JP2009541081A - 粘着閉鎖部の表面を機能化するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は対応して形成される粘着閉鎖部とともに、繰り返して開放および閉鎖することができる粘着閉鎖機構を形成する、粘着閉鎖部の表面を機能化するための方法に関する。粘着閉鎖部の表面は、高エネルギーを使用して、プロトンおよび／又は電子交換媒体、特に、ドナーまたは集電体によって改質され、粘着閉鎖部の材料の物理化学特性は、粘着閉鎖部の材料に交換媒体の官能基を付着させることによって被覆なしに耐時効性を制御することができる。本発明は、また、そのような方法を実行するための装置に関するものである。

Description

本発明は、対応して製造される粘着閉鎖部とともに繰り返して開放および閉鎖することができる粘着閉鎖機構を形成する、粘着閉鎖部の表面を機能化するための方法および装置に関する。

特許文献１は、プラスチック材料の粘着閉鎖部を有する粘着閉鎖エレメントを製造する方法を開示している。その粘着閉鎖エレメントとともに粘着閉鎖部には、引き続く粘着閉鎖動作に悪影響を及ぼさないように選択される厚さを有する被覆が少なくとも部分的に施されている。粘着閉鎖部への被覆は、好ましくはＳｉＯ₂および／又はＴｉＯ₂で改質されたＳｉＯ₂をベースとして、いわゆるゾル−ゲル法によって形成される。ゾル−ゲル法によって付加された被覆は、泡をはじく性質がある。このことは、結局のところ、座席のクッション部が泡立つとき、公知の粘着閉鎖部を使用できるという利点を伴う。その被覆はナノ複合材料で製造される。すなわち、被覆層の厚さは極めて薄く、特に、各被覆材を構成する物質の数分子程度の厚さしかないけれども、この被覆は耐水性がなく、耐時効性がない。

特許文献２は、特に、車両の座席のクッション部の発泡用として、その製造時に粘着閉鎖部の一方の側に粘着性のプライマーが付加された粘着閉鎖部を開示している。もし、この公知の粘着閉鎖部がポリアミド材料からなるならば、粘着性のプライマーはレゾルシノールおよび／又は少なくとも一つのその誘導体から形成されるか、又は粘着閉鎖部がポリオレフィン材料からなるならば、ポリウレタンもしくはポリマーが硬化性樹脂の再架橋によって形成される粘着性のプライマーとして使用される。このように、プライマー層が被覆として粘着閉鎖部に形成され、粘着材料を使用しなくても、発泡材料と高強度で接続される一種のプライマー層が形成される。被覆に関するこの先行技術も摩耗してしまう。

これに対して、特許文献３は、裏当てと一体で製造された複数の粘着閉鎖エレメントを備えた粘着閉鎖部を製造する方法を開示している。この方法において、粘着閉鎖エレメントのインタロック頭部は、デュロプラスチック成形プロセスによって、好ましくはアクリル酸エステルの形態で、特に好ましくはウレタンジアクリル酸エステルの形態で硬化する付加的材料を頭部に備えている。このウレタン成形材料が硬化すれば、粘着閉鎖部は高温および機械的応力に耐えることができる一方、対応する形状によって粘着閉鎖部の粘着性および引き剥がし強度を向上することができる。このようにして粘着閉鎖エレメントに付加される高強度の被覆は幾何学的に大きなものとなる。これは、粘着閉鎖部のキャリヤ材料の１ｃｍ²当たり数千もの粘着閉鎖エレメントを配置しようとする試みのために粘着閉鎖部の小型化を図らねばならないという要求に逆行するものである。

特許文献１ 欧州特許第 1 082 031号明細書(EP 1 082 031 B1)
特許文献２ 欧州特許第 1 077 620号明細書(EP 1 077 620 B1)
特許文献３ 独国特許出願公開第 101 23 205号明細書(DE 101 23 205 A1)

このような従来技術に鑑みて、本発明の目的は、公知の方法および装置を改良して、小形化可能な粘着閉鎖部を低コストで大量生産可能な表面技術によって機能化し、複数の表面と最も変化した構造特性を一つの基本的な処理工程のみで製造できるようにすることにある。

上記目的は、請求項１の特徴を有する方法と請求項１２の特徴を有する装置によって達成される。

プロトンドナーとして作用する、いわゆるブレンステッド酸、および粘着閉鎖部のプラスチック材料のような他の材料にドナーとして電子を放出することができる、いわゆるルイス塩基は、特に多用途であることが分かった。さらに、粘着閉鎖部のプラスチック材料にプロトンおよび／又は電子を蓄積し、いわばレドックス作用のように粘着閉鎖部の表面エネルギーに影響を及ぼす集電体があり、高エネルギーを使用して作用するような形で交換媒体の官能基を粘着閉鎖部と相互作用させることが可能になる。

その表面において粘着閉鎖部の材料に付着して粘着閉鎖部の材料内に侵入する交換媒体の官能基によって、本質的に被覆のない構造が得られ、表面の機能化を小さな規模で達成することができる。これは、粘着閉鎖エレメントに加えて粘着閉鎖部の小型化をもたらす。官能基は分子レベルで粘着閉鎖部に付着し、粘着閉鎖部の別のプラスチック材料と相互作用をする。この作用は耐時効性があり、製造されてから使用されるまでの粘着閉鎖部の長い埋め込み時間の間に好ましい表面改質効果が失われるという恐れはない。得られる物理化学特性は幅広い範囲にわたる。このように、粘着閉鎖部は、好ましい耐温度特性とともに硬さまたは軟らかさの点においても、機能的に制御することができる。製品、例えば、座席のクッションの製造における主材料である発泡ポリウレタンについての好ましい反応パターンのような耐化学薬品性も同様に機能的に制御することができる。

粘着閉鎖部の材料に官能基を付着させることによって、粘着閉鎖部が使用されるそれぞれの部分において特有の相互作用を達成することができる。例えば、対応する官能基を付着することによって粘着閉鎖部に耐火炎性を付与することができる。航空および宇宙航行の分野で使用されるならば、それぞれの粘着閉鎖部に対して一つの使用基準がある。もし官能基が発光部を有しているならば、例えば、冷光色彩デザインを可能とするように、各粘着閉鎖部を独創的なデザイン分野で使用することができる。さらに表面エネルギーの変化は、粘着閉鎖機構の形成とともに、対応する粘着閉鎖部の粘着性を向上させることを可能とする。この点に関して、実行するのが複雑な毛細管技術が先行文献（独国特許発明第 102 07 194号明細書(DE 102 07 194 C1)）に記載されている。

さらに、現搬送部または他の情報搬送部の粘着閉鎖部の放電特性は、使用される官能基によって改善することができる。可能な複数の付着物は現在のところ被覆されていない。本発明による上記方法を使用してさらに技術開発の話題を提供しうる。

本発明の方法を実行するための好ましい装置の一つは請求項１２の特徴を有するものである。その装置によれば、粘着閉鎖部の粘着閉鎖エレメントは、成形スクリーンによって製造することができる。閉鎖エレメントのプラスチック材料は、成形スクリーンの一方の側における成形スクリーンの開口に供給することができる。そして、好ましくは交換媒体を成形スクリーンの他方の側の成形開口に供給することができる。その装置によれば、特に低コストなやり方で本発明の方法および制御工程を実行することができる。その装置を使用して、表面改質された多数の粘着閉鎖部を制御された方法で連続的に製造することができる。

本発明の方法において、特にドナーおよび集電体の形態であるプロトンおよび／又は電子交換媒体によって、粘着閉鎖部の表面は高エネルギーを使用して改質され、粘着閉鎖部の材料の物理化学特性は粘着閉鎖部の材料に付着した交換媒体の官能基によって被覆がなくても耐時効性を付与される。

本発明の他の利点は従属請求項の技術的特徴から明らかである。

添付の図は、本発明の方法を実行するための装置の部分的な断面を示す概略側面図である。

添付図は、本発明の方法を実行するための装置を示す。参照番号１は、製造される粘着閉鎖部に対応する幅を有するストリップを押圧工具と成形工具の間の間隙に供給するものであって、可塑性または液状の熱可塑性材料の供給装置である押出ヘッドである。押圧工具はプレッシャローラ３である。成形工具は参照番号５で示される成形ローラである。両ローラは図において矢印７と９で示す方向に回転するように駆動される。その結果、矢示７と９方向にプラスチックのストリップが搬送される搬送間隙が形成される。同時に成形ゾーンとしてのその間隙において、プラスチックのストリップは粘着閉鎖部の裏当て１０の形状に成形される。成形ローラ５に隣接する側の裏当て１０は成形ローラ５の成形要素によってインタロック手段を形成するために必要な形状に成形される。

この目的のために、成形ローラ５は、周縁に成形キャビテイ１２を備えたスクリーン１を有している。成形開口１２ａと１２ｂを両側に備えた、一つの成形キャビテイ１２は、その配置および数は自由に選択することができるが、外側周縁にスクリーン１１を有する成形ローラ５に沿って他の成形キャビテイ１２とともに好ましくは規則的に配置される。各成形キャビテイは回転双曲面のように形成されているので、各成形軸部１３は、その基端部においてストリップ状のキャリヤ材料１０と一体に接続され、その端部には幅広の頭部１５が形成されている。軸部１３と頭部１５は、粘着閉鎖部のための粘着閉鎖エレメントを形成する。詳しくは述べないが、粘着閉鎖部の対応する形状は、繰り返して開放および閉鎖することができる粘着閉鎖機構を形成する。このようにして形成される閉鎖機構は、登録商標ベルクロとして知られている。

成形ローラ５には、媒体流路１７の形状をした開口が備えられている。媒体流路１７は、成形ローラ５の回転軸としての中心１９と長手方向の向きが一致している。成形ローラ５内およびそれと同心方向において、参照番号２１として象徴的に示されている高エネルギー源がある。さらに、高エネルギー源２１の外側ジャケットと成形ローラ５の内側周縁の間に交換媒体を供給するために使用され、一時的な交換媒体の貯蔵所である空間がある。この空間の選択的な物理的なパラメータ、例えば、圧力、温度および湿分などは調整することができる。さらに、適切な動作の進展を促進するために、適切な空間または作動空間２３を経て本発明の方法を実行するためのガス媒体および流体媒体を供給することができる。本発明の方法に従った処理中に全製造装置から残留物を除去するために、媒体流路１７および／又は作動空間２３を経てフラッシング媒体を流すことができる。

ポリオレフィンは、製造される粘着閉鎖部のプラスチック材料として特に適していることが分かった。このポリオレフィンには、例えば、ポリイソブテンおよびポリ（４−メチル−１−ペンテン）、ならびにポリ（１−ヘキサン）、ポリ（１−オクテン）またはポリ（１−オクタデセン）のような高級α−オレフィンのポリマーとともに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンが含まれる。これらのポリオレフィンには、例えば、エチレンとプロピレンのコポリマーのような異なるオレフィンのコポリマーが含まれる。製造される粘着閉鎖部の供給原料として良好な別のものはポリエステルである。

プロトンおよび／又は電子交換媒体は、以下のリスト１、リスト２、リスト３、リスト４、リスト５およびリスト６に従った物質および物質のグループである。リスト１はいわゆる硬い塩基、リスト２は軟らかい塩基、リスト３は硬い塩基と軟らかい塩基の境界にある中間の塩基、リスト４は硬い酸、リスト５は軟らかい酸、リスト６は硬い酸と軟らかい酸の境界にある中間の酸である。

リスト１：Ｈ₂Ｏ、ＯＨ^-、Ｆ^-、ＡｃＯ、ＳＯ₄ ^2-、Ｃｌ^-、ＣＯ₃ ^2-、ＮＯ₃ ^-、ＲＯＨ、ＲＯ^-、Ｒ₂Ｏ、ＮＨ₃、ＲＮＨ₂、ＳｉＯＨ
リスト２：Ｒ₂Ｓ、ＲＳＨ、ＲＳ^-、Ｉ^-、Ｒ₃Ｐ、（ＲＯ）₃Ｐ、ＣＮ^-、ＲＯＮ、ＣＯ、Ｃ₂Ｈ₄、Ｃ₆Ｈ₆、Ｈ^-、Ｒ^-
リスト３：ＡｒＮＨ₂、Ｃ₅Ｈ₅Ｎ、Ｎ₃ ^-、Ｂｒ^-、ＮＯ₂ ^-
リスト４：Ｈ⁺、Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｋ⁺、Ｍｇ²⁺、Ｃａ²⁺、Ａｌ³⁺、Ｃｒ²⁺、Ｆｅ³⁺、ＢＦ₃、Ｂ（ＯＲ）₃、ＡｌＭｅ₃、ＡｌＣｌ₃、ＡｌＨ₃、ＳＯ₃、ＲＣＯ⁺、ＣＯ₂、ＨＸ（水素結合分子）
リスト５：Ｃｕ⁺、Ａｇ⁺、Ｐｄ²⁺、Ｐｔ²⁺、Ｈｇ²⁺、ＢＨ₃、ＧａＣｌ₃，Ｉ₂、Ｂｒ₂、ＣＨ₂、カルベン
リスト６：Ｆｅ²⁺、ＣＯ²⁺、Ｃｕ²⁺、Ｚｎ²⁺、Ｓｎ²⁺、Ｓｂ³⁺、Ｂｉ³⁺、ＢＭｅ₃、ＳＯ₂、Ｒ₃Ｃ⁺、ＮＯ⁺、ＧａＨ₃、Ｃ₆Ｈ₅ ⁺
この分類は、硬い酸は硬い塩基と結合し、軟らかい酸は軟らかい塩基と結合するようなパターンで作成されている。硬いと命名された媒体と軟らかいと命名された媒体の間の遷移は流体である。この分類は交換媒体の作用についての概略の考え方と情報を基本的に提供するために使用される。例えば、ブレーンステッドの酸−塩基反応において起こるポテンシャルプロトンの放出は、硬い酸として分類される。いわゆるドナーとしての軟らかい塩基は、特に、粘着閉鎖部の表面の機能化を達成することができるように数個の電子または電子対が放出されるという点に特徴がある。粘着閉鎖部の表面の機能化に影響を及ぼすために、基本的にいわゆる集電体は、レドックス反応において、粘着閉鎖部のプラスチック材料から電子および／又はプロトンを離脱させる作用をする。このようにして達成される機能化の程度は、プロトンおよび／又は電子のドナーほど大事ではない。

好ましい表面改質は、高エネルギー源を使用して最適化することができる。マイクロ波または別の高周波電波を使用することに加えて、プラズマを使用することもできる。可能なプラズマ源は、高周波放電のような直流電圧グロー放電およびマイクロ波放電である。製造されるプラスチック材料への熱負荷を低減するために、ハードウエアのコストが低く、電極なしで結合が可能であるという理由で、特にマイクロ波放電が推奨される。プラズマの高度のイオン化の結果として、短時間の処理が可能になる。これは粘着閉鎖部の製造にとって極めて重要である。

そのようなプラズマ源は図において参照番号２１として示される高エネルギー源である。複数の考えられるプラズマ改質プロセスを成形スクリーン１１の成形キャビテイ１２内の粘着閉鎖部の基板の位置によって実行することができる。このように、図に示す装置は、例えば、機能化される表面がプラズマゾーン内に直接位置している、いわゆるプラズマプロセスに使用することが可能である。同様に、プロセスガスがプラズマゾーンを通過し、粘着閉鎖エレメント上に開放端部を備えた粘着閉鎖部としての基板にそのプロセスガスが供給されるような下流プロセスを考えることができる。特に、成形ローラ５のドラムの直径を調整することによって、粘着閉鎖部である基板に対する熱負荷を低くすることができる。

もしプラズマゾーンで使用されるプロセスガスが極めて素速く、または完全に同時に反応するならば、いわゆるアフターグロープロセスが可能であり、例えば、窒素のような不活性のキャリヤガスをプラズマゾーンを通過させて、プラズマゾーンから処理が行われる下流に向けて供給されるプロセスガスを活性化させることができる。そのようにして間接的に活性化される作動ガスは、好ましい表面改質のために使用される。

ドラム状の製造装置の端部は密閉されているので、プロセスガスの流通は作動空間２３に適切な入口および出口（図示せず）を設けることによって行うことができる。そのプロセスを促進するために、作動空間２３に高圧下のプロセスガスを供給することは好都合である。本発明の方法を実行するために、プラズマ生成源に代わるものとして、誘電体障壁放電がある。この誘電体障壁放電とは、成形ローラ５の中間から粘着閉鎖部の基板の表面の方向に誘電場を形成する高エネルギー源２１としての改質手段である。さらに、処理ガスの混合物が作動空間２３内に連続的に供給される。その処理ガスの混合物は、ほぼ大気圧に等しい圧力のキャリヤガスおよび還元ガスおよび／又は酸化ガスからなるものが好ましい。この場合、酸化ガスとは特にＣＯ₂またはＮ₂Ｏをいい、還元ガスとはＨ₂をいう。混合ガス中の酸化ガスの含有量は５０から２０００ppmvの範囲に設定し、混合ガス中の還元ガスの含有量は５０から３００００ppmvの範囲に設定することが好ましいことが分かった。

後者の表面処理方法に関して、アミノ基、アミド基および／又はイミド基およびそれらの化合物は、特に電子のドナーとして使用することができる。これらの官能基及び化合物は、クッション発泡領域に発泡材料としてのポリウレタンを配置することができる別の反応基を有する、いわゆる非対称の尿素結合を他の官能基とともに可能とするＮＨ₃基を粘着閉鎖部の表面に官能基として運搬する。この結果、成形発泡体の粘着閉鎖部に例外的に良好な結合がもたらされる。対応する粘着閉鎖部によって、発泡材料と非対称の尿素結合を形成する発泡性粘着閉鎖部に対して、取り外し可能なように適当な被覆材料をつなぐことができる。

図に示すような回転スクリーンの使用に加えて、一平面に成形スクリーンを巻き付け、上記したように、その成形スクリーンを表面改質を実行する装置を経由させることができる。特に、スクリーンは、上部ストランドおよび下部ストランドを備えたデフレクションローラ上のコンベヤベルトとして製造することができる。上部ストランドは成形のために使用することができ、下部ストランドは成形キャビティから粘着閉鎖部を除去するために使用することができる。

図に示す粘着閉鎖部には、インタロック作用を可能とするために周縁の幅が広くなっている頭部を設ける必要がない。むしろ、本発明の粘着システムによれば、表面改質を達成することができる。例えば、独国特許発明第 100 65 819号明細書(DE 100 65 819 C1)は、その表面の少なくとも一部の領域のキャリヤ材料に、その表面から突出する粘着閉鎖エレメントまたは粘着エレメントを備えた粘着閉鎖部を製造する方法を開示している。その方法において、上記エレメントを形成するプラスチック材料はキャリヤ部１０としてキャリヤエレメントに付加され、上記エレメントは成形工具なしに少なくとも一つの部分領域において製造され、プラスチック材料は少なくとも一つの塗工装置によって連続的に小滴として滴下される。その塗工装置はノズルによって数ピコリッターの容積の小滴としてプラスチック材料を滴下させ、このようにして速いプロセスを実行することができ、粘着閉鎖部が極めて短時間のうちに生成される。このようにして製造される粘着閉鎖部は、上記した方法によって表面改質を図ることができる。

図に示す装置において、成形キャビティ１２は小型化されているが、ファン・デル・ワールス力によって粘着力が起こるように、粘着エレメントを製造することができる。そのような閉鎖システムは、例えば、独国特許出願公開第 10 2004 012 067号明細書(DE 10 2004 012 067 A1) に開示されている。このように高度の小型化を達成できるにも関わらず、本発明の課題解決手段によれば、上記したように、表面のナノスケールの粘着閉鎖部を改質することができる。上記装置は粘着閉鎖部に影響を及ぼす頭部閉鎖材料の正面側に特に適している。しかし、基本的に閉鎖部の全構成要素は、異なる装置を使ってその表面を随意に機能化することができる。これは、エレメントから離れようとする粘着閉鎖部の裏当ての後部または裏当てと頭部の間に伸びる軸部材料の表面に特に当てはまる。表面の機能化のために、機能化される部分の粘着閉鎖部は機能化手段に対して露出するようにして開放されている。これは、連続的な機能化のために、閉鎖システムではあるが通路が開放されている場合に当てはまる。

１ 押出ヘッド
３ プレッシャローラ
５ 成形ローラ
１０ 裏当て
１１ 成形スクリーン
１２ 成形キャビティ
１２ａ 成形開口
１２ｂ 成形開口
１３ 軸部
１５ 頭部
１７ 媒体流路
２１ 高エネルギー源
２３ 作動空間

Claims (12)

1. 対応して製造される粘着閉鎖部とともに繰り返して開放および閉鎖することができる粘着閉鎖機構を形成する粘着閉鎖部の表面を機能化するための方法であって、プロトンおよび／又は電子交換媒体、特に、ドナーおよび集電体によって、粘着閉鎖部の表面は高エネルギーを使用して改質され、粘着閉鎖部の物理化学特性は、被覆がなくても、粘着閉鎖部の材料に付着している交換媒体の官能基によって耐時効性があるように制御できることを特徴とする粘着閉鎖部の表面を機能化するための方法。
2. 官能基を付着させるプロセスは、
   マイクロ波照射のような高周波照射、
   誘電体障壁放電のような電場、および
   低圧または高圧のプラズマを使用して形成されるプラズマ状態を使用して、
   高エネルギーによって実行されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 官能基を付着させるプロセスは、不活性ガスおよび／又は反応ガスを使用して制御できることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 官能基を付着させるプロセスは、温度傾斜手段および／又は圧力傾斜手段によって制御できることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
5. 機能化される粘着閉鎖部のプラスチック材料は、熱可塑性樹脂、特に、ポリオレフィンおよび／又はポリエステルであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
6. 基本的に作用する電子ドナーがトリガー媒体として使用されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
7. アミノ基、アミド基および／又はイミド基およびそれらの化合物が、基本的な電子のドナーとして使用されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
8. 基本的な電子ドナーを使用して、粘着閉鎖部の親材料との非対称結合が形成され、好ましくは非対称の尿素結合が形成されることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 非対称の尿素結合は、発泡ポリウレタンのような発泡材料に閉鎖部を付着させることによって形成されることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 粘着閉鎖部に対する官能基の結合は、その場で起こることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
11. 粘着閉鎖部はスクリーンプロセスによって製造されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 閉鎖エレメント（１３、１５）は成形スクリーン（１１）によって製造することができ、成形スクリーン（１１）の一方の側（１２ａ）において、閉鎖エレメント（１３、１５）のためのプラスチック材料を成形スクリーンの成形開口（１２）に供給することができ、成形スクリーン（１１）の他方の側において、好ましくはその場において、交換媒体を成形開口（１２ｂ）に供給できることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の方法を実行するための装置。

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