ゴム・エラストマー分析の基礎と応用

はじめに


１．ゴム・エラストマー技術概論

　　1.1　ゴム・エラストマーの材料と構造

　　1.2　ゴム・エラストマーのテクノロジー


２．ものづくりのための分析

　　2.1　分析部門の役割と重要性

　　2.2　ゴム・エラストマー分析のニーズと特徴
　　　2.2.1　ゴム・エラストマー分析のニーズと特徴
　　　2.2.2　ゴム・エラストマー分析の特徴

　　2.3　技術開発・トラブル対策のための分析
　　　2.3.1　課題解決型ゴム・エラストマー分析の進め方
　　　2.3.2　材料開発のための分析の進め方
　　　2.3.3　トラブル解析の進め方


３．ゴム・エラストマーの分析技術

　　3.1　組成・微量成分分析
　　　3.1.1　熱重量分析計
　　　3.1.2　蛍光Ｘ線分析装置
　　　3.1.3　誘導結合プラズマ発光分光分析装置
　　　3.1.4　ガスクロマトグラフ
　　　3.1.5　熱分解ガスクロマトグラフ
　　　3.1.6　二段階加熱ガスクロマトグラフ
　　　3.1.7　ヘッドスペースガスクロマトグラフ
　　　3.1.8　高速液体クロマトグラフ
　　　3.1.9　質量分析装置
　　　　　（1）イオン化法
　　　　　（2）質量分析計
　　　　　（3）マススペクトル
　　　3.1.10　複合質量分析計
　　　3.1.11　ゲル浸透クロマトグラフ
　　　3.1.12　イオンクロマトグラフ
　　　3.1.13　超臨界流体クロマトグラフ
　　　3.1.14　有機元素分析装置
　　　3.1.15　硫黄分析計

　　3.2　表面・界面分析
　　　3.2.1　走査型電子顕微鏡
　　　3.2.2　電子線プローブマイクロアナライザー
　　　3.2.3　Ｘ線光電子分光法
　　　3.2.4　飛行時間型２次イオン質量分析
　　　3.2.5　オージェ電子分光装置

　　3.3　形態解析
　　　3.3.1　走査型プローブ顕微鏡
　　　　　（1）ＳＰＭの測定原理
　　　　　（2）測定モード
　　　　　（3）フォースカーブ
　　　3.3.2　透過型電子顕微鏡
　　　　　（1）ＴＥＭの原理
　　　　　（2）元素分析（ＥＤＸとＥＥＬＳ）
　　　　　（3）ＨＡＡＤＦ-ＳＴＥＭ（高角散乱環状暗視野法）
　　　　　（4）３次元ＴＥＭ

　　3.4　分光分析
　　　3.4.1　赤外分光光度計
　　　　　（1）赤外分光の原理
　　　　　（2）フーリエ変換型赤外分光光度計
　　　　　（3）顕微ＦＴＩＲ
　　　3.4.2　ラマン分光光度計
　　　3.4.3　核磁気共鳴装置
　　　　　（1）核磁気共鳴の原理
　　　　　（2）化学シフト
　　　　　（3）ＮＭＲ装置
　　　　　（4）緩和
　　　　　（5）測定方法
　　　　　（6）パルスＮＭＲ
　　　3.4.4　電子スピン共鳴装置

　　3.5　熱分析
　　　3.5.1　熱機械分析装置
　　　3.5.2　ＴＭＡによる架橋形態解析
　　　　　（1）網目鎖密度
　　　　　（2）架橋形態解析
　　　3.5.3　示差熱分析計
　　　3.5.4　示差走査熱量計

　　3.6　Ｘ線分析
　　　3.6.1　Ｘ線回折
　　　　　（1）Ｘ線回折の原理
　　　　　（2）Ｘ線回折の測定方法
　　　　　（3）結晶化度と配向度の測定
　　　3.6.2　小角Ｘ線散乱
　　　3.6.3　Ｘ線吸収微細構造解析


４．ゴム・エラストマー分析技術の応用

　　4.1　組成・分子構造解析
　　　4.1.1　2段階加熱ガスクロマトグラフによるゴムの組成分析
　　　4.1.2　複合装置による分析（ＧＰＣ-ＩＲ,ＬＣ-ＩＲ,ＳＥＣ-ＮＭＲ）
　　　4.1.3　ＨＰＬＣによる遊離硫黄定量
　　　4.1.4　ＰＦＰＤによる硫黄化合物分析
　　　4.1.5　誘導体化反応熱分解ＧＣによるゴム中の添加剤分析
　　　4.1.6　ＰＧＣによるＥＰＤＭ中のジエン成分の定量
　　　4.1.7　ＨＮＢＲの分子構造解析
　　　4.1.8　固体ＮＭＲによる天然ゴムの架橋構造解析
　　　4.1.9　ＸＲＤによる無機充填剤分析

　　4.2　表面分析
　　　4.2.1　ＦＴＩＲによるゴム表面のブルーム物分析
　　　4.2.2　異物分析
　　　4.2.3ＴＯＦ－ＳＩＭＳによる表面汚染分析

　　4.3　劣化解析
　　　4.3.1　ＮＢＲの熱劣化解析
　　　4.3.2　ＮＢＲ製ローラーの酸化劣化解析
　　　4.3.3　酸化開始温度の解析
　　　4.3.4　ＮＢＲおよびＥＰＤＭのオゾン劣化解析
　　　4.3.5　ＥＰＤＭの残留塩素による劣化解析
　　　4.3.6　ウレタンの加水分解
　　　4.3.7　変色現象の解析　
　　　　　（1）酸化防止剤（ＢＨＴ）による変色
　　　　　（2）ウレタン材料の変色
　　　4.3.8　疲労劣化（メカノケミカル反応）
　　　4.3.9　劣化による分子運動性の解析
　　　4.3.10　ワックスブルーム量と加硫ゴムのオゾン劣化解析
　　　4.3.11　架橋構造の修復現象の解析
　　　4.3.12　未加硫ゴム中の水分の影響調査
　　　4.3.13　残存過酸化物によるゴムの劣化解析

　　4.4　深さ方向分析
　　　4.4.1　架橋密度の深さ分布
　　　4.4.2　ＧＣ－ＭＳによる老化防止剤の濃度勾配分析
　　　4.4.3　イメージングＦＴＩＲによる積層材料の層構造分析
　　　4.4.4　斜め切削法による深さ方向分析
　　　4.4.5　誘導体化ＥＰＭＡ法による深さ方向分析
　　　4.4.6　ＥＳＣＡによる深さ方向分析
　　　4.4.7　ＧＣＩＢ-ＴＯＦ－ＳＩＭＳによる深さ分析

　　4.5　相溶性分析
　　　4.5.1　ＳＰＭによるブレンドポリマーの相溶性解析
　　　4.5.2　ＥＦＴＥＭと低加速ＳＥＭによるポリマー接着界面解析
　　　4.5.3　ＴＥＭによるブレンドポリマーの相溶性解析
　　　4.5.4　固体ＮＭＲによるブレンドポリマーの相溶性解析
　　　4.5.5　ＤＳＣによるブレンドポリマーの相溶性解析
　　　4.5.6　ブレンドポリマー中のフィラー分配挙動解析
　　　　　（1）ＰＧＣによるカーボンブラック分配解析
　　　　　（2）ＴＥＭによるカーボンブラック分配解析
　　　　　（3）ＴＥＭによるシリカ分配解析
　　　　　（4）固体ＮＭＲによるカーボンブラック分配分析
　　　4.5.7　ＸＲＤによるクレイシリケート層の分散解析
　　　4.5.8　ＡＦＭによるブレンドポリマー界面解析

　　4.6　ナノ物性解析
　　　4.6.1　コロイドプローブＡＦＭによるポリマーブラシの特性評価
　　　4.6.2　ＡＦＭによるナノ力学物性解析
　　　　　（1）ナノ力学物性マッピング
　　　　　（2）ＪＫＲ理論
　　　　　（3）加硫ＩＲの解析
　　　　　（4）ブレンドゴムの解析
　　　　　（5）伸長ＮＲの解析
　　　　　（6）ナノレオロジー解析
　　　4.6.3　ナノインデンテーションによる力学物性解析
　　　4.6.4　ＡＦＭ-ＩＲとＡＦＭ-ＴＡによる解析
　　　4.6.5　ＡＦＭによる分子１本鎖の運動性解析

　　4.7　３次元構造解析
　　　4.7.1　材料表面の３次元構造解析
　　　　　（1）ＳＰＭによる表面形状解析
　　　　　（2）レーザー顕微鏡による表面形状解析
　　　4.7.2　材料内部の３次元構造解析
　　　　　（1）３ＤＴＥＭによる３次元ミクロ相分離構造解析
　　　　　（2）３ＤＴＥＭによるカーボンブラック凝集構造解析
　　　　　（3）ＦＩＢ-ＳＥＭによる樹脂中粒子の３次元構造解析
　　　　　（4）Ｘ線ＣＴによる３次元構造解析
　　　　　（5）Ｘ線分析顕微鏡による内部構造分析
　　　　　（6）共焦点レーザースキャン顕微鏡による高分子ゲルの３次元構造解析
　　　　　（7）ＮＭＲ顕微鏡によるポリマーアロイの３次元相分離構造解析

　　4.8　ポリマー/フィラー界面解析
　　　4.8.1　ＴＥＭによるバウンドラバー解析
　　　4.8.2　パルスＮＭＲによるバウンドラバー解析
　　　4.8.3　固体ＮＭＲによるバウンドラバーの分子運動性解析
　　　4.8.4　バウンドラバーの界面構造モデル
　　　4.8.5　ＡＦＭによるポリマー/フィラー界面解析
　　　　　（1）ＡＦＭによるカーボンブラック充填ゴムの弾性率分布解析
　　　　　（2）ＡＦＭによる延伸カーボンブラック充填ゴムの応力分布解析
　　　　　（3）ＡＦＭによるマリンス効果の解析
　　　　　（4）ＡＦＭ凝着力測定によるバウンドラバーの解析
　　　　　（5）ＡＦＭによるシリカ／ポリマー界面解析
　　　4.8.6　ＳＰＭによるカーボンブラック近傍の不均一構造解析
　　　4.8.7　ＦＴＩＲ、ＴＥＭ、パルスＮＭＲによるシリカ配合のバウンドラバー生成機構解析
　　　4.8.8　ＥＳＲとＦＴＩＲによるシリカ配合のバウンドラバーの生成機構解析
　　　4.8.9　ＥＦＴＥＭによるシリカ表面に吸着したシランカップリング剤解析
　　　4.8.10　29Ｓi固体ＮＭＲによるシランカップリング剤の反応性解析
　　　4.8.11　イオンクロマトグラフによるシランカップリング剤の反応率解析
　　　4.8.12　シランカップリング剤多分子層の構造解析
　　　4.8.13　和周波発生分光法による固体表面上のポリマーの分子配向解析

　　4.9　接着界面解析
　　　4.9.1　ＴＥＭによるゴムと金属の接着界面解析
　　　4.9.2　ＥＦＴＥＭによるポリマーと樹脂の接着界面解析
　　　4.9.3　ＡＦＭ-ＩＲによる溶着フィルムの接着界面解析

　　4.10　材料・プロセス開発への応用
　　　4.10.1　トチュウエラストマー
　　　4.10.2　バイオプラスチック/ゴム複合材料
　　　4.10.3　セルロースナノファイバーを用いた複合材料
　　　　　（1）セルロースナノファイバーの製法と構造
　　　　　（2）セルロースナノファイバー/ゴム複合材料
　　　　　（3）ＴＥＭＰＯ触媒酸化セルロースナノファイバー/ゴム複合材料
　　　　　（4）セルロースナノファイバー/樹脂複合材料
　　　4.10.4　カーボンナノチューブ/ゴム複合材料
　　　4.10.5　末端変性溶液重合ＳＢＲ
　　　4.10.6　動的架橋エラストマー
　　　　　（1）溶融混練プロセス　
　　　　　（2）ＡＦＭによる動的架橋エラストマーの弾性率分布解析
　　　4.10.7　ゴム/樹脂ナノ分散化複合材料
　　　4.10.8　ゴムのリサイクルプロセスの開発


５．ゴム・エラストマー分析の進化

　　5.1　伸長挙動解析
　　　5.1.1　ＳＰＭによるフィラー挙動解析
　　　5.1.2　ＴＥＭによるポリマー/フィラー挙動解析
　　　5.1.3　伸張による体積変化の解析
　　　5.1.4　伸長ゴム材料の３次元構造解析
　　　5.1.5　ＥＳＲによる分子鎖切断解析
　　　5.1.6　固体ＮＭＲによる分子挙動解析

　　5.2　ゴムの不均一架橋構造
　　　5.2.1　酸化亜鉛と硫黄の反応
　　　5.2.2　マトリックス中の硫黄化合物

　　5.3　放射光と中性子散乱による分析
　　　5.3.1　放射光利用による分析
　　　　　（1）放射光について
　　　　　（2）Ｘ線イメージング法によるゴム中のグラスファイーバー挙動解析
　　　　　（3）Ｘ線イメージング法によるゴムと突起物との接触状態解析
　　　　　（4）Ｘ線ＣＴによる発泡セルの圧縮挙動解析
　　　　　（5）Ｘ線回折による天然ゴムの結晶化解析
　　　　　（6）ＸＡＦＳによる硫黄結合状態解析
　　　　　（7）ＸＡＦＳによるゴムの硫黄架橋反応の解析
　　　　　（8）ＨＡＸ－ＰＥＳによる表面分析
　　　　　（9）ＵＳＡＸＳによる混練過程におけるシリカ凝集構造解析
　　　　　（10）ＵＳＡＸＳによるシリカ充填シリコーンゴムの延伸挙動解析
　　　5.3.2　中性子散乱による分析
　　　　　（1）中性子散乱について
　　　　　（2）小角中性子散乱法によるＩＲ加硫ゴムの不均一架橋構造解析
　　　　　（3）小角中性子散乱法によるＳＢＲ加硫ゴムの不均一架橋構造解析
　　　　　（4）小角中性子散乱法によるシリカ表面のポリマー吸着層の解析
　　　　　（5）ＳＡＸＳ,ＵＳＡＸＳ,ＵＳＡＮＳを用いたゴム中フィラーの階層構造解析