JP2006056922A

JP2006056922A - プラスチック素材の表面処理方法

Info

Publication number: JP2006056922A
Application number: JP2004237260A
Authority: JP
Inventors: Chukitsu Chin; 忠詰陳
Original assignee: ONID Technology Corp
Current assignee: ONID Technology Corp
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2004-08-17
Publication date: 2006-03-02

Abstract

【課題】プラスチック素材の表面の特性を改良する表面処理方法を提供する。
【解決手段】プラスチック素材が前処理液に浸漬されることにより、表面を改質する前処理プロセスと、
ナノ粒子を含む所定のゲルが前処理プロセスを行ったプラスチック素材の表面に塗布され、水洗と乾燥によってプラスチック素材の表面に均一な塗布層が形成される表面塗布プロセスと、
所定の温度で塗布層を乾燥することにより、保護効果を有するフィルムが形成される後処理プロセスと、を有することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、特にナノ粒子を含むゲルがプラスチック素材（例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エポキシ樹脂及び塩化ビニル樹脂などのプラスチック素材）の表面に均一的に被覆されると共に、所定の処理プロセスによりプラスチック素材の表面の特性を改良する表面処理方法に関するものであり、即ち、所定の化学処理プロセスによってナノ粒子を含むゲルがプラスチック素材の表面に被覆されると共に、所定の後処理プロセスによってナノ粒子がフイルムに形成することにより、プラスチック素材の表面の光透過性、抗静電性、耐摩損性及び紫外線の抵抗性等の特性を向上する。

プラスチック素材（例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エポキシ樹脂及び塩化ビニル樹脂などのプラスチック素材）は低コスト、加工し易い、軽量化及び優れる耐化学品性の特徴を有するので、工業製品によく使用され、特に例えばアクリル樹脂やポリカーボネートやポリスチレンなど光透過効果を有するプラスチック素材が携帯電話の殻、光りディスク及びノートブックパソコンによく使用されている。

しかし、プラスチック素材は以下に示す欠点を有する。
１、光透過度が悪い：アクリル樹脂の光透過度は９０〜９２％であり、ポリカーボネートの光透過度は８６〜８９％であり、ポリスチレンの光透過度は８３〜８５％であるので、光透過度が悪い。
２、硬度が悪い：鉛筆の硬度テストにより、アクリル樹脂の硬度は２Ｈであり、ポリカーボネートの硬度はＨＢであり、ポリスチレンの硬度は１Ｈであるので、硬度が低く、使用寿命も短い。
３、静電の発生が易い：一般のプラスチック素材が静電を集積し易いので、工業製品を製造すると、使用者の迷惑にかかってしまう。
欧州特許第ＷＯ０３/０７１３１５Ａ１号。欧州特許第ＷＯ２００４/０１０４２５Ａ１号。アメリカ特許第５，５６８，４６６号。欧州特許第ＷＯ０３/１００７７７号。アメリカ特許第５，２０２，２２０号。

前記プラスチックの欠点を防止するため、該プラスチック素材の表面に被覆処理を行う。該被覆処理の被覆材はポリマーフィルムと金属酸化物フィルムに分けている。ポリマーフィルムにおいて、ポリエステル樹脂をプラスチック素材の表面に被覆すると共に、加熱によって重合することが開示された欧州特許第ＷＯ０３/０７１３１５Ａ１号と、ポリエステル樹脂をプラスチック素材の表面に被覆すると共に、紫外線によって重合することが開示された欧州特許第ＷＯ２００４/０１０４２５Ａ１号と、アクリル樹脂をプラスチック素材の表面に被覆すると共に、紫外線によって重合することが開示されたアメリカ特許第５，５６８，４６６号とを有するが、その使用方法と材料は本願と異なると共に、形成したフィルムもポリマーであるので、プラスチックの表面の特性を高める効果が有限である。又、金属酸化物フィルムにおいて、１００ｎｍ以下の二酸化珪素粒子（５〜８０ｗｔ％）を光りディスクに被覆すると共に、紫外線によって重合することが開示された欧州特許第ＷＯ０３/１００７７７号を有するが、その内容は本願と異なり、且つ該金属酸化物フィルムが静電と紫外線の防止に効果を有しない。又、アメリカ特許第５，２０２，２２０号に、真空メッキで酸化アルミニウム、酸化亜鉛、二酸化錫、二酸化インジウム又は二酸化アンチモンを光りディスクに被覆することが開示されたが、設備と操作コストが高いと言う問題を有する。

そこで、出願されたのが本発明であって、ナノ粒子を含むゲルがプラスチック素材の表面に均一的に被覆されると共に、所定の処理プロセスによりプラスチック素材の表面の特性を改良する表面処理方法を提供することを目的としている。

本願の請求項１の発明は、プラスチック素材が前処理液に浸漬されることにより、表面を改質する前処理プロセスと、
ナノ粒子を含む所定のゲルが前処理プロセスを行ったプラスチック素材の表面に塗布され、水洗と乾燥によってプラスチック素材の表面に均一な塗布層が形成される表面塗布プロセスと、
所定の温度で塗布層を乾燥することにより、保護効果を有するフィルムが形成される後処理プロセスと、を有することを特徴とするプラスチック素材の表面処理方法及び、
本願の請求項２の発明は、前記プラスチック素材はアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エポキシ樹脂及び塩化ビニル樹脂などのプラスチック素材を含み、
前記前処理プロセスに用いる前処理液では、所定の溶剤に増湿剤と分散剤を添加し、前処理プロセスの処理時間は２０秒〜３０分であり、処理温度は１０〜９０℃であり、
前記表面塗布プロセスに用いる処理剤は主に二酸化チタン、二酸化珪素、酸化亜鉛又は酸化アルミニウムのナノ粒子を含むゲル溶液であり、粒径分布は２〜１００ｎｍであり、含有量は０．１％〜３０％であり、比表面積は１０〜５００ｍ２/ｇであり、該処理液に増湿剤と分散剤が添加されると共に、その成分と用量は前記前処理剤と等しく、
前記後処理プロセスの乾燥温度は５０℃〜１５０℃であり、乾燥時間は３０分〜２４時間であることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック素材の表面処理方法及び、
本願の請求項３の発明は、前記溶剤はエタノール、イソプロパノール、ヘキサン、環状ヘキサン、ベンゼン、トルエン、環状ヘキサノン、酢酸、トリエチルアンモニウム、トリプロピルアンモニウム、ピロリドン、メチルテトラヒドロピロリドンなど溶剤であり、濃度は３〜１００％であり、
前記分散剤はポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ノニルフェノール又は天然アルコールであり、その分子量は２００〜１０００であり、添加量は１０〜５０００ｐｐｍであり、
前記増湿剤はオクチルフェノール、オレイルフェノール又はラノリンであり、その分子量は２００〜３５００であり、添加量は５〜１０００ｐｐｍであることを特徴とする請求項２に記載のプラスチック素材の表面処理方法、を提供する。

本発明は上記の課題を解決するものであり、前処理プロセス、表面塗布プロセス及び後処理プロセスにより、プラスチック素材の表面の特性（例えば光透過性、抗静電性、耐摩損性及び紫外線の抵抗性等）を改善することができる。

本発明はシリーズのプロセスによってナノ粒子を含むゲルが前処理を行ったプラスチック素材の表面に被覆され、所定の後処理プロセスによってフィルムが形成されることにより、プラスチック素材の表面の特性（例えば光透過性、抗静電性、耐摩損性及び紫外線の抵抗性など）を改良する。処理可能のプラスチック素材はアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂などのプラスチック素材及びその関連製品である。

本発明は、プラスチック素材が前処理液に浸漬されることにより、表面を改質する前処理プロセスと、ナノ粒子を含む所定のゲルが前処理プロセスを行ったプラスチック素材の表面に塗布され、水洗と乾燥によってプラスチック素材の表面に均一な塗布層が形成される表面塗布プロセスと、所定の温度で塗布層を乾燥することにより、保護効果を有するフィルムが形成される後処理プロセスと、を有する。

本発明に係るプラスチック素材の表面処理方法によって処理可能のプラスチック素材はアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂などのプラスチック素材である。前記前処理プロセスに用いる前処理液では、所定の溶剤に増湿剤と分散剤を添加する。

前記溶剤はエタノール、イソプロパノール、ヘキサン、環状ヘキサン、ベンゼン、トルエン、環状ヘキサノン、酢酸、トリエチルアンモニウム、トリプロピルアンモニウム、ピロリドン、メチルテトラヒドロピロリドンなど溶剤であり、濃度は３〜１００％である。

前記分散剤は必要に応じて添加されるポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ノニルフェノール又は天然アルコールであり、その分子量は２００〜１０００であり、添加量は１０〜５０００ｐｐｍである。

前記増湿剤はオクチルフェノール、オレイルフェノール又はラノリンであり、その分子量は２００〜３５００であり、添加量は５〜１０００ｐｐｍである。前処理プロセスの浸漬時間は２０秒〜３０分であり、処理温度は１０〜９０℃である。

前記表面塗布プロセスに用いる処理剤は主に二酸化チタン、二酸化珪素、酸化亜鉛又は酸化アルミニウムのナノ粒子を含むゲル溶液であり、粒径分布は２〜１００ｎｍ（０．００２μｍ〜０．１００μｍ）であり、含有量は０．１％〜３０％であり、比表面積は１０〜５００ｍ２/ｇであり、該処理液に必要によって増湿剤と分散剤が添加されると共に、その成分と用量は前記前処理剤と等しい。改質後のプラスチック素材の表面がナノ粒子と互いに吸引作用を発生しやすいので、ナノ粒子をプラスチック素材の表面に被覆し易くなる。表面塗布後のプラスチック素材が水洗と乾燥した後、後述の後処理プロセスを行う。

本発明に係る後処理プロセスはナノ粒子の種類、顆粒のサイズ及び素材の性質によって変わっていく、その乾燥温度は５０℃〜１５０℃であり、乾燥時間は３０分〜２４時間である。

前記のプロセスによって処理したプラスチック素材の表面に均一のフィルムが形成されることにより、プラスチック素材の表面の光透過性、抗静電性、耐摩損性及び紫外線の抵抗性等の特性を向上することができる。

５％のイソプロパノール（ＩＰＡ）水溶液（分子量が６００〜８００であると共に、添加量が３００ｐｐｍであるノニルフェノール（ＮＰ）の分散剤を含む）がスプレー方式によって光りディスク（素材がポリカーボネートである）の表面に被覆され、乾燥後、スプレー方式によって二酸化チタンのナノ粒子を含むゲル（二酸化チタンの含有量が０．３％であり、粒径分布が２〜２０ｎｍであり、比表面積は２００〜５００ｍ２/ｇである）が光りディスクの表面に被覆され、１１０℃、２時間で乾燥することにより、保護効果を有するフィルムが形成される。処理後の光りディスクが鉛筆の硬度テストによってテストすると、２Ｈの硬度に達成でき（普通のはＨＢである）、表面静電は１０Ｖより小さく（普通のは５００〜４５００Ｖである）、紫外線の抵抗は９９％以上に達成できる。

携帯電話のウィンドー（素材がポリカーボネートである）が５％のイソプロパノール（ＩＰＡ）水溶液（分子量が４００〜６００であると共に、添加量が２００ｐｐｍであるノニルフェノール（ＮＰ）の分散剤及び分子量が２００〜５００であると共に、添加量が５００ｐｐｍであるオクチルフェノール（ＯＰ）の増湿剤を含む）に１分ほど浸漬され、水洗後、二酸化チタンのナノ粒子を含むゲル（二酸化チタンの含有量が０．３％であり、粒径分布が２〜２０ｎｍであり、比表面積は２００〜５００ｍ２/ｇである）に１分ほど浸漬され、浸漬後のウィンドーを１１０℃、２時間で乾燥することにより、保護効果を有するフィルムが形成される。処理前、後のウィンドーの特性が表１に表示される。

表１：携帯電話のウィンドー（素材がポリカーボネートである）の処理前、後の特性比較表である。
表１によって処理後のウィンドーの表面の特性が改善されることが分かる。

携帯電話のウィンドー（素材がアクリル樹脂である）が５％のイソプロパノール（ＩＰＡ）水溶液（分子量が４００〜６００であると共に、添加量が２００ｐｐｍであるノニルフェノール（ＮＰ）の分散剤を含む）に１分ほど浸漬され、水洗後、二酸化チタンのナノ粒子を含むゲル（二酸化チタンの含有量が０．３％であり、粒径分布が２〜２０ｎｍであり、比表面積は２００〜５００ｍ２/ｇである）に１分ほど浸漬され、浸漬後のウィンドーを７０℃、４時間で乾燥することにより、保護効果を有するフィルムが形成される。処理前、後のウィンドーの特性が表２に表示される。

表２：携帯電話のウィンドー（素材がアクリル樹脂である）の処理前、後の特性比較表である。
表２によって処理後のウィンドーの表面の特性が改善されることが分かる。

携帯電話のウィンドー（素材がアクリル樹脂である）が５％のイソプロパノール（ＩＰＡ）水溶液（分子量が４００〜６００であると共に、添加量が２００ｐｐｍであるノニルフェノール（ＮＰ）の分散剤を含む）に１分ほど浸漬され、水洗後、酸化アルミニウムのナノ粒子を含むゲル（酸化アルミニウムの含有量が１％であり、粒径分布が１０〜４０ｎｍであり、比表面積は１００〜３００ｍ２/ｇである）に１分ほど浸漬され、浸漬後のウィンドーを７０℃、４時間で乾燥することにより、保護効果を有するフィルムが形成される。処理前、後のウィンドーの特性が表３に表示される。

表３：携帯電話のウィンドー（素材がアクリル樹脂である）の処理前、後の特性比較表である。
表３によって処理後のウィンドーの表面の特性が改善されることが分かる。

携帯電話のウィンドー（素材がポリスチレンである）が５％のイソプロパノール（ＩＰＡ）水溶液（分子量が６０〜８００であると共に、添加量が５００ｐｐｍであるポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の分散剤を含む）に３分ほど浸漬され、水洗後、酸化亜鉛のナノ粒子を含むゲル（酸化亜鉛の含有量が３％であり、粒径分布が２０〜５４０ｎｍであり、比表面積は１００〜２００ｍ２/ｇである）に１分ほど浸漬され、浸漬後のウィンドーを７０℃、４時間で乾燥することにより、保護効果を有するフィルムが形成される。処理前、後のウィンドーの特性が表４に表示される。

表４：携帯電話のウィンドー（素材がポリスチレンである）の処理前、後の特性比較表である。
表４によって処理後のウィンドーの表面の特性が改善されることが分かる。

本発明は前記前処理プロセス、表面塗布プロセス及び後処理プロセスを有するので、プラスチック素材の表面の特性（例えば光透過性、抗静電性、耐摩損性及び紫外線の抵抗性等）を改善することができる。

Claims

プラスチック素材が前処理液に浸漬されることにより、表面を改質する前処理プロセスと、
ナノ粒子を含む所定のゲルが前処理プロセスを行ったプラスチック素材の表面に塗布され、水洗と乾燥によってプラスチック素材の表面に均一な塗布層が形成される表面塗布プロセスと、
所定の温度で塗布層を乾燥することにより、保護効果を有するフィルムが形成される後処理プロセスと、を有することを特徴とするプラスチック素材の表面処理方法。
前記プラスチック素材はアクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エポキシ樹脂及び塩化ビニル樹脂などのプラスチック素材を含み、
前記前処理プロセスに用いる前処理液では、所定の溶剤に増湿剤と分散剤を添加し、前処理プロセスの処理時間は２０秒〜３０分であり、処理温度は１０〜９０℃であり、
前記表面塗布プロセスに用いる処理剤は主に二酸化チタン、二酸化珪素、酸化亜鉛又は酸化アルミニウムのナノ粒子を含むゲル溶液であり、粒径分布は２〜１００ｎｍであり、含有量は０．１％〜３０％であり、比表面積は１０〜５００ｍ２/ｇであり、該処理液に増湿剤と分散剤が添加されると共に、その成分と用量は前記前処理剤と等しく、
前記後処理プロセスの乾燥温度は５０℃〜１５０℃であり、乾燥時間は３０分〜２４時間であることを特徴とする請求項１に記載のプラスチック素材の表面処理方法。
前記溶剤はエタノール、イソプロパノール、ヘキサン、環状ヘキサン、ベンゼン、トルエン、環状ヘキサノン、酢酸、トリエチルアンモニウム、トリプロピルアンモニウム、ピロリドン、メチルテトラヒドロピロリドンなど溶剤であり、濃度は３〜１００％であり、
前記分散剤はポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ノニルフェノール又は天然アルコールであり、その分子量は２００〜１０００であり、添加量は１０〜５０００ｐｐｍであり、
前記増湿剤はオクチルフェノール、オレイルフェノール又はラノリンであり、その分子量は２００〜３５００であり、添加量は５〜１０００ｐｐｍであることを特徴とする請求項２に記載のプラスチック素材の表面処理方法。