JP2000071360A - 多機能材およびその製造方法 - Google Patents

多機能材およびその製造方法

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JP2000071360A
JP2000071360A JP10265739A JP26573998A JP2000071360A JP 2000071360 A JP2000071360 A JP 2000071360A JP 10265739 A JP10265739 A JP 10265739A JP 26573998 A JP26573998 A JP 26573998A JP 2000071360 A JP2000071360 A JP 2000071360A
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JP10265739A
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Tomoaki Morikawa
智章 森川
Sadataka Mayumi
禎隆 真弓
Yoshiyuki Nakanishi
義行 中西
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Toto Ltd
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Toto Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光触媒材を有する膜の製造方法の一つとし
て、光触媒材を含有した塗料を基材に塗布し固定化する
方法があるが、光触媒材と塗料を混合する際、光触媒材
と塗料の相溶性の問題により瞬間的あるいは経時的に光
触媒材が凝集しやすく安定性に問題がある。また、塗膜
にした場合、光触媒が塗料中に埋もれて光触媒活性が低
くなりやすく、その活性を高めるために光触媒含有量を
増やすことによって下層との密着性や膜強度が劣る問題
や光沢度の低下、黄色化などの意匠性の問題がある。 【解決手段】 バインダー層と機能材をそれぞれ別々に
コートし、傾斜的に表面層に機能材を固定化した膜を作
製する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、機能膜特に、抗
菌、防汚、親水化、有害物質分解等の光触媒機能膜を有
する多機能材およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、生活排水や産業廃水等による水質
汚染、悪臭や居住空間や作業空間での菌やカビによる汚
染等の環境汚染が進み、社会問題となっている。そこ
で、光を照射することによって、菌やカビ、悪臭成分等
の有害物質の酸化分解機能や表面親水化による防汚機能
を発揮する光触媒機能材、塵や浮遊菌などを付着しにく
くするための帯電防止、導電機能材、塗料や接着剤から
発生する揮発性有機物質を吸収する吸着材、空間の湿度
を調整してカビやダニの発生を抑える調湿材など様々な
機能材が注目されている。
【0003】この機能材を有する膜の製造方法の一つと
して、機能材を含有したバインダーを基材に塗布し固定
化する方法があるが、機能材とバインダーを混合する
際、機能材とバインダーの相溶性の問題により瞬間的あ
るいは経時的に機能材が凝集しやすく安定性に問題があ
る。また、塗膜にした場合、機能材がバインダー中に埋
もれて機能性が低くなりやすく、その活性を高めるため
に機能材含有量を増やすことによって下層との密着性や
膜強度が劣る問題や光沢度の低下、黄色化などの意匠性
の問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術の
欠点を解決するためになされたもので、本発明の目的
は、機能材とバインダーの相溶性の問題や基材との密着
性、機能活性、意匠性の問題を全て解決し、様々な基材
および塗膜上に下層の特性を損なわず、高機能、高耐久
の機能性膜を有する多機能材およびその製造方法を提供
することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、多機能材は、機能材の各微粒子が微視的に配列され
た光触媒機能膜を基材表面に有することを特徴とする。
多機能材の製造方法は、基材表面に硬化性バインダー層
をコートし、該バインダー層の最表面を傾斜固化した状
態で前記機能材をコートし、該バインダー層全体を固化
して該機能材を表面に微視的に固定化することを特徴と
する。
【0006】多機能材の製造方法は、基材表面を活性化
処理した後、該基材表面に硬化性バインダー層をコート
し、該バインダー層の最表面を傾斜固化した状態で前記
機能材をコートし、該バインダー層全体を固化して該機
能材を微視的に固定化することを特徴とする。基材最表
面の傾斜固化は、風、熱、光のいずれか一つ以上を用
い、該バインダー最表面側から一方的に付与することを
特徴とする多機能材の製造方法において、機能材が分散
している溶媒の大部分が基材に塗着するまでに気化する
コート方法であることを特徴とする。
【0007】多機能材の製造方法において、硬化性バイ
ンダーをコートする工程、該バインダー層の最表面だけ
を傾斜的に制御固化する工程、該バインダー層の最表面
に前記機能材をコートする工程、該バインダー層の全体
を固化する工程を含み連続して行うことを特徴とする。
硬化性バインダーをコートする工程の前工程として前記
基材表面を活性化する工程を行うことを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図に基
づき説明する。図1、2は本発明の実施形態に係る多機
能材の構成を示す断面図である。図1は、基材1の表面
を硬化性バインダー層2が覆い、その表面に機能材3が
露出する形で固定化されている。図2は、基材1の表面
を硬化性バインダー層2が覆い、その表面に光触媒材4
と金属酸化物5が露出する形で固定化されている。図
3、4は本発明の実施形態に係る多機能材の構成を示す
平面図である。図3は、機能材3が表層を密に覆ってい
る状態である。図4は、機能材3がバインダー表層を疎
に覆っており、バインダー層の一部が露出している。
【0009】基材1として、窯業系無機質板、金属、プ
ラスチック、木材、セラミック、ガラス、タイル、衛生
陶器およびその表面に塗膜やフィルムなどの化粧層や保
護層を設けたものである。前記基材1は、場合によっ
て、脱脂処理、除塵処理等の表面洗浄を行うことが好ま
しい。
【0010】硬化性バインダー層2は、液状バインダー
が、熱、光、水分、触媒、乾燥、電子線によって硬化し
たものである。塗膜として、例えば、抗菌、防かび、防
藻、消臭、脱臭、耐酸性雨、船底防汚、貼り紙防止、耐
擦傷、自己復元、高輝度、高硬度、撥油、着氷防止、落
書き防止、防音、制振、撥水、親水、蛍光、蓄光、断
熱、耐火、防炎性、耐熱、帯電防止、電波吸収、電磁波
シールド、導電等の機能を少なくとも一つ以上有するこ
とが好ましい。特に抗菌、防かび、防藻、消臭、脱臭、
耐酸性雨、貼り紙防止、耐擦傷、高硬度、撥油、着氷防
止、落書き防止、撥水、親水、帯電防止、導電等の表面
機能性を有する塗料がより好ましい。これは、図3、4
に示すように微視的に配置された機能材の分布密度を調
整することによって、下層であるバインダー層の表面特
性を活かすことができるからである(図4)。
【0011】機能材3は、力学的特性、電気的特性、光
学的特性、磁性特性などを有し、好適には100nm以
下の微粒子である。具体的には、光を照射することによ
って、菌やカビ、悪臭成分等の有害物質の酸化分解機能
や表面親水化による防汚機能を発揮する光触媒機能材、
塵や浮遊菌などを付着しにくくするための帯電防止、導
電機能材、塗料や接着剤から発生する揮発性有機物質を
吸収する吸着材、空間の湿度を調整してカビやダニの発
生を抑える調湿材など様々な特性をもった機能材が挙げ
られる。
【0012】光触媒機能材4は、酸化チタン、酸化亜
鉛、酸化錫、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステ
ン、酸化ビスマス、酸化鉄の中から少なくとも一つ以上
を含む微粒子である。光触媒機能材の一次粒径は15n
m以下、より好ましくは10nm以下が良い。15nm
を超えると形成した膜の光沢が低下し意匠性を悪くした
り、表面凹凸が大きくなり防汚性を悪くし良くない。溶
媒中での分散も悪くなり良くない。
【0013】光触媒機能材4に金属が担持されていても
よい。担持される金属は、光触媒の活性を向上させるも
のであれば良い。例えば、銅、銀、亜鉛、バナジウム、
タングステン、白金、ニオブ、アンチモン、タンタル、
砒素、クロム、鉄、マンガン、コバルト、ニッケル等が
挙げられ、一種または二種以上でも良い。
【0014】光触媒機能膜に金属または金属酸化物5が
混合されていてもよい。混合される金属または金属酸化
物5は機能を付与もしくは向上させるものであればよ
い。例えば、膜強度の向上として珪素、ジルコニウム、
アルミニウムなど、親水性の向上として珪素、アルミニ
ウムなど、帯電防止、導電機能付与として、アンチモ
ン、錫などの金属または金属酸化物が挙げられる。金属
または金属酸化物は一種でも二種以上でも良いし、吸着
機能や調湿機能をもつ複合金属酸化物や金属酸化物焼結
体でも良い。
【0015】本発明の多機能材の製造方法は、基材1表
面に硬化性バインダー層2をコートし、該バインダー層
の最表面を傾斜固化した状態で前記機能材3をコート
し、該バインダー層全体を固化して該機能材3を微視的
に固定化することを特徴としている。
【0016】硬化性バインダーのコート方法は、エアレ
ススプレー、エアスプレー、フローコート、ディップ、
ロール等の各種コート方法を使用でき特に限定しない。
バインダー中の固形分濃度は、溶媒によって適宜に希釈
すればよいが、可能な限り高濃度にしたほうが好まし
い。これは、次工程での発泡などによる外観不良や溶媒
蒸発による環境汚染を押さえることができるからであ
る。バインダー層の膜厚は、外観不良の発生を押さえる
ことから50μm以下が好ましく、25μm以下がより
好ましいが、特に限定するものではない。
【0017】バインダー層の最表面を傾斜的に制御固化
する方法は、風、熱、光のいずれか一つ以上を用い、最
表面側から一方的に与えることを特徴とする。バインダ
ー内部から最表面にかけて、最表面が最も固化が進んだ
傾斜状態をつくる。例えば、熱風をバインダー表面温度
がガラス転移点温度以下になるように、最表面側から一
方的に吹きかける。風速は10m/秒以下が好ましく、
5m/秒以下がより好ましい。バインダー表面温度がガ
ラス転移点温度を越えたり、風速が10m/秒を越える
と発泡による外観不良や内部まで固化が進み、機能材が
バインダー層中に埋設されず密着性しないなどの問題が
発生する。このように最表面だけを固化し、内部を固化
させないことにより、機能材をコートする際の最表面層
での相溶不良によるゲル化を防止し、その後のバインダ
ー層全体の固化段階における内部対流現象を利用して機
能材の一部をバインダー層中に沈み込ませ固定化するこ
とができる。
【0018】バインダー層の最表面に機能材をコートす
る方法は、機能材を沸点80℃以下の溶剤を80%以上
含む低沸点溶媒に分散させ、コートすることによって、
機能材が分散している溶媒の大部分がバインダー表面に
塗着するまでに気化することを特徴とする。低沸点溶剤
の成分として、メタノール、エタノールが好ましい。ま
た、瞬間減圧することによって、瞬間的に沸点を下げた
状態でコートする方法もある。コーティング装置とし
て、均一に微粒状態で塗布できるものが良い。例えば、
エアスプレー、化学蒸着等が良い。エアスプレーにおい
て、霧化エア圧を好ましくは3kg/cm2以上、より
好ましくは4kg/cm2以上とし、塗着量は200m
g/m2以下、より好ましくは100mg/m2以下にす
ることにより、均一で微粒の塗布物が得られる。こうし
て、バインダー層上にコートする際の相溶不良によるゲ
ル化を防ぎ、且つ均一で微視的に配列コートすることが
できる。反対に、上記条件範囲を外れると、気化しない
溶媒によるゲル化や機能材がバインダー層中に完全に埋
もれてしまい機能性が小さくなるなどの問題が発生す
る。機能材の溶媒中の固形分濃度は、好ましくは1重量
%以下、より好ましくは0.5重量%以下にするのがよ
い。これは、膜にした場合の下層の意匠性を損ねない透
明で平滑な膜を得るためである。
【0019】金属または金属酸化物を混合した機能膜の
作製方法において、金属または金属酸化物を機能材と混
合し分散液として一度に上記コートしても良いし、金属
または金属酸化物と機能材をそれぞれ別々の分散液を作
製して、多層コートしても良い。バインダー層全体を固
化する方法は、熱、光、水分、触媒、乾燥、電子線によ
って完全固化される。発砲などの膜欠陥が出ないように
条件等適宜行う。
【0020】図5に多機能材の製造工程を示す。この製
造工程は、表面を改質する工程5、バインダーをコート
する工程6、バインダー層の最表面を傾斜的に制御固化
する工程7、バインダー層の最表面に前記機能材をコー
トする工程8、バインダー層の全体を固化する工程9か
らなっており、連続配置されている。
【0021】表面を改質する工程5として、基材1とバ
インダー層2の密着性を向上させる目的のために、基材
1表面を活性化処理する。例えば、コロナ放電処理、プ
ラズマ処理、オゾン処理、サンディング処理等の表面改
質処理を行う。密着性が確保できれば、この工程は省く
ことができる。また、表面を低架橋型ウレタン塗装など
の未反応高活性官能基を持ったプライマーの塗装処理を
行い、基材表面の活性化を行ってもよい。高活性官能基
として、水酸基、アミノ基、グリシド基、イソシアネー
ト基などの極性基や多重結合基をもつものが挙げられ
る。
【0022】上記に示した工程を連続的に行うことによ
って、本発明の多機能材を製造することができる。ま
た、基材の既存製造ラインに上記工程を組み込むことに
よって、素板形成から一貫した製造ラインによって上記
多機能材を製造することができる。
【0023】(実施例1)低架橋型ウレタン塗膜が施さ
れた化粧ケイ酸カルシウム板を基材とした。撥油性を付
与したウレタン架橋型塗料をキシレン主剤の溶剤で適宜
希釈したものをバインダーとした。一方、銅を混合した
(Cu/Ti=1/120)アナターゼ型酸化チタンゾ
ルをメタノールとエタノールの混合溶媒(メタノール/
エタノール=6/4)で固形分濃度を0.5%まで希釈
し、光触媒分散液とした。脱脂洗浄した前記基材上に、
フローコーターを用い、前記バインダーをコートし、8
0℃、4m/秒の熱風を2分間、前記基材上面から吹き
付け、バインダー最表層を制御固化した。次いで前記光
触媒分散液をエアスプレーでエア圧やノズル高さを適宜
設定し、20mg/m2の塗着量になるように塗布し
た。その後120℃の雰囲気の乾燥機で前記バインダー
を20分間固化させ、膜厚20μmの光触媒材が固定化
された光触媒機能膜を得た。こうして出来上がった多機
能材は、抗菌性、脱臭性、防汚性、親水性などの光触媒
機能を有し、さらにバインダー特性である撥油性機能も
有するものであった。また、基材表面上に形成された光
触媒機能膜は、透明で密着性に優れたものであり、意匠
性、耐油汚れ、耐薬品性に優れる強固なものであった。
【0024】(実施例2)UV塗膜が施されたケイ酸カ
ルシウム板を基材とした。ハードコート材として使用さ
れるポリシロキサン樹脂系塗料をイソプロパノールで適
宜希釈したものをバインダーとした。一方、酸化アンチ
モン−酸化錫ゾルをメタノール溶媒で固形分濃度を1.
0%まで希釈し、帯電防止機能材分散液とした。前記基
材を脱脂処理した後、コロナ放電処理を行った。次いで
基材上に、低圧霧化エアスプレーを用い、前記バインダ
ーを塗布し、80℃、4m/秒の熱風を2分間、前記基
材上面から吹き付け、バインダー最表層を制御固化し
た。次いで前記帯電防止機能材液をエアスプレーでエア
圧やノズル高さを適宜設定し、200mg/m2の塗着
量になるようにコートした。その後150℃の雰囲気の
乾燥機で前記バインダーを30分間固化させ、膜厚10
μmの帯電防止機能材が固定化された機能膜を得た。こ
うして出来上がった多機能材は、面抵抗値107Ωの帯
電防止性を有し、さらにバインダー特性である高硬度、
高耐久性機能も有するものであった。また、基材表面上
に形成された光触媒機能膜は、透明で密着性に優れたも
のであり、意匠性、耐摩耗性、耐擦傷性に優れる強固な
ものであった。
【0025】(実施例3)サンディング処理したアクリ
ル板を基材とした。ハードコートとして使用される溶剤
型紫外線硬化塗料をバインダーとした。一方、酸化チタ
ンゾル中へ銀イオンを混合し(Ag/Ti=1/10
0)、1mW/cm2の紫外線を4時間照射し銀を酸化
チタンに担持させた。この酸化チタンゾルをエタノール
溶媒でTiO2の固形分濃度を0.5%まで希釈し、光
触媒分散液とした。前記基材上に、スピンコ−ターを用
い、前記バインダーをコートし、0.36Jの紫外線を
照射し、バインダー最表層を制御固化した。次いで前記
光触媒分散液をエアスプレーでエア圧やノズル高さを適
宜設定し、20mg/m2の塗着量になるようにコート
した。その後、高圧水銀ランプを照射して固化させ、膜
厚5μmの光触媒材が固定化された光触媒機能膜を得
た。こうして出来上がった多機能材は、抗菌性、脱臭
性、防汚性、親水性などの光触媒機能を有し、さらにバ
インダー特性である高硬度、平滑性機能も有するもので
あった。また、基材表面上に形成された光触媒機能膜
は、透明で密着性に優れたものであり、意匠性、耐摩耗
性、耐薬品性に優れる強固なものであった。
【0026】(実施例4)脱脂したガラス板を基材とし
た。有機変性ポリシロキサン樹脂塗料をバインダーとし
た。一方、アナターゼ型酸化チタンゾルと酸化アルミニ
ウムゾルを混合し、メタノール溶媒で酸化チタンの固形
分濃度を0.3%(Al23/TiO2=1/10)ま
で希釈し、光触媒分散液とした。前記基材上に、ディッ
プ法を用い、前記バインダーをコートし、50℃、1m
/秒の熱風を5分間、前記基材上面から吹き付け、バイ
ンダー最表層を制御固化した。次いで前記光触媒分散液
をエアスプレーでエア圧やノズル高さを適宜設定し、1
0mg/m2の塗着量になるようにコートした。その後
150℃の雰囲気の乾燥機で前記バインダーを30分間
固化させ、膜厚1μmの光触媒材が固定化された光触媒
機能膜を得た。こうして出来上がった多機能材は、抗菌
性、脱臭性、防汚性、親水性などの光触媒機能を有し、
さらにバインダー特性である高耐久性を有するものであ
った。また、基材表面上に形成された光触媒機能膜は、
透明で密着性に優れたものであり、意匠性、耐摩耗性、
耐薬品性に優れる強固なものであった。
【0027】(比較例1)実施例1において、バインダ
ーと酸化チタンゾルを混合したが、溶液中で瞬間的にゲ
ル化していまい、コートするに至らなかった。 (比較例2)バインダーをコートし、バインダー(ガラ
ス転移点温度82℃)表面温度を90℃になるように加
熱しバインダー最表層を固化した以外は、実施例1同様
に行った。こうして出来上がった光触媒膜は指で触ると
簡単に剥離し、抗菌性、脱臭性を示さなかった。 (比較例3)酸化チタンゾルを水に分散させた以外は、
実施例1同様に行った。該光触媒分散液をコートする
と、バインダー最表面で相溶性不良によると見られるゲ
ル化を引き起こし、光沢低下による意匠性、リフティン
グによる密着性不良が発生した。 (比較例4)コロナ放電処理を行わなかった以外は、実
施例2同様に行った。こうして得られた光触媒機能膜
は、碁盤目テープ剥離試験において、密着性不良による
剥離を生じた。
【0028】
【発明の効果】本発明によって、機能材とバインダーの
相溶性の問題や基材との密着性、機能活性、意匠性の問
題を全て解決し、様々な基材および塗膜上に下層の特性
を損なわず、高機能、高耐久の光触媒、帯電防止、吸
着、調湿などの機能性膜を有する多機能材を製造するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る多機能材の構成を示
す断面図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る多機能材の構成を示
す断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る多機能材の構成を示
す平面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る多機能材の構成を示
す平面図である。
【図5】本発明の多機能材の製造工程を示す図である。
【図6】本発明の多機能材の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
1…基材 2…バインダー層 3…機能材 4…光触媒機能材 5…金属酸化物 6…表面改質工程 7…バインダーコート工程 8…表面制御固化工程 9…機能材コート工程 10…全体固化工程 11…基材成形工程 12…化粧工程
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Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機能材の各微粒子が微視的に配列された機
    能膜を基材表面に有することを特徴とする多機能材。
  2. 【請求項2】前記機能材が光触媒機能材であり、該光触
    媒機能材の各微粒子が微視的に配列された光触媒機能膜
    を基材表面に有することを特徴とする請求項1記載の多
    機能材。
  3. 【請求項3】前記光触媒機能材は酸化チタン、酸化亜
    鉛、酸化錫、チタン酸ストロンチウム、酸化タングステ
    ン、酸化ビスマス、酸化鉄の中の少なくとも一つ以上を
    含むことを特徴とする請求項1から請求項2のいずれか
    に記載の多機能材。
  4. 【請求項4】前記光触媒機能材に金属が担持されている
    ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記
    載の多機能材。
  5. 【請求項5】前記光触媒機能膜に金属および金属酸化物
    が混合されていることを特徴とする請求項1から請求項
    4のいずれかに記載の多機能材。
  6. 【請求項6】前記基材が、窯業系無機質板、金属、プラ
    スチック、木材、セラミック、ガラス、タイル、衛生陶
    器およびその表面に塗膜やフィルムなどの化粧層や保護
    層を設けたものであることを特徴とする請求項1から請
    求項5のいずれかに記載の多機能材。
  7. 【請求項7】前記基材表面に硬化性バインダー層をコー
    トし、該バインダー層の最表面を傾斜固化した状態で前
    記機能材をコートし、該バインダー層全体を固化して該
    機能材を微視的に固定化することを特徴とする請求項1
    から請求項6のいずれかに記載の多機能材の製造方法。
  8. 【請求項8】前記基材表面を活性化処理した後、前記基
    材表面に硬化性バインダー層をコートし、該バインダー
    層の最表面を傾斜固化した状態で前記機能材をコート
    し、該バインダー層全体を固化して該機能材を微視的に
    固定化することを特徴とする請求項1から請求項7のい
    ずれかに記載の多機能材の製造方法。
  9. 【請求項9】前記硬化性バインダーは、熱、光、水分、
    触媒、乾燥、電子線のいずれかによって硬化するもので
    あることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか
    に記載の多機能材の製造方法。
  10. 【請求項10】前記バインダー最表面の傾斜固化は、
    風、熱、光のいずれか一つ以上を用い、該基材最表面側
    から一方的に付与することを特徴とする請求項1から請
    求項9のいずれかに記載の多機能材の製造方法。
  11. 【請求項11】前記基材表面の温度が前記硬化性バイン
    ダーのガラス転移点温度以下で、該バインダー最表面の
    傾斜固化と機能材コートを行うことを特徴とする請求項
    1から請求項10のいずれかに記載の多機能材の製造方
    法。
  12. 【請求項12】前記機能材が沸点80℃以下の溶剤を8
    0%以上含む溶媒に分散しており、該機能材が分散して
    いる溶媒の大部分がバインダー層に塗着するまでに気化
    するコート方法であることを特徴とする請求項1から請
    求項11のいずれかに記載の多機能材の製造方法。
  13. 【請求項13】多機能材の製造方法において、硬化性バ
    インダーをコートする工程、該バインダー層の最表面を
    傾斜的に制御固化する工程、該バインダー層の最表面に
    前記機能材をコートする工程、該バインダー層の全体を
    固化する工程を含むことを特徴とする請求項1から請求
    項12のいずれかに記載の多機能材の製造方法。
  14. 【請求項14】硬化性バインダーをコートする工程の前
    工程として前記基材表面を活性化する工程を含むことを
    特徴とする請求項1から請求項13のいずれかに記載の
    多機能材の製造方法。
  15. 【請求項15】多機能材の製造方法において、前記工程
    を連続して行うことを特徴とする請求項13から請求項
    14のいずれかに記載の多機能材の製造方法。
  16. 【請求項16】前記基材を形成する製造ラインに、請求
    項13から請求項15に記載の工程を接続して一貫して
    行うことを特徴とする多機能材の製造方法。
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