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令和7年7月13日 (日)

🏫 有機工業化学

山形大学  理工学研究科(工学系)  化学・バイオ工学科  波多野豊平

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  1 【音声テスト】 米沢高等工業学校校歌

絶滅寸前!工業化学

無機分野
  1. 👨‍🏫 化学工業
    1. 産業革命(立花)
    2. 工場のしくみ (立花)
    3. 単位操作と化学操作 (立花)
    4. オートメーション品質管理 (立花)
  2. 👨‍🏫 空気―高圧化学とアンモニア―
    1. 窒素・酸素-液化・分留-
    2. アンモニア・硝酸・尿素・硫安
    3. 火薬
  3. 👨‍🏫 海水―製塩とソーダ工業―
  4. 👨‍🏫 鉄鋼―製鉄と石炭―
    1. めっき -トタン、ブリキ-
  5. 👨‍🏫 非鉄金属―アルミニウム、銅、レアメタル―
    1. 表面処理-アルマイト-
  6. 👨‍🏫 窯業―セラミックス、ガラス、セメント―
    1. ノンストイキオメトリー(伊藤)
  7. 👨‍🏫 紙、パルプ、繊維、複合材料
  8. 👨‍🏫 情報と材料―印刷、ディスプレイ、記録―
    1. 半導体、pn接合、前工程、後工程(奧山)
    2. バンド、分子軌道(伊藤)
    3. 印刷とフォトリソグラフィー(立花)
  9. 👨‍🏫 化学工業とエネルギー
    1. 動力- 熱機関モーター(伊藤)
    2. 電池(伊藤)
    3. エネルギー資源スマートグリッド(伊藤)
  10. 👨‍🏫 化学工業と文化
    1. 燃料と火-暖房と照明-
    2. 稲作と水と土器-竈-
    3. たたら製鉄と刃物-木炭-
    4. かな文字と絵文字-和紙と版画と漫画-
有機分野
  1. 👨‍🏫 石油の精製―ガソリン、水素、ナフサ―
    1. 蒸留と精留塔(波多野)
    2. 石油留分の分解-触媒と 排水処理(皆川)
    3. オクタン価と改質(波多野)
    4. ボイラー 排ガス処理(皆川)
  2. 👨‍🏫 石油化学工業
    1. 水素とエネルギー(波多野)
    2. 触媒と反応座標(皆川)
  3. 👨‍🏫 有機高分子化学―プラスチック、ゴム―
    1. プラスチック(波多野)
    2. ゴムとエラストマー(波多野)
    3. 可塑剤(波多野)
  4. 👨‍🏫 石炭と炭素材料
    1. コークス炉と 乾留(波多野)
    2. 炭素材料(伊藤)
  5. 👨‍🏫 色素材料―染料、顔料、塗料―
    1. 染料(波多野)
    2. 顔料(波多野)
    3. 塗料 、インク、ペンキ、接着剤(波多野)
    4. コロイド、レオロジー(伊藤)
  6. 👨‍🏫 生活と化学―油脂、炭水化物、タンパク質―
    1. 油脂(波多野)
    2. 炭水化物-糖、でんぷん、セルロース(波多野)
  7. 👨‍🏫 機能性有機材料
    1. 界面活性剤 (波多野)
    2. 液晶材料(皆川)
    3. 導電性高分子やフォトレジスト(皆川)
    4. 有機エレクトロニクス(皆川)
  8. 👨‍🏫 農薬と肥料
    1. 農薬(波多野)
    2. 肥料(伊藤)
  9. 👨‍🏫 生物化学と材料- 発酵、医薬品、香料-
    1. 発酵(波多野)
    2. 医薬品(波多野)
    3. 香料(波多野)
  10. 👨‍🏫 持続可能な社会と化学工業
    1. サプライチェーン(伊藤)

2. 石油化学工業


化石燃料

  1 炭素資源(化石燃料)
化石燃料 生物 地質年代 場所 特徴
石炭 陸生・水生植物 古生代後期 ・ 🔷 新生代(Cz) 🔷 古第三紀(PG) 水素
石油 小型浮遊性生物・藻類 水素🏞 ガソリン、ガス、灯油、重油
天然ガス

物質資源としての 炭素資源(化石燃料)は、 水素資源であり、 エネルギー資源です。 炭素資源(化石燃料)を原料とする工業化学を 有機工業化学と言います。 原油から 蒸留ガソリンエンジン燃料となるガソリンなどを分離します。

燃料は引火、発火しやすいので 消防法危険物 に指定されるものが多いです。

👨‍🏫 石油の精製―ガソリン、水素、ナフサ― 👨‍🏫 石炭と炭素材料

石油精製工業

  2 石油精製工業
説明 用途
ガス分 メタン、エタン、 水素 アンモニア合成 燃料電池
石油ガス( LPG C1~C4留分、沸点35℃以下
軽質ナフサ C5~C9留分、沸点150℃以下 溶媒 ガソリン 自動車エンジン燃料
重質ナフサ C8~C11留分、沸点180℃以下 接触改質(リホーミング) BTX ガソリン
灯油 C10~C14留分、沸点170℃~250℃ 水素化脱硫 灯油 ファンヒーター、航空機のジェット エンジンの c
軽油 C13~C18留分、沸点240℃~300℃ 軽油脱硫 軽油 ディーゼルエンジン 燃料
重質軽油 C17~C21留分、沸点300℃~350℃ 水素化脱硫 重油、硫黄 重油ブレンド原料
常圧残油 C22~留分、沸点350℃~ 減圧蒸留 溶剤抽出 潤滑油、 ろう アスファルト

油田から採掘された原油は、タンクに備蓄されます。 精留塔分留し、ガソリンや灯油などの 燃料にします。 原油は植物の化石なので、 化石燃料と言われます。 燃焼したあとは、 二酸化炭素として大気中に排出されます。

石油製品中の硫黄は、装置の腐食、悪臭の発生、大気の汚染など悪影響をもたらす。 公害は、 四日市ぜんそくを引き起こした。 *

1 ) 👨‍🏫 四日市公害と環境未来館@三重県四日市 石油化学工業会 👨‍🏫 JPCA 石油化学工業協会

プラスチックの種類と用途

  3 プラスチックの種類と用途
種類 略号 樹脂名 用途
熱可塑性樹脂 PE ポリエチレン 包装材、 石油タンク 、バケツ
PP ポリプロピレン
PVC ポリ塩化ビニル 水道管
PS ポリスチレン CDケース、食品 容器
PET ポリエチレンテレフタラート ペットボトル
PVdC ポリ塩化ビニリデン
PVdF ポリフッ化ビニリデン 2 ) LIB 正極 バインダー
PTFE テフロン™ フライパン
熱硬化性樹脂 FF フェノール樹脂 プリント基板
MF メラミン樹脂 食卓用品
3 )

プラスチック材料は、 非金属材料です。 非金属材料には、ガラスなどの無機高分子材料、やセルロースやたんぱく質など天然高分子材料があります。 エンジニアリングプラスチックとして、導電性高分子などもあります。

フッ素樹脂は、有用な反面、PFASなどフッ素化合物の環境への影響が懸念されるようになりました。

👨‍🏫 有機高分子化学―プラスチック、ゴム―

ゴムの種類と用途

  4 ゴムの種類と用途
略号 ゴム名 用途
天然ゴム
IR イソプレンゴム
BR ブタジエンゴム
SBR スチレンブタジエンゴム LIB 負極 バインダー
NBR アクリロニトリル-ブタジエンゴム O-リング
🔷 ゴムとタイヤの博物館「ブリヂストン TODAY」@東京都小平市 🔷 協和合成株式会社@埼玉県鳩ヶ谷市 👨‍🏫 JSR(株)四日市プラント、(株)イーテック四日市プラント 👨‍🏫 有機高分子化学―プラスチック、ゴム―

3. 石炭化学工業


石炭の乾留

  5 石炭の乾留
説明 用途
石炭ガス 水素 メタン 一酸化炭素 燃料
ガス液 アンモニア 硫安 肥料
ベンゼン
コールタール 軽油 ベンゼン、トルエン、キシレン 溶剤、合成樹脂、合成ゴム、合成繊維
中油
重油
アントラセン油
ピッチ(残渣) カーボン 、ピレン 電極炭素繊維
コークス 石炭コークス炉乾留して得ます。 製鉄 、カーバイト

石炭は、 産業革命のきっかけとなる 蒸気機関燃料 でした 4 ) 。 日本では明治時代から各地で 炭鉱が掘られて、黒いダイヤと呼ばれました。 1954年 に通産省が石炭合理化計画大綱を作成し、 石炭から石油へとエネルギーが変わっていきます 5 ) 。 オーストラリアなどから輸入された石炭は、いまでも 火力発電燃料です。

👨‍🏫 日本のエネルギー革命(昭和30年代)

炭素材料

  6 炭素材料
分類 細目 説明
天然炭素材料 石炭 6 )
天然黒鉛 (グラファイト、石墨 7 ) 鉛筆、 リチウムイオン二次電池負極
合成炭素材料 木炭 木材を乾留して作ります。 たたら製鉄 火薬
コークス 石炭を乾留して作ります。 製鉄の高炉の還元剤と燃料になります。
人造黒鉛 8 ) 石炭を乾留したざさの ピッチ を加熱して合成します。
活性炭
オイルファーネスブラック
気相合成炭素 アセチレンブラック 🧬
カーボンクラスター フラーレン
カーボンナノチューブ(CNT)
カーボンナノホーン(CNH)
無機工業化学 エネルギー変換特論 有機工業化学 m電池 gt原稿2024

黒鉛は、ダイヤモンド、無定形炭素とともに炭素の同素体である 9 ) 。 無定形炭素は、燃えるが、黒鉛は、燃えない。 だから、製鉄の高炉用炉材として使う。 化学的に安定で、耐熱性もあり、潤滑性もあるので、鉄砲の内張にも使われた。

黒鉛は、面内で高い 導電率を示す。 アルミニウム溶融塩電解アノード食塩電解アノードに使われます。

鉄の 融点  Tm はおよそ 1538 °C 。 とても容器が持たない。 だからコークスと混ぜて高炉に入れる。

👨‍🏫 石炭と炭素材料

界面活性剤・分散剤

  7 界面活性剤・分散剤
種類 構造 特徴 用途
アニオン界面活性剤
(陰イオン界面活性剤)
親油性(非極性)のはじっこがアニオンの親水性(極性) 石鹸 親水基がイオン 洗剤
カチオン界面活性剤
親油性(非極性)のはじっこがカチオンの親水性(極性) (陽イオン界面活性剤)
両性界面活性剤
ノニオン界面活性剤
(非イオン界面活性剤)
高級アルコール系 親水基と疎水基のバランスを変える

界面活性剤は、懸濁液などをつくるときに大きな役割を果たします。

HLB、クラフト点、曇り点などが指標として使われます 10 )

油脂や石油から作ります。


色素材料

  8 色素材料
分類 用途 系統
染料 植物性色素 (天然染料 * * 紅花
動物性色素 (天然染料
合成染料
顔料 鉱物性天然色素 炭素 群青( 🏞 アズライト) 緑青(アラカイト)
無機合成色素
有機顔料(合成色素)
そのほか ラムネ色 青磁

顔料は、 可視光 領域に 吸収 波長を持つ 不溶性物質を分散媒に 分散させ、 バインダーなどで ガラスなどの 固体材料に固着させます。 12 ) 13 )


肥料

  9 肥料の三要素と単肥の例
含有成分 元素 単肥の例 原料 特徴
🏞 窒素 硫安(硫酸アンモニウム)・尿素・硝安(硝酸アンモニウム)・塩安(塩化アンモニウム)・石灰窒素 🏞 アンモニア 14 ) 15 ) 16 ) 葉肥 *
リン リン酸カルシウム・過リン酸石灰・ リン酸 果肥
カリウム 硫酸カリウム、塩化カリウム 鉱物 根肥

肥料には、肥料の三要素を一成分含む単肥と、二要素以上含む複合肥料に分けられます。また複合肥料は、配合肥料と化成肥料に分けられます。化成肥料は、肥料の三要素のうち、二要素以上を化学合成で作ったものです 17 )

このように肥料は、工業製品であり、その要素は、材料でもあります。

参考文献


QRコード
https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/Public/53202/52757.asp
名称: 教育用公開ウェブサービス
URL: 🔗 https://edu.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用 山形大学 学術情報基盤センター

🏫 学問の自由 は、心の自由。 大学では、精神は自由であらねばならない。(松木健三)
📆 20250711 リチウムイオン二次電池 東京・きゅりあん
名称:C1ラボラトリー
URL:🔗 https://c1.yz.yamagata-u.ac.jp/
管理運用
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C1ラボラトリー ( 伊藤智博立花和宏 ) @ 米沢

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