JP2002327261A

JP2002327261A - 有機高分子のコーティング方法

Info

Publication number: JP2002327261A
Application number: JP2002023427A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hatada; 研司畑田; Kusato Hirota; 草人廣田; Isazumi Ueha; 功純上羽
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2002-11-15

Abstract

(57)【要約】【課題】特性が均一で、均一な厚さの薄層の有機高分子
層を基材上に高速で、安定して形成できるコーティング
方法を提供する。【解決手段】有機化合物を蒸発させ、該蒸発した有機化
合物の少なくとも一部と反応性ガスとを反応させた後、
基材に付着させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラスチック、ある
いは金属成形体などからなる基材に有機高分子をコーテ
ィングする方法に関するものである。これらのコーティ
ング製品は包装用のフイルム、あるいはコンデンサ用の
蒸着フイルムなどを含め多様な用途に利用される。

【０００２】

【従来の技術】基材に有機高分子をコーティングする方
法としてはグラビアコータやキスコータなどを用い、基
材に有機溶媒に溶かした有機高分子を塗布後、乾燥機に
て溶媒を揮発させ、基材上に有機高分子を積層する方法
が一般的である。しかし、該方法では有機高分子を基材
上に薄層で、かつ均一な厚みに積層することが困難であ
る。

【０００３】基材上に薄層で均一な厚みに積層する方法
としては蒸着方法が有る。該方法は主に金属材料を積層
する方法として実用化されている。有機高分子を蒸着す
ることが実験的に試みられているが、蒸発時に有機高分
子の分子鎖が切れて低分化してしまい、高分子としての
望ましい特性が失われてしまう欠点が問題になってい
る。

【０００４】一方、特開平１２−９４５７８号公報で
は、不飽和結合を持つ天然有機化合物を真空蒸着機内で
基材上に蒸発、付着させた後、放射線を照射し、該天然
有機化合物を高分子化することにより、均一な薄層の有
機高分子を基材上に積層する方法が提案されている。し
かし、特開平１２−９４５７８号公報の提案で使用され
る天然有機化合物はラジカルの連鎖移動に基づく重合機
構でないため、重合させるには有機単量体１個に対し１
個の高エネルギーの活性粒子を照射する必要がある。し
たがって基材に付着した有機化合物を重合し、高分子化
するには多量の活性粒子が必要なため、多量の活性粒子
を照射する必要があり、生産速度が落ちる問題がある。
また、活性粒子は基材に付着した有機化合物中深くまで
入りにくい。このため有機化合物の厚さ方向に重合度が
異なり、基材の近くの重合度が小さく、低分子のため基
材と有機高分子層との接着力が弱いことも大きな問題で
ある。

【０００５】また、米国特許第４，８４２，８９３号で
は、金属を蒸着する蒸着機内において蒸着金属膜上にア
クリル（メタクリル）酸エステルからなる有機単量体を
蒸着後、次いで電子線にて該単量体を電子線重合し、有
機高分子を基材上に形成、積層する方法（コーティング
方法）が提案されている。しかしながら、アクリル（メ
タクリル）酸エステル単量体が、該単量体を霧状化する
装置に重合付着し、長時間の稼動中に該装置が動かなっ
たり、あるいは蒸発器内で重合、付着し蒸発器を詰めて
しまう問題点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は特性が均一で
均一な厚さの薄層の有機高分子層を基材上に高速で、安
定して形成できるコーティング方法を提供するものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、有機化合物を
蒸発させ、該蒸発した有機化合物の少なくとも一部と反
応性ガスとを反応させた後、基材に付着させることを特
徴とする有機高分子のコーティング方法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の方法によれば、有機高分
子を基材上に、高速で、安定して、かつ、均一な厚みに
積層することができる。また、蒸発した有機化合物と反
応性ガスとを反応させた後、基材に付着させることによ
り、単量体をコーティングした後に活性エネルギー線を
照射する場合と違って、層の内部まで十分に重合が起こ
り、特性が均一な有機高分子層が得られる。

【０００９】本発明を実施するための一装置の概略図で
ある第１図、および第２図を用い、本発明の有機高分子
をコーティングする方法について具体的に説明する。な
お、本発明を実施するための装置は本装置に限定される
ものではない。

【００１０】第１図は本発明のコーティング装置の一例
を示す概略図である。第２図は第１図の有機化合物コー
ティングするための有機化合物蒸発器（９）の一例の詳
細な図を示している。第１図に示す真空蒸着器（４）内
にて、巻き出しロール（５）より、基材（１）を巻き出
し、冷却ロール（７）上にて金属蒸発源（８）より蒸発
させた金属、または／および金属酸化物を基材上に蒸着
する。本発明において基材は特に限定されず、用途に応
じ選定することができるが、プラスチックや金属などの
成型体が好ましく選定される。基材がフイルムである
と、第１図に示すようにして一度に多量のコーティング
加工を行うことができるため、より好ましい。なお、必
要に応じ蒸着する前に基材表面をプラズマ処理装置
（６）等を用い、表面処理してもかまわない。蒸着はボ
ート方式や誘導加熱方式などの溶融加熱方法に限らず、
電子ビーム法、イオンビーム法、イオンプレーテイング
法、スパッタリング法などいろいろな方法を用いること
が可能である。また、蒸着空間にプラズマを形成し、酸
化物の形成を効率的に行わしめるなどの方法も採用して
も良い。次に有機化合物蒸発器（９）を用い、該基材
（１）の蒸着層上に有機高分子をコーティングする。

【００１１】コーティング方法を第２図を用いて具体的
に説明する。有機化合物は脱気され、貯蔵されている有
機化合物供給槽（図示せず）から、有機化合物配送管
（１５）を通じて、真空に保持できる定量ポンプ（１
６）により、規定量が開閉バルブ（１７）をへて加熱管
（１９）に送り込まれる。加熱管（１９）は電熱ヒー
タ、あるいは熱媒によって加熱されている加熱槽（２
０）に埋め込まれ、加熱管（１９）内の有機化合物は沸
点以下の適切な温度に加温される。有機化合物を蒸発さ
せるには沸点まで昇温させる熱量と蒸発潜熱量が必要で
あるが、安定して蒸発させるために真空中においてこれ
らの熱量を常に一定して供給するには大きな熱容量を持
った蒸発源が必要である。しかし、蒸発させるに必要な
熱量の主たる熱量は有機化合物を沸点までに昇温させる
熱量である。液体状態では熱伝導により沸点まで容易に
昇温することができるので、有機化合物を蒸発させる前
に沸点以下に加熱することは、蒸発源の熱容量を少なく
でき、熱源を小型にできるとともに、安定して有機化合
物を蒸発させられるため好ましい。なお、加熱された有
機化合物が有機化合物配送管（１５）へ逆流しないよう
に逆止弁（１８）が加熱管（１９）の前に付設されてい
る。

【００１２】加熱管（１９）中で加温された有機化合物
は噴射口（２１）から沸点以上に加熱された蒸発管（２
２）内に微量液体、あるいは霧状で噴射される。噴射口
（２１）は微量液体、あるいは霧状にするために微小
口、噴霧化口、あるいはインジェクションノズルなどで
あることが好ましい。蒸発管内は微細孔を多数持った金
属板の積層板、あるいは熱伝導の良い金属からなるスチ
ールウールが充填されていると、噴霧された液体に効率
的に熱を与え瞬時に有機化合物を蒸発させるので好まし
い。有機化合物は瞬時に蒸発するために沸点がことなる
有機化合物の混合物でも一様に蒸発させることができ
る。有機物の蒸発量をさらに増加させる方法として蒸発
管（２２）内において、噴射された有機物が当たる位置
にヒーター板を置き、熱媒よりも高温とすることも可能
である。このようにして蒸発した有機化合物分子は放出
口（２３）を通して沸点以上に加熱された反応管（２
４）に放出される。反応管（２４）内にはマスフローメ
ター（２５）によって規定量に制御された反応性ガス
が、ガス供給管（２６）を通して供給されている。反応
管（２４）内で有機化合物の少なくとも一部が反応性ガ
スと反応し、蒸着口（２７）を通して基材（１）上に蒸
着される。基材（１）上に付着した有機化合物と反応性
ガスの反応物は、基材上で互いに、あるいは、他の有機
化合物と反応し、重合して有機高分子となる。なお、こ
こでいう重合とは架橋反応も含む。反応管（２４）内に
反応を高めるためにガラスウールなどを充填することも
可能である。

【００１３】有機化合物蒸発器（９）はその一部を真空
蒸着機壁を介して大気側に付設することで真空蒸着機内
の空間を有効に使用できる。本発明の方法は第１図の装
置のように真空装置内で行うことに限定されるものでは
ないが、真空蒸着機内で行うほうが有機化合物の沸点が
低くなり、容易に蒸発でき、かつ、金属などの蒸着と連
続して行うことができるためより好ましい。

【００１４】本方法で用いる有機化合物は反応性ガスと
反応しながら重合（または架橋）する有機化合物であれ
ば良いが、酸化重合する有機化合物が本方法で容易に重
合することからより好ましい。不飽和結合を持つ有機化
合物は反応性ガスと反応して重合することから好ましい
有機化合物である。特に不飽和結合を持つ天然有機化合
物は皮膚刺激などがなく安全に使用でき、かつ反応が早
いためより好ましい。ここで言う天然有機化合物とは天
然物質より搾油、抽出した物質、あるいは搾油、抽出さ
れた物質を加水分解したり、成分の一部を分離した物
質、さらにはこれらの２種以上の混合物をさす。有機化
合物は単体でも混合物でも良い。天然有機化合物は混合
物が多いが、少なくともエチレン結合、および／または
アセチレン結合を有する化合物が１種類以上含まれてい
れば良い。これらの化合物としてリノール酸、リノレン
酸、リシノール酸、エレオステアリン酸、トリリノール
酸グリセリド、トリリノレン酸グリセリド、トリリシノ
ール酸グリセリド、トリエレオステアリン酸グリセリ
ド、あるいはこれらを含むヒマシ油、ヤシ油、大豆油、
亜麻仁油、パーム核油、サフラワー油、キリ油、トール
油脂肪酸、あるいはこれらを含む乾性油などが特に好ま
しい。ここでいう乾性油とは広義の乾性油で、狭義の不
乾性油、半乾性油、乾性油を含むが、ヨウ素価１００以
上の乾性油が特に好ましい。

【００１５】また、本方法で用いられる反応性ガスとし
ては、酸素原子を含む分子からなるガス、およびこれら
と他のガスの混合ガスが好ましい。酸素原子を含む分子
からなるガスとしては、特に酸素ガスが好ましい。な
お、酸素原子を含む分子を含むガスを用いてプラズマを
形成し、励起した原子状酸素を含むガスを供給する方法
を用いることもできる。

【００１６】有機化合物蒸発器（９）にて有機高分子を
コーティングされた基材（１）は巻き取りロール（１
１）に巻き取られる。なお、コーティングされた有機高
分子をプラズマ処理装置などの放射線処理装置（１０）
を用いて処理し、さらに架橋密度を上げることもでき
る。

【００１７】上記の説明では第３図のごとく基材（１）
上に金属、または／および金属酸化物を蒸着後、その上
に有機高分子をコーティングしたが、第４図のごとく基
材（１）上に有機高分子をコーティング後その上に金
属、または／および金属酸化物を蒸着してもよく、さら
に第５図のように基材（１）上に金属、または／および
金属酸化物蒸着層と有機高分子層を交互に積層しても良
い。

【００１８】なお、第１図において（１２）は基材巻き
出し、巻き取り槽と有機化合物蒸発空間との真空度に差
をつけるための真空仕切り板、（１３）は有機化合物蒸
発空間と金属蒸発空間の真空度に差をつけるための真空
仕切り板である。

【００１９】

【実施例】以下、実施例にて本発明を詳述するが、本発
明は本実施例に限定されるものではない。

【００２０】実施例１第１図の真空蒸着機を用い、厚み１８μｍ、幅３００ｍ
ｍの二軸延伸ポリプロピレンフイルム（東レ（株）製；
商品名：”トレファン”）を５×１０^-3Ｐａに排気した
真空蒸着機内で２００ｍ／ｍｉｎで走行させながら、該
フイルムに、まずアルミニウムを吸光度ＯＤ２．３にな
るように蒸着した。

【００２１】次いで、有機化合物としてキリ油を用い、
前記アルミニウム蒸着層上に厚み０．２μｍのキリ油の
酸化重合物からなる有機高分子層をコーティングした。
コーティングは次のようにして行なわれた。脱気した中
国製キリ油を１２ｃｍ³／ｍｉｎで、有機化合物配送管
（１５）を通じて加熱管（１９）に送り込んだ。加熱管
（１９）は熱媒によって２５０℃に加熱された加熱槽
（２０）によって加温されており、有機化合物は加熱管
（１９）内で加熱され、インジェクションノズルからな
る噴射口（２１）から蒸発管（２２）内に噴射された。
該蒸発管（２２）も熱媒で２５０℃に加熱されていた。
蒸発管（２２）内は銅製のスチールウールが充填されて
おり、加熱されたスチールウールに接触した有機化合物
は蒸発し、放出口（２３）を通じ反応管（２４）に拡散
した。反応管（２４）には酸素ガス２００ｓｃｃｍ
（０．３３８Ｐａ・ｍ³／ｓｅｃ）が供給されており、
有機化合物の少なくとも一部が酸素ガスと反応する。該
有機物は蒸着口（２７）を通じ、アルミニウム蒸着層上
に積層された。

【００２２】有機化合物がコーティングされたアルミニ
ウム蒸着二軸延伸ポリプロピレンフイルムは巻き取りロ
ール（１１）に端面が揃ったきれいな状態でロール上に
巻き取られた。

【００２３】該有機高分子をコーティングしたフイルム
のコーティング面にスコッチテープを張り、１８０度の
角度で鋭く引っ張り、有機高分子とアルミニウム蒸着層
との接着力を調べたが、剥離はアルミニウム蒸着層と二
軸延伸ポリプロピレンフイルムの界面で起こり、有機高
分子とアルミニウム層が品質的に満足する接着力を有し
ていると判断できた。

【００２４】実施例２実施例１と同様に、第１図の真空蒸着機、第３図のコー
ティング装置を用い、厚み１８μｍ、幅３００ｍｍの表
面処理をおこなった二軸延伸ポリプロピレンフィルム
（東レ（株）製；製品名：「トレファン」）に５×１０
^-3Ｐａに排気した真空蒸着機内でフィルムを２００ｍ／
ｍｉｎで走行させながら、まずアルミニウムを吸光度
２．３になるように蒸着した。ついで、有機化合物蒸発
器（９）を用いアルミニウム蒸着膜上に推定厚み０．２
５μｍの桐油の酸化重合物からなる有機高分子層をコー
ティングした。コーティングは次のようにして行われ
た。脱気した中国製桐油１２ｃｍ³／ｍｉｎが有機化合
物配送管（１５）を通じて加熱管（１９）に送り込ん
だ。加熱管（１９）は熱媒によって２５０℃に加熱され
た加熱槽（２０）によって加温されており、有機化合物
は加熱管（１９）内で加熱され、インジェクションノズ
ルからなる噴射口（２１）から熱媒で２５０℃に加熱さ
れた蒸発管（２２）内に噴射された。蒸発管内で有機化
合物が噴射された先にはヒーター板（２８）を設置し
た。このヒーター板は外部からの電力供給により温度を
３５０℃に保っている。このヒーター板上で有機化合物
は蒸発し、放出口（２３）を通じて反応管（２４）に拡
散した。反応管（２４）には酸素ガス２５０ｓｃｃｍ
（０．４２３Ｐａ・ｍ³／ｓｅｃ）が供給されており、
有機化合物の一部、あるいはすべてが酸素ガスと反応す
る。該有機物、または／およびガスと反応した有機化合
物は蒸着口（２７）を通じ、アルミニウム蒸着層上に積
層された。

【００２５】有機化合物がコーティングされたアルミニ
ウム蒸着二軸延伸ポリプロピレンフイルムは巻き取りロ
ール（１１）に端面が揃ったきれいな状態でロール上に
巻き取られた。

【００２６】該有機高分子をコーティングしたフイルム
のコーティング面にスコッチテープを張り、１８０度の
角度で鋭く引っ張り、有機高分子とアルミニウム蒸着層
との接着力を調べたが、剥離はアルミニウム蒸着層と二
軸延伸ポリプロピレンフイルムの界面で起こり、有機高
分子とアルミニウム層が品質的に満足する接着力を有し
ていると判断できた。

【００２７】比較例１反応管（２４）に酸素ガスを供給せずに他の条件は実施
例１と同じ条件で有機化合物をコーティングしたとこ
ろ、巻き上げロール（１１）上でフイルムにしわが入
り、きれいに巻き取ることができなかった。有機化合物
が重合せずキリ油のままであることが原因であった。

【００２８】比較例２比較例１と同条件で有機化合物をコーティングしたのの
ち、放射線照射装置（１０）（この場合はプラズマ処理
装置）に酸素ガス５００ｓｃｃｍ（０．８４５Ｐａ・ｍ
³／ｓｅｃ）を供給しながら、入力電力１．５ｋｗで有
機化合物表面をプラズマ処理した。２００ｍ／ｍｉｎの
フイルム走行速度ではきれいに巻き取れなかった。きれ
いに巻き取るためには、５０ｍ／ｍｉｎまでフイルム走
行速度を下げなければならなかった。なお、このとき有
機化合物の供給量は１／４に低下させ、有機高分子層の
厚みは同じになるようにした。

【００２９】

【発明の効果】本発明の方法によって、特性が均一で均
一な厚さの薄層の有機高分子層を基材上に高速で、か
つ、安定して形成できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための１装置例の概略図

【図２】本発明を実施するための有機化合物蒸発器の一
例を示す図

【図３】本発明を実施するための有機化合物蒸発器の別
の例を示す図

【図４】本発明で有機高分子をコーティングしたフイル
ムの構成の一例を示す断面図

【図５】本発明で有機高分子をコーティングしたフイル
ムの構成の一例を示す断面図

【図６】本発明で有機高分子をコーティングしたフイル
ムの構成の一例を示す断面図

【符号の説明】

１：基材２：金属または／および酸化金属蒸着層３：本発明の方法でコーティングされた有機高分子層４：真空蒸着機５：巻き出しロール６：プラズマ処理装置７：冷却ドラム８：金属または金属酸化物蒸発源９：有機化合物蒸発器１０：放射線照射装置１１：巻取りロール１２、１３：真空度仕切り板１４：真空蒸着機壁１５：有機化合物配送管１６：定量ポンプ１７：開閉バルブ１８：逆止弁１９：加熱管２０：加熱槽２１：噴射口２２：蒸発管２３：放出口２４：反応管２５：マスフローメータ２６：ガス供給管２７：蒸着口２８：ヒーター板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D075 BB56Y BB85Y CA48 DA23 DB01 DB31 DC19 EA05 EB20 EB23 4K029 AA11 AA25 BA01 BA03 BA43 BA62 BB02 BD00 CA02 CA11 DB12 FA07 5E082 BC38 BC39 EE07 FF05 FG32 FG56 FG58 MM22 MM24 PP09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機化合物を蒸発させ、該蒸発した有機化
合物の少なくとも一部と反応性ガスとを反応させた後、
基材に付着させることを特徴とする有機高分子のコーテ
ィング方法。
【請求項２】請求項１に記載のすべての工程が真空蒸着
機内で行われる有機高分子のコーティング方法。
【請求項３】沸点以下の温度に加熱した有機化合物を蒸
発器内に供給し、蒸発させる請求項１または２に記載の
有機高分子のコーティング方法。
【請求項４】有機化合物が酸化重合可能な化合物である
請求項１〜３のいずれかに記載の有機高分子のコーティ
ング方法。
【請求項５】反応性ガスが酸素原子を含む分子を含むガ
スである請求項１〜４のいずれに記載の有機高分子のコ
ーティング方法。
【請求項６】有機化合物が不飽和結合を持つ有機化合物
である請求項１〜５のいずれかに記載の有機高分子のコ
ーティング方法。
【請求項７】不飽和結合を持つ有機化合物が、不飽和結
合を持つ天然有機化合物である請求項６記載の有機化合
物のコーティング方法。
【請求項８】不飽和結合を持つ天然有機化合物が、少な
くとも１つ以上のエチレン結合、および／またはアセチ
レン結合を有する化合物、または該化合物を含む混合物
である請求項７記載の有機高分子のコーティング方法。
【請求項９】不飽和結合を持つ天然有機化合物が乾性
油、または乾性油を含む有機化合物である請求項８記載
の有機高分子のコーティング方法。
【請求項１０】基材がフイルムである請求項１〜９のい
ずれかに記載の有機高分子のコーティング方法。
【請求項１１】真空蒸着機内にて基材上に請求項１〜１
０記載のいずれかの方法で有機高分子をコーティングし
た後、該有機高分子上に金属および／または金属酸化物
を蒸着する有機高分子のコーティング方法。
【請求項１２】真空蒸着機内にて基材上に金属および／
または金属酸化物を蒸着した後、該金属および／または
金属酸化物上に請求項１〜１０記載のいずれかの方法で
有機高分子をコーティングする有機高分子のコーティン
グ方法。
【請求項１３】真空蒸着機内にて基材上に金属および／
または金属酸化物の蒸着と、請求項１〜１０記載のいず
れかの方法による有機高分子のコーティングを交互に行
う有機高分子のコーティング方法。