JP2007131864A - Polymer member - Google Patents

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Kazuko Inoue
和子 井上
Katsusuke Shimazaki
勝輔 島崎
Atsushi Yusa
敦 遊佐
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Maxell Holdings Ltd
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Hitachi Maxell Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer member having the surface selectively (partially) modified with a fine pattern. <P>SOLUTION: The polymer member has a polymer substrate having grooves in a prescribed pattern formed on the surface, and an organic material infiltrating into the inside of the surface of the groove. As a result, the polymer member having the surface modified with the fine pattern can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポリマー部材に関し、より詳細には、表面改質されたポリマー部材に関する。   The present invention relates to a polymer member, and more particularly to a surface-modified polymer member.

近年、気体のような浸透性を有すると同時に液体のような溶媒としての機能を備える超臨界流体をポリマーの成形加工に用いたプロセスが種々提案されている。例えば、超臨界流体は熱可塑性樹脂に浸透することによって可塑剤として作用し、ポリマーの粘性を低下させることができるので、この超臨界流体の作用を活用して、射出成形時におけるポリマーの流動性や転写性を向上させる方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。   In recent years, various processes have been proposed in which a supercritical fluid that has permeability as a gas and at the same time functions as a solvent such as a liquid is used for molding a polymer. For example, the supercritical fluid acts as a plasticizer by penetrating into the thermoplastic resin and can reduce the viscosity of the polymer. Therefore, the fluidity of the polymer at the time of injection molding is utilized by utilizing the action of this supercritical fluid. And a method for improving transferability has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、超臨界流体の溶媒としての機能を活かして、ポリマーの表面の濡れ性を向上させる等の高機能化のための方法も種々提案されている(例えば、特許文献2及び3を参照)。特許文献2には、ポリアルキルグリコールを超臨界流体に溶解させて繊維に接触させることによって、繊維表面を親水化することができることが開示されている。特許文献3には、超臨界状態、即ち、高圧下で、機能性材料である溶質が予め溶解した超臨界流体とポリマーとを接触させて染色を行うポリマー表面の高機能化のためのバッチプロセスが開示されている。   In addition, various methods for enhancing the function such as improving the wettability of the polymer surface by utilizing the function of the supercritical fluid as a solvent have been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3). Patent Document 2 discloses that a fiber surface can be hydrophilized by dissolving a polyalkyl glycol in a supercritical fluid and bringing the polyalkyl glycol into contact with the fiber. Patent Document 3 discloses a batch process for enhancing the functionality of a polymer surface in which a supercritical fluid in which a solute as a functional material is dissolved in advance is brought into contact with a polymer in a supercritical state, that is, under high pressure. Is disclosed.

また、従来、所望の形状の孔が形成されたマスクを基体上に設け、マスクの上から基体上に付着させる物質(金属錯体)を溶解させた超臨界流体を噴射し、基体表面に付着物質の100μm以下のパターンを形成する方法も提案されている(例えば、特許文献4を参照)。   Conventionally, a mask having a hole having a desired shape is provided on the substrate, and a supercritical fluid in which a substance (metal complex) to be deposited on the substrate is dissolved is sprayed from above the mask, and the deposited substance is applied to the substrate surface. A method of forming a pattern of 100 μm or less is also proposed (see, for example, Patent Document 4).

特開平10−128783号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-128783 特開2001−226874号公報JP 2001-226874 A 特開2002−129464号公報JP 2002-129464 A 特開2002−313750号公報JP 2002-313750 A

上記特許文献1〜3には、超臨界流体を溶媒として用いたポリマーの表面改質方法であり、ポリマー表面全体を改質する技術が開示されている。しかしながら、上記特許文献1〜3に開示された技術でポリマー表面の一部を選択的に且つ微細に改質することは困難である。また、特許文献4では、超臨界流体に物質(溶質)を溶解してポリマー基板に噴射するため、次のような問題が生じるおそれがある。   The above Patent Documents 1 to 3 disclose polymer surface modification methods using a supercritical fluid as a solvent, and disclose a technique for modifying the entire polymer surface. However, it is difficult to selectively and finely modify a part of the polymer surface with the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 3 described above. Moreover, in patent document 4, since a substance (solute) is melt | dissolved in a supercritical fluid and it injects on a polymer substrate, there exists a possibility that the following problems may arise.

超臨界流体の圧力と溶質の溶解度との間には強い相関関係が存在する。溶質を溶解した超臨界流体が充填された高圧下の容器から超臨界流体が外部へ放出されると、超臨界流体の圧力が急激に低下し、溶質の溶解度が著しく低下する。すなわち、特許文献4に記載されているように、溶質を超臨界流体に溶解してポリマーに噴射する場合、噴射された時点で溶質の析出が起こる。そのため特許文献4に記載されている技術では、溶質をポリマー基板の表面に堆積させることはできるが、超臨界流体のポリマー基板への浸透とともに溶質をポリマー基板の内部に浸透させて表面改質することはできない。   There is a strong correlation between the pressure of the supercritical fluid and the solubility of the solute. When the supercritical fluid is discharged to the outside from a container under high pressure filled with the supercritical fluid in which the solute is dissolved, the pressure of the supercritical fluid is rapidly reduced, and the solubility of the solute is significantly reduced. That is, as described in Patent Document 4, when a solute is dissolved in a supercritical fluid and sprayed onto a polymer, the solute is precipitated at the time of spraying. Therefore, in the technique described in Patent Document 4, the solute can be deposited on the surface of the polymer substrate, but the surface is modified by infiltrating the solute into the polymer substrate as the supercritical fluid penetrates into the polymer substrate. It is not possible.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、超臨界流体を用いて、より簡易な方法でポリマー表面の一部を選択的(部分的に)に改質する方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to selectively (partially) partially modify a polymer surface by a simpler method using a supercritical fluid. Is to provide a way to do.

本発明に従えば、超臨界流体を用いたポリマーの表面改質方法であって、上記ポリマーの表面の所定領域に有機物質を付加することと、上記有機物質が付加されたポリマーの表面に超臨界流体を接触させて上記ポリマー表面に上記有機物質を浸透させることとを含む表面改質方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a polymer surface modification method using a supercritical fluid, wherein an organic material is added to a predetermined region of the surface of the polymer, and the surface of the polymer to which the organic material is added is added. There is provided a surface modification method comprising contacting a critical fluid to infiltrate the organic material into the polymer surface.

本発明のポリマーの表面改質方法では、上記ポリマーの表面の所定領域に有機物質を付加する際に、上記有機物質を上記ポリマーの表面に所定のパターンで付加することが好ましい。   In the polymer surface modification method of the present invention, when adding an organic substance to a predetermined region of the polymer surface, the organic substance is preferably added to the surface of the polymer in a predetermined pattern.

本件出願人は先に、予め有機物質をポリマーの表面に塗布しておき、そのポリマー表面に超臨界流体を接触させてポリマー表面を改質する技術を提案した(特願2004−129235号)。この出願では、ポリマー表面の一部分を選択的に改質する方法として、次のような方法を提案した。まず、ポリマーの表面の全面ないし広域に、ポリマー表面に浸透させようとする有機物質を塗布し、次いで、所定の凹凸パターンを有する金型表面をポリマーの表面に密着させる。次いで、金型(凹部)とポリマー表面との間に画成される空間に超臨界流体を流入し、超臨界流体を流入したポリマー表面の領域のみに、塗布された有機物質を選択的に浸透させる。   The present applicant has previously proposed a technique in which an organic substance is previously applied to the surface of a polymer and a supercritical fluid is brought into contact with the polymer surface to modify the polymer surface (Japanese Patent Application No. 2004-129235). In this application, the following method has been proposed as a method for selectively modifying a part of the polymer surface. First, an organic substance intended to permeate the polymer surface is applied to the entire surface or a wide area of the polymer surface, and then a mold surface having a predetermined uneven pattern is brought into close contact with the polymer surface. Next, the supercritical fluid flows into the space defined between the mold (concave) and the polymer surface, and the applied organic substance is selectively permeated only into the region of the polymer surface into which the supercritical fluid has flowed. Let

本発明の別の目的は、上記特願2004−129235号で提案したポリマー表面の一部分を選択的に改質する方法のように微細な凹凸パターンが形成された金型を用いることなく、より簡易な方法でポリマー表面の一部を選択的(部分的)に改質する方法を提供することである。   Another object of the present invention is simpler without using a mold having a fine concavo-convex pattern formed as in the method of selectively modifying a part of the polymer surface proposed in Japanese Patent Application No. 2004-129235. It is to provide a method for selectively (partially) modifying a part of a polymer surface in a simple manner.

本発明のポリマーの表面改質方法を図1を用いて説明する。まず、図1(a)に示すように、予めポリマー1の表面の一部に選択的(部分的)に有機物質2を付加する(有機物質2を所定のパターンでポリマー1表面に付加する)。次いで、図1(b)に示すように、例えば密閉容器4内で、ポリマー1の有機物質2が付加された表面に超臨界流体3を接触させる。そうすると、超臨界流体3と一緒に有機物質2がポリマー1内部に浸透する。その結果、図1(c)に示すように、有機物質2が付加されたポリマー1の部分にのみ有機物質2が浸透したポリマー1が得られる。すなわち、有機物質2が付加されたポリマー1の部分のみが表面改質されたポリマー1が得られる。   The method for modifying the surface of the polymer of the present invention will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 1 (a), an organic substance 2 is added selectively (partially) to a part of the surface of the polymer 1 in advance (the organic substance 2 is added to the surface of the polymer 1 in a predetermined pattern). . Next, as shown in FIG. 1B, the supercritical fluid 3 is brought into contact with the surface to which the organic substance 2 of the polymer 1 is added, for example, in a sealed container 4. Then, the organic substance 2 penetrates into the polymer 1 together with the supercritical fluid 3. As a result, as shown in FIG. 1C, a polymer 1 in which the organic substance 2 has penetrated only into the portion of the polymer 1 to which the organic substance 2 has been added is obtained. That is, the polymer 1 in which only the portion of the polymer 1 to which the organic substance 2 is added is surface-modified is obtained.

なお、図1(c)では、有機物質2の一部がポリマー1に浸透した例を示しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、付加した有機物質2を全てポリマー1内に浸透させても良い。有機物質2の浸透量は接触させる超臨界流体3の温度、圧力、接触時間等の条件を変化させることにより任意に制御することができ、本発明の表面改質方法では、用途等に応じて適宜有機物質2の浸透量を調整することが好ましい。   1C shows an example in which a part of the organic substance 2 has penetrated into the polymer 1, but the present invention is not limited to this. For example, all of the added organic substance 2 is contained in the polymer 1. It may be infiltrated. The permeation amount of the organic substance 2 can be arbitrarily controlled by changing conditions such as the temperature, pressure, and contact time of the supercritical fluid 3 to be contacted. It is preferable to adjust the penetration amount of the organic substance 2 as appropriate.

上述のような本発明のポリマーの表面改質方法では、上記特願2004−129235号で用いた微細な凹凸パターンを有する金型を必要としないため、製造コストを下げることができ、またプロセスも簡略化することができる。また、本発明のポリマーの表面改質方法では、有機物質がしかるべきパターンで予めポリマーの表面に付加されているので、有機物質を超臨界流体に溶解させた状態でポリマーに接触させる場合に生じる、超臨界流体の減圧時に有機物質が析出するという問題も解消される。以上のことから、本発明のポリマーの表面改質方法によれば、有機物質を短時間で且つ高濃度にポリマー内に浸透させることができる。   In the polymer surface modification method of the present invention as described above, a mold having a fine uneven pattern used in the above Japanese Patent Application No. 2004-129235 is not required, so that the manufacturing cost can be reduced and the process can be reduced. It can be simplified. Further, in the polymer surface modification method of the present invention, the organic substance is previously added to the surface of the polymer in an appropriate pattern. Therefore, the organic substance is brought into contact with the polymer in a state of being dissolved in the supercritical fluid. In addition, the problem that the organic substance is deposited when the supercritical fluid is depressurized is also solved. From the above, according to the polymer surface modification method of the present invention, an organic substance can be permeated into the polymer in a short time and at a high concentration.

本発明のポリマーの表面改質方法では、ポリマーの表面に超臨界流体を接触させた状態(例えば、図1(b))で、超臨界流体の圧力を制御して、ポリマー表面を適度な圧力の超臨界流体でプレスすることが好ましい。このプレスにより有機物質をポリマー内部により深く浸透させることが可能となる。また、上述のように、超臨界流体はポリマーに対して可塑剤として作用し、ポリマー表面を軟化させる。それゆえ、超臨界流体をポリマー表面に接触させる際あるいはその後に、金型などでポリマー表面をプレスすると、ポリマーの変形を抑制しつつ効率良く有機物質をポリマー内部に浸透させることができるので、より精密なパターンをポリマー表面に形成することが可能である。   In the polymer surface modification method of the present invention, the pressure of the supercritical fluid is controlled in a state in which the supercritical fluid is in contact with the surface of the polymer (for example, FIG. It is preferable to press with a supercritical fluid. This pressing allows the organic material to penetrate deeper into the polymer. Further, as described above, the supercritical fluid acts as a plasticizer for the polymer and softens the polymer surface. Therefore, when the supercritical fluid is brought into contact with the polymer surface or after that, if the polymer surface is pressed with a mold or the like, the organic substance can efficiently penetrate into the polymer while suppressing deformation of the polymer. It is possible to form a precise pattern on the polymer surface.

本発明のポリマーの表面改質方法では、上記超臨界流体が超臨界状態の二酸化炭素(以下、超臨界二酸化炭素ともいう)であることが好ましい。なお、超臨界流体としては種々の物質を用いることが可能であり、超臨界ニ酸化炭素以外では、超臨界状態の窒素(超臨界窒素)を用いても良い。なお、超臨界二酸化炭素は、熱可塑性樹脂材料に対する可塑剤として、射出成形や押し出し成形において実績があり特に最適である。また、超臨界流体としては、超臨界状態にある空気、水、ブタン、ペンタン、メタノール等を用いても良く、有機物質をある程度溶解する流体であれば任意のものを用い得る。また、有機物質の超臨界流体に対する溶解度を向上させるために、超臨界流体にエントレーナ、即ち、助剤としてアセトン、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコールを混合させても良い。   In the polymer surface modification method of the present invention, the supercritical fluid is preferably carbon dioxide in a supercritical state (hereinafter also referred to as supercritical carbon dioxide). Note that various materials can be used as the supercritical fluid, and nitrogen other than supercritical carbon dioxide (supercritical nitrogen) may be used. Supercritical carbon dioxide is particularly suitable as a plasticizer for thermoplastic resin materials since it has a proven record in injection molding and extrusion molding. As the supercritical fluid, air, water, butane, pentane, methanol or the like in a supercritical state may be used, and any fluid can be used as long as it is a fluid that dissolves organic substances to some extent. In order to improve the solubility of the organic substance in the supercritical fluid, the supercritical fluid may be mixed with an entrainer, that is, an alcohol such as acetone, methanol, ethanol, or propanol as an auxiliary agent.

なお、本発明において、ポリマーに接触させる超臨界流体の温度及び圧力等の条件は任意であるが、例えば超臨界状態になる閾値が温度約31℃、圧力約7MPa以上である二酸化炭素の場合、温度は35〜150℃の範囲、圧力は10〜25MPaの範囲が望ましい。温度や圧力が上記範囲外であると、有機物質の超臨界流体に対する溶解性やポリマーへの浸透性が不十分となる。   In the present invention, the conditions such as the temperature and pressure of the supercritical fluid to be brought into contact with the polymer are arbitrary. For example, in the case of carbon dioxide having a temperature at which the supercritical state reaches a temperature of about 31 ° C. and a pressure of about 7 MPa or more, The temperature is preferably in the range of 35 to 150 ° C., and the pressure is preferably in the range of 10 to 25 MPa. If the temperature or pressure is outside the above ranges, the solubility of the organic substance in the supercritical fluid and the permeability to the polymer will be insufficient.

本発明のポリマーの表面改質方法では、記ポリマーがポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、全芳香族ポリアミド、全芳香族ポリエステル及びアモルファスポリオレフィンからなる群から選ばれる1つであることが好ましい。ただし、本発明のポリマーの表面改質方法では、ポリマーとして上記樹脂以外の各種の樹脂を用いても良い。例えば、ポリ乳酸、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、ポリアセタール、ポリメチルペンテン、ポリテトラフルオロエチレン、液晶ポリマー、スチレン系樹脂、ポリメチルペンテン、ポリアセタール等やそれらを複合種混合したもの、これらを主成分とするポリマーアロイやこれらに各種の充填剤を配合したもの等の各種熱可塑性樹脂を用いても良い。   In the polymer surface modification method of the present invention, the polymer is preferably one selected from the group consisting of polymethyl methacrylate, polycarbonate, wholly aromatic polyamide, wholly aromatic polyester, and amorphous polyolefin. However, in the polymer surface modification method of the present invention, various resins other than the above resins may be used as the polymer. For example, polylactic acid, polyamide, polyetherimide, polyamideimide, polyester, polyacetal, polymethylpentene, polytetrafluoroethylene, liquid crystal polymer, styrene resin, polymethylpentene, polyacetal, etc. Various thermoplastic resins such as a polymer alloy mainly composed of the above and those obtained by blending these with various fillers may be used.

本発明のポリマーの表面改質方法では、上記有機物質が上記超臨界流体に溶解する有機物質であることが好ましい。有機物質として超臨界流体に溶解するものを用いた場合には、有機物質が超臨界流体に溶解した状態でポリマーに浸透するので、有機物質がポリマー内に浸透し易くなる。   In the polymer surface modification method of the present invention, the organic substance is preferably an organic substance that dissolves in the supercritical fluid. When an organic substance that dissolves in a supercritical fluid is used, the organic substance penetrates into the polymer in a state dissolved in the supercritical fluid, and thus the organic substance easily penetrates into the polymer.

本発明のポリマーの表面改質方法では、上記有機物質が色素であることが好ましい。有機物質として、例えばアゾ系等の染料、蛍光染料やフタロシアニン等の有機色素材料を用いた場合には、ポリマー表面を染色することができる。   In the polymer surface modification method of the present invention, the organic substance is preferably a pigment. For example, when an organic dye material such as an azo dye or a fluorescent dye or phthalocyanine is used as the organic substance, the polymer surface can be dyed.

なお、本発明では、有機物質と称しているポリマー基板の表面に浸透させる物質として、種々の有機物や有機化合物で修飾された無機材料を用いても良く、特に超臨界流体にある程度溶解するものであれば、任意のものを用いることができる。それゆえ、有機物質として蛍光物質を用いる場合には、有機蛍光材料に限らず無機蛍光材料も用い得る。具体的には、次のような蛍光物質が用い得る。   In the present invention, an inorganic material modified with various organic substances or organic compounds may be used as a substance that penetrates the surface of a polymer substrate called an organic substance, and particularly, it is soluble to some extent in a supercritical fluid. Any one can be used. Therefore, when a fluorescent material is used as the organic material, not only an organic fluorescent material but also an inorganic fluorescent material can be used. Specifically, the following fluorescent materials can be used.

蛍光物質は、紫外線または赤外線照射により蛍光を発光する物質であって、無機蛍光材料と有機蛍光材料に大別することができる。   A fluorescent substance is a substance that emits fluorescence when irradiated with ultraviolet rays or infrared rays, and can be roughly classified into an inorganic fluorescent material and an organic fluorescent material.

有機蛍光材料としては、ジアミノスチルベンジスルホン酸誘導体、イミダゾール誘導体、クマリン誘導体、トリアゾール、カルバゾール、ピリジン、ナフタル酸、イミダゾロン等の誘導体、フルオレセイン、エオシン等の色素、アントラセン等のベンゼン環を持つ化合物などを用いることができる。   As organic fluorescent materials, diaminostilbene disulfonic acid derivatives, imidazole derivatives, coumarin derivatives, derivatives such as triazole, carbazole, pyridine, naphthalic acid and imidazolone, dyes such as fluorescein and eosin, and compounds having a benzene ring such as anthracene are used. be able to.

また、有機蛍光材料として、超臨界流体に溶解しない材料を用いることも可能である。超臨界流体に溶解しない有機蛍光材料を用いた場合には、超臨界流体をポリマー表面に接触させた際に、ポリマー表面に付加された有機蛍光材料が、超臨界流体の圧力によってポリマー内に浸透する。この場合、該有機蛍光材料としては、ポリマー基材内に容易に浸透可能な分子の大きさを考慮して、特に分子量5000以下の材料を用いることが望ましい。   Further, as the organic fluorescent material, a material that does not dissolve in the supercritical fluid can be used. When an organic fluorescent material that does not dissolve in the supercritical fluid is used, when the supercritical fluid is brought into contact with the polymer surface, the organic fluorescent material added to the polymer surface penetrates into the polymer by the pressure of the supercritical fluid. To do. In this case, it is desirable to use a material having a molecular weight of 5000 or less as the organic fluorescent material in consideration of the size of molecules that can easily penetrate into the polymer substrate.

無機蛍光材料としては、酸化亜鉛などが用い得る。また、無色の無機蛍光材料としては、Ca、Ba、Mg、Zn、Cd等の酸化物、硫化物、ケイ酸塩、リン酸塩、タングステン酸塩などの結晶を主成分とし、Mg、Ag、Cu、Sb、Pb等の金属元素もしくはランタノイド類などの希土類元素を活性剤として添加して焼成して得られる顔料を用いることもできる。   As the inorganic fluorescent material, zinc oxide or the like can be used. Further, as colorless inorganic fluorescent materials, the main components are oxides such as Ca, Ba, Mg, Zn, and Cd, crystals such as sulfides, silicates, phosphates, and tungstates, and Mg, Ag, A pigment obtained by adding a metal element such as Cu, Sb or Pb or a rare earth element such as a lanthanoid as an activator and calcining can also be used.

さらに、赤色光を発光する無機蛍光材料としては、例えば、Y:Eu、YVO:Eu、YS:Eu、3.5MgO、0.5MgFGeO:Mn、(Y,Gd)BO:Eu、Y(P,V)O:Eu等を用いることができる。 Furthermore, examples of inorganic fluorescent materials that emit red light include Y 2 O 3 : Eu, YVO 4 : Eu, Y 2 O 2 S: Eu, 3.5 MgO, 0.5 MgF 2 GeO 2 : Mn, (Y , Gd) BO 3 : Eu, Y (P, V) O 4 : Eu, or the like can be used.

緑色光を発光する無機蛍光材料としては、例えば、ZnO:Zn、ZnSiO:Mn、ZnS:Cu,Al、(Zn,Cd)S:Cu,Al、ZnS:Cu,Au,Al、ZnSiO:Mn、ZnS:Ag,Cu、(Zn,Cd)S:Cu、ZnS:Cu、GdS:Tb、LaS:Tb、YSiO:Ce,Tb、ZnGeO:Mn、CeMgAl1113:Tb、SrGa:Eu2+、ZnS:Cu,Co、MgO・nB:Ce,Tb、LaOBr:Tb,Tm、LaS:Tb、ZnS:Cu(Mn)等を用いることができる。 Examples of inorganic fluorescent materials that emit green light include ZnO: Zn, Zn 3 SiO 2 : Mn, Zn 3 S: Cu, Al, (Zn, Cd) S: Cu, Al, ZnS: Cu, Au, Al. Zn 2 SiO 4 : Mn, ZnS: Ag, Cu, (Zn, Cd) S: Cu, ZnS: Cu, Gd 2 O 2 S: Tb, La 2 O 2 S: Tb, Y 2 SiO 5 : Ce, Tb, Zn 2 GeO 4 : Mn, CeMgAl 11 O 13 : Tb, SrGa 2 S 4 : Eu 2+ , ZnS: Cu, Co, MgO · nB 2 O 3 : Ce, Tb, LaOBr: Tb, Tm, La 2 O 2 S: Tb, ZnS: Cu (Mn), or the like can be used.

青色光を発光する無機蛍光材料としては、例えば、ZnS:Ag、CaWO、YSiO:Ce、ZnS:Ag,Ga,Cl、CaCl:Eu2+、BaMgAl1423:Eu2+、Sr(POCl:Eu等を用いることが可能である。そして、上述のような無機蛍光材料を用いる場合には、これらの無機蛍光材料を化学修飾、物理修飾して超臨界流体に可溶化処理することがより好ましい。なお、上記蛍光材料は用途等に応じて適宜選択することができる。 Examples of inorganic fluorescent materials that emit blue light include ZnS: Ag, CaWO 4 , Y 2 SiO 5 : Ce, ZnS: Ag, Ga, Cl, Ca 2 B 5 O 3 Cl: Eu 2+ , BaMgAl 14 O 23. : Eu 2+ , Sr 3 (PO 2 ) 3 Cl: Eu, or the like can be used. And when using the above inorganic fluorescent materials, it is more preferable to chemically solubilize these inorganic fluorescent materials and to solubilize them in a supercritical fluid. In addition, the said fluorescent material can be suitably selected according to a use etc.

また、本発明のポリマーの表面改質方法では、上記有機物質がポリエチレングリコールであることが好ましい。有機物質としてポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリアルキルグリコール等を用いた場合には、ポリマーの表面を親水化することができる。特に、ポリエチレングリコールは、例えば超臨界二酸化炭素に対して溶解するため比較的ポリマーに浸透し易く、また、親水基(OH)を有する。それゆえ、有機物質としてポリエチレングリコールを用いた場合には表面が親水化されたポリマーを作製し易いので好ましい。また、生体適合性に優れたポリエチレングリコールを用いて親水化されたポリマーは、バイオチップやマイクロTAS(micro total analysis system)等に用いられるポリマーとしても好適である。例えば、疎水性材料であるポリマー表面を親水化することにより、核酸やタンパク質の固着を制御する効果や、ポリマー表面の親水化−疎水化の微小領域における区分けにより核酸の疎水化率による分離を行うことが可能となる。   In the polymer surface modification method of the present invention, the organic substance is preferably polyethylene glycol. When polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyalkyl glycol or the like is used as the organic substance, the surface of the polymer can be hydrophilized. In particular, since polyethylene glycol dissolves in, for example, supercritical carbon dioxide, it is relatively easy to penetrate into the polymer, and has a hydrophilic group (OH). Therefore, when polyethylene glycol is used as the organic substance, it is preferable because a polymer having a hydrophilic surface can be easily produced. A polymer hydrophilized with polyethylene glycol having excellent biocompatibility is also suitable as a polymer used for biochips, micro TAS (micro total analysis system), and the like. For example, the hydrophilicity of the polymer surface, which is a hydrophobic material, makes it possible to control the fixation of nucleic acids and proteins, and the separation based on the hydrophobization-hydrophobic microregion of the polymer surface separates the nucleic acid according to the hydrophobization rate. It becomes possible.

本発明のポリマーの表面改質方法では、上記有機物質が金属錯体であることが好ましい。上述のように、本発明では、有機物質と称しているポリマー基板の表面に浸透させる物質として、種々の有機物や有機化合物で修飾された無機材料を用いても良く、特に超臨界流体にある程度溶解するものであれば、任意のものを用いることができる。このような有機物質のベースとなる無機材料としては、例えば、金属アルコキシド、有機金属錯体等が挙げられる。なお、有機物質として有機金属錯体を用いた場合には、ポリマーに無電解メッキの触媒核を形成することができる。この場合、本発明のポリマーの表面改質方法では、さらに、上記有機物質が付加された領域に、無電解メッキによりメッキ層を形成することを含むことが好ましい。   In the polymer surface modification method of the present invention, the organic substance is preferably a metal complex. As described above, in the present invention, an inorganic material modified with various organic substances or organic compounds may be used as a substance that penetrates the surface of a polymer substrate called an organic substance, and is particularly soluble to some extent in a supercritical fluid. Anything can be used as long as it does. Examples of the inorganic material that serves as a base for such an organic substance include metal alkoxides and organometallic complexes. When an organometallic complex is used as the organic substance, electroless plating catalyst nuclei can be formed in the polymer. In this case, the polymer surface modification method of the present invention preferably further includes forming a plating layer by electroless plating in the region to which the organic substance has been added.

また、本発明のポリマーの表面改質方法では、次のような有機物質を用いても良い。有機物質としてベンゾフェノン、クマリン等の疎水性紫外線安定剤を用いた場合には、ポリマーの風化後の引っ張り強度を向上することができる。また、有機物質としてフッ素化有機銅錯体等のフッ素化合物を用いた場合には、ポリマーの摩擦性が向上したり、撥水機能を持たせることができる。さらに、該有機物質としてシリコンオイルを用いた場合には、撥水機能が発現する。   In the polymer surface modification method of the present invention, the following organic substances may be used. When a hydrophobic ultraviolet stabilizer such as benzophenone or coumarin is used as the organic substance, the tensile strength after weathering of the polymer can be improved. In addition, when a fluorine compound such as a fluorinated organic copper complex is used as the organic substance, the frictional property of the polymer can be improved or a water repellent function can be provided. Further, when silicon oil is used as the organic substance, a water repellent function is exhibited.

また、本発明のポリマーの表面改質方法では、有機物質として、超臨界流体に溶解しない材料を用いることも可能である。超臨界流体に溶解しない有機物質を用いた場合には、超臨界流体をポリマー表面に接触させた際に、ポリマー表面に部分的に付加(塗布)された有機物質が、超臨界流体の圧力によってポリマー内に浸透する。この場合、有機物質に用いる材料としては任意の材料を用い得るが、ポリマー内に容易に浸透可能な有機物質の分子の大きさを考慮して、特に分子量5000以下の材料を用いることが望ましい。ただし、金属微粒子、カーボンナノチューブ、フラーレン、ナノホーン等のナノカーボン、酸化チタン等、無機材料を用いる場合には、それらの無機材料を化学修飾、物理修飾して超臨界流体に可溶化処理することが望ましい。   In the polymer surface modification method of the present invention, it is also possible to use a material that does not dissolve in the supercritical fluid as the organic substance. When an organic substance that does not dissolve in the supercritical fluid is used, when the supercritical fluid is brought into contact with the polymer surface, the organic substance partially added (applied) to the polymer surface is caused by the pressure of the supercritical fluid. Penetrates into the polymer. In this case, any material can be used as the material for the organic substance, but it is desirable to use a material having a molecular weight of 5000 or less in consideration of the molecular size of the organic substance that can easily penetrate into the polymer. However, when using inorganic materials such as fine metal particles, carbon nanotubes, fullerenes, nanohorns such as nanohorns, titanium oxide, etc., these inorganic materials can be solubilized in a supercritical fluid by chemical and physical modification. desirable.

本発明のポリマーの表面改質方法において、ポリマーの表面の所定領域に有機物質を選択的(部分的)に付加する方法としては、有機物質を液状化してこれをスクリーン印刷法やインクジェット法などの印刷方法で付加する方法が好ましい。それ以外の方法としては、メタルマスクやフォトリソグラフィー法を用い作製したレジストマスクをポリマー上に設置した後、有機物質を含有した溶液を塗布する方法を採用しても良い。有機物質を液状化する方法としては、有機物質を加熱して軟化させる方法や、有機物質を所定の溶媒に溶解する方法などが挙げられるが、温度調整を行う必要のない点から溶媒に溶解する方法が簡便で好適である。   In the polymer surface modification method of the present invention, as a method for selectively (partially) adding an organic substance to a predetermined region on the surface of the polymer, the organic substance is liquefied and applied to a screen printing method or an inkjet method. A method of adding by a printing method is preferable. As another method, a method of applying a solution containing an organic substance after a resist mask manufactured using a metal mask or a photolithography method is placed on a polymer may be employed. Examples of the method for liquefying an organic substance include a method for softening an organic substance by heating, a method for dissolving an organic substance in a predetermined solvent, and the like, but it dissolves in a solvent because it is not necessary to adjust the temperature. The method is simple and suitable.

本発明のポリマーの表面改質方法では、上記ポリマーの表面の所定領域に有機物質を付加することが、上記ポリマー表面に所定の溝パターンを形成することと、該溝パターン内に上記有機物質を付加することとを含むことが好ましい。   In the polymer surface modification method of the present invention, adding an organic substance to a predetermined region of the polymer surface forms a predetermined groove pattern on the polymer surface, and the organic substance is added to the groove pattern. It is preferable to include adding.

本発明のポリマーの表面改質方法では、有機物質が付加されるポリマー表面に成形加工等により、所定の凹凸パターンが設けられていることが望ましい。例えば、ポリマー表面に溝パターンを形成すると、該溝パターンを有機物質をポリマー表面の一部(所定パターン)に付加する際のガイドとして用いることができる。   In the polymer surface modification method of the present invention, it is desirable that a predetermined concavo-convex pattern is provided on the polymer surface to which the organic substance is added by molding or the like. For example, when a groove pattern is formed on the polymer surface, the groove pattern can be used as a guide when an organic substance is added to a part of the polymer surface (predetermined pattern).

上述のようにスクリーン印刷法やインクジェット法による印刷方法で有機物質を平坦なポリマー表面に付加する場合、現状では、技術的に100μm以下の微細パターンを形成することは困難である。また、有機物質を平坦なポリマー表面に付加した場合、ポリマー表面に超臨界流体を接触させると、有機物質のパターンの滲み等により、微細パターンを形成することが困難になる恐れもある。しかしながら、例えば、100μm以下、より望ましくは50μm以下、さらに望ましくは10μm以下の幅あるいは深さを有する凹凸パターンをポリマー表面に形成して、その凹凸パターン部に例えばインクジェット法などにより有機物質を付加すると、毛細管現象により有機物質が凹凸パターン部に沿って引き伸ばされ、ポリマー表面に有機物質のより微細なパターンを形成することができる。   As described above, when an organic substance is added to a flat polymer surface by a screen printing method or an ink jet printing method, it is technically difficult to form a fine pattern of 100 μm or less at present. In addition, when an organic substance is added to a flat polymer surface, if a supercritical fluid is brought into contact with the polymer surface, it may be difficult to form a fine pattern due to bleeding of the pattern of the organic substance. However, for example, when an uneven pattern having a width or depth of 100 μm or less, more desirably 50 μm or less, and even more desirably 10 μm or less is formed on the polymer surface, and an organic substance is added to the uneven pattern portion by, for example, an inkjet method or the like. The organic substance is stretched along the concavo-convex pattern portion by capillary action, and a finer pattern of the organic substance can be formed on the polymer surface.

また、この方法を用いると、凹凸パターン内部に有機物質が入り込んでいるので、ポリマー表面に超臨界流体を接触させても有機物質のパターンが滲み難くなり、有機物質のパターンの大きさや精度を補うことも可能になる。さらに、ポリマー表面に所定の微細な凹凸パターンを形成すると、超臨界流体にポリマーが接触した際に、凹凸パターン内部に付加された有機物質が超臨界流体の側に溶出して拡散することを抑制する効果も大きくなる。なお、ポリマー表面に形成される凹凸パターンとしては溝パターンのように凹パターンであることが好ましいが、凸パターンを形成して凸パターン間の谷部を利用することも可能である。   In addition, when this method is used, the organic material has entered the concavo-convex pattern, making it difficult for the organic material pattern to bleed even when a supercritical fluid is brought into contact with the polymer surface, thereby compensating for the size and accuracy of the organic material pattern. It becomes possible. Furthermore, when a predetermined fine concavo-convex pattern is formed on the polymer surface, when the polymer comes into contact with the supercritical fluid, organic substances added inside the concavo-convex pattern are prevented from eluting and diffusing to the supercritical fluid side. The effect to do is also increased. The concave / convex pattern formed on the polymer surface is preferably a concave pattern such as a groove pattern, but it is also possible to form a convex pattern and use a valley between the convex patterns.

本発明のポリマーの表面改質方法では、上記有機物質が付加される上記ポリマーの表面が立体であることが好ましい。   In the polymer surface modification method of the present invention, the surface of the polymer to which the organic substance is added is preferably three-dimensional.

本発明のポリマーの表面改質方法では、さらに、上記ポリマーの表面の所定領域に付加された上記有機物質を被覆するようにコーティング層を形成することを含むことが好ましい。   In the polymer surface modification method of the present invention, it is preferable that the method further includes forming a coating layer so as to cover the organic substance added to a predetermined region of the polymer surface.

有機物質をコーティング層で覆うことにより、超臨界流体をポリマーに接触させた際に、超臨界流体に溶解して流体状態にある有機物質がポリマーの表面近傍から外部に飛散しない。それゆえ、有機物質をコーティング層で覆った場合には、超臨界流体に溶解された有機物質をポリマー内部に効率良く且つ高濃度で浸透させることができる。また、有機物質がコーティング層に覆われているため、ポリマー上に付加された有機物質の所定パターンが滲むことなく有機物質を浸透させることができ、ポリマーの表面改質すべき所定パターンの領域を高精度で改質することができる。   By covering the organic substance with the coating layer, when the supercritical fluid is brought into contact with the polymer, the organic substance that is dissolved in the supercritical fluid and is in a fluid state does not scatter outside from the vicinity of the surface of the polymer. Therefore, when the organic material is covered with the coating layer, the organic material dissolved in the supercritical fluid can efficiently penetrate into the polymer at a high concentration. In addition, since the organic material is covered with the coating layer, the organic material can be permeated without bleeding the predetermined pattern of the organic material added onto the polymer, and the region of the predetermined pattern to be modified on the surface of the polymer is increased. It can be modified with accuracy.

また、本発明のポリマーの表面改質方法では、上記ポリマーの表面の所定領域に有機物質を付加することが、上記ポリマーに接して所定パターンの開口部を有するマスク層を形成することと、上記マスク層の少なくとも開口部に上記有機物質の層を形成することと、上記有機物質の層上にコーティング層を形成することとを含むことが好ましい。   Further, in the polymer surface modification method of the present invention, adding an organic substance to a predetermined region of the polymer surface forms a mask layer having an opening of a predetermined pattern in contact with the polymer; Preferably, the method includes forming the organic material layer in at least the opening of the mask layer and forming a coating layer on the organic material layer.

この場合にも、有機物質の層がコーティング層及びマスク層で覆われているので、超臨界流体をポリマーに接触させた際に、超臨界流体に溶解して流体状態にある有機物質がポリマーの表面近傍から外部に飛散せず、有機物質をポリマー内部に効率良く且つ高濃度で浸透させることができる。また、有機物質がコーティング層及びマスク層に覆われているため、ポリマー上に付加された有機物質の所定パターンが滲むことなく有機物質を浸透させることができ、ポリマーの表面改質すべき所定パターンの領域を高精度で改質することができる。   Also in this case, since the organic material layer is covered with the coating layer and the mask layer, when the supercritical fluid is brought into contact with the polymer, the organic material dissolved in the supercritical fluid is in a fluid state. The organic substance can be efficiently penetrated into the polymer at a high concentration without scattering from the vicinity of the surface to the outside. Further, since the organic material is covered with the coating layer and the mask layer, the organic material can be permeated without bleeding the predetermined pattern of the organic material added on the polymer, and the predetermined pattern to be modified on the surface of the polymer can be obtained. The region can be modified with high accuracy.

なお、マスク層は超臨界流体を遮蔽することが可能であり、ポリマーの表面に付着/密着する材料であり、且つ、超臨界流体をポリマーに接触させる処理を行った後、該ポリマーに損傷を残すことなく除去できる材料であれば、任意の材料が用い得る。このような性質を有する材料でマスク層を形成することにより、マスク層が付着/密着したポリマーの領域に超臨界流体が浸入することを防ぐことができる。そのような性質を有する材料としては、高分子材料を用いることができ、例えば、感光性樹脂、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などが好適である。特にポリマー上に所定のパターンを容易に形成し、且つポリマーへの密着の容易さから感光性樹脂材料が好適であり、例えば、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、シリコーンアクリレートなどのオリゴマーをベース材料として配合された材料等が用い得る。また、ポリマー基材に熱可塑性樹脂を用いた場合、ポジ型レジスト1805(シプレイ・ファーイースト社製)を用いることが好ましい。この感光性樹脂材料は、超臨界流体を遮蔽することが可能であり、ポリマーの表面に付着/密着する材料であるとともに、除去する際にはプロパノール、ブタノール、エタノール、メタノールなどを用いることができるので、マスク層除去の際にもポリマー基材を傷めることなく処理することが可能である。   Note that the mask layer can shield the supercritical fluid, and is a material that adheres / adheres to the surface of the polymer. Further, after the treatment for bringing the supercritical fluid into contact with the polymer, the polymer is damaged. Any material can be used as long as it can be removed without leaving it. By forming the mask layer with a material having such properties, it is possible to prevent the supercritical fluid from entering the polymer region to which the mask layer is adhered / adhered. As the material having such properties, a polymer material can be used, and for example, a photosensitive resin, a thermoplastic resin, a thermosetting resin, and the like are preferable. In particular, a photosensitive resin material is suitable because a predetermined pattern can be easily formed on a polymer and adhesion to the polymer is easy. For example, an oligomer such as polyester acrylate, epoxy acrylate, urethane acrylate, or silicone acrylate is used as a base material. The material etc. which were mix | blended as can be used. Further, when a thermoplastic resin is used for the polymer substrate, it is preferable to use a positive resist 1805 (manufactured by Shipley Far East). This photosensitive resin material can shield the supercritical fluid, and is a material that adheres / adheres to the surface of the polymer, and propanol, butanol, ethanol, methanol, or the like can be used for removal. Therefore, it is possible to perform the treatment without damaging the polymer substrate even when removing the mask layer.

なお、本発明のポリマーの表面改質方法では、マスク層の開口部以外の領域において、超臨界流体の遮蔽し、且つ、ポリマー基材へのダメージの抑制するために、マスク層とポリマー基材との間に上記効果を発揮する下地層を設けても良い。   In the polymer surface modification method of the present invention, in order to shield the supercritical fluid and suppress damage to the polymer substrate in a region other than the opening of the mask layer, the mask layer and the polymer substrate An underlayer that exhibits the above effect may be provided between the two.

また、マスク層の形成方法として、ポリマーの表面改質すべき領域を開口部とするマスク層を形成することが可能な方法であれば任意の方法が用い得るが、特に、液状化した感光性樹脂などのマスク材料をスクリーン印刷法やインクジェット法などの印刷法によりポリマーの表面改質すべき領域以外の領域に付着させ、硬化させることによりマスク層を形成することが好ましい。また、これ以外のマスク層の形成方法としては、感光性樹脂をポリマー全面に塗布した後、メタルマスクやフォトリソグラフィー法などを用いて、ポリマー上の表面改質すべき領域の該感光性樹脂を除去して、マスク層を形成することも可能である。なお、マスク材料を液状化する方法としては、マスク材料を加熱して軟化させる方法や、マスク材料を所定の溶媒に溶解する方法などが挙げられるが、温度調整を行う必要のない点から溶媒にマスク材料を溶解する方法が簡便で好適である。   In addition, as a method for forming the mask layer, any method can be used as long as it is a method capable of forming a mask layer having an opening in a region to be modified on the surface of the polymer. In particular, a liquefied photosensitive resin is used. It is preferable to form a mask layer by adhering a mask material such as the above to a region other than the region to be surface-modified of the polymer by a printing method such as a screen printing method or an ink jet method, and curing. As another method for forming the mask layer, a photosensitive resin is applied to the entire surface of the polymer, and then the photosensitive resin in the region to be surface-modified on the polymer is removed using a metal mask or a photolithography method. Thus, a mask layer can be formed. Examples of the method for liquefying the mask material include a method for softening the mask material by heating, a method for dissolving the mask material in a predetermined solvent, and the like. A method of dissolving the mask material is simple and preferable.

本発明のポリマーの表面改質方法で用い得るコーティング層の材料としては、超臨界流体を比較的透過させることができ、且つ有機物質の拡散を抑えることができる材料を選択することが好適である。このような性質を有する材料でコーティング層を形成すると、上述のように、有機物質を溶解した超臨界流体をポリマー表面に誘導し、且つ該有機物質がポリマー表面から拡散することを抑制しつつ、超臨界流体をポリマーに接触させることができるので、有機物質を効率良く且つ高濃度でポリマーに浸透させることができる。また、本発明のポリマーの表面改質方法では、コーティング層が有機物質より超臨界流体に溶解し難い材料で形成されていることが好ましい。   As the material of the coating layer that can be used in the polymer surface modification method of the present invention, it is preferable to select a material that can relatively permeate the supercritical fluid and suppress the diffusion of the organic substance. . When the coating layer is formed of a material having such properties, as described above, the supercritical fluid in which the organic substance is dissolved is guided to the polymer surface, and the organic substance is prevented from diffusing from the polymer surface, Since the supercritical fluid can be brought into contact with the polymer, the organic substance can efficiently penetrate into the polymer at a high concentration. In the polymer surface modification method of the present invention, the coating layer is preferably formed of a material that is less soluble in the supercritical fluid than the organic substance.

上記性質を有するコーティング層の材料として、例えば、各種の水溶性樹脂(水溶性高分子)を用いることができる。水溶性樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、デンプン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、アルギン酸ナトリウムなどが挙げられる。また、その他のコーティング層の形成材料としては、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリルアミド、セルロース、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドンなどを用いることができる。コーティング層を水溶性樹脂で形成した場合には、浸透物質をポリマー基材に浸透させた後に、コーティング層を除去する際に、ポリマーを水で洗い流すことでコーティング層を除去することができるので、ポリマーにダメージを与えることなく除去することができる。   As a material for the coating layer having the above properties, for example, various water-soluble resins (water-soluble polymers) can be used. Examples of the water-soluble resin include polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, starch, methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, sodium alginate and the like. Further, as other coating layer forming materials, polyethylene oxide, sodium polyacrylate, polyacrylamide, cellulose, polyethylene glycol, polyvinyl pyrrolidone and the like can be used. When the coating layer is formed of a water-soluble resin, the coating layer can be removed by rinsing the polymer with water when removing the coating layer after impregnating the penetrating substance into the polymer substrate. It can be removed without damaging the polymer.

本発明のポリマーの表面改質方法では、上記コーティング層が、ディッピング法、ロールコーティング法、スクリーン印刷法及びスプレー法からなる群から選ばれる1つの方法で形成されるが好ましい。なお、ポリマーの有機物質上にコーティング層を付加する方法として、少なくとも有機物質の付加部分が被覆されるように付加できる方法であれば任意の方法を用いることができ、上記方法以外でも種々の公知の付加方法を用いることができる。コーティング層の厚さは、超臨界流体が浸透しやすく且つ浸透物質が拡散しないような厚さであれば任意であり、コーティング層の厚さは、使用するポリマー、有機物質等に応じて適宜設定し得る。なお、一般的にはコーティング層の厚さは、5μm〜200μmの範囲であることが好ましく、また均一であることが好適である。   In the polymer surface modification method of the present invention, the coating layer is preferably formed by one method selected from the group consisting of a dipping method, a roll coating method, a screen printing method and a spray method. In addition, as a method for adding a coating layer on a polymer organic material, any method can be used as long as it can be added so that at least an addition portion of the organic material is coated. Can be used. The thickness of the coating layer is arbitrary as long as the supercritical fluid can easily permeate and the permeation substance does not diffuse. The thickness of the coating layer is appropriately set according to the polymer, organic substance, etc. used. Can do. In general, the thickness of the coating layer is preferably in the range of 5 μm to 200 μm, and is preferably uniform.

本発明のポリマーの表面改質方法によれば、ポリマー表面の所定領域(所定パターン)にのみ有機物質を付加し、そのポリマー表面に超臨界流体を接触させることにより、ポリマーの表面を部分的に改質することができる。それゆえ、ポリマー表面を選択的に且つ微細に表面改質を行うことができる。   According to the polymer surface modification method of the present invention, an organic substance is added only to a predetermined region (predetermined pattern) of the polymer surface, and a supercritical fluid is brought into contact with the polymer surface, thereby partially changing the surface of the polymer. It can be modified. Therefore, the polymer surface can be selectively and finely modified.

また、本発明のポリマーの表面改質方法によれば、ポリマー表面に有機物質の微細なパターン形成する際に、インクジェット法やスクリーン印刷法などで有機物質をポリマー表面の所定領域に付加するので、微細パターンを形成するための金型を必要としないため、低コストであり、またプロセスが簡略化される。   Further, according to the polymer surface modification method of the present invention, when a fine pattern of the organic material is formed on the polymer surface, the organic material is added to a predetermined region of the polymer surface by an inkjet method or a screen printing method. Since a mold for forming a fine pattern is not required, the cost is low and the process is simplified.

さらに、本発明のポリマーの表面改質方法では、様々な機能を発現する有機物質をポリマー内部に浸透させることができるので、有機物質の機能が持続し、耐候性に優れた機能性ポリマーを提供することができる。   Furthermore, in the polymer surface modification method of the present invention, an organic substance that exhibits various functions can penetrate into the inside of the polymer, so that a functional polymer that maintains the function of the organic substance and has excellent weather resistance is provided. can do.

また、本発明のポリマーの表面改質方法において、ポリマーの所定領域に塗布された有機物質をコーティング層またはコーティング層及びマスク層で覆った場合には、超臨界流体をポリマーに接触させた際に、超臨界流体に溶解して流体状態にある有機物質がポリマーの表面近傍から外部に飛散せず、有機物質をポリマー内部に効率良く且つ高濃度で浸透させることができる。また、この場合、ポリマー上に付加された有機物質の所定パターンが滲むことなく有機物質を浸透させることができ、ポリマーの表面改質すべき所定パターンの領域を高精度で改質することができる。   In the polymer surface modification method of the present invention, when an organic substance applied to a predetermined region of the polymer is covered with a coating layer or a coating layer and a mask layer, the supercritical fluid is brought into contact with the polymer. The organic substance dissolved in the supercritical fluid is not scattered from the vicinity of the surface of the polymer to the outside, and the organic substance can efficiently penetrate into the polymer at a high concentration. Further, in this case, the organic material can be permeated without bleeding the predetermined pattern of the organic material added on the polymer, and the region of the predetermined pattern to be modified on the surface of the polymer can be modified with high accuracy.

以下に、本発明のポリマーの表面改質方法の実施例について図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれに限定されない。   Examples of the method for modifying the surface of a polymer according to the present invention will be specifically described below with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

実施例1では、図2に示すように、ポリマー基板1の表面に色素2を文字パターン(「A」及び「B」)で付加し、その部分においてのみ色素2をポリマー1内に浸透させて表面改質を行う方法について説明する。   In Example 1, as shown in FIG. 2, the dye 2 is added to the surface of the polymer substrate 1 in a character pattern (“A” and “B”), and the dye 2 is penetrated into the polymer 1 only in that portion. A method for performing the surface modification will be described.

[表面改質方法に用いる高圧装置]
まず、実施例1の表面改質方法に用いる高圧装置について、図3を用いて説明する。図3は、この例の表面改質方法に用いる高圧装置の概略構成図である。高圧装置100は、図3に示すように、主に、高圧容器11と、COボンベ12と、超臨界流体調整装置13と、それらの構成要素を繋ぐ配管16a及び16bとで構成されている。
[High pressure equipment used for surface modification]
First, the high-pressure apparatus used for the surface modification method of Example 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a high-pressure apparatus used in the surface modification method of this example. As shown in FIG. 3, the high-pressure device 100 mainly includes a high-pressure vessel 11, a CO 2 cylinder 12, a supercritical fluid adjustment device 13, and pipes 16 a and 16 b that connect those components. .

高圧容器11は、図3に示すように、表面に凹部31が形成された容器本体33と、蓋34とを含み、容器本体33の凹部31の外壁上面にはO−リング32が設けられている。そして、図3に示すように、蓋34を容器本体33の凹部側の上面に載置してボルト締めすることにより、容器本体33の凹部31が密閉される。また、高圧容器11には、図3に示すように、容器本体33の凹部31と流通した流路36及び導入口35が形成されている。また、流路36は、図3に示すように、導入口35を介して外部の超臨界流体を流す配管16bと流通しており、高圧容器11の外部で生成された超臨界流体は、配管16bから導入口35及び流路36を通って密閉された容器本体33の凹部31に効率良く導入される。この際、容器本体33の凹部31はO−リング32を介して蓋34により密閉されているので、導入口35及び流路36を介して凹部31に導入された超臨界流体が高圧容器11の外部に漏れ出すことはない。   As shown in FIG. 3, the high-pressure vessel 11 includes a container main body 33 having a concave portion 31 formed on the surface and a lid 34, and an O-ring 32 is provided on the upper surface of the outer wall of the concave portion 31 of the container main body 33. Yes. And as shown in FIG. 3, the recessed part 31 of the container main body 33 is sealed by mounting the lid | cover 34 on the upper surface at the side of the recessed part of the container main body 33, and bolting. Further, as shown in FIG. 3, the high-pressure vessel 11 is formed with a flow path 36 and an introduction port 35 that are in communication with the recess 31 of the vessel body 33. Further, as shown in FIG. 3, the flow path 36 circulates with a pipe 16b through which an external supercritical fluid flows through the inlet 35, and the supercritical fluid generated outside the high-pressure vessel 11 is piped. It is efficiently introduced into the recessed portion 31 of the sealed container body 33 from 16 b through the inlet 35 and the flow path 36. At this time, since the concave portion 31 of the container body 33 is sealed by the lid 34 via the O-ring 32, the supercritical fluid introduced into the concave portion 31 via the introduction port 35 and the flow path 36 is retained in the high pressure vessel 11. There is no leakage to the outside.

超臨界流体調整装置13は、図3に示すように、主に、ブースターポンプ21と、バッファータンク17とから構成されている。COボンベ12と超臨界流体調整装置13とは配管16aによって接続されており、COボンベ12から配管16aを介して超臨界流体調整装置13に導入されたCOガスは、ブースターポンプ21により、バッファータンク17内に導入される。そして、導入されたCOガスは、バッファータンク17内で所定の圧力に昇圧され、バッファータンク17に設けられたヒーター14aにより所定の温度に調整された超臨界状態のCOガス(超臨界二酸化炭素)となる。バッファータンク17内で発生した超臨界二酸化炭素は、温調装置14bで所定の温度に温調された配管16bを通過して、高圧容器11の導入口35から流路36を介して密閉された凹部31内に導入される。 As shown in FIG. 3, the supercritical fluid adjustment device 13 mainly includes a booster pump 21 and a buffer tank 17. The CO 2 cylinder 12 and the supercritical fluid adjustment device 13 are connected by a pipe 16a, and the CO 2 gas introduced from the CO 2 cylinder 12 through the pipe 16a into the supercritical fluid adjustment device 13 is supplied by a booster pump 21. And introduced into the buffer tank 17. The introduced CO 2 gas is boosted to a predetermined pressure in the buffer tank 17 and is adjusted to a predetermined temperature by a heater 14 a provided in the buffer tank 17 (supercritical CO 2 gas in a supercritical state). Carbon). The supercritical carbon dioxide generated in the buffer tank 17 passes through the pipe 16b adjusted to a predetermined temperature by the temperature controller 14b and is sealed from the inlet 35 of the high-pressure vessel 11 through the flow path 36. It is introduced into the recess 31.

[ポリマーの表面改質方法]
次に、この例のポリマーの表面改質方法について説明する。まず、表面が平坦なポリマ−基板1を用意した。ポリマー基板1にはガラス転移温度Tgが約130℃のポリカーボネート樹脂を用いた。次いで、そのポリマー基板1の表面にスクリーン印刷法により色素2(有機物質)を所定パターン(文字パターン)で付加した。この例では、部分的な表面改質の効果を評価するために、図2に示すように、色素2のパターンとしてアルファベット「A」及び「B」を形成した。また、ポリマー基板1に付加する色素2としては、下記化学式(1)で表される染料Blue35のアルコール溶液を用いた。なお、この際、色素溶液の塗布厚さが約15μmとなるように付加した。次いで、色素2を塗布したポリマー基板1を70℃にて1時間乾燥させ、その後、室温にて1時間冷却した。
[Polymer surface modification method]
Next, a method for modifying the surface of the polymer in this example will be described. First, a polymer substrate 1 having a flat surface was prepared. A polycarbonate resin having a glass transition temperature Tg of about 130 ° C. was used for the polymer substrate 1. Subsequently, the pigment | dye 2 (organic substance) was added to the surface of the polymer substrate 1 by the screen printing method by the predetermined pattern (character pattern). In this example, in order to evaluate the effect of partial surface modification, alphabets “A” and “B” were formed as the pattern of the dye 2 as shown in FIG. Moreover, as the pigment | dye 2 added to the polymer substrate 1, the alcohol solution of dye Blue35 represented by following Chemical formula (1) was used. At this time, the pigment solution was added so that the coating thickness was about 15 μm. Next, the polymer substrate 1 coated with the dye 2 was dried at 70 ° C. for 1 hour, and then cooled at room temperature for 1 hour.

Figure 2007131864
Figure 2007131864

上述のようにして、図2に示したような表面に色素2を所定の文字パターンで付加したポリマー基板1を得た。この時点のポリマー基板1の概略断面図を示したのが図1(a)であり、この時点では、ポリマー基板1上に色素2が塗布されただけの状態であり、色素2はポリマー基板1内には浸透していない。   As described above, a polymer substrate 1 in which the dye 2 was added in a predetermined character pattern on the surface as shown in FIG. 2 was obtained. A schematic cross-sectional view of the polymer substrate 1 at this time is shown in FIG. 1A. At this time, the dye 2 is simply applied on the polymer substrate 1, and the dye 2 is the polymer substrate 1. It does not penetrate inside.

次いで、ポリマー基板1を高圧容器11の凹部31の底部に設置した。その後、蓋34を容器本体33上に載置してボルト締めすることにより高圧容器11内の凹部31を密閉した。次に、高圧容器11内の凹部31内に超臨界流体を以下のようにして導入した。まず、COボンベ12からCOガスが超臨界流体調整装置13のブースターポンプ21を経由してバッファータンク17内に導入される。導入されたCOガスは、バッファータンク17内で昇圧・加熱されて超臨界状態のCO(超臨界二酸化炭素)が発生する。この例では、温度40℃、圧力15MPaの超臨界二酸化炭素を発生させた。次いで、バルブ15bを開放して、バッファータンク17内で所定の圧力に調整された超臨界二酸化炭素を高圧容器11の導入口35及び流路36を介して、高圧容器11内の密閉された凹部31に導入して滞留させた(図1(b)の状態)。 Next, the polymer substrate 1 was installed at the bottom of the recess 31 of the high-pressure vessel 11. Thereafter, the recess 34 in the high-pressure vessel 11 was sealed by placing the lid 34 on the vessel body 33 and tightening the bolt. Next, the supercritical fluid was introduced into the recess 31 in the high-pressure vessel 11 as follows. First, the CO 2 gas cylinder 12 CO 2 gas through the booster pump 21 of the supercritical fluid regulator 13 is introduced into the buffer tank 17. The introduced CO 2 gas is pressurized and heated in the buffer tank 17 to generate supercritical CO 2 (supercritical carbon dioxide). In this example, supercritical carbon dioxide having a temperature of 40 ° C. and a pressure of 15 MPa was generated. Subsequently, the valve 15b is opened, and the supercritical carbon dioxide adjusted to a predetermined pressure in the buffer tank 17 is sealed in the high-pressure vessel 11 through the inlet 35 and the flow path 36. It was introduced into 31 and allowed to stay (state of FIG. 1 (b)).

なお、超臨界流体調整装置13と高圧容器11とを繋ぐ配管16bは、温調装置14b(例えば、温水循環型の温調装置)によって所定の温度に温調されているので、配管の調整温度に応じてこの配管16bを通過する超臨界二酸化炭素の温度も調整することができる。それゆえ、温調装置14bにより、超臨界二酸化炭素が導入された高圧容器11の凹部31内の温度調節も可能となる。なお、超臨界流体は温度調節されることにより、高圧容器11内での温度や圧力が変化するが、本実施例における上記超臨界流体の温度や圧力条件は、高圧容器11導入前の状態を示したものである。   The piping 16b connecting the supercritical fluid adjustment device 13 and the high-pressure vessel 11 is adjusted to a predetermined temperature by a temperature adjustment device 14b (for example, a hot water circulation type temperature adjustment device). Accordingly, the temperature of the supercritical carbon dioxide passing through the pipe 16b can be adjusted. Therefore, it is possible to adjust the temperature in the recess 31 of the high-pressure vessel 11 into which supercritical carbon dioxide has been introduced by the temperature control device 14b. The temperature and pressure in the high-pressure vessel 11 change as the temperature of the supercritical fluid is adjusted, but the temperature and pressure conditions of the supercritical fluid in this embodiment are the same as those before the introduction of the high-pressure vessel 11. It is shown.

高圧容器11の凹部31内部に導入された超臨界二酸化炭素がポリマー基板1の表面に接触すると、ポリマー基板1の表面に部分的に付加された色素2が超臨界二酸化炭素に溶解して、超臨界二酸化炭素とともにポリマー基板1の内部に浸透する。   When the supercritical carbon dioxide introduced into the concave portion 31 of the high-pressure vessel 11 comes into contact with the surface of the polymer substrate 1, the dye 2 partially added to the surface of the polymer substrate 1 is dissolved in the supercritical carbon dioxide, It penetrates into the polymer substrate 1 together with the critical carbon dioxide.

次いで、超臨界流体調整装置13内の開放弁24を開放して、高圧容器11内の凹部31を大気開放した後、高圧容器11からポリマー基板1を取り出した(図1(c)の状態)。   Next, the release valve 24 in the supercritical fluid adjusting device 13 is opened to open the concave portion 31 in the high-pressure vessel 11 to the atmosphere, and then the polymer substrate 1 is taken out from the high-pressure vessel 11 (state of FIG. 1C). .

上述のプロセスにより図2に示すような色素2の文字パターンが、ポリマー基板1内部に浸透した状態のポリマー基板1を得た。すなわち、色素2で部分的に表面改質が行われたポリメチルメタクリレート樹脂からなるポリマー基板1を得ることができた。   The polymer substrate 1 in a state in which the character pattern of the dye 2 as shown in FIG. That is, it was possible to obtain a polymer substrate 1 made of a polymethyl methacrylate resin partially surface-modified with the dye 2.

上述のように、本発明のポリマーの表面改質方法では、予めスクリーン印刷法等の印刷方法で、ポリマー表面の所定部分に色素などの有機物質を付加することができるので、微細な凹凸パターンを形成した金型を用いることなくポリマー表面を部分的に表面改質することができる。それゆえ、ポリマー表面に形成するパターンに応じて個々に金型を作製する必要もなく、低コストであり、またプロセスを簡略化することができる。   As described above, in the polymer surface modification method of the present invention, since an organic substance such as a pigment can be added to a predetermined portion of the polymer surface by a printing method such as a screen printing method in advance, a fine uneven pattern is formed. The surface of the polymer can be partially modified without using the formed mold. Therefore, it is not necessary to individually manufacture a mold according to the pattern formed on the polymer surface, and the cost can be reduced and the process can be simplified.

[密着性の評価]
上述のプロセスで得られたポリマー基板1の表面に形成された色素2の密着性を評価した。具体的には、色素材料(染料)の良溶媒であるイソプロピルアルコールにポリマー基板1を浸漬して評価した。なお、比較のため染料色素をポリマー基板1にスクリーン印刷した後、上述の表面改質処理(超臨界流体と接触させて色素材料をポリマー基板に浸透させる処理)を行わなかったポリマー基板(以下、比較例1のポリマー基板という)を作製して密着性の評価を行った。その結果、比較例1のポリマー基板をイソプロピルアルコールに浸漬すると染料が溶出し印字が消えた。しかしながら、この例で作製したポリマー基板1では、印刷部(文字パターン部)の色の消失がみられなかった。
[Evaluation of adhesion]
The adhesion of the dye 2 formed on the surface of the polymer substrate 1 obtained by the above process was evaluated. Specifically, the evaluation was performed by immersing the polymer substrate 1 in isopropyl alcohol, which is a good solvent for the pigment material (dye). For comparison, after the dye pigment is screen-printed on the polymer substrate 1, the above-described surface modification treatment (treatment of bringing the pigment material into the polymer substrate by contacting with the supercritical fluid) was not performed (hereinafter, The polymer substrate of Comparative Example 1) was prepared and the adhesion was evaluated. As a result, when the polymer substrate of Comparative Example 1 was immersed in isopropyl alcohol, the dye eluted and the printing disappeared. However, in the polymer substrate 1 produced in this example, the disappearance of the color of the printed portion (character pattern portion) was not observed.

[断面構造]
実施例1で作製したポリマー基板(所定の表面領域を部分的に表面改質したポリマー基板)と、比較例1で作製したポリマー基板において、有機物質(色素)のポリマー基板表面への浸透の様子を分析した。具体的には、実施例1及び比較例1のポリマー基板の色素を付加した部分の基板の厚さ方向における色素の濃度分布について調べた。測定方法としては、ポリマー基板を表面からスパッタリングで掘り下げ、ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)を用いて色素の相対的な含有量(所定深さの色素含有量に対する各測定深さにおける色素含有量(但し、任意スケールで表す))の変化を測定した。その結果を図8に示した。図8では、横軸にポリマー基板の厚さ方向の深さ位置をとり、縦軸には色素の含有量の相対値を示した。なお、図8中の白丸印が実施例1の測定結果であり、黒丸印が比較例1の測定結果である。また、横軸の0の位置は基板の最表面であり、印刷層(色素)との境界面である。すなわち、図8の特性においては、図面上の右側に向かって基板の深さ位置が深くなる方向になる。図8から明らかなように、実施例1で作製したポリマー基板では、基板の最表面付近から約400nmの基板深さまで色素が浸透していることが分かった。一方、比較例1で作製したポリマー基板では、図8から明らかなように、基板内部への色素の浸透はほとんど見られなかった。
[Cross-section structure]
In the polymer substrate prepared in Example 1 (polymer substrate obtained by partially modifying a predetermined surface region) and the polymer substrate prepared in Comparative Example 1, organic substances (pigments) permeate the polymer substrate surface Was analyzed. Specifically, the concentration distribution of the dye in the thickness direction of the portion of the polymer substrate of Example 1 and Comparative Example 1 where the dye was added was examined. As a measuring method, the polymer substrate is dug from the surface by sputtering, and the relative content of the dye using ESCA (Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) (the dye content at each measurement depth with respect to the dye content at a predetermined depth ( However, the change in the scale))) was measured. The results are shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the depth position in the thickness direction of the polymer substrate, and the vertical axis represents the relative value of the pigment content. The white circles in FIG. 8 are the measurement results of Example 1, and the black circles are the measurement results of Comparative Example 1. The position 0 on the horizontal axis is the outermost surface of the substrate, which is the boundary surface with the printing layer (dye). That is, in the characteristic of FIG. 8, the depth position of the substrate becomes deeper toward the right side in the drawing. As is clear from FIG. 8, it was found that the dye penetrated from the vicinity of the outermost surface of the substrate to the substrate depth of about 400 nm in the polymer substrate produced in Example 1. On the other hand, in the polymer substrate produced in Comparative Example 1, as apparent from FIG. 8, the penetration of the dye into the substrate was hardly observed.

上記結果から明らかなように、この例で作製したポリマー基板は、表面改質処理を行わなかったポリマー基板に比べて、色素材料がポリマー基板の表面から内部に高濃度で浸透しており、色素が浸透したポリマー基板の領域では色素が剥離しにくい状態に改質されていることが分かった。   As is apparent from the above results, the polymer substrate produced in this example has a higher concentration of pigment material penetrating from the surface of the polymer substrate to the interior than the polymer substrate that was not subjected to the surface modification treatment. It was found that the dye was modified so as not to be peeled off in the region of the polymer substrate that had penetrated.

実施例2では、マイクロTASと呼ばれる生化学分析等に用いられるプレートに本発明の表面改質方法を適用した例を説明する。この例で作製したマイクロTASの概略構成を図4に示した。   In Example 2, an example in which the surface modification method of the present invention is applied to a plate used for biochemical analysis or the like called micro TAS will be described. A schematic configuration of the micro TAS produced in this example is shown in FIG.

この例のマイクロTAS40では、ポリマー基板41上に、図4(a)に示すような有機物質43のパターン42を形成した。ポリマー基板41としては、ガラス転移温度Tgが約100℃のポリメチルメタクリレート樹脂(旭化成工業(株)製、商品名:デルペット560F)からなる平坦なポリマー基板を用いた。パターン42を形成する有機物質43としては、平均分子量が約1000のポリエチレングリコール(PEG)を用いた。すなわち、この例では、ポリマー基板1の表面の所定領域にPEG43を付加して超臨界流体を接触させることにより、PEG53が付加された表面領域を親水化する表面改質処理を行った。   In the micro TAS 40 of this example, the pattern 42 of the organic material 43 as shown in FIG. 4A was formed on the polymer substrate 41. As the polymer substrate 41, a flat polymer substrate made of polymethylmethacrylate resin (product name: Delpet 560F, manufactured by Asahi Kasei Kogyo Co., Ltd.) having a glass transition temperature Tg of about 100 ° C. was used. As the organic substance 43 forming the pattern 42, polyethylene glycol (PEG) having an average molecular weight of about 1000 was used. That is, in this example, a surface modification treatment for hydrophilizing the surface region to which PEG 53 has been added was performed by adding PEG 43 to a predetermined region on the surface of the polymer substrate 1 and bringing it into contact with the supercritical fluid.

有機物質43のパターン42は、図4(a)に示すように、液体状のサンプルが注入される円形部42aと、円形部42aからポリマー基板41の長手方向に沿って延在する流路42bと、流路42bの途中から分かれた3つの分流路42cと、3つの分流路42cのそれぞれの先端に形成された試薬が注入される3つの小円形部とから構成した。なお、この例では、円形部42aの直径を5mm、小円形部42dの直径を2mm、流路42b及び小流路42cの幅を300μmとした。この例ではポリマー基板1の表面は平坦面である。PEG43のパターン42はスクリーン印刷によりポリマー基板41上に印刷して付加した。この際、60℃に加熱して軟化させたPEG43をポリマー基板41の表面にスクリーン印刷で付加した。   As shown in FIG. 4A, a pattern 42 of the organic material 43 includes a circular portion 42a into which a liquid sample is injected, and a flow path 42b extending from the circular portion 42a along the longitudinal direction of the polymer substrate 41. And three branch channels 42c divided from the middle of the channel 42b, and three small circular portions into which the reagent formed at the tip of each of the three branch channels 42c is injected. In this example, the diameter of the circular portion 42a is 5 mm, the diameter of the small circular portion 42d is 2 mm, and the widths of the channel 42b and the small channel 42c are 300 μm. In this example, the surface of the polymer substrate 1 is a flat surface. The pattern 42 of PEG 43 was printed on the polymer substrate 41 by screen printing and added. At this time, PEG 43 softened by heating to 60 ° C. was added to the surface of the polymer substrate 41 by screen printing.

次に、スクリーン印刷でPEG43のパターン42が形成されたポリマー基板41を、実施例1で用いた高圧容器11の凹部31に設置して、高圧容器11内部を密閉した。次いで、実施例1と同様にして、ポリマー基板41の表面に、超臨界二酸化炭素に接触させてPEG43をポリマー基板41内部に浸透させた。なお、この際、高圧容器11内部には、圧力P=15MPa、温度50℃の超臨界二酸化炭素を導入し滞留させ、超臨界二酸化炭素の圧力Pが安定した後、その状態を30分間保持した。これにより、ポリマー基板41の表面に塗布されたPEG43が超臨界二酸化炭素に溶解して、超臨界二酸化炭素とともにポリマー基板41内部に浸透する。ただし、この際、PEG43が付加されていない部分にも超臨界二酸化炭素が接触するが、この部分にはPEG43が付加されていないので、この部分のポリマー基板41の表面は改質されない。   Next, the polymer substrate 41 on which the PEG 43 pattern 42 was formed by screen printing was placed in the recess 31 of the high-pressure vessel 11 used in Example 1, and the inside of the high-pressure vessel 11 was sealed. Next, in the same manner as in Example 1, the surface of the polymer substrate 41 was brought into contact with supercritical carbon dioxide so that the PEG 43 penetrated into the polymer substrate 41. At this time, supercritical carbon dioxide having a pressure P = 15 MPa and a temperature of 50 ° C. was introduced into the high-pressure vessel 11 and retained, and after maintaining the pressure P of the supercritical carbon dioxide, the state was maintained for 30 minutes. . As a result, the PEG 43 applied to the surface of the polymer substrate 41 is dissolved in the supercritical carbon dioxide and penetrates into the polymer substrate 41 together with the supercritical carbon dioxide. However, at this time, supercritical carbon dioxide also contacts a portion to which PEG 43 is not added. However, since PEG 43 is not added to this portion, the surface of the polymer substrate 41 in this portion is not modified.

次いで、実施例1と同様にして高圧容器11内部を大気開放し、高圧容器11からポリマー基板41を取り出した。こうして、ポリマー基板41表面のパターン42部にのみPEG43が浸透した、即ち、PEG43が付加された部分だけが表面改質されたポリメチルメタクリレート樹脂からなるマイクロTAS40を得ることができた。この例で作製されたマイクロTAS40では、PEG43が浸透したポリマー基板41の表面部(パターン42部)のみが親水化されている。   Next, the inside of the high-pressure vessel 11 was opened to the atmosphere in the same manner as in Example 1, and the polymer substrate 41 was taken out from the high-pressure vessel 11. In this manner, micro TAS 40 made of polymethyl methacrylate resin in which PEG 43 permeated only into the pattern 42 portion on the surface of the polymer substrate 41, that is, only the portion to which PEG 43 was added, was obtained. In the micro TAS 40 manufactured in this example, only the surface portion (the pattern 42 portion) of the polymer substrate 41 into which PEG 43 has permeated is hydrophilized.

次に、上述のようにして作製されたこの例のマイクロTAS40の表面における濡れ性を評価した。なお、この評価では、比較のため表面改質処理(超臨界流体に接触させることによるPEGの浸透させる処理)を行わなかったマイクロTAS(以下、比較例2のマイクロTASという)も作製して濡れ性を評価した。その結果、比較例2のマイクロTASでは、PEGが付加された表面部分の水の接触角が約55°であったのに対して、この例のマイクロTAS40(表面改質処理を行ったマイクロTAS)ではPEGが付加された表面の水の接触角は約10°であった。すなわち、この例で作製したマイクロTAS40のように、表面改質処理を行う(超臨界二酸化炭素を接触させる)ことにより、PEGが付加された部分の濡れ性が大幅に改善される(親水性が向上する)ことが分かった。また、この例で作製したマイクロTAS40上に形成された円形部42a付近に水滴を滴下したところ、その水は流路42b及びに分流路42cに沿って伝わり、小円形部42dに到達する様子が確認できた。   Next, the wettability on the surface of the micro TAS 40 of this example produced as described above was evaluated. In this evaluation, a micro TAS (hereinafter, referred to as a micro TAS of Comparative Example 2) that was not subjected to surface modification treatment (treatment for infiltrating PEG by contacting with a supercritical fluid) was also prepared and wetted for comparison. Sex was evaluated. As a result, in the micro TAS of Comparative Example 2, the water contact angle of the surface portion to which PEG was added was about 55 °, whereas the micro TAS 40 (micro TAS subjected to surface modification treatment) was used. ), The contact angle of water on the surface to which PEG was added was about 10 °. That is, like the micro TAS 40 produced in this example, by performing surface modification treatment (contact with supercritical carbon dioxide), the wettability of the portion to which PEG is added is greatly improved (hydrophilicity is improved). Improved). In addition, when a water droplet is dropped near the circular portion 42a formed on the micro TAS 40 manufactured in this example, the water is transmitted along the flow passage 42b and the branch flow passage 42c and reaches the small circular portion 42d. It could be confirmed.

また、この例のマイクロTAS40を24時間水に浸漬した後に再度濡れ性を確認したところ、水の接触角は殆ど変化し無かった。さらに、この例のマイクロTAS40を10ヶ月間大気中に放置した後に、PEGが付加された領域の濡れ性を確認したところ、水の接触角は13°であり、良好な濡れ性が維持されることが分かった。これは、PEGがポリマー内部に高濃度に浸透しているため、濡れ性が安定に保持されているためであると考えられる。   Moreover, when the microTAS40 of this example was immersed in water for 24 hours and then the wettability was confirmed again, the contact angle of water hardly changed. Furthermore, after the micro TAS 40 of this example was left in the atmosphere for 10 months, the wettability of the region to which PEG was added was confirmed. The contact angle of water was 13 °, and good wettability was maintained. I understood that. This is considered to be because wettability is stably maintained because PEG penetrates into the polymer at a high concentration.

実施例3では、実施例2と同様にマイクロTASに本発明の表面改質方法を適用した例を説明する。ただし、この例では実施例2よりさらに微細な有機物質のパターンをポリマー基板上に形成する場合に好適な表面改質方法を説明する。   In Example 3, as in Example 2, an example in which the surface modification method of the present invention is applied to a micro TAS will be described. However, in this example, a surface modification method suitable for forming a finer organic substance pattern on the polymer substrate than in Example 2 will be described.

この例で作製したマイクロTASの概略構成図を図5に示した。この例のマイクロTAS50では、図5(a)及び(b)に示すように、ポリマー基板51の表面に、実施例2で作製したマイクロTASのポリマー基板表面に形成されたPEGのパターンと同様の溝パターン52を形成し、その溝パターン内にPEG53を付加した。この例のマイクロTAS50では、溝パターン52の寸法を次の通りとした。円形部52aの直径を5mm、流路52b及び分流路52cの幅をともに100μm、小円径部52dの直径を2mm、そして、円形部52a、小円径部52d及び溝パターン52の深さはいずれも100μmとした。また、この例では、ポリマー基板51としてPMMA(ポリメチルメタクリレート)樹脂を用い、溝パターン52内部に付加する有機物質としてPEG(ポリエチレングリコール)53を用いた。この例のマイクロTAS50は次のようにして作製した。   A schematic configuration diagram of the micro TAS produced in this example is shown in FIG. In the micro TAS 50 of this example, as shown in FIGS. 5A and 5B, the surface of the polymer substrate 51 is similar to the pattern of PEG formed on the surface of the polymer substrate of the micro TAS manufactured in Example 2. A groove pattern 52 was formed, and PEG 53 was added in the groove pattern. In the micro TAS 50 of this example, the dimensions of the groove pattern 52 are as follows. The diameter of the circular part 52a is 5 mm, the widths of the flow path 52b and the branch flow path 52c are both 100 μm, the diameter of the small circular diameter part 52d is 2 mm, and the depths of the circular part 52a, the small circular diameter part 52d and the groove pattern 52 are In either case, the thickness was 100 μm. In this example, PMMA (polymethyl methacrylate) resin is used as the polymer substrate 51, and PEG (polyethylene glycol) 53 is used as an organic substance added to the inside of the groove pattern 52. The micro TAS 50 of this example was manufactured as follows.

まず、ポリマー基板51に形成する溝パターン52とは逆の凹凸パターンが形成された金型を用意し、その金型を用いて射出成形により、図5に示すような溝パターン52が表面に形成されたポリマー基板51を作製した。なお、この例では、金型上の凹凸パターンを精密機械加工により形成したが、リソグラフィー法を応用して金型上に凹凸パターンを形成しても成形しても良い。   First, a mold having an uneven pattern opposite to the groove pattern 52 formed on the polymer substrate 51 is prepared, and a groove pattern 52 as shown in FIG. 5 is formed on the surface by injection molding using the mold. A polymer substrate 51 was prepared. In this example, the concavo-convex pattern on the mold is formed by precision machining, but the concavo-convex pattern may be formed on the mold by applying a lithography method.

次に、図5(a)に示すように、上述の方法で形成されたポリマー基板51の溝パターン52に沿ってPEG53をインクジェット法により付加した。この際、60℃に加熱されて軟化した状態のPEG53をインクジェットヘッドから吐出して、ポリマー基板51表面に形成された溝パターン52内部に付加した。なお、この工程でPEG53が溝パターン52からはみ出した場合には、その不要なPEG53を水やアルコールなどを用いて拭き取り、除去することが好ましい。   Next, as shown in FIG. 5A, PEG 53 was added by the ink jet method along the groove pattern 52 of the polymer substrate 51 formed by the above-described method. At this time, PEG 53 heated to 60 ° C. and softened was discharged from the ink jet head and added to the inside of the groove pattern 52 formed on the surface of the polymer substrate 51. If PEG 53 protrudes from the groove pattern 52 in this step, it is preferable to remove the unnecessary PEG 53 by wiping with water or alcohol.

PEG53をポリマー基板51の溝パターン52内に付加した後は、実施例2と同様にして、超臨界二酸化炭素をポリマー基板52の表面に接触させて、PEG53をポリマー基板52の溝パターン部52に浸透させて表面改質を行った(親水化した)。このようにして、この例のマイクロTAS50を得た。上述のような方法でマイクロTASを作製すると、100μm以下のパターンで有機物質をポリマー基板上に付加することができ、より微細なパターン部分のみを表面改質したマイクロTASを作製することができる。   After adding PEG 53 into the groove pattern 52 of the polymer substrate 51, supercritical carbon dioxide is brought into contact with the surface of the polymer substrate 52 in the same manner as in Example 2 so that the PEG 53 is applied to the groove pattern portion 52 of the polymer substrate 52. The surface was modified by permeation (hydrophilized). Thus, the micro TAS50 of this example was obtained. When the micro TAS is manufactured by the method as described above, an organic substance can be added on the polymer substrate with a pattern of 100 μm or less, and a micro TAS in which only a finer pattern portion is surface-modified can be manufactured.

また、この例で作製したマイクロTAS50に対して、実施例2と同様にして濡れ性を評価した。その結果、実施例2と同様の結果が得られた。すなわち、PEGを浸透させたパターン部でのみ濡れ性が向上し、親水化し、且つそれが安定に保持されることが確認された。   Further, the wettability of the micro TAS 50 produced in this example was evaluated in the same manner as in Example 2. As a result, the same result as in Example 2 was obtained. That is, it was confirmed that the wettability was improved only in the pattern portion infiltrated with PEG, became hydrophilic, and was stably maintained.

実施例4では、表面が立体形状のポリマー基板に対して本発明のポリマーの表面改質方法を適用した例を説明する。具体的には、この例では、レンズと、レンズによる結像を電気信号として検出するイメージセンサーとを一体に有するワンチップ型のレンズモジュールのモジュール基材に回路配線を行う際に、本発明のポリマーの表面改質方法を適用した例を説明する。   In Example 4, an example will be described in which the polymer surface modification method of the present invention is applied to a polymer substrate having a three-dimensional surface. Specifically, in this example, when circuit wiring is performed on a module substrate of a one-chip type lens module that integrally includes a lens and an image sensor that detects image formation by the lens as an electrical signal, An example in which the polymer surface modification method is applied will be described.

この例で作製したレンズモジュールの概略構成を図6に示した。この例で作製したレンズモジュール60は、図6(a)及び(b)に示すように、基材61(ポリマー基板)と、レンズ62と、イメージセンサー63とから構成される。基材61の一方の面61a(図6(a)中の上面)は略平坦面であり、他方の面61b(図6(a)中の下面)は凹形状の立体面となっている。レンズ62は、図6(a)に示すように、基材61の平坦面61aの中央部分に基材61と一体的に搭載されており、イメージセンサー63は、凹状の立体面61bの底部61e上に設置される。そして、この例のレンズモジュール60では、図6(b)に示すように、基材61の凹状の立体面61bの上部61dと底部61eとを繋ぐ複数の立体配線64が形成されている。この立体配線64は、イメージセンサーを基材61の凹状の立体面61b上に搭載するために必要な配線である。   A schematic configuration of the lens module manufactured in this example is shown in FIG. As shown in FIGS. 6A and 6B, the lens module 60 manufactured in this example includes a base member 61 (polymer substrate), a lens 62, and an image sensor 63. One surface 61a (upper surface in FIG. 6A) of the substrate 61 is a substantially flat surface, and the other surface 61b (lower surface in FIG. 6A) is a concave solid surface. As shown in FIG. 6A, the lens 62 is mounted integrally with the base 61 on the central portion of the flat surface 61a of the base 61, and the image sensor 63 has a bottom 61e of the concave three-dimensional surface 61b. Installed on top. And in the lens module 60 of this example, as shown in FIG.6 (b), the some solid wiring 64 which connects the upper part 61d and the bottom part 61e of the concave solid surface 61b of the base material 61 is formed. The three-dimensional wiring 64 is a wiring necessary for mounting the image sensor on the concave three-dimensional surface 61 b of the base material 61.

基材61としては、ガラス転移温度Tgが約145℃のアモルファスポリオレフィンからなるポリマー基板を用いた。   As the substrate 61, a polymer substrate made of amorphous polyolefin having a glass transition temperature Tg of about 145 ° C. was used.

立体配線64はCu膜で形成した。立体配線64の作製方法を次の通りである。まず、基材61の凹状の立体面61b上の配線パターンに対応する領域にメッキベースを形成する。具体的には、ビス(アセチルアセトナト)パラジウム金属錯体(有機物質)のヘキサン溶液を、インクジェット印刷法により基材61の凹状の立体面61b上の配線パターン部に付加する。次いで、実施例2と同様にして、基材61に超臨界二酸化炭素を接触させて凹状の立体面61bの配線パターン部に付加した金属錯体を基材61内部に浸透させ安定化させる。なお、超臨界二酸化炭素に溶解し、還元してメッキ核となりうる金属錯体としては、白金ジメチル(シクロオクタジエン)、ビス(シクロペンタジエニル)ニッケル、ビス(アセチルアセトネート)パラジウム等を用いることもできる。   The three-dimensional wiring 64 was formed of a Cu film. A manufacturing method of the three-dimensional wiring 64 is as follows. First, a plating base is formed in a region corresponding to the wiring pattern on the concave three-dimensional surface 61b of the substrate 61. Specifically, a hexane solution of bis (acetylacetonato) palladium metal complex (organic substance) is added to the wiring pattern portion on the concave three-dimensional surface 61b of the substrate 61 by an ink jet printing method. Next, in the same manner as in Example 2, the base 61 is brought into contact with supercritical carbon dioxide, and the metal complex added to the wiring pattern portion of the concave three-dimensional surface 61b is permeated into the base 61 and stabilized. In addition, platinum dimethyl (cyclooctadiene), bis (cyclopentadienyl) nickel, bis (acetylacetonate) palladium, etc. should be used as a metal complex that can be dissolved in supercritical carbon dioxide and reduced to become a plating nucleus. You can also.

その後、還元剤(水素化ホウ素ナトリウム)に基材61を浸漬し、金属錯体を還元し金属微粒子とした。このようにして、基材61の凹状の立体面61b上の配線パターンに対応する領域にメッキベースを形成した。   Thereafter, the substrate 61 was immersed in a reducing agent (sodium borohydride) to reduce the metal complex to form metal fine particles. In this way, a plating base was formed in a region corresponding to the wiring pattern on the concave three-dimensional surface 61b of the substrate 61.

次に、基材61の凹状の立体面61b側に無電界メッキによりCuをメッキした。この際に金属錯体が浸透して表面改質された部分(メッキベースの部分)にのみCu膜が成長する。この例では、膜厚10μmのCu膜を形成した。こうして、図6に示すような基材61の立体面61bにCu膜からなる立体配線64を形成した。上述のように、本発明の表面改質方法を適用するポリマー基板が本実施例のように立体構造を有する場合、インクジェット法によるパターン印刷を行うことにより、該立体部(凹凸部)に有機物質を付加することができる。それゆえ、本発明の表面改質方法を用いることにより、従来不可能であった立体部への配線などを可能にすることができた。   Next, Cu was plated on the concave solid surface 61b side of the substrate 61 by electroless plating. At this time, the Cu film grows only in a portion (plating base portion) where the metal complex has permeated and the surface is modified. In this example, a 10 μm thick Cu film was formed. Thus, the three-dimensional wiring 64 made of the Cu film was formed on the three-dimensional surface 61b of the base member 61 as shown in FIG. As described above, when the polymer substrate to which the surface modification method of the present invention is applied has a three-dimensional structure as in this example, an organic substance is formed on the three-dimensional portion (uneven portion) by performing pattern printing by an ink jet method. Can be added. Therefore, by using the surface modification method of the present invention, wiring to a three-dimensional part, which has been impossible in the past, can be made possible.

次に、この例で作製されたレンズモジュール60の立体配線64の密着性を評価した。具体的には、基材61の立体面61bに形成された立体配線64に対して粘着テープによる引き剥がし試験を行った。なお、比較のため、基材61の立体面61bを表面改質処理(超臨界二酸化炭素を接触させて金属錯体を浸透させる処理)しないレンズモジュール(以下、比較例3のレンズモジュールという)を作製して密着性を調べた。その結果を図7に示した。図7から明らかなように、比較例3のレンズモジュールでは立体配線は、引き剥がし試験において簡単に剥離した。それに対して、この例のレンズモジュール60では、立体配線64は剥離しにくくなっており、密着性が大幅に改善されていることが分かった。さらに、表面改質処理後のレンズモジュールを10ヶ月間大気中に放置した後に立体配線64の密着性を確認したところ、剥離しにくく、良好な密着性が維持されることが分かった。   Next, the adhesion of the three-dimensional wiring 64 of the lens module 60 produced in this example was evaluated. Specifically, a peeling test using an adhesive tape was performed on the three-dimensional wiring 64 formed on the three-dimensional surface 61 b of the base material 61. For comparison, a lens module (hereinafter, referred to as a lens module of Comparative Example 3) that does not undergo surface modification treatment (treatment of allowing a metal complex to permeate through contact with supercritical carbon dioxide) on the three-dimensional surface 61b of the substrate 61 is manufactured. Then, the adhesion was examined. The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 7, in the lens module of Comparative Example 3, the three-dimensional wiring was easily peeled off in the peeling test. On the other hand, in the lens module 60 of this example, it was found that the three-dimensional wiring 64 was difficult to peel off, and the adhesion was greatly improved. Furthermore, when the adhesion of the three-dimensional wiring 64 was confirmed after leaving the lens module after the surface modification treatment in the atmosphere for 10 months, it was found that it was difficult to peel off and good adhesion was maintained.

実施例5では、図9に示すように、ポリマー基板71の表面に蛍光物質72を文字パターン(「A」及び「B」)を付加し、その部分にのみ蛍光物質(蛍光材料)をポリマー71内に浸透させて表面改質(蛍光画像形成)する方法について説明する。ここで、実施例5の表面改質方法を説明する前に、有機物質として蛍光材料を用いる用途並びに課題等ついて説明する。   In Example 5, as shown in FIG. 9, the fluorescent substance 72 is added with a character pattern (“A” and “B”) on the surface of the polymer substrate 71, and the fluorescent substance (fluorescent material) is applied only to that portion to the polymer 71 A method of surface modification (fluorescence image formation) by penetrating into the inside will be described. Here, before describing the surface modification method of Example 5, the use and problem of using a fluorescent material as an organic substance will be described.

従来、ポリマー上に蛍光材料を付加する技術は、例えば、印刷物(カード)のセキュリティ性を高めるための技術として応用されている。印刷物に蛍光材料で種々の情報を印刷した場合には、通常の可視光線下では肉眼で視認することができないが、可視光線以外の特定の光線を照射したときにはじめて肉眼で視認し得る画像が現れるので、印刷物(カード)のセキュリティ性を向上させることが可能になる。それゆえ、従来、印刷物(カード)に印刷された情報が簡単に破壊されないように、また、蛍光材料が剥がれないようにするために、カバーシート、保護層などを設けて、印刷部分を保護する方法が提案されている。例えば、特開平10−320499号公報では、蛍光画像形成層をオーバーシートで被覆している。また、従来、偽造防止カードの製造において発光材料を使用したものとして、例えば、特開平02−225091号公報で、蛍光塗料の発光識別標識を印刷した偽造防止用発光識別カードが提案されており、この特許文献では、蛍光塗料の発行識別標識がラミネートフィルムで被覆されている。   Conventionally, a technique for adding a fluorescent material on a polymer has been applied as a technique for improving the security of printed matter (card), for example. When various information is printed on a printed material with fluorescent material, it cannot be visually recognized under normal visible light, but an image that can be visually recognized only with a specific light other than visible light. Since it appears, it is possible to improve the security of the printed matter (card). Therefore, conventionally, in order to prevent information printed on printed matter (card) from being easily destroyed and to prevent the fluorescent material from being peeled off, a cover sheet, a protective layer, etc. are provided to protect the printed portion. A method has been proposed. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-320499, a fluorescent image forming layer is covered with an oversheet. In addition, as a conventional example of using a luminescent material in the manufacture of a forgery-preventing card, for example, in JP-A-02-225091, a forgery-preventing luminescent identification card printed with a luminescent identification mark of a fluorescent paint has been proposed, In this patent document, a fluorescent paint issue identification mark is covered with a laminate film.

しかしながら、上述のような従来技術では、次のような課題がある。
(1)オーバーシートの被覆工程が増え、コストアップになり、安く且つ簡単に偽造防止を施したカードを作製することができない。
(2)カードを、例えば、炎天下で自動車のダッシュボードなどに長時間放置した場合、ガードが高温に曝され、オーバーシートの剥がれ等が生じる恐れがある。
(3)また、オーバーシートが故意に剥がされたりして、カードが偽造、変造される恐れがある。
(4)オーバーシートを被覆しない場合には、カードの保管や持ち運びの際に他の物品などとの擦過によって印刷部分の一部にかすれが生じたり、他の物品への引っかかりからカードの表層が剥がれたりし、カードの外観や機能を損なう恐れもある。
However, the conventional techniques as described above have the following problems.
(1) The number of oversheet coating steps increases, resulting in an increase in cost, and it is impossible to produce a card that is cheap and easy to prevent forgery.
(2) When the card is left on a dashboard of an automobile for a long time under a hot sun, for example, the guard may be exposed to a high temperature and the oversheet may peel off.
(3) Moreover, there is a possibility that the card may be forged or altered if the oversheet is intentionally peeled off.
(4) If the oversheet is not covered, the printed surface may be blurred due to scratching with other articles, etc. when storing or carrying the card, or the card's surface layer may be scratched by other articles. There is also a risk that it may be peeled off and the appearance and function of the card may be impaired.

実施例5は上記課題を解決するためになされたものであり、製造コストアップを抑え、偽造を防止し且つ真偽を簡単に検証ができ、印刷部分の耐久性、耐摩耗性などに優れたカードを提供するためのポリマーの表面改質方法である。以下に、実施例5のポリマーの表面改質方法を図面を参照しながら具体的に説明する。   Example 5 was made in order to solve the above-mentioned problems, and suppresses the increase in manufacturing cost, prevents forgery and can easily verify the authenticity, and has excellent durability, abrasion resistance, and the like of the printed part. A method for surface modification of a polymer to provide a card. Hereinafter, the polymer surface modification method of Example 5 will be described in detail with reference to the drawings.

[ポリマー基材の表面改質方法]
この例のポリマー基材の表面改質方法について図3及び10を用いて説明する。なお、この例では、ポリマー基材に超臨界流体を接触するための高圧装置は、実施例1で用いた高圧装置(図3の高圧装置)と同様の装置を用いた。
[Method for surface modification of polymer substrate]
A method for modifying the surface of the polymer substrate in this example will be described with reference to FIGS. In this example, the same high-pressure apparatus as used in Example 1 (the high-pressure apparatus in FIG. 3) was used as the high-pressure apparatus for contacting the polymer substrate with the supercritical fluid.

まず、表面が平坦なポリマ−基材71を用意した。ポリマー基材71にはガラス転移温度Tgが約130℃のポリカーボネート樹脂を用いた。次いで、そのポリマー基材71の表面にスクリーン印刷法により蛍光物質72を所定パターン(文字パターン)で付加した。蛍光物質72として、有機蛍光物質であるキナゾロン誘導体(日本蛍光化学(株)社製、商品名:ルミコール1000)を用いた。この例では、部分的な表面改質の効果を評価するために、図9に示すように、蛍光物質72のパターンとしてアルファベット「A」及び「B」を形成した。なお、この際、有機蛍光物質溶液の塗布厚さが約15μmとなるように付加した。次いで、蛍光物質72を塗布したポリマー基材71を70℃にて1時間乾燥させ、その後、室温にて1時間冷却した。   First, a polymer base 71 having a flat surface was prepared. A polycarbonate resin having a glass transition temperature Tg of about 130 ° C. was used for the polymer substrate 71. Next, the fluorescent material 72 was added in a predetermined pattern (character pattern) to the surface of the polymer substrate 71 by screen printing. As the fluorescent substance 72, a quinazolone derivative (manufactured by Nippon Fluorescent Chemical Co., Ltd., trade name: Lumicol 1000) which is an organic fluorescent substance was used. In this example, in order to evaluate the effect of partial surface modification, alphabets “A” and “B” were formed as the pattern of the fluorescent material 72 as shown in FIG. At this time, the organic fluorescent substance solution was added so that the coating thickness was about 15 μm. Next, the polymer substrate 71 coated with the fluorescent material 72 was dried at 70 ° C. for 1 hour, and then cooled at room temperature for 1 hour.

上述のようにして、図9に示したような表面に蛍光物質72を所定の文字パターンで付加したポリマー基材71を得た。この時点のポリマー基材71の概略断面図を示したのが図10(a)であり、この時点では、ポリマー基材71上に蛍光物質72が塗布されただけの状態であり、蛍光物質72はポリマー基材71内には浸透していない。   As described above, a polymer substrate 71 was obtained in which the fluorescent material 72 was added to the surface as shown in FIG. 9 in a predetermined character pattern. FIG. 10A shows a schematic cross-sectional view of the polymer base material 71 at this time. At this time, the fluorescent material 72 is simply applied on the polymer base material 71, and the fluorescent material 72 is shown in FIG. Does not penetrate into the polymer substrate 71.

次に、文字パターンで形成された蛍光物質72を被覆するように、コーティング層73をポリマー基材71上に形成した(図10(b)の状態)。具体的には、次のようにしてコーティング層73を形成した。なお、この例では、コーティング層73の形成材料としてはポリビニルアルコールを用いた。まず、ポリマー基材71の蛍光物質72が付加された側の表面全面にスピンコート法によりポリビニルアルコールを塗布した。この際、その塗布厚さを約100μmとした。次いで、ポリビニルアルコールが塗布されたポリマー基材71を70℃にて1時間乾燥させ、その後、室温にて1時間冷却した。このようにして、ポリマー基材71上にコーティング層73を形成した。なお、この時点においても、ポリマー基材71上に付加された蛍光物質72がコーティング層73に被覆されただけの状態であるので、蛍光物質72はポリマー基材71内には浸透していない。   Next, a coating layer 73 was formed on the polymer substrate 71 so as to cover the fluorescent material 72 formed in a character pattern (state of FIG. 10B). Specifically, the coating layer 73 was formed as follows. In this example, polyvinyl alcohol was used as a material for forming the coating layer 73. First, polyvinyl alcohol was applied to the entire surface of the polymer substrate 71 on the side where the fluorescent material 72 was added by spin coating. At this time, the coating thickness was about 100 μm. Next, the polymer substrate 71 coated with polyvinyl alcohol was dried at 70 ° C. for 1 hour, and then cooled at room temperature for 1 hour. In this way, the coating layer 73 was formed on the polymer substrate 71. At this point in time, the fluorescent material 72 added on the polymer base material 71 is only covered with the coating layer 73, so that the fluorescent material 72 does not penetrate into the polymer base material 71.

次いで、ポリマー基材71を高圧容器11の凹部31の底部に設置した。その後、蓋34を容器本体33上に載置してボルト締めすることにより高圧容器11内の凹部31を密閉した。次に、高圧容器11内の凹部31内に超臨界流体を以下のようにして導入した。まず、COボンベ12からCOガスが超臨界流体調整装置13のブースターポンプ21を経由してバッファータンク17内に導入される。導入されたCOガスは、バッファータンク17内で昇圧・加熱されて超臨界状態のCO(超臨界二酸化炭素)が発生する。この例では、温度40℃、圧力15MPaの超臨界二酸化炭素を発生させた。次いで、バルブ15bを開放して、バッファータンク17内で所定の圧力に調整された超臨界二酸化炭素5を高圧容器11の導入口35及び流路36を介して、高圧容器11内の密閉された凹部31に導入して滞留させた(図10(c)の状態)。 Next, the polymer substrate 71 was installed at the bottom of the recess 31 of the high-pressure vessel 11. Thereafter, the recess 34 in the high-pressure vessel 11 was sealed by placing the lid 34 on the vessel body 33 and tightening the bolt. Next, the supercritical fluid was introduced into the recess 31 in the high-pressure vessel 11 as follows. First, the CO 2 gas cylinder 12 CO 2 gas through the booster pump 21 of the supercritical fluid regulator 13 is introduced into the buffer tank 17. The introduced CO 2 gas is pressurized and heated in the buffer tank 17 to generate supercritical CO 2 (supercritical carbon dioxide). In this example, supercritical carbon dioxide having a temperature of 40 ° C. and a pressure of 15 MPa was generated. Next, the valve 15 b is opened, and the supercritical carbon dioxide 5 adjusted to a predetermined pressure in the buffer tank 17 is sealed in the high-pressure vessel 11 through the inlet 35 and the flow path 36 of the high-pressure vessel 11. It was introduced into the recess 31 and allowed to stay (state shown in FIG. 10C).

なお、超臨界流体調整装置13と高圧容器11とを繋ぐ配管16bは、温調装置14b(例えば、温水循環型の温調装置)によって所定の温度に温調されているので、配管の調整温度に応じてこの配管16bを通過する超臨界二酸化炭素の温度も調整することができる。それゆえ、温調装置14bにより、超臨界二酸化炭素が導入された高圧容器11の凹部31内の温度調節も可能となる。なお、超臨界流体は温度調節されることにより、高圧容器11内での温度や圧力が変化するが、本実施例における上記超臨界流体の温度や圧力の条件は、高圧容器11導入前の状態を示したものである。   The piping 16b connecting the supercritical fluid adjustment device 13 and the high-pressure vessel 11 is adjusted to a predetermined temperature by a temperature adjustment device 14b (for example, a hot water circulation type temperature adjustment device). Accordingly, the temperature of the supercritical carbon dioxide passing through the pipe 16b can be adjusted. Therefore, it is possible to adjust the temperature in the recess 31 of the high-pressure vessel 11 into which supercritical carbon dioxide has been introduced by the temperature control device 14b. Note that the temperature and pressure in the high-pressure vessel 11 change by adjusting the temperature of the supercritical fluid, but the temperature and pressure conditions of the supercritical fluid in this embodiment are the states before the introduction of the high-pressure vessel 11. Is shown.

高圧容器11の凹部31内部に導入された超臨界二酸化炭素5がポリマー基材71のコーティング層73側から接触すると、まず、超臨界二酸化炭素5はコーティング層73に浸透する。次いで、コーティング層73に被覆された蛍光物質72に超臨界二酸化炭素5が到達し、蛍光物質72が超臨界二酸化炭素5に溶解する。そして、超臨界二酸化炭素5に溶解した蛍光物質72が、超臨界二酸化炭素5とともにポリマー基材71の内部に浸透する。この際、蛍光物質72は超臨界二酸化炭素5に溶解して流体状態にあるが、蛍光物質72がコーティング層73に被覆されているので、蛍光物質72がポリマー基材71の表面から外部に拡散することを抑制することができる。その結果、コーティング層73を形成しない場合に比べて、蛍光物質72を効率良く且つ高濃度でポリマー基材71に浸透させることができる。また、本実施例のように、ポリマー基材71上に所定パターンで付加した蛍光物質72を被覆するようにコーティング層73を形成した場合には、蛍光物質72のポリマー基材71の面内方向への拡散を抑制することができるので、蛍光物質72のパターンの滲みが抑制される。それゆえ、コーティング層73を形成しない場合に比べて、より微細なパターンを高精細に形成することが可能となる。   When the supercritical carbon dioxide 5 introduced into the concave portion 31 of the high-pressure vessel 11 comes into contact with the coating layer 73 side of the polymer substrate 71, first, the supercritical carbon dioxide 5 permeates the coating layer 73. Next, the supercritical carbon dioxide 5 reaches the fluorescent material 72 covered with the coating layer 73, and the fluorescent material 72 is dissolved in the supercritical carbon dioxide 5. Then, the fluorescent material 72 dissolved in the supercritical carbon dioxide 5 penetrates into the polymer substrate 71 together with the supercritical carbon dioxide 5. At this time, the fluorescent material 72 is dissolved in the supercritical carbon dioxide 5 and is in a fluid state. However, since the fluorescent material 72 is covered with the coating layer 73, the fluorescent material 72 diffuses from the surface of the polymer substrate 71 to the outside. Can be suppressed. As a result, compared with the case where the coating layer 73 is not formed, the fluorescent material 72 can be efficiently penetrated into the polymer base material 71 at a high concentration. Further, when the coating layer 73 is formed so as to cover the fluorescent material 72 added in a predetermined pattern on the polymer substrate 71 as in the present embodiment, the in-plane direction of the polymer substrate 71 of the fluorescent material 72 Can be suppressed, so that the bleeding of the pattern of the fluorescent material 72 is suppressed. Therefore, it is possible to form a finer pattern with higher definition than when the coating layer 73 is not formed.

次いで、超臨界流体調整装置13内の開放弁24を開放して、高圧容器11内の凹部31を大気開放した後、高圧容器11からポリマー基材71を取り出した(図10(d)の状態)。この際、高圧容器11内の超臨界二酸化炭素を排出した後、室温に戻してから高圧容器11を開けてポリマー基材71を取り出した。次いで、ポリマー基材71を水で洗浄してコーティング層73を除去し、さらにポリマー基材71をイソプロピルアルコールで洗浄してポリマー基材71表面に残留した蛍光物質72を除去した(図10(e)の状態)。   Next, the release valve 24 in the supercritical fluid adjusting device 13 is opened to open the concave portion 31 in the high-pressure vessel 11 to the atmosphere, and then the polymer substrate 71 is taken out from the high-pressure vessel 11 (the state shown in FIG. 10D). ). At this time, after supercritical carbon dioxide in the high-pressure vessel 11 was discharged, after returning to room temperature, the high-pressure vessel 11 was opened and the polymer substrate 71 was taken out. Next, the polymer substrate 71 is washed with water to remove the coating layer 73, and the polymer substrate 71 is further washed with isopropyl alcohol to remove the fluorescent material 72 remaining on the surface of the polymer substrate 71 (FIG. 10 (e)). ) State).

上述のプロセスにより得られたポリマー基材71の表面上には、蛍光物質72の文字パターンは目視で確認可能な状態では存在していなかった。そこで、ブラックライトと呼ばれる紫外線成分を多く含む光源を用いてポリマー基材71に光を照射した。その結果、図9に示すような文字パターンの蛍光による発光が確認できた。これにより、上述のプロセスにより得られたポリマー基材71では、図9に示すような蛍光物質72の文字パターンが、ポリマー基材71の表面内部に浸透した状態であることが確認できた。以上のようにして、蛍光物質72で部分的に表面改質が行われたポリカーボネート樹脂からなるポリマー基材71を得ることができた。なお、本実施例においてポリマー基材に浸透した蛍光物質を検出するために上述したブラックライトを用いて紫外線をポリマー基材に照射するが、この際、紫外線の照射により蛍光物質から発光される可視光の蛍光を視認することにより蛍光物質の存在を検知した。   On the surface of the polymer substrate 71 obtained by the above-described process, the character pattern of the fluorescent material 72 did not exist in a state that can be visually confirmed. Therefore, the polymer base material 71 was irradiated with light using a light source containing a large amount of ultraviolet components called black light. As a result, the light emission by the fluorescence of the character pattern as shown in FIG. 9 was confirmed. Thereby, in the polymer base material 71 obtained by the above-mentioned process, it has confirmed that the character pattern of the fluorescent substance 72 as shown in FIG. As described above, a polymer substrate 71 made of a polycarbonate resin whose surface was partially modified with the fluorescent material 72 could be obtained. In this embodiment, in order to detect the fluorescent material that has penetrated into the polymer substrate, the above-described black light is used to irradiate the polymer substrate with ultraviolet rays. At this time, the visible light emitted from the fluorescent material by the ultraviolet irradiation is used. The presence of the fluorescent material was detected by visually recognizing the fluorescence of the light.

上述のように、実施例5のポリマーの表面改質方法では、予めスクリーン印刷法等の印刷方法で、ポリマー表面の所定部分に蛍光物質を付加することができるので、微細な凹凸パターンを形成した金型を用いることなくポリマー表面を部分的に表面改質することができ低コストであり、またプロセスを簡略化することができる。また、該蛍光物質をコーティング層で被覆して超臨界流体に接触させたので、該蛍光物質が超臨界流体に拡散することを抑制でき、結果として、高濃度で基材中に浸透させることができるとともに、高精細なパターンの形成が可能となった。   As described above, in the polymer surface modification method of Example 5, a fluorescent material can be added to a predetermined portion of the polymer surface by a printing method such as a screen printing method in advance, so that a fine uneven pattern was formed. The surface of the polymer can be partially modified without using a mold, so that the cost can be reduced and the process can be simplified. In addition, since the fluorescent material is coated with a coating layer and brought into contact with the supercritical fluid, the fluorescent material can be prevented from diffusing into the supercritical fluid, and as a result, the fluorescent material can penetrate into the substrate at a high concentration. In addition, high-definition patterns can be formed.

[比較例4]
比較例4では、蛍光物質72をポリマー基材71にスクリーン印刷で付加した後、コーティング層を形成せず、また、上述の表面改質処理(超臨界流体と接触させて蛍光物質72をポリマー基材71に浸透させる処理)も行わずにポリマー基材(以下、比較例4のポリマー基材という)を作製した。比較例4のポリマー基材71では、表面に蛍光物質72を単に印刷した状態であるので、蛍光物質72の文字パターンはポリマー基材71表面に視認可能な状態で存在していた。なお、ポリマー基材71及び蛍光物質72には、実施例5と同じ材料を用いた。
[Comparative Example 4]
In Comparative Example 4, after the fluorescent material 72 was added to the polymer substrate 71 by screen printing, a coating layer was not formed, and the surface modification treatment (contacted with a supercritical fluid to bring the fluorescent material 72 into a polymer group). The polymer base material (hereinafter referred to as the polymer base material of Comparative Example 4) was produced without performing the treatment for infiltrating the material 71. In the polymer base material 71 of Comparative Example 4, since the fluorescent material 72 is simply printed on the surface, the character pattern of the fluorescent material 72 is present on the surface of the polymer base material 71 in a visible state. In addition, the same material as Example 5 was used for the polymer base material 71 and the fluorescent substance 72.

[耐久性の評価]
本実施例では、本実施例の表面改質方法により改質されたポリマー基材表面の印刷部(文字パターン部)の耐久性を評価するために、次の2種類の試験を行った。
[Durability evaluation]
In this example, the following two types of tests were performed in order to evaluate the durability of the printed part (character pattern part) on the surface of the polymer substrate modified by the surface modification method of this example.

まず、一つ目の耐久性評価の試験として、上記実施例5及び比較例4で得られたポリマー基材71の表面に形成された蛍光物質72の付着性を評価した。具体的には、蛍光物質の良溶媒であるイソプロピルアルコールにポリマー基材71を浸漬して評価した。その結果、比較例4のポリマー基材をイソプロピルアルコールに浸漬すると蛍光物質が溶出し印字が消えた。この段階で蛍光物質の文字パターンはポリマー基材表面に視認可能な状態では残存していなかった。さらに、比較例4のポリマー基材をイソプロピルアルコールに浸漬した後、ブラックライトにより紫外線を比較例4のポリマー基材表面に照射したが、蛍光は確認されなかった。すなわち、比較例4のポリマー基材に対して付着性の評価を行ったところ、その表面及び内部ともに蛍光物質が残存していないことが分かった。   First, as a first durability evaluation test, the adhesion of the fluorescent material 72 formed on the surface of the polymer substrate 71 obtained in Example 5 and Comparative Example 4 was evaluated. Specifically, evaluation was performed by immersing the polymer substrate 71 in isopropyl alcohol, which is a good solvent for the fluorescent material. As a result, when the polymer base material of Comparative Example 4 was immersed in isopropyl alcohol, the fluorescent material eluted and the printing disappeared. At this stage, the character pattern of the fluorescent material did not remain on the surface of the polymer substrate in a state where it was visible. Furthermore, after the polymer base material of Comparative Example 4 was immersed in isopropyl alcohol, the surface of the polymer base material of Comparative Example 4 was irradiated with ultraviolet light with black light, but no fluorescence was confirmed. That is, when the adhesion of the polymer substrate of Comparative Example 4 was evaluated, it was found that no fluorescent substance remained on the surface and inside.

一方、実施例5で作製したポリマー基材71に対して付着性の評価を行ったところ、実施例5で作製したポリマー基材71の表面には蛍光物質の文字パターンは視認可能な状態でほとんど残存していなかったが、ブラックライトにより紫外線をポリマー基材に照射すると、蛍光による文字パターンの発光が確認できた。すなわち、実施例5のポリマー基材71では、蛍光物質がポリマー基材の表面内部に浸透していることが確認できた。以上の結果は、比較例4のポリマー基材では蛍光物質が基材内部に浸透しておらず、溶出しやすい状態であるのに対して、実施例5では、上述の表面改質処理(超臨界流体と接触させて蛍光物質72をポリマー基材71に浸透させる処理)を行ったことにより、蛍光物質72がポリマー基材71内部に高濃度で浸透しており蛍光物質72が溶出し難い状態となっているためであると考えられる。   On the other hand, when the adhesion of the polymer substrate 71 produced in Example 5 was evaluated, the surface of the polymer substrate 71 produced in Example 5 was almost in a state where the character pattern of the fluorescent material was visible. Although it did not remain, when the polymer substrate was irradiated with ultraviolet light with black light, it was confirmed that the character pattern was emitted by fluorescence. That is, in the polymer base material 71 of Example 5, it was confirmed that the fluorescent material penetrated into the surface of the polymer base material. The above results show that in the polymer base material of Comparative Example 4, the fluorescent substance does not penetrate into the base material and is easily eluted, whereas in Example 5, the surface modification treatment (super (The treatment of allowing the fluorescent material 72 to permeate the polymer base material 71 by bringing it into contact with the critical fluid), so that the fluorescent material 72 permeates the polymer base material 71 at a high concentration and the fluorescent material 72 is difficult to elute. It is thought that this is because.

次に、二つ目の耐久性評価の試験として、上記実施例5及び比較例4で得られたポリマー基材上に形成された蛍光物質の印刷部(文字パターン)の密着性を評価した。具体的には、蛍光物質の印刷部に対して粘着テープによる引き剥がし試験を行った。なお、比較のため、比較例4のポリマー基材に対しても同様に引き剥がし試験を行った。その結果を図12に示した。図12から明らかなように、比較例4のポリマー基材では蛍光物質の印刷部は、引き剥がし試験において簡単に剥離した(図12中の×評価)。一方、実施例5のポリマー基材の文字パターン部(印刷部)に対しても同様に粘着テープによる引き剥がし試験を行ったところ、蛍光物質の印刷部が剥離しにくくなっており、密着性が大幅に改善されていることが分かった(図12中の○評価)。これは次のようにして確認した。実施例5のポリマー基材に対して、引き剥がし試験の前後でブラックライトによる紫外線照射を行い、蛍光による文字パターンの発光状態を目視により確認したところ、引き剥がし試験の前後で発光状態に全く差が見られなかった。これは、実施例5のポリマー基材では、蛍光物質がポリマー基材の表面内部に浸透しているため、蛍光物質の印刷部が剥離しにくくなっており、密着性が大幅に改善されているためである。   Next, as a second durability evaluation test, the adhesiveness of the printed portion (character pattern) of the fluorescent material formed on the polymer substrate obtained in Example 5 and Comparative Example 4 was evaluated. Specifically, a peeling test using an adhesive tape was performed on the printed part of the fluorescent material. For comparison, a peeling test was similarly performed on the polymer base material of Comparative Example 4. The results are shown in FIG. As is clear from FIG. 12, in the polymer substrate of Comparative Example 4, the printed part of the fluorescent material was easily peeled off in the peeling test (x evaluation in FIG. 12). On the other hand, when the peeling test using the adhesive tape was similarly performed on the character pattern portion (printing portion) of the polymer base material of Example 5, the printed portion of the fluorescent material was hardly peeled off, and the adhesion was It was found that there was a significant improvement (◯ evaluation in FIG. 12). This was confirmed as follows. The polymer base material of Example 5 was irradiated with ultraviolet light with black light before and after the peeling test, and the light emission state of the character pattern by fluorescence was visually confirmed. There was no difference between the light emission state before and after the peeling test. Was not seen. This is because, in the polymer base material of Example 5, the fluorescent material permeates the inside of the surface of the polymer base material, so the printed part of the fluorescent material is difficult to peel off, and the adhesion is greatly improved. Because.

さらに、実施例5のポリマー基材に対して、表面改質処理後のポリマー基材を10ヶ月間大気中に放置した後に蛍光物質の発光状態を調べたところ、蛍光による文字パターンの発光状態は、10ヶ月間大気中に放置する前(初期状態)と変化なく観測された(図12中の○評価)。以上の結果から、本実施例で作製したポリマー基材は、超臨界流体による表面改質処理を行わなかったポリマー基板(比較例4)と比較して、蛍光物質がポリマー基板の表面から内部に浸透しており、蛍光物質が剥離しにくい状態に改質されていることが分かった。   Further, when the emission state of the fluorescent material was examined after the polymer substrate after the surface modification treatment was left in the atmosphere for 10 months with respect to the polymer substrate of Example 5, the emission state of the character pattern by fluorescence was It was observed for 10 months before being left in the atmosphere (initial state) and unchanged (O evaluation in FIG. 12). Based on the above results, the polymer base material produced in the present example has a fluorescent substance that moves from the surface of the polymer substrate to the inside as compared with the polymer substrate (Comparative Example 4) that was not subjected to the surface modification treatment with the supercritical fluid. It was found that the fluorescent material was modified so that it was difficult to peel off.

[断面構造]
実施例5及び比較例4で作製したポリマー基材において、蛍光物質(浸透物質)のポリマー基材表面への浸透の様子を分析した。具体的には、実施例1と同様にしてポリマー基材の蛍光物質を付加した部分のポリマー基材の厚さ方向における蛍光物質の濃度分布について調べた。その結果を図11に示した。図11では、横軸にポリマー基材の厚さ方向の深さ位置をとり、縦軸には蛍光物質の含有量の相対値を任意スケールで示した。なお、図11中の白四角印が実施例5の測定結果であり、黒丸印が比較例4の測定結果である。図11から明らかなように、実施例5で作製したポリマー基材では、ポリマー基材の最表面付近から約500nmの深さまで蛍光物質が浸透していることが分かった。一方、比較例4で作製したポリマー基材では、図11から明らかなように、ポリマー基材内部への蛍光物質の浸透はほとんど見られなかった。
[Cross-section structure]
In the polymer substrates produced in Example 5 and Comparative Example 4, the state of penetration of the fluorescent material (penetrating material) into the polymer substrate surface was analyzed. Specifically, the concentration distribution of the fluorescent material in the thickness direction of the polymer substrate in the portion where the fluorescent material of the polymer substrate was added was examined in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIG. In FIG. 11, the horizontal axis represents the depth position in the thickness direction of the polymer substrate, and the vertical axis represents the relative value of the content of the fluorescent substance on an arbitrary scale. In addition, the white square mark in FIG. 11 is the measurement result of Example 5, and the black circle mark is the measurement result of Comparative Example 4. As is clear from FIG. 11, in the polymer substrate produced in Example 5, it was found that the fluorescent material penetrated from the vicinity of the outermost surface of the polymer substrate to a depth of about 500 nm. On the other hand, in the polymer base material produced in Comparative Example 4, as apparent from FIG. 11, almost no penetration of the fluorescent substance into the polymer base material was observed.

上記本実施例の表面改質方法の原理及び評価結果から、本実施例の表面改質方法を用いて印刷物(カード)に種々の情報を印刷すれば、上述した課題(1)〜(4)を解決することが可能であることが分かる。すなわち、本実施例の表面改質方法を用いることにより、製造コストアップを抑え、偽造を防止し且つ真偽を簡単に検証ができ、その外表面の耐摩耗性、耐久性などが優れたカードを提供することが可能である。   From the principle and evaluation results of the surface modification method of the present embodiment, if various information is printed on the printed matter (card) using the surface modification method of the present embodiment, the above-described problems (1) to (4) It can be seen that it is possible to solve the problem. In other words, by using the surface modification method of the present embodiment, it is possible to suppress an increase in manufacturing cost, prevent counterfeiting and easily verify the authenticity, and have excellent wear resistance and durability on the outer surface. Can be provided.

実施例6では、実施例5と同様の構造のポリマー基材(図9)を、実施例5とは異なる表面改質方法で作製した。この例のポリマー基材、蛍光物質及びポリマー基材上に形成する蛍光物質パターンは実施例5と同じとした。この例のポリマー基材の表面改質方法を図13を用いて説明する。   In Example 6, a polymer substrate (FIG. 9) having the same structure as that of Example 5 was produced by a surface modification method different from that of Example 5. In this example, the polymer substrate, the fluorescent material, and the fluorescent material pattern formed on the polymer substrate were the same as those in Example 5. A method for modifying the surface of the polymer substrate in this example will be described with reference to FIG.

まず、ポリマー基材71表面にポリビニルアルコールを薄く塗布した(下地層を形成した。不図示)。なお、ポリビニルアルコールの厚さは0.5μmとした。この下地層は、後述するマスク層を除去する工程で、ポリマー基材にダメージを与えることなく簡便にマスク層を取り除くために設けたものである。   First, polyvinyl alcohol was thinly applied to the surface of the polymer substrate 71 (an underlayer was formed, not shown). The thickness of polyvinyl alcohol was 0.5 μm. This underlayer is provided in order to easily remove the mask layer without damaging the polymer substrate in the step of removing the mask layer described later.

次いで、ポリビニルアルコールの層上にマスク層76を次のようにして形成した。ポリマー基材71上に形成すべき蛍光物質のパターン部77(文字パターン部)以外の領域に、インクジェット印刷法により、マスク材料を付着させた。この例では、マスク材料に感光性樹脂(化薬マイクロケム(株)製、SU−10)を用い、感光性樹脂の塗布厚さは約1μmとした。次いで、感光性樹脂が付着されたポリマー基材71を70℃で1時間乾燥させ、さらに室温で1時間冷却した。次いで、マスク材料に紫外線を照射してマスク材料を硬化させて、マスク層76を形成した。このようにして、蛍光物質のパターン部77を開口部とするマスク層76をポリマー基材71上に形成した(図13(a)の状態)。なお、マスク層76の材料としては超臨界流体を遮蔽することが可能であり、且つポリマー基材71の表面に付着/密着する材料であれば、任意の材料が用い得る。   Next, a mask layer 76 was formed on the polyvinyl alcohol layer as follows. A mask material was adhered to a region other than the fluorescent material pattern portion 77 (character pattern portion) to be formed on the polymer substrate 71 by an ink jet printing method. In this example, a photosensitive resin (SU-10 manufactured by Kayaku Microchem Co., Ltd.) was used as the mask material, and the coating thickness of the photosensitive resin was about 1 μm. Next, the polymer substrate 71 to which the photosensitive resin was adhered was dried at 70 ° C. for 1 hour, and further cooled at room temperature for 1 hour. Next, the mask material was cured by irradiating the mask material with ultraviolet rays to form a mask layer 76. In this way, a mask layer 76 having the pattern portion 77 of the fluorescent material as an opening was formed on the polymer base material 71 (state shown in FIG. 13A). As the material of the mask layer 76, any material can be used as long as it can shield the supercritical fluid and adheres / adheres to the surface of the polymer substrate 71.

次いで、ポリマー基材71のマスク層76側表面に蛍光物質を塗布して蛍光物質の層72を、マスク層76上に形成した(図13(b)の状態)。なお、この例では、図13(b)に示すように、マスク層76上の全面に渡って蛍光物質の層72を塗布した例を説明したが、本発明はこれに限定されない。この例の表面改質方法では、マスク層76の開口部77には必ず蛍光物質を塗布する必要があるが、それ以外のマスク層76上の領域には蛍光物質を塗布しなくても良い。   Next, a fluorescent material was applied to the surface of the polymer base 71 on the mask layer 76 side to form a fluorescent material layer 72 on the mask layer 76 (state shown in FIG. 13B). In this example, as shown in FIG. 13B, the example in which the fluorescent material layer 72 is applied over the entire surface of the mask layer 76 has been described, but the present invention is not limited to this. In the surface modification method of this example, it is necessary to apply a fluorescent material to the opening 77 of the mask layer 76, but it is not necessary to apply the fluorescent material to other regions on the mask layer 76.

次に、ポリビニルアルコール(コーティング剤)を蛍光物質の層72を被覆するように塗布して乾燥させた。この際、ポリビニルアルコールを100μmの厚さで塗布し、蛍光物質の層72上にコーティング層73を形成した(図13(c)の状態)。この時点では、蛍光物質の層72がマスク層76及びコーティング層73で被覆されただけの状態であるので、蛍光物質はポリマー基材71内に浸透していない。   Next, polyvinyl alcohol (coating agent) was applied so as to cover the fluorescent material layer 72 and dried. At this time, polyvinyl alcohol was applied to a thickness of 100 μm to form a coating layer 73 on the fluorescent material layer 72 (state shown in FIG. 13C). At this time, since the fluorescent material layer 72 is only covered with the mask layer 76 and the coating layer 73, the fluorescent material does not penetrate into the polymer substrate 71.

次に、蛍光物質の層72上にコーティング層73が形成されたポリマー基材71を、実施例1で用いた高圧容器11(図3)の凹部31に設置して、高圧容器11内部を密閉した。次いで、圧力P1=15MPa、温度50℃の超臨界二酸化炭素5を高圧容器11内部に導入し滞留させた。そして、超臨界二酸化炭素5の圧力が安定した後、その状態を30分間保持した。この際、ポリマー基材71の表面に、超臨界二酸化炭素5に接触させることにより、マスク層76の開口部77に形成された蛍光物質の層72の一部が超臨界二酸化炭素5とともに、マスク層76の開口部に露出しているポリマー基材71表面からその内部に浸透する(図13(d)の状態)。なお、この例では、蛍光物質の層72とポリマー基材71との間には上述したポリビニルアルコールからなる下地層を設けているが、ポリビニルアルコールは超臨界二酸化炭素5を通す(浸透させる)物質であるので、この例のように、蛍光物質の層72とポリマー基材71との間にポリビニルアルコールからなる下地層を設けても、超臨界二酸化炭素5をポリマー基材71の表面に接触させた場合には、蛍光物質は超臨界二酸化炭素5とともにポリマー基材71の表面内部に浸透する。   Next, the polymer base material 71 having the coating layer 73 formed on the fluorescent material layer 72 is placed in the concave portion 31 of the high-pressure vessel 11 (FIG. 3) used in Example 1, and the inside of the high-pressure vessel 11 is sealed. did. Next, supercritical carbon dioxide 5 having a pressure P1 of 15 MPa and a temperature of 50 ° C. was introduced into the high-pressure vessel 11 and retained. And after the pressure of the supercritical carbon dioxide 5 was stabilized, the state was maintained for 30 minutes. At this time, the surface of the polymer substrate 71 is brought into contact with the supercritical carbon dioxide 5, whereby a part of the fluorescent material layer 72 formed in the opening 77 of the mask layer 76 together with the supercritical carbon dioxide 5 is masked. It penetrates from the surface of the polymer substrate 71 exposed at the opening of the layer 76 into the inside (state of FIG. 13 (d)). In this example, the base layer made of the polyvinyl alcohol described above is provided between the fluorescent material layer 72 and the polymer substrate 71, but the polyvinyl alcohol is a substance that allows the supercritical carbon dioxide 5 to pass therethrough. Therefore, as in this example, even if an underlayer made of polyvinyl alcohol is provided between the fluorescent material layer 72 and the polymer substrate 71, the supercritical carbon dioxide 5 is brought into contact with the surface of the polymer substrate 71. In this case, the fluorescent material penetrates into the surface of the polymer substrate 71 together with the supercritical carbon dioxide 5.

この例のポリマー基材71では、ポリマー基材71上に付加された蛍光物質の側面及び上面は、それぞれマスク層76の側壁及びコーティング層72に囲まれているので(被覆された状態になっているので)、蛍光物質がポリマー基材71上から外部へ拡散することを抑制することができ、ポリマー基材71内に効率良く且つ高濃度で浸透させることが可能になる。また、この例のポリマー基材71では、蛍光物質の側部にマスク層76が形成されているので、蛍光物質をポリマー基材71に浸透させる際に超臨界流体に溶解した蛍光物質のポリマー基材71の面内方向への拡散を抑制することができ、蛍光物質の印刷パターン(文字パターン)の滲みを抑制することができる。   In the polymer base material 71 of this example, the side surface and the top surface of the fluorescent material added on the polymer base material 71 are surrounded by the side wall of the mask layer 76 and the coating layer 72, respectively (being covered). Therefore, the fluorescent substance can be prevented from diffusing from the top of the polymer substrate 71 and can penetrate into the polymer substrate 71 efficiently and at a high concentration. Further, in the polymer base material 71 of this example, since the mask layer 76 is formed on the side portion of the fluorescent material, the polymer base of the fluorescent material dissolved in the supercritical fluid when the fluorescent material penetrates the polymer base material 71. Diffusion in the in-plane direction of the material 71 can be suppressed, and bleeding of the printing pattern (character pattern) of the fluorescent material can be suppressed.

なお、超臨界二酸化炭素5をポリマー基材71に接触させた際(図13(d)の工程)、マスク層76の開口部以外の領域にも超臨界二酸化炭素5が接触するが、この領域にはマスク層76が形成されているので、この領域で蛍光物質がポリマー基材内に浸透することはない(この領域のポリマー基材の表面は改質されない)。   When the supercritical carbon dioxide 5 is brought into contact with the polymer base material 71 (step of FIG. 13D), the supercritical carbon dioxide 5 also comes into contact with a region other than the opening of the mask layer 76. Since the mask layer 76 is formed in the region, the fluorescent material does not penetrate into the polymer substrate in this region (the surface of the polymer substrate in this region is not modified).

次に、蛍光物質をポリマー基材71の所定領域に浸透させた後、実施例1と同様にして高圧容器11内部を大気開放し、高圧容器11からポリマー基材71を取り出した(図13(e)の状態)。次いで、ポリマー基材71を水で洗浄してコーティング層73を除去し、さらにポリマー基材71をイソプロピルアルコールまたは水で洗浄してポリマー基材71表面に残留したレジスト及び蛍光物質72を除去した(図13(f)の状態)。   Next, after the fluorescent material was infiltrated into a predetermined region of the polymer substrate 71, the inside of the high-pressure vessel 11 was opened to the atmosphere in the same manner as in Example 1, and the polymer substrate 71 was taken out from the high-pressure vessel 11 (FIG. 13 ( e) state). Next, the polymer substrate 71 is washed with water to remove the coating layer 73, and the polymer substrate 71 is further washed with isopropyl alcohol or water to remove the resist and the fluorescent material 72 remaining on the surface of the polymer substrate 71 ( FIG. 13 (f) state).

上述のプロセスにより図9に示すような蛍光物質72の文字パターンが、ポリマー基材71内部に浸透した状態のポリマー基材71を得た。すなわち、蛍光物質72で部分的に表面改質が行われたポリカーボネート樹脂からなるポリマー基材71を得ることができた。   The polymer base material 71 in a state where the character pattern of the fluorescent material 72 as shown in FIG. That is, it was possible to obtain a polymer substrate 71 made of a polycarbonate resin that was partially surface-modified with the fluorescent material 72.

上述のように、実施例6のポリマーの表面改質方法では、予めインクジェット印刷法等の印刷方法で、ポリマー表面の所定部分が開口部になるようにマスク層を形成し、その開口部に浸透物質を付加するので、微細な凹凸パターンを形成した金型を用いることなくポリマー表面を部分的に表面改質することができ低コストであり、またプロセスを簡略化することができる。また、該蛍光物質をコーティング層及びマスク層で被覆して超臨界流体に接触させたので、該蛍光物質が超臨界流体に拡散することを抑制でき、結果として、高濃度で基材中に浸透させることができるとともに、高精細なパターンの形成が可能となる。   As described above, in the polymer surface modification method of Example 6, a mask layer is formed in advance so that a predetermined portion of the polymer surface becomes an opening by a printing method such as an ink jet printing method and penetrates into the opening. Since the substance is added, the surface of the polymer can be partially modified without using a mold having a fine concavo-convex pattern, so that the cost can be reduced and the process can be simplified. In addition, since the fluorescent material is coated with the coating layer and the mask layer and brought into contact with the supercritical fluid, the fluorescent material can be prevented from diffusing into the supercritical fluid, and as a result, penetrates into the substrate at a high concentration. And a high-definition pattern can be formed.

[耐久性の評価]
まず、この例で作製したポリマー基材71に対しても実施例5と同様にして、ポリマー基材71の表面に形成された蛍光物質72の付着性を評価した。具体的には、蛍光物質の良溶媒であるイソプロピルアルコールにポリマー基材71を浸漬して評価した。その結果、この例で作製したポリマー基材71では、実施例5と同様に蛍光による文字パターンの発光が確認され、印刷部(文字パターン部)の消失がみられなかった。これは、実施例6では、上述の表面改質処理(超臨界流体と接触させて蛍光物質72をポリマー基材71に浸透させる処理)を行ったことにより、蛍光物質72がポリマー基材71内部に高濃度で浸透しており蛍光物質72が溶出し難い状態となっているためであると考えられる。
[Durability evaluation]
First, the adhesion of the fluorescent material 72 formed on the surface of the polymer substrate 71 was evaluated in the same manner as in Example 5 for the polymer substrate 71 produced in this example. Specifically, evaluation was performed by immersing the polymer substrate 71 in isopropyl alcohol, which is a good solvent for the fluorescent material. As a result, in the polymer substrate 71 produced in this example, the light emission of the character pattern due to fluorescence was confirmed as in Example 5, and the disappearance of the printed portion (character pattern portion) was not observed. This is because in Example 6, the surface modification process (the process of bringing the fluorescent material 72 into the polymer base material 71 by bringing it into contact with the supercritical fluid) performed the fluorescent material 72 inside the polymer base material 71. It is thought that this is because the fluorescent substance 72 is in a state in which it has permeated at a high concentration and is difficult to elute.

また、この例で作製したポリマー基材に対しても、実施例5と同様にしてポリマー基材上に形成された蛍光物質の印刷部(文字パターン)の密着性を評価した。具体的には、蛍光物質の印刷部に対して粘着テープによる引き剥がし試験を行った。その結果、実施例5と同様の結果が得られた。すなわち、この例のポリマー基材では、蛍光物質の印刷部が剥離しにくくなっており、密着性が大幅に改善されていることが分かった。さらに、表面改質処理後のポリマー基材を10ヶ月間大気中に放置した後に蛍光による文字パターンの発光状態を確認したところ、初期と同様の文字パターンの発光状態が維持されていることが分かった。すなわち、本実施例で作製したポリマー基材は、超臨界流体による表面改質処理を行わなかったポリマー基板(比較例4)と比較して、蛍光物質がポリマー基板の表面から内部に浸透しており、蛍光物質が剥離しにくい状態に改質されていることが分かった。   Moreover, the adhesiveness of the printed part (character pattern) of the fluorescent material formed on the polymer substrate was evaluated in the same manner as in Example 5 for the polymer substrate prepared in this example. Specifically, a peeling test using an adhesive tape was performed on the printed part of the fluorescent material. As a result, the same result as in Example 5 was obtained. That is, in the polymer base material of this example, it was found that the printed part of the fluorescent material was difficult to peel off, and the adhesion was greatly improved. Furthermore, when the polymer substrate after the surface modification treatment was left in the atmosphere for 10 months and the light emission state of the character pattern by fluorescence was confirmed, it was found that the light emission state of the same character pattern as the initial state was maintained. It was. That is, in the polymer base material prepared in this example, the fluorescent material penetrated from the surface of the polymer substrate into the inside as compared with the polymer substrate (Comparative Example 4) that was not subjected to the surface modification treatment with the supercritical fluid. As a result, it was found that the fluorescent material was modified so as not to easily peel off.

上記本実施例の表面改質方法の原理及び評価結果から、本実施例の表面改質方法を用いて印刷物(カード)に種々の情報を印刷すれば、上述した課題(1)〜(4)を解決することが可能であることが分かる。すなわち、本実施例の表面改質方法を用いることにより、製造コストアップを抑え、偽造を防止し且つ真偽を簡単に検証ができ、その外表面に耐摩耗性、耐久性などに優れたカードを提供することが可能である。   From the principle and evaluation results of the surface modification method of the present embodiment, if various information is printed on the printed matter (card) using the surface modification method of the present embodiment, the above-described problems (1) to (4) It can be seen that it is possible to solve the problem. In other words, by using the surface modification method of the present embodiment, it is possible to suppress an increase in manufacturing cost, prevent counterfeiting and easily verify authenticity, and a card having excellent wear resistance and durability on its outer surface. Can be provided.

本発明のポリマーの表面改質方法によれば、ポリマー基板上の所定領域(所定パターンの領域)を容易に表面改質することができる。特に、100μm以下の微細な領域においても容易に表面改質することができるので、本発明のポリマーの表面改質方法は、微細な領域のみの表面改質を必要とするマイクロTASやバイオチップ、あるいは、立体配線デバイス等の製造に特に好適である。また、浸透物質として蛍光物質を用いた場合には、本発明のポリマーの表面改質方法は、セキュリティ性の高いカードなどの製造方法に特に好適である。   According to the polymer surface modification method of the present invention, a predetermined region (region of a predetermined pattern) on the polymer substrate can be easily surface-modified. In particular, since the surface modification can be easily performed even in a fine region of 100 μm or less, the polymer surface modification method of the present invention is a micro TAS or biochip that requires surface modification of only the fine region, Or it is especially suitable for manufacture of a three-dimensional wiring device etc. When a fluorescent material is used as the penetrating material, the method for modifying the surface of the polymer of the present invention is particularly suitable for a method for producing a highly secure card or the like.

図1(a)〜(c)は、本発明の表面改質方法の手順を示した図である。FIGS. 1A to 1C are diagrams showing the procedure of the surface modification method of the present invention. 図2は、実施例1で作製したポリマー基板の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the polymer substrate produced in Example 1. FIG. 図3は、実施例1でポリマー基板の表面改質に用いた高圧装置の概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the high-pressure apparatus used for surface modification of the polymer substrate in Example 1. 図4は、実施例2で作製したマイクロTASの概略構成図であり、図4(a)は斜視図であり、図4(b)は図4(a)中のA−A’断面図である。4 is a schematic configuration diagram of a micro TAS manufactured in Example 2, FIG. 4 (a) is a perspective view, and FIG. 4 (b) is an AA ′ sectional view in FIG. 4 (a). is there. 図5は、実施例3で作製したマイクロTASの概略構成図であり、図5(a)は斜視図であり、図5(b)は図5(a)中のB−B’断面図である。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a micro TAS manufactured in Example 3, FIG. 5 (a) is a perspective view, and FIG. 5 (b) is a cross-sectional view along BB ′ in FIG. 5 (a). is there. 図6は、実施例4で作製したレンズモジュールの概略構成図であり、図6(a)は図6(b)中のC−C’断面図であり、図6(b)は立体面側の平面図である。6 is a schematic configuration diagram of a lens module manufactured in Example 4, FIG. 6A is a cross-sectional view taken along the line CC ′ in FIG. 6B, and FIG. 6B is a three-dimensional surface side. FIG. 図7は、実施例4で作製したレンズモジュールの立体配線の引き剥がし試験の結果を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing the results of a three-dimensional wiring peeling test of the lens module manufactured in Example 4. 図8は、実施例1で作製したポリマー基板の深さ方向における色素含有量の分布を示した図である。FIG. 8 is a graph showing the distribution of the pigment content in the depth direction of the polymer substrate produced in Example 1. 図9は、実施例5で作製したポリマー基板の斜視図である。FIG. 9 is a perspective view of the polymer substrate produced in Example 5. FIG. 図10(a)〜(e)は、実施例5の表面改質方法の手順を示した図である。FIGS. 10A to 10E are diagrams showing the procedure of the surface modification method of Example 5. FIG. 図11は、実施例5で作製したポリマー基板の深さ方向における蛍光物質含有量の分布を示した図である。FIG. 11 is a view showing the distribution of the fluorescent substance content in the depth direction of the polymer substrate produced in Example 5. 図12は、実施例5のポリマー基板上に形成された蛍光物質の印刷パターンの引き剥がし試験の結果を示した図である。FIG. 12 is a view showing the results of a peeling test of the printed pattern of the fluorescent material formed on the polymer substrate of Example 5. 図13(a)〜(f)は、実施例6の表面改質方法の手順を示した図である。FIGS. 13A to 13F are views showing the procedure of the surface modification method of Example 6. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,71 ポリマー基板
2 有機物質
3 超臨界流体
72 蛍光物質
73 コーティング層
76 マスク層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,71 Polymer substrate 2 Organic substance 3 Supercritical fluid 72 Fluorescent substance 73 Coating layer 76 Mask layer

Claims (5)

ポリマー部材であって、
表面に所定パターンの溝が形成されたポリマー基板を備え、
上記溝の表面内部に有機物質が含浸していることを特徴とするポリマー部材。
A polymer member,
A polymer substrate having a predetermined pattern of grooves formed on the surface,
A polymer member, wherein an organic substance is impregnated in the surface of the groove.
上記溝の幅が100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のポリマー部材。 The polymer member according to claim 1, wherein the groove has a width of 100 μm or less. 上記有機物質がポリエチレングリコールであることを特徴とする請求項1または2に記載のポリマー部材。 The polymer member according to claim 1 or 2, wherein the organic substance is polyethylene glycol. 上記ポリマー部材が生化学分析用プレートであることを特徴とする請求項3に記載のポリマー部材。 The polymer member according to claim 3, wherein the polymer member is a plate for biochemical analysis. 上記有機物質が金属錯体であり、上記ポリマー部材が、さらに、上記溝上にメッキ層を備える請求項1または2に記載のポリマー部材。

The polymer member according to claim 1, wherein the organic substance is a metal complex, and the polymer member further includes a plating layer on the groove.

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