図面 (/)

技術 高分子材料表面改質方法

出願人 矢崎総業株式会社
発明者 上林貴洋
出願日 2009年10月14日 (11年2ヶ月経過) 出願番号 2009-237441
公開日 2011年4月28日 (9年7ヶ月経過) 公開番号 2011-084628
状態 未査定
技術分野 高分子成形体の処理 プラズマの発生及び取扱い
主要キーワード 外部エア アクリル系インク 表面処理状態 高分子材料表面 プローブタイプ クラフトテープ 放電部分 放電エネルギ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年4月28日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

処理時間が短く、且つ、対象物との距離が大きくとも高分子材料の表面での極性を付与する官能基が生成されやすい高分子材料表面改質方法を提供する。

解決手段

高分子材料2の表面を加熱処理する工程と、加熱処理された高分子材料2の表面に対して、乾式法である表面改質法を用いてぬれ張力値が大きくなる表面改質を行う工程とを含むことを特徴とする高分子材料表面改質方法。

概要

背景

近年、高分子材料表面接着性染色性濡れ性等の特長を付与することが強く望まれており、高分子材料表面改質法に関する研究が数多くなされている。高分子材料の表面改質技術には、高分子材料中添加剤を添加してその表面拡散によって高分子表面改質高分子の内部から行う方法と、物理的な表面改質化学的な表面改質、薄膜形成による表面改質等、高分子の外部から行う方法がある。外部から行う表面改質法については溶液を塗布するなどして使用する湿式法と溶液を使用しない乾式法分類することができる。

湿式法で高分子材料の表面改質を行う場合、プライマー処理等が採用されている。プライマー処理とは、被着材表面の接着性を改善するために低粘度の液体を塗布し、その上に接着剤を塗布して被着材と接着剤の接着性を改善するための処理である。したがって、湿式法のプライマーに求められる特性として、被着材と接着剤両者に親和性を持つものでなければならない。

乾式法で高分子材料の表面改質を行う場合、プラズマ処理紫外線(UV)照射処理フレーム処理コロナ処理等が採用されている。プラズマ処理とは、プラズマ中に存在するイオンラジカルによって高分子材料の表面を改質する処理である。UV照射処理とは、高分子材料にUVを照射することによって高分子材料の表面を活性化させる処理である。フレーム処理とは、高分子材料の表面をガスバーナーの炎により酸化する方法で、2000〜5000℃のバーナーの炎を当てて−COOH基や−OH基等を生成させることにより、接着性を向上させる処理である。コロナ処理とは、コロナ放電現象を起こすことで、高分子材料の表面が放電エネルギを受けて表面エネルギが高くなり活性化される処理である。

乾式法において、工業的にはコロナ処理が最も一般的に行われている。コロナ処理では、例えば、高分子材料の表面が水に濡れるレベルとしての73mN/mを得るために、処理時間を長くする、もしくは、放電部分対象物との距離を短くすることで対応してきている。しかしながら、コロナ処理をする際の放電部分の温度は、部分的に数百度に達するため、高分子材料の表面が焼損することがある(例えば、特許文献1参照。)。

概要

処理時間が短く、且つ、対象物との距離が大きくとも高分子材料の表面での極性を付与する官能基が生成されやすい高分子材料表面改質方法を提供する。高分子材料2の表面を加熱処理する工程と、加熱処理された高分子材料2の表面に対して、乾式法である表面改質法を用いてぬれ張力値が大きくなる表面改質を行う工程とを含むことを特徴とする高分子材料表面改質方法。

目的

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、処理時間が短く、且つ、対象物との距離が大きくとも高分子材料の表面での極性を付与する官能基が生成されやすい高分子材料表面改質方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

高分子材料の表面に水分子を付着させる工程と、前記水分子が付着した前記高分子材料の表面に対して、乾式法である表面改質法を用いてぬれ張力値が大きくなる表面改質を行う工程とを含むことを特徴とする高分子材料表面改質方法

請求項2

前記表面改質を行う工程は、前記高分子材料の表面に極性を付与する官能基を生成することを特徴とする請求項1に記載の高分子材料表面改質方法。

技術分野

0001

本発明は、高分子材料表面改質に関し、特に、乾式法において表面改質を向上させる高分子材料表面改質方法に関する。

背景技術

0002

近年、高分子材料表面接着性染色性濡れ性等の特長を付与することが強く望まれており、高分子材料の表面改質法に関する研究が数多くなされている。高分子材料の表面改質技術には、高分子材料中添加剤を添加してその表面拡散によって高分子表面改質高分子の内部から行う方法と、物理的な表面改質、化学的な表面改質、薄膜形成による表面改質等、高分子の外部から行う方法がある。外部から行う表面改質法については溶液を塗布するなどして使用する湿式法と溶液を使用しない乾式法に分類することができる。

0003

湿式法で高分子材料の表面改質を行う場合、プライマー処理等が採用されている。プライマー処理とは、被着材表面の接着性を改善するために低粘度の液体を塗布し、その上に接着剤を塗布して被着材と接着剤の接着性を改善するための処理である。したがって、湿式法のプライマーに求められる特性として、被着材と接着剤両者に親和性を持つものでなければならない。

0004

乾式法で高分子材料の表面改質を行う場合、プラズマ処理紫外線(UV)照射処理フレーム処理コロナ処理等が採用されている。プラズマ処理とは、プラズマ中に存在するイオンラジカルによって高分子材料の表面を改質する処理である。UV照射処理とは、高分子材料にUVを照射することによって高分子材料の表面を活性化させる処理である。フレーム処理とは、高分子材料の表面をガスバーナーの炎により酸化する方法で、2000〜5000℃のバーナーの炎を当てて−COOH基や−OH基等を生成させることにより、接着性を向上させる処理である。コロナ処理とは、コロナ放電現象を起こすことで、高分子材料の表面が放電エネルギを受けて表面エネルギが高くなり活性化される処理である。

0005

乾式法において、工業的にはコロナ処理が最も一般的に行われている。コロナ処理では、例えば、高分子材料の表面が水に濡れるレベルとしての73mN/mを得るために、処理時間を長くする、もしくは、放電部分対象物との距離を短くすることで対応してきている。しかしながら、コロナ処理をする際の放電部分の温度は、部分的に数百度に達するため、高分子材料の表面が焼損することがある(例えば、特許文献1参照。)。

先行技術

0006

特開平1−127315号公報

発明が解決しようとする課題

0007

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、処理時間が短く、且つ、対象物との距離が大きくとも高分子材料の表面での極性を付与する官能基が生成されやすい高分子材料表面改質方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本願発明の一態様によれば、高分子材料の表面に水分子を付着させる工程と、水分子が付着した高分子材料の表面に対して、乾式法である表面改質法を用いてぬれ張力値が大きくなる表面改質を行う工程とを含む高分子材料表面改質方法であることを要旨とする。

発明の効果

0009

本発明によれば、処理時間が短く、且つ、対象物との距離が大きくとも高分子材料の表面での極性を付与する官能基が生成されやすい高分子材料表面改質方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の実施の形態に係る高分子材料表面改質方法の工程を示す模式的断面図である。
本発明の実施の形態に係る高分子材料表面改質方法における表面改質処理を示す模式的断面図である。
表面処理状態数値化と接着性との関係を示す参考グラフである。

実施例

0011

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

0012

(実施の形態)
本発明の実施の形態に係る高分子材料表面改質方法は、図1(a)に示すように、高分子材料2の表面に水分子を付着させる工程と、図1(c)に示すように、水分子が付着した高分子材料2の表面に対して、乾式法である表面改質法を用いてぬれ張力値が大きくなる表面改質を行う工程とを含む。乾式法である表面改質法としては、プラズマ処理、紫外線(UV)照射処理、フレーム処理、コロナ処理等を採用することができる。

0013

高分子材料2は、ポリオレフィン等である。ポリオレフィンとしては、ポリエチレンポリプロピレン等のα−オレフィン単独重合体エチレン−プロピレン共重合体等のα−オレフィン同士の共重合体エチレン酢酸ビニル共重合体等のα−オレフィンと共重合可能なα−オレフィン以外の単量体とα−オレフィンとの共重合体、これらの混合物等を挙げることができる。α−オレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン等がある。α−オレフィンと共重合可能なα−オレフィン以外の単量体としては、例えば、酢酸ビニルマレイン酸ビニルアルコールメタクリル酸メタクリル酸メチルメタクリル酸エチル等がある。これらは、それぞれ、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。

0014

また、高分子材料2は、単層フィルムであってもよく、性質の異なる2種類以上のフィルムを積層した積層フィルムであってもよい。高分子材料2に積層フィルムを採用する場合、各層を形成するフィルムは、要求性能に応じて種々の組合せが用いられる。

0015

高分子材料2の表面に水分子を付着させる工程には、図1(a)に示すように、高分子材料2を収納可能な水槽3が用いられる。水槽3には、高分子材料2が浸る程度に水分子(H2O)を有する液体4が満たされている。

0016

高分子材料2の表面改質を行う工程には、対象物を乾式法の表面改質法により表面改質を行う表面改質装置1が用いられる。表面改質装置1としては、例えば、図1(c)に示すようなプローブタイプの表面改質装置がある。プローブタイプの表面改質装置は、外部エアー又はエアーポンプ等でプローブ電極10a,10b間に空気を送り込み、図2に示すように、プローブ電極10a,10b間に高電圧をかけ、プローブ電極10a,10b間にある空気の絶縁破壊を起こして原子分子電子、イオンを生成し、それらの衝突により発生する青白い光を伴う放電現象を起こす。放電現象が起きることで、高分子材料2の表面は、放電エネルギを受けて表面エネルギが高くなり、活性化される。

0017

以下に実施の形態に係る高分子材料表面改質方法の実施例を示す。

0018

(イ)まず、水分子を有する液体4で満たされた水槽3に高分子材料2を投入し、浸漬する。高分子材料2は、液体4で1時間程度浸漬する。

0019

(ロ)次に、図1(b)に示すように、高分子材料2を水槽3から取り出し、高分子材料2に付着した液体4を軽く拭き取る。このとき、高分子材料2の表面には、水分子が残存するように、液体4を拭き取る。そして、表面に水分子が付着している高分子材料2を表面改質装置1へ移送する。

0020

(ハ)次に、表面改質装置1に移送した高分子材料2は、図1(c)に示すように、プローブ電極10a,10bと高分子材料2の表面との距離を5mmに保ち、表面改質装置1をコロナ放電させ、高分子材料2の表面改質を行う。表面改質装置1によって高分子材料2の表面改質を行う処理時間は、0.5秒とする。

0021

(ニ)次に、高分子材料2のぬれ張力値をぬれ張力試験法(JIS K6768)で計測する。表面改質を行っていない高分子材料2(例えば、電線被覆で使用されるポリエチレン)のぬれ張力値は、ぬれ張力試験法によって計測したところ、30mN/mであった。また、高分子材料2を水槽3から取り出し、高分子材料2に付着した液体4を軽く拭き取った後のぬれ張力値は、34mN/mであった。そして、水分子が付着している状態で上記の条件で表面改質処理を行った高分子材料2の表面のぬれ張力値は、73mN/mであった。

0022

(ホ)次に、水分子が付着している状態で表面改質処理を行った高分子材料2の表面にアクリル系インクで着色を行い、インク乾燥後、クラフトテープを用いてインク部分はがれを評価する。インク部分のはがれの評価結果としては、表面改質を行っていない高分子材料2ではインクは剥がれ、水分子が付着している状態で表面改質処理を行った高分子材料2ではインクは剥がれなかった。

0023

ぬれ張力値とインクの剥がれ量に関する参考のグラフを図3に示す。図3のグラフに示す上面とは、サンプル(電線)の表面改質装置1によって直接表面改質が行われる側であり、下面とは、サンプルの直接表面改質が行われる側の裏面である。図3のグラフより、上面及び下面の剥がれ面積比が共に30%以下の目標値となるためには、ぬれ張力値が70mN/m以上であれば達成することができる。

0024

上述したように、表面改質を行っていない高分子材料2(例えば、ポリオレフィン)に対し着色を行った場合では、着色に用いたインクがすぐに剥離してしまう。一方、実施の形態に係る高分子材料表面改質方法を施した場合では、着色に用いたインクの剥離が減少させることができ、接着性を向上させることができた。これは、表面改質を行っていない高分子材料2では高分子材料2の表面において接着(着色)に寄与する極性が乏しいためであり、実施の形態に係る高分子材料表面改質方法を施した高分子材料2では高分子材料2の表面において極性が十分であるということになる。つまり、実施の形態に係る高分子材料表面改質方法は、高分子材料2の表面に十分な極性を付与することができる。

0025

本発明の実施の形態に係る高分子材料表面改質方法による、高分子材料2の表面改質を行うことにより、高分子材料2の表面に極性を付与する仕組みについて説明する。高分子材料2の表面に極性を付与するというのは、例えば、図2点線で囲んだ拡大部に示すように、空気中の酸素(O2)を酸素ラジカル及び酸素プラズマ等の反応性の高い状態にすることで、高分子材料2と反応させ、高分子材料2の表面にヒドロキシル基(−OH)、カルボニル基(>C=O)、及び炭酸基(CO3)等の官能基を生成することである。そして、高分子材料2の表面に極性を付与することで、高分子材料2は、接着性、染色性、濡れ性等の特徴が付与される。

0026

表面改質処理を更に進めると、高分子材料2の表面にヒドロキシル基、カルボニル基等
だけでなく、炭酸基の比率が増加する。炭酸基は、立体構造であるために、ヒドロキシル基及びカルボニル基よりもバインダーとの結合性優位となり、接着性、染色性、濡れ性等の特徴が更に付与される。

0027

また、本発明の実施の形態に係る高分子材料表面改質方法によれば、水分子が付着している状態で表面改質処理を行うことで、官能基として考えられるヒドロキシル基を持つ物質を対象物の周囲に置いておくことができ、高分子材料2自体を反応しやすい状態にすることができるので、表面改質の処理時間を短く且つ、対象物との距離が大きくとも極性を付与する官能基を生成することができる。

0028

また、本発明の実施の形態に係る高分子材料表面改質方法によれば、ガスボンベ等を別途は位置する必要もなく費用を抑えることができる。

0029

(比較例)
高分子材料2を表面処理装置に配置する。そして、実施の形態に係る高分子材料表面改質方法の実施例と同様な表面改質条件で表面改質を行う。具体的には、表面改質装置1に配置した高分子材料2は、プローブ電極10a,10bと高分子材料2の表面との距離を5mmに保ち、表面改質装置1をコロナ放電させ、高分子材料2の表面改質を行う。表面改質装置1によって高分子材料2の表面改質を行う処理時間は、0.5秒とする。

0030

水分子が付着していない状態で表面改質処理を行った結果、高分子材料2の表面のぬれ張力値は、65mN/mであった。高分子材料2の表面のぬれ張力値を73mN/mまで持って行くためには、処理時間が1秒程度かかった。

0031

したがって、水分子が付着していない状態で高分子材料2の表面のぬれ張力値を所望の値まで持っていくためには、処理時間を長くしなければならない。

0032

(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

0033

例えば、実施の形態における高分子材料表面改質方法では、高分子材料2の表面に水分子を付着させる工程として、水分子を有する液体4で満たされた水槽3に高分子材料2を投入して浸漬する方法を記載したが、この方法に限定されず、加湿する等により水蒸気を発生させて高分子材料2の表面に水分子を付着させる方法を採用することもできる。

0034

また、実施の形態における高分子材料表面改質方法では、表面改質法として乾式法であるコロナ処理を用いる方法を記載したが、コロナ処理に限られない。表面改質法として、例えば、他の乾式法であるプラズマ処理、UV照射処理、フレーム処理等を採用して、高分子材料2の表面改質を行っても構わない。

0035

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。

0036

1…表面改質装置
2…高分子材料
3…水槽
4…液体
10a,10b…プローブ電極

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 東京エレクトロン株式会社の「 基板処理方法及び基板処理装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】マスクの開口部を閉塞させずに、マスクの下地膜をシュリンクさせる。【解決手段】シリコン含有膜である第1の膜と、前記第1の膜の上に形成され、第2の開口部を有する第2の膜とを有する基板を準備する工程... 詳細

  • 株式会社アルバックの「 プラズマ処理装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】移動自在なプラズマ電極に対し常時安定して電力供給されるようにしたプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】真空チャンバ1と、真空チャンバの壁面14に沿って配置されるプラズマ電極4と、プラズマ電極... 詳細

  • 日本電産株式会社の「 プラズマ処理装置」が 公開されました。( 2020/10/29)

    【課題】ワークをステージに適切にセットしてプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置の提供。【解決手段】ステージ1に載置されたワーク200をプラズマ処理するプラズマ処理装置100であって、ワーク2... 詳細

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ