JP2001316855A

JP2001316855A - 材料の表面活性化方法

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Publication number: JP2001316855A
Application number: JP2001056865A
Authority: JP
Inventors: Christian Kuckertz; クリステイアン・クツケルト; Sven Jacobsen; スフエン・ヤコブゼン; Rainer Brandt; ライナー・ブラント; Klaus Landes; クラウス・ランデス; Ralf Hartmann; ラルフ・ハルトマン
Original assignee: Wolff Walsrode AG
Current assignee: Dow Produktions und Vertriebs GmbH and Co oHG
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2001-11-16
Also published as: US6419995B1; EP1132148A3; CA2339674A1; NO20011152D0; DE10011275A1; US20020025387A1; BR0100923A; MXPA01002047A; RU2001106185A; ATE332759T1; PL346291A1; NO20011152L; EP1132148A2; DE50110424D1; EP1132148B1

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエブ形態の材料にプラズマ処理による均一
な表面活性化を受けさせる方法を記述する。【解決手段】前記ウエブ形態の材料を１００μｍ未満
の厚みを有するウエブ形態の金属材料、ウエブ形態の高
分子材料およびそれらの組み合わせから選択する。本方
法は、前記ウエブ形態の材料をこれが少なくとも１対の
ロールの上を通るように移動させながらそれの表面の少
なくとも一部に常圧プラズマによる均一な処理を場合に
よりプロセスガスおよび／またはプロセスエーロゾルの
存在下で受けさせることを伴う。前記常圧プラズマをイ
ンダイレクトプラズマトロンで発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は、ウエブ形態（ｗｅｂｆｏｒ
ｍ）の材料、特にプラスチックおよび／または金属のフ
ィルムの表面を常圧プラズマ（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ
ｐｌａｓｍａ）で活性にする方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】プラスチックまたは金属のフィルムに多
数種の仕上げ段階、例えば印刷、コーティング、ラッカ
ー塗装、糊付けなどを受けさせようとする時、それが可
能なのは、それらに溶媒または水を基とする印刷用イン
ク、ラッカー、下塗り剤、接着剤などで湿る湿潤性（ｗ
ｅｔｔａｂｉｌｉｔｙ）が充分な度合で存在する時のみ
である。従って、そのようなフィルムの処理で一般にコ
ロナ処理（ｃｏｒｏｎａｔｒｅａｔｍｅｎｔ）がインラ
インまたはオフラインで実施される。

【０００３】例えばドイツ特許出願公開第４２１２
５４９号、ドイツ特許出願公開第３６３１５８４
号、ドイツ特許出願公開第４４３８５３３号、ヨー
ロッパ特許出願公開第４９７９９６号およびドイツ特
許出願公開第３２１９５３８号に記述されているよ
うに、そのような方法では、ウエブ形態の材料を均一に
分布させた電気放電にさらすことが行われる。２つの作
用電極がまず必要であり、それらの１つを誘電材料（シ
リコン、セラミック）で被覆しておく。典型的には１０
から１００ｋＨｚの範囲の周波数を有する高交流電圧
（ｈｉｇｈａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇｖｏｌｔａｇ
ｅ）を前記２つの電極の間にかけることで均一な火花放
電を起こさせる。処理を受けさせるべき材料を前記電極
間に通すことで前記放電にさらす。ここで、高分子の表
面に電子が「衝突」するが、この電子のエネルギーは、
炭素−水素および炭素−炭素の間の結合を開裂させるに
充分なエネルギーである。ここで、生じたラジカルがコ
ロナガスと反応することで新しい官能基が生じる。

【０００４】コロナ処理は幅広い範囲の用途を有しかつ
絶えず更に進展しているにも拘らず重大な欠点を有す
る。このように、特にウエブの速度をより速くした時に
ウエブ形態の材料が円柱形電極の上に来ていないと裏側
に寄生コロナ放電（ｐａｒａｓｉｔｉｃｃｏｒｏｎａ
ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）が起こる。コロナ処理では更に
ウエブ形態の材料が大きく静電帯電することが起こり、
その結果として材料の巻き取りが困難になることで次に
行う処理段階、例えばラッカー塗装、印刷または糊付け
などが邪魔され、そして特に包装用フィルムの製造で
は、このフィルムに粉末材料、例えばコーヒーまたは香
辛料などが付着する一因になり、最悪のケースでは、溶
接継ぎ目の漏れが起こる一因になる。最後に、コロナ処
理は常にフィラメント放電（ｆｉｌａｍｅｎｔｄｉｓ
ｃｈａｒｇｅ）であり、そのことから、均一密着表面効
果（ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｌｙｃｌｏｓｅｄｓｕ
ｒｆａｃｅｅｆｆｅｃｔ）は生じない。その上、結
局、フィルムに添加されている添加剤が移行することが
原因で表面特性の損失が起こりかつ表面エネルギーが最
小限になることで分子の再配列が起こることが確認され
ている。

【０００５】この点で、コロナ処理は薄い基質、例えば
プラスチックのフィルムおよび紙などに限定されてい
る。材料の厚みがより厚い場合には電極と電極の間の全
体的抵抗値があまりにも高くなることで火花放電を起こ
させる（ｉｇｎｉｔｅｔｈｅｄｉｓｃｈａｒｇｅ）こ
とができない。しかしながら、その場合にはまた個々の
フラッシュオーバ（ｆｌａｓｈｏｖｅｒｓ）も起こり得
る。コロナ放電を導電性プラスチックに対して用いるの
は不可能である。更に、誘電電極が金属ウエブまたは金
属含有ウエブに対して示す作用はしばしば限られた度合
のみである。永久的な暴露が原因で誘電体が容易に焼失
する可能性がある。これは特に電極がシリコンで被覆さ
れている時に起こる。セラミック電極（ｃｅｒａｍｉｃ
ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ）は機械的応力に対して非常に
敏感である。

【０００６】コロナ放電に加えてまた炎または光を用い
て表面処理を実施することも可能である。炎処理は、通
常、約１，７００℃の温度において５から１５０ｍｍの
範囲の距離で実施される。この場合、フィルムが短期間
ではあるが約１４０℃の高温に加熱されることから、有
効な冷却を行う必要がある。如何なる場合でもそのよう
な処理の結果が良好であるように更に向上させようとす
る時には、トーチ（ｔｏｒｃｈ）を冷却用ロール（ｃｏ
ｏｌｉｎｇｒｏｌｌ）に関係させてある電位（ｅｌｅ
ｃｔｒｉｃａｌｐｏｔｅｎｔｉａｌ）にもって行くこ
とで、処理を受けさせるべきウエブに当てる炎のイオン
を加速させることができる［分極炎（ｐｏｌａｒｉｚｅ
ｄｆｌａｍｅ）］。特にフィルムの表面を処理しよう
とする場合、そのようなプロセスパラメーターに正確に
従わせる必要があることは欠点であると見なされるべき
である。処理の強度があまりにも低いと効果が僅かなこ
とで不充分になる。強度があまりにも高いと表面が溶け
ることで官能基が内側に入り込んでしまい、従ってそれ
に近づくことができなくなってしまう。また、温度が高
いことと安全に関する注意が必要なことも欠点であると
見なされるべきである。現行の安全規則により、例えば
炎予備処理装置をパルス操作（ｐｕｌｓｅｄｏｐｅｒａ
ｔｉｏｎ）することは許されていない。トーチガスの選
択によって導入可能な反応性種は特定の種（イオンおよ
びラジカル）のみでありかつ炎処理の費用はコロナ処理
の場合に比べて有意に高いことが知られている。

【０００７】低圧のプラズマを用いると、コロナ処理の
主な欠点、即ち微細放電（ｍｉｃｒｏｄｉｓｃｈａｒｇ
ｅｓ）（フィラメント）の局在化を回避することができ
る。そのような通常は「冷えた」プラズマを直流、交流
または高周波電流またはマイクロ波で生じさせる。処理
を受けさせるべき材料（通常は敏感な）が熱にさらされ
る度合がほんの少しであっても、エネルギーが高くて化
学的に活性な粒子が生じる。それによって、当該材料の
表面が目標の化学反応を起こす、と言うのは、気相中の
プロセス（ｐｒｏｃｅｓｓ）は圧力が低いと特に有効な
様式で進行しかつそのような放電は均一体積放電雲（ｈ
ｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓｖｏｌｕｍｅｄｉｓｃｈａｒｇ
ｅｃｌｏｕｄ）であるからである。ギガＨｚ範囲のマ
イクロ波による励起を用いると、反応槽容器全体がプラ
ズマ放電で満され得る。必要なプロセス手段（ｐｒｏｃ
ｅｓｓｍｅａｎｓ）は湿式化学プロセス（ｗｅｔｃ
ｈｅｍｉｓｔｒｙｐｒｏｃｅｓ）に比較して極めて少
量である。

【０００８】確立された物理的および化学的プラズマコ
ーティング（ｐｌａｓｍａｃｏａｔｉｎｇ）方法、例
えば陰極蒸着（スパッタリング）または気相からプラズ
マで活性化させる化学蒸着［ｐｌａｓｍａ−ａｃｔｉｖ
ａｔｅｄｃｈｅｍｉｃａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（Ｐ
ＡＣＶＤ）］は、一般に、１から１０^-5ミリバールの範
囲の圧力下の真空（ｖａｃｕｏ）中で行われる。従っ
て、そのようなコーティング方法は、そのように必要な
真空チャンバおよびそれに関連したポンプ装置の高い投
資費用を伴う。更に、そのような方法は一般にバッチ方
法で実施される、と言うのは、真空チャンバが原因で幾
何学的制限がありかつ要するポンプ時間（ｐｕｍｐｔ
ｉｍｅ）が時には非常に長い結果として工程時間が長く
かつそれに関連した高いピースコスト（ｐｉｅｃｅｃ
ｏｓｔｓ）が上昇するからである。

【０００９】被膜の一部の領域にピンホールが生じる
（例えばコロナコーティングの場合に起こるように）こ
とがないように、また、プラズマトーチを用いたアーク
放電で常圧プラズマを生じさせることも可能である。通
常の種類のトーチを用いると、生じるプラズマジェット
と処理を受けさせるべき表面が達成する接触領域は本質
的に円形のみである、と言うのは、電極の幾何形態は鉛
筆様の陰極と同心中空陽極を伴うからである。このよう
な方法を大きな面積で用いると、接触点が比較的小さい
ことから多大な時間を要しかつ生じる表面構造は非常に
不均一である。

【００１０】ＤＥ１９５３２４１２には、プラズ
マジェット（ｊｅｔ）を用いて表面に前処理を受けさせ
る時に用いるに適した装置が記述されている。プラズマ
ノズル（ｐｌａｓｍａｎｏｚｚｌｅ）の特別な形状を
用いることで高い反応性を示すプラズマジェットを達成
しており、そこでは、前記プラズマノズルにスパークプ
ラグ炎（ｓｐａｒｋｐｌｕｇｆｌａｍｅ）の形状お
よび寸法に近い形状および寸法を持たせており、従っ
て、また、比較的深い彫を伴うプロファイル部分（ｐｒ
ｏｆｉｌｅｐａｒｔｓ）を処理することも可能であ
る。このようなプラズマジェットは高い反応性を示すこ
とから非常に短時間の前処理で充分であり、その結果と
して、加工部材がプラズマジェットの所を通る速度を相
当して速くすることができる。この上に記述した公開に
は、より大きな表面積を処理する目的で、数個の千鳥
（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ）プラズマノズルから成るバッテ
リーが提案されている。しかしながら、このケースでも
必要な装置にかかる費用は非常に高い。その上、前記ノ
ズル（複数）は部分的に重なっていることから、ウエブ
形態の材料を処理しようとする時には帯状の処理模様が
生じる可能性がある。

【００１１】ドイツ特許出願公開第２９８０５９９
９Ｕ１には、表面をプラズマで処理する時に用いるに
適した装置が記述されており、このような装置は、回転
軸に対して平行に導かれるプラズマジェットを生じさせ
る目的で、偏心配置プラズマノズルを少なくとも１つ担
持する回転ヘッドが備わっていることを特徴とする。加
工部材を高速で回転している前記回転ヘッドに関係させ
て動かすと、プラズマジェットが前記加工部材の帯様表
面ゾーンの上を掃くが、それの幅は、前記プラズマノズ
ルの回転によって記述される円の直径に相当する。この
ような様式で、実際、装置に対する出費が比較的低くて
も比較的大きな表面積の前処理を合理的に行うことがで
きる。それにも拘らず、その表面の寸法は、産業規模の
フィルム材料の処理で通常存在する如き寸法には相当し
ない。

【００１２】ドイツ特許出願公開第１９５４６９３
０号およびドイツ特許出願公開第４３２５９３９号
には、加工部材の表面を間接的に処理するためのいわゆ
るコロナノズルが記述されている。そのようなコロナノ
ズルでは、振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ）または周囲
に導かれた空気の流れが電極間に入り込むようになって
おり、その結果として、処理を受けさせるべき加工部材
の表面がコロナ放電ブラシ（ｃｏｒｏｎａｄｉｓｃｈ
ａｒｇｅｂｒｕｓｈ）で清掃されることが起こり得る
平らな放電ゾーンが生じる。このような方法の欠点は、
電気放電をむらなく起こさせるように機械的に動く構成
要素を設ける必要があることで建造に高い出費を要する
点にあることを確認した。更に、前記明細には前記コロ
ナノズルの製造および使用に可能な最大幅は記述されて
いない。

【００１３】

【発明の要約】本発明の目的は、次に行う仕上げ段階、
例えば印刷、コーティング、ラッカー塗装、糊付けなど
を湿りの問題無しに良好な接着特性を持たせて実施する
ことができるように均一にプラスチックおよび金属のフ
ィルムを活性化させてそれらの表面張力を高める方法を
開発することにあった。

【００１４】ここで、低圧プラズマを用いた時の欠点
（バッチ操作、費用）もコロナを用いた時の欠点（フィ
ラメント様放電、裏面の処理、静電帯電など）もプラズ
マノズルを用いた時の欠点（帯状の表面処理）も無い方
法を提供することで、本目的を遂行した。

【００１５】本発明に従い、ウエブ形態の材料の表面の
少なくとも一部に活性化を均一に受けさせる方法を提供
し、この方法に、ウエブ形態の前記材料をこれが少なく
とも１対のロールの上を通るように移動させながら前記
ウエブ形態の材料の少なくとも一部を細長いプラズマチ
ャンバ（ｅｌｏｎｇａｔｅｄｐｌａｓｍａｃｈａｍ
ｂｅｒ）が備わっているインダイレクトプラズマトロン
（ｉｎｄｉｒｅｃｔｐｌａｓｍａｔｒｏｎ）で発生さ
せた常圧プラズマで均一に処理することを含め、場合に
より、前記処理段階中にプロセスガスおよびプロセスエ
ーロゾル（ｐｒｏｃｅｓｓａｅｒｏｓｏｌ）の少なく
とも１つを前記インダイレクトプラズマトロンの細長い
プラズマチャンバの中に送り込んでもよく、そして前記
ウエブ形態の材料を１００μｍ未満の厚みを有するウエ
ブ形態の金属材料、ウエブ形態の高分子材料およびそれ
らの組み合わせから選択する。

【００１６】常圧プラズマは、周囲の大気圧条件下で与
えられるプラズマを意味する。

【００１７】実施例以外の全部、または特に明記しない
限り、本明細書および請求の範囲で用いる材料の量、反
応条件などを表す数は全部、用語「約」で修飾されてい
ると理解されるべきである。

【００１８】

【発明の詳細な記述】本発明に従う方法は、例えばヨー
ロッパ特許出願公開第８５１７２０号（これの開示は
引用することによって全体が本明細書に組み入れられ
る）に記述されている如きインダイレクトプラズマトロ
ンを用いて実施可能である。

【００１９】トーチは、２つの電極が比較的大きく離れ
て同軸に配置されていることで区別される。それらの間
で直流アークが燃焼し、このアークに、壁の所で、長さ
を自由に調節することができるカスケード装置（ｃａｓ
ｃａｄｅｄａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）による安定化を
受けさせる。前記アークの軸に対して横方向に吹き込み
（ｂｌｏｗｉｎｇ）を行うことで、プラズマジェットを
横方向に流出する帯の形態で発生させることができる。
前記トーチ［またプラズマブロードジェットトーチ（ｐ
ｌａｓｍａｂｒｏａｄｊｅｔｔｏｒｃｈ）とも呼
ばれる］は、また、磁場が前記アークにある力を及ぼし
てそれがプラズマガスの流れによって前記アークにかか
る力に対抗することを特徴とする。更に、いろいろな種
類のプラズマガスを前記トーチに送り込むことも可能で
ある。

【００２０】本発明の方法の常圧プラズマを細長いプラ
ズマチャンバが備わっているインダイレクトプラズマト
ロンで発生させる。本発明の１つの態様におけるインダ
イレクトプラズマトロンはニュートロード装置（ｎｅｕ
ｔｒｏｄｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を含んで成り、
このニュートロード装置は、互いが電気的に絶縁されて
いて前記プラズマトロンの前記細長いプラズマチャンバ
を限定している複数の板形状ニュートロードを含んで成
る。好適には、前記ニュートロードを複数存在させてカ
スケード構造に配置させる。前記細長いプラズマチャン
バは長軸を有する。前記ニュートロード装置に、また、
前記細長いプラズマチャンバの長軸に実質的に平行で前
記プラズマチャンバと気体伝達状態（ｇａｓｅｏｕｓ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）にある細長いプラズマジ
ェット排出開口部も持たせる。前記インダイレクトプラ
ズマトロンに、また、少なくとも１対の実質的に向かい
合うプラズマアーク発生電極も存在させて、それらを前
記細長いプラズマチャンバの長軸と同軸配列させる（ａ
ｌｉｇｎｅｄｃｏａｘｉａｌｌｙ）。前記対のプラズ
マアーク発生電極を典型的には前記細長いプラズマチャ
ンバの両末端の所に向かい合うように位置させる。

【００２１】特に、少なくとも１つのニュートロードに
１対の永久磁石を与え、この１対の永久磁石は、ここ
で、前記プラズマアークの形状および位置に影響を与え
る。用いる磁石の数、場所および場の強度を通して、操
作パラメーター、例えばガスの量およびガスの速度など
を考慮に入れることができる。

【００２２】更に、少なくとも個々のニュートロード
に、ガスを前記プラズマチャンバの中に送り込むことを
可能にするもの、例えば通路（ｃｈａｎｎｅｌ）などを
与えてもよい。その結果として、前記プラズマガスを特
に標的（ｔａｒｇｅｔｅｄ）および均一な様式で前記ア
ークの中に送り込むことが可能になる。前記アークの軸
に対して横方向に吹き込みを行うことで、横方向に流出
する帯様のプラズマフリージェット（ｐｌａｓｍａｆ
ｒｅｅｊｅｔ）を発生させることができる。磁場をか
けることで、前記アークの振れおよび結果として起こる
破壊を防止する。

【００２３】本発明に従って記述する表面活性化過程を
実施する時期は、フィルム製造後およびさらなる処理を
行う前、即ちフィルムの印刷、積層、コーティングなど
を行う前の両方であってもよい。高分子フィルム材料
（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃｆｉｌｍｍａｔｅｒｉａｌ
ｓ）の厚みは多様であり得るが、典型的には０．５μｍ
から２ｃｍの範囲、好適には１０から２００μｍの範囲
である。

【００２４】本発明に従う方法は、特に、ウエブ形態の
材料の表面活性化を表面の全体に渡っておよび表面の一
部の両方で実施することができることを特徴とする。こ
の文脈で、「ウエブ形態」の材料は、ロール、シリンダ
ーまたはスプールに集められそして／またはそれらから
取り出される材料、好適には平らな材料またはフィルム
を意味する。

【００２５】本発明に従って記述する表面活性化方法
は、高分子材料に対して用いることができるばかりでな
くまた金属基質（ｍｅｔａｌｌｉｃｓｕｂｓｔａｔｅ
ｓ）の処理で用いることも可能であり、特にプラスチッ
クおよび金属のフィルムに対して用いることができる。
特に、本発明に従う方法を、また、場合により金属、金
属酸化物またはＳｉＯ_xを蒸着させておいてもよいウエ
ブ形態の高分子材料に対して用いることも可能である。

【００２６】本発明の文脈で、プラスチックのフィルム
は、特に、熱可塑性プラスチック材料、特にポリオレフ
ィン類、例えばポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピ
レン（ＰＰ）など、ポリエステル類、例えばポリエチレ
ンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレ
ート（ＰＢＴ）または液晶ポリエステル（ＬＣＰ）な
ど、ポリアミド類、例えばナイロン６，６、４，６、
６、６，１０、１１または１２など、ポリ塩化ビニル
（ＰＶＣ）、ポリ二塩化ビニル（ＰＶＤＣ）、ポリカー
ボネート（ＰＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＯ
Ｈ）、ポリエチルビニルアルコール（ＥＶＯＨ）、ポリ
アクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアクリリック（ｐｏ
ｌｙａｃｒｙｌｉｃ）／ブタジエン／スチレン（ＡＢ
Ｓ）、ポリスチレン／アクリロニトリル（ＳＡＮ）、ポ
リアクリレート／スチレン／アクリロニトリル（ＡＳ
Ａ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリアクリレート類、例
えばポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）など、セロ
ファンまたは高性能熱可塑性プラスチック、例えばフッ
素重合体、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）およびポリ二フッ化ビニル（ＰＶＤＦ）など、ポリ
スルホン類（ＰＳＵ）、ポリエーテル−スルホン類（Ｐ
ＥＳ）、ポリフェニルスルフィド類（ＰＰＳ）、ポリイ
ミド類（ＰＡＩ、ＰＥＩ）またはポリアリールエーテル
ケトン類（ＰＡＥ）、特に、また、混合物、即ちコ−も
しくはターポリマーから作られた熱可塑性プラスチック
材料、およびホモ−、コ−もしくはターポリマーの共押
出し加工で作られた熱可塑性材料も包含するプラスチッ
クのフィルムであると理解する。

【００２７】しかしながら、プラスチックのフィルム
は、また、熱可塑性プラスチック材料を含んで成ってい
て主族３または亜族１もしくは２の金属またはＳｉＯ_x
か或は主族２もしくは３または亜族１もしくは２の金属
の酸化物が蒸着しているフィルムであるとしても理解す
る。

【００２８】金属のフィルムは、アルミニウム、銅、
金、銀、鉄（鋼）またはこの挙げた金属の合金を含んで
成るフィルムであるとして理解する。

【００２９】本発明の文脈において、常圧プラズマによ
る表面活性化は、当該材料の表面とプラズマガスの相互
作用によって前記材料表面の表面張力の上昇が起こるこ
とを意味するとして理解する。

【００３０】この表面活性化によって表面張力の上昇が
もたらされる。その結果として、極性のある液体、例え
ばアルコール類または水などによる完全な湿りが可能に
なる。如何なる理論でも範囲を限定することを意図する
ものでないが、入手した証拠を基にして、プラズマによ
って励起した原子または分子断片が表面の分子と反応す
る結果として表面に取り込まれると活性化が起こると考
えている。それらは通常酸素を含有するか或は窒素を含
有するフラグメント（ｆｒａｇｍｅｎｔｓ）であること
から、それをまた表面酸化とも呼ぶ。

【００３１】ここで、本発明に従う方法で用いるプラズ
マガスは、反応性ガスと不活性ガスの混合物を含んで成
ることを特徴とする。アークのエネルギーが高いことか
ら、反応性ガスの励起、イオン化、断片化またはラジカ
ル生成が起こる。プラズマガスの流れに方向性を持たせ
ていることから、活性種をトーチチャンバ（ｔｏｒｃｈ
ｃｈａｍｂｅｒ）から運び出してプラスチックおよび
金属のフィルムの表面と標的様式で相互作用させること
ができる。

【００３２】酸化作用を示すプロセスガスを０から１０
０体積％、好適には５から９５体積％の範囲の濃度で存
在させることができる。

【００３３】用いる酸化性（ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ）プロ
セスガスは、好適には、酸素含有ガスおよび／またはエ
ーロゾル、例えば酸素（Ｏ₂）、二酸化炭素（ＣＯ₂），
一酸化炭素（ＣＯ）、オゾン（Ｏ₃）、過酸化水素ガス
（Ｈ₂Ｏ₂）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）または蒸発したメタノー
ル（ＣＨ₃ＯＨ）など、窒素含有ガス、例えば含硝ガス
（ｎｉｔｒｏｕｓｇａｓｅｓ）（ＮＯ_x）、酸化二窒
素（Ｎ₂Ｏ）、窒素（Ｎ₂）、アンモニア（ＮＨ₃）また
はヒドラジン（Ｈ₂Ｎ₄）など、硫黄含有ガス、例えば二
酸化硫黄（ＳＯ₂）または三酸化硫黄（ＳＯ₃）など、フ
ッ素含有ガス、例えば四フッ化炭素（ＣＦ₄）、六フッ
化硫黄（ＳＦ₆）、二フッ化キセノン（ＸｅＦ₂）、三フ
ッ化窒素（ＮＦ₃）、三フッ化ホウ素（ＢＦ₃）または四
フッ化ケイ素（ＳｉＦ₄）など、または水素（Ｈ₂）、ま
たはそのようなガスの混合物である。不活性ガスは好適
には貴ガスであり、特にアルゴン（Ａｒ）が好適であ
る。

【００３４】好適には、前記活性ガスと不活性ガスを予
備段階で混合した後、アーク放電ゾーンの中に導入す
る。

【００３５】本発明に従う方法で用いる前記プラズマ
は、アーク領域におけるそれの温度が数１０，０００ケ
ルビンであることを特徴とする。発生するプラズマガス
の温度はそれでも１，０００から２，０００ケルビンの
範囲であることから、高分子材料が温度に敏感な時に
は、それを適切に冷却する必要がある。これは、一般
に、効果的に作動する冷却用ロールを用いて実施可能で
ある。

【００３６】前記プラズマガスとフィルム材料の接触時
間は非常に重要である。好適には、当該材料の熱による
損傷が起こらないように接触時間を短くして最小限にす
べきである。ウエブ速度（ｗｅｂｓｐｅｅｄ）を高く
すると常に最小限の接触時間が達成される。前記フィル
ムのウエブ速度を通常は１分当たり１メートルよりも速
くし、好適には１分当たり２０から６００メートルにす
る。

【００３７】活性種（ラジカルおよびイオン）が大気圧
下で示す寿命は限られていることから、プラスチックお
よび金属のフィルムがトーチ開口部（ノズル）の所を通
り過ぎる時の距離を非常に短くするのが有利である。こ
れを好適には０から４０ｍｍの距離、好適には１から４
０ｍｍの距離、より好適には１から１５ｍｍの距離で行
う。

【００３８】本発明を以下に示す実施例でより詳細に記
述するが、これは単に説明を意図するものである、と言
うのは、それに関する数多くの修飾形および変形が本分
野の技術者に明らかになると思われるからである。特に
明記しない限り、部およびパーセントは全部重量であ
る。

【００３９】

【実施例】本発明に従う方法で記述するプラズマブロー
ドジェットトーチを用いた常圧プラズマ中でプラスチッ
クおよび金属のフィルムの表面を活性にすることができ
た。これを、他の方法に比べて装置への出費が僅かのみ
であると同時に低い工程費で達成した。本実施例では、
前記プラズマトーチの各ニュートロードにプラズマガス
排出用開口部を与えたことから、それをアークに標的お
よび均一様式で送り込むことができる。従って、横方向
に流出する帯様プラズマフリージェットによって表面の
特に均一な処理がもたらされる。

【００４０】この上に記述したトーチを用いると、驚く
べきことに、いろいろな基質に対して他の様式では低圧
プラズマを用いることでのみ達成可能な表面張力を大気
圧下で達成することができた。

【００４１】また、驚くべきことに、アーク放電で発生
させた「熱い」プラズマを用いたにも拘らず、冷却を適
切に行いかつ接触時間を適切にすると、処理を受けさせ
たプラスチックおよび金属のフィルムが熱による損傷を
全く起こしていないことも確認した。

【００４２】この目的で、以下に示すフィルムサンプル
の関連特性を下記の如く測定した。フィルム断片の熱に
よる損傷を目でか或は顕微鏡検査で評価した。表面張力
の測定を、ＤＩＮ５３３６４またはＡＳＴＭＤ２
５８７に従い、ＡｒｃｏｔｅｃＯｂｅｒｆｌａｅｃｈ
ｅｎｔｅｃｈｎｉｋＧｍｂＨから商業的に入手可能な
テストインクを用いて行った。表面張力をｍＮ／ｍで示
した。この測定を処理後直ちに行った。測定誤差は±２
ｍＮ／ｍである。

【００４３】本発明に従う方法を用いた活性化を下記の
フィルム材料にいろいろな実施例で受けさせて、それら
の表面特性に関して調査した。

【００４４】実施例１ＰＥ１：密度が０．９３５ｇ／ｃｍ³でメルトフローイ
ンデックス（ＭＦＩ）（ＤＩＮＩＳＯ１１３３条件
Ｄ）が０．５ｇ／１０分のエチレン／ブテン共重合体
（ＬＬＤＰＥ、ブテンが＜１０％）から作られた厚みが
５０μの透明な単層ブローンフィルムの片面にコロナに
よる前処理を受けさせておいた。

【００４５】実施例２ＰＥ２：密度が０．９３ｇ／ｃｍ³でメルトフローイン
デックス（ＭＦＩ）（ＤＩＮＩＳＯ１１３３条件Ｄ）
が２ｇ／１０分のエチレン／酢酸ビニル共重合体（酢酸
ビニルが３．５％）に滑剤［エルカ酸アミド（ＥＡ
Ａ）］を約６００ｐｐｍと抗ブロッキング剤（Ｓｉ
Ｏ₂）を約１，０００ｐｐｍ添加して作成した厚みが５
０μの透明な単層ブローンフィルムの片面にコロナによ
る前処理を受けさせておいた。

【００４６】実施例３ＢＯＰＰ１：密度が０．９１ｇ／ｃｍ³で２３０℃にお
けるメルトフローインデックス（ＭＦＩ）が３ｇ／１０
分のポリプロピレンに抗ブロッキング剤（ＳｉＯ₂）を
約８０ｐｐｍ添加して作成した厚みが２０μの透明な単
層２軸配向フィルムの片面にコロナによる前処理を受け
させておいた。

【００４７】実施例４ＢＯＰＰ２：密度が０．９１ｇ／ｃｍ³で２３０℃にお
けるメルトフローインデックス（ＭＦＩ）が３ｇ／１０
分のポリプロピレンから作られた厚みが２０μの透明な
共押出し加工３層［外側層に抗ブロッキング剤（ＳｉＯ
₂）を約２，５００ｐｐｍ添加］２軸配向フィルムの片
面にコロナによる前処理を受けさせておいた。

【００４８】実施例５ＰＥＴ：市販のポリエチレンテレフタレートから作られ
た厚みが１２μの単層２軸配向フィルムの片面にコロナ
による前処理を受けさせておいた。

【００４９】実施例６ＰＡ：市販のナイロン６から作られた厚みが１５μの単
層２軸配向フィルムの片面にコロナによる前処理を受け
させておいた。

【００５０】処理を受けていないフィルム面のみにプラ
ズマ処理を受けさせた。プラズマガスである酸素および
窒素を各場合とも不活性担体ガスとしてのアルゴンと組
み合わせて用いた。一連の実験でガスの濃度およびプラ
ズマトーチからの距離を変えた。フィルムを熱による損
傷に関して目で検査した。表面張力の測定をテストイン
クを用いて行った。表１に結果を要約する概略を示す。

【００５１】ＰＥ１の実施例（表１の番号４から７）で
は、距離（フィルム−トーチ開口部）が１０ｍｍに至る
まで匹敵する前処理効果が達成されることを実証するこ
とができた。この前処理のレベルが有意に低下したのは
距離を１５ｍｍよりも長くした時のみである。

【００５２】表１に挙げる材料に更にまた従来技術に従
うコロナ放電による活性化も受けさせて、処理後直ちに
テストインクを用いて表面張力に関して調査した。ここ
で用いたエネルギー量は０．１から１０Ｊ／ｍ²の範
囲、即ち産業で用いられるコロナ装置で通常の範囲であ
った。

【００５３】コロナ放電処理とプラズマ処理の結果（比
較実験）を表２で比較する。

【００５４】特にポリプロピレンの場合、常圧プラズマ
を用いると有意に高い表面張力が生じた。しかしなが
ら、また、ＰＥでもコロナによる前処理に比較して高い
値が測定された。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【表２】

【００５７】本発明を本発明の特別な態様の具体的な詳
細を言及することで記述してきた。そのような詳細は、
それらが添付請求の範囲に含まれている場合を除いて、
それらが添付請求の範囲に含まれている度合で、本発明
の範囲に対する制限として見なされるべきでないことを
意図する。

【００５８】本発明の特徴および態様は以下のとうりで
ある。

【００５９】１．ある材料の表面の少なくとも一部に
活性化を均一に受けさせる方法であって、ウエブ形態の
前記材料をこれが少なくとも１対のロールの上を通るよ
うに移動させながら前記ウエブ形態の材料の少なくとも
一部を細長いプラズマチャンバが備わっているインダイ
レクトプラズマトロンで発生させた常圧プラズマで均一
に処理することを含んで成っていて、場合により、前記
処理段階中にプロセスガスおよびプロセスエーロゾルの
少なくとも１つを前記インダイレクトプラズマトロンの
細長いプラズマチャンバの中に送り込んでもよく、そし
て前記ウエブ形態の材料を１００μｍ未満の厚みを有す
るウエブ形態の金属材料、ウエブ形態の高分子材料およ
びそれらの組み合わせから選択する方法。

【００６０】２．前記インダイレクトプラズマトロン
に互いが電気的に絶縁されている複数の板形状ニュート
ロードを含んで成るニュートロード装置を含めるが、こ
こで、前記複数のニュートロードが前記細長いプラズマ
チャンバを限定しており、前記細長いプラズマチャンバ
が縦軸を有し、前記ニュートロード装置に前記細長いプ
ラズマチャンバの縦軸に実質的に平行な細長いプラズマ
ジェット排出開口部を持たせるが、前記細長いプラズマ
ジェット排出開口部が前記細長いプラズマチャンバと気
体伝達状態にあり、そして少なくとも１対の実質的に向
かい合うプラズマアーク発生電極を前記プラズマチャン
バの縦軸と同軸に配列させる第１項記載の方法。

【００６１】３．前記電極が発生するプラズマアーク
の形状および位置に影響を与える１対の永久磁石を少な
くとも１つのニュートロードに与える第２項記載の方
法。

【００６２】４．少なくとも１つのニュートロードに
前記場合により前記プラズマチャンバの中に送り込んで
もよいプロセスガスおよびプロセスエーロゾルの少なく
とも１つが中を通る通路を持たせる第２項記載の方法。

【００６３】５．前記ウエブ形態の材料の表面全体に
前記処理段階による活性化を受けさせる第１項記載の方
法。

【００６４】６．前記ウエブ形態の高分子材料をプラ
スチックフィルムそして金属、金属酸化物およびＳｉＯ
_xから選択される一員の蒸着層を有するプラスチックフ
ィルムから選択する第１項記載の方法。

【００６５】７．前記表面処理によって前記ウエブ形
態の材料の表面張力を高める第１項記載の方法。

【００６６】８．酸化性プロセスガス、酸化性プロセ
スエーロゾルおよびそれらの混合物から選択される一員
と不活性プロセスガスを前記プラズマチャンバの中に送
り込む第１項記載の方法。

【００６７】９．前記ウエブ形態の材料をこれが前記
少なくとも１対のロールの上を１分当たり１から６００
メートルの速度で通るように移動させる第１項記載の方
法。

【００６８】１０．前記細長いプラズマジェット排出
開口部を前記ウエブ形態の材料の表面から４０ｍｍ以下
の距離の所に位置させる第１項記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者スフエン・ヤコブゼンドイツ29683フアリングボステル・ボルフスカンプ８アー (72)発明者ライナー・ブラントドイツ29664ヴアルスロデ・アムベルゲ８ (72)発明者クラウス・ランデスドイツ81479ミユンヘン・メルヒオルシユトラーセ23 (72)発明者ラルフ・ハルトマンアメリカ合衆国ミネソタ州55423リツチフイールド・ニコレツトアベニユー6802

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ある材料の表面の少なくとも一部に活性
化を均一に受けさせる方法であって、ウエブ形態の前記
材料をこれが少なくとも１対のロールの上を通るように
移動させながら前記ウエブ形態の材料の少なくとも一部
を細長いプラズマチャンバが備わっているインダイレク
トプラズマトロンで発生させた常圧プラズマで均一に処
理することを含んで成っていて、場合により、前記処理
段階中にプロセスガスおよびプロセスエーロゾルの少な
くとも１つを前記インダイレクトプラズマトロンの細長
いプラズマチャンバの中に送り込んでもよく、そして前
記ウエブ形態の材料を１００μｍ未満の厚みを有するウ
エブ形態の金属材料、ウエブ形態の高分子材料およびそ
れらの組み合わせから選択する方法。
【請求項２】前記インダイレクトプラズマトロンに互
いが電気的に絶縁されている複数の板形状ニュートロー
ドを含んで成るニュートロード装置を含めるが、ここ
で、前記複数のニュートロードが前記細長いプラズマチ
ャンバを限定しており、前記細長いプラズマチャンバが
縦軸を有し、前記ニュートロード装置に前記細長いプラ
ズマチャンバの縦軸に実質的に平行な細長いプラズマジ
ェット排出開口部を持たせるが、前記細長いプラズマジ
ェット排出開口部が前記細長いプラズマチャンバと気体
伝達状態にあり、そして少なくとも１対の実質的に向か
い合うプラズマアーク発生電極を前記プラズマチャンバ
の縦軸と同軸に配列させる請求項１記載の方法。