬化過程
  • 2.4 離型とUV硬化樹脂
  • 2.5 UV硬化収縮
  • 3. UVナノインプリントの応用
  • 3.1 UVナノインプリントの用途
  • 3.2 UVナノインプリント用UV硬化樹脂レジストの現状と今後
  • 4. まとめ

第6章 3Dプリンター用UV硬化樹脂の開発動向

  • 第1節 「3Dプリンター」用途での光硬化性樹脂の開発動向
  • 1. 3Dプリンティングとその分類
  • 1.1 材料市場
  • 2. 3Dプリンティングとその用途
  • 3. 3Dプリンティングで使われる手段
  • 4. 光硬化性樹脂を用いる3Dプリンティング
  • 4.1 レーザを用いる大型の自由液面方式液槽光重合法
  • 4.2 下面からレーザ光を照射する規制液面方式と下面から
  •       UV-LEDや紫外線ランプを用いてDLPを用いて光照射する規制液面方式 
  • 4.2.1 レーザ光を利用する下面照射規制液面方式
  • 4.2.2 DLPやLCDを利用する下面照射規制液面方式
  • 4.2.3 光硬化性樹脂の開発動向
  • 4.3 インクジェット方式により光硬化性樹脂を吐出し紫外線ランプにより硬化させて積層する方式(MJT)
  • 5. 造形物の用途とその材料
  • 5.1 自由液面方式VPP造形物の用途と材料
  • 5.2 規制液面方式VPP造形物の用途と材料開発動向
  • 5.3 インクジェットタイプの材料噴射方式の造形機
  • 6. 光硬化性樹脂を利用する新しい造形
  • 6.1 セラミック造形
  • 6.2 ポリテトラフルオロエチレンの造形
  • 6.3 金属造形
  • 7. まとめと今後の展望
  • 第2節 光造形3Dゲルプリンティング技術の開発動向
  • 1. 3D ゲルプリンティング用材料
  • 1.1 光重合開始剤
  • 1.2 光吸収剤
  • 1.3 3D ゲルプリンティングのハードウェア
  • ※目次は一部変更となる場合がございます。予めご了承ください。