JP2011021208A - 高分子成形体の製造方法、高分子成形体およびその製造装置 - Google Patents
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Abstract
改良されたプラズマイオン注入法により、表面部にイオン注入層を形成する高分子成形体の製造方法、この製造方法により得られる高分子成形体、及び外部電界を用いることなく基板に印加する負の高電圧パルスによる電界のみでプラズマを生成し、このプラズマ中のイオンを高分子成形体の表面部に注入して、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体を製造する装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
高分子成形体の表面部にプラズマ中のイオンを注入して、該成形体表面部にイオン注入層を形成する高分子成形体の製造方法であって、高電圧パルス発生装置に接続された導体上に高分子成形体を載置し、該導体に負の高電圧のみを印加して高分子成形体周囲にグロー放電を発生させて、高分子成形体の形状に沿ったプラズマを生成させ、そのプラズマ中のイオンを誘引、注入させて、高分子成形体の表面にイオン注入層を形成することを特徴とする、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法、この方法により得られる高分子成形体、及び、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造装置。
【選択図】 なし。
Description
しかし、この文献に記載されたイオン注入装置は、超高真空下で高電圧を印加するものであるため、複雑かつ非常に高価であり、大面積化に対応できないものである。そのため、工業的に有利なものとはいえなかった。
(2)イオン注入時の圧力が0.01〜5Paであることを特徴とする(1)に記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
(3)プラズマを生成させるときのパルス幅が、1〜10μsecであることを特徴とする(1)又は(2)に記載の表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
(5)前記高分子成形体を構成する高分子が、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、アクリル系樹脂、シクロオレフィン系ポリマーおよび芳香族系重合体からなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
(6)前記高分子成形体を構成する高分子が、ポリアミド、ポリエステル、又はシクロオレフィン系ポリマーであることを特徴とする(1)〜(5)のいずれかに記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
(8)帯電防止性を有するイオン注入層を形成することを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
(9)耐擦傷性を有するイオン注入層を形成することを特徴とする(1)〜(8)のいずれかに記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
(10)前記イオン注入層が、アモルファスカーボン化層であることを特徴とする(1)〜(9)のいずれかに記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
(12)高電圧パルス発生装置と、前記高電圧パルス発生装置に接続された導体とを有し、前記導体上に高分子成形体を載置し、該導体に負の高電圧のみを印加して高分子成形体の表面部にプラズマ中のイオンを注入して、前記成形体の表面部にイオン注入層を形成することを特徴とする、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造装置。
また、イオン注入時の圧力やパルス幅、印加電圧等のイオン注入条件を制御することで、優れたガスバリア性、帯電防止性及び/又は耐擦傷性を有する高分子成形体を簡便かつ効率よく製造することができる。さらに、プラズマイオン注入の条件を変更することで、イオン注入層の厚み等を調節でき、用途に応じた高分子成形体を簡便に製造することができる。
1)高分子成形体の製造方法
本発明の製造方法は、プラズマ中に曝した高分子成形体に負の高電圧パルスのみを印加することによりプラズマを発生させ、該プラズマ中のイオンを高分子成形体の表面部に注入してイオン注入層を形成する方法、すなわち、プラズマイオン注入法により、高分子成形体の表面部にイオン注入層を形成する方法である。
ポリアミドとしては、全芳香族ポリアミド;ナイロン6、ナイロン66、ナイロン共重合体等が挙げられる。
高分子成形体の表面電気抵抗率は、公知の表面抵抗器により測定して求めることができる。
本発明の高分子成形体は、本発明の製造方法により得られたものである。本発明の高分子成形体は、可撓性のある高分子膜を用い、かつ、その極表層部のみが改質されているため、透明性等の高分子成形体の特徴が損なわれることがない。
プラズマイオン注入装置としては、例えば、
(a)高分子成形体に負の高電圧パルスを印加するフィールドスルーに高周波電力を重畳して高分子成形体周囲を均等にプラズマで囲み、プラズマ中のイオンを誘引、注入、衝突、堆積させて、高分子成形体の表面を改質する装置、
(b)チャンバー内にアンテナを設け、高周波電力を与えてプラズマを発生させて高分子成形体周囲にプラズマが到達後、高分子成形体に正と負のパルスを交互に印加することで、正のパルスでプラズマ中の電子を誘引衝突させて高分子成形体を加熱し、パルス定数を制御して温度制御を行いつつ、負のパルスを印加してプラズマ中のイオンを誘引、注入させて、高分子成形体の表面を改質する装置、
(c)図1に示すマイクロ波プラズマ発生型のプラズマイオン注入装置等の公知のプラズマイオン注入装置、又は、
(d)図2に示す高分子成形体製造装置、等のプラズマイオン注入装置が挙げられる。
これらの中でも、本発明においては、処理操作が簡便であり、処理時間も大幅に短縮することができることから、(d)の図2に示す製造装置を使用する。
なお、ガスバリア性の評価は以下に示す方法で、帯電防止性及び耐擦傷性の評価は、以下に示す表面電気抵抗率及び表面硬度を測定することにより行った。
酸素、二酸化炭素、水蒸気の透過率を測定することにより評価した。
透過率は、ガス透過率測定器(日本分光(株)製、Gasperm−100型)を使用して測定した(フィルムの面積:12.56cm2、試験圧力:7kg/cm2)
表面電気抵抗率は、表面抵抗測定器(R8252 DIGITAL ELECTROMETER、(株)アドバンテスト製)により測定して求めた。
表面硬度は、表面硬度測定装置(ナノインデンター、MTS社製)により測定して求めた。
図1に示すプラズマイオン注入装置(外部電界あり)、又は図2に示すプラズマイオン注入装置(外部電界なし)を用いて、厚み100μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(商品名:ルミラー、東レ(株)製)、又はシクロオレフィン系ポリマーフィルム(商品名:ゼオノア、日本ゼオン(株)製)の表面部にイオン注入層が形成された高分子フィルムを得た。
・プラズマ生成ガス:N2
・繰り返し周波数:1000Hz
・Duty比:0.5%
・図1の装置における外部電界のマイクロ波電源(型番号:MKN−106−3S2−PS,日本高周波(株)製):周波数2.45GHz、100W
その他の条件は、下記第1表に示すとおりである。
比較例1として、未処理のPETフィルム(厚み100μm)を用いた。
(比較例2)
比較例2として、未処理のシクロオレフィン系ポリマーフィルム(商品名:ゼオノア、日本ゼオン(株)製)を用いた。
測定結果を第2表に示す。
以上のことから、イオン注入を適切な条件で行うことにより、所望の効果を有する高分子成形体が得られることがわかる。
参考例1で得られたイオン注入層が形成されたPETフィルムのラマン分光スペクトルを測定した。
測定は、以下の測定装置及び測定条件で行った。
測定装置:NRS−1000、日本分光(株)製
測定条件:レーザー波長532nm
参考例2、実施例1のイオン注入層が形成されたPETフィルム、及び比較例1のPETフィルムのX線光電子分光分析を行った。
測定条件:
・励起X線:monochromatic AlKα 1,2線(1486.6eV)
・X線径:1000μm
・X線出力:10kV 20mA
・光電子脱出角度:90°(検出深さ:〜10nm)
・データ処理:中性炭素(CHx)のClsメインピーク位置を284.6eVに合わせた。9−point smoothing
Claims (12)
- 高分子成形体の表面部にプラズマ中のイオンを注入して、該成形体表面部にイオン注入層を形成する高分子成形体の製造方法であって、高電圧パルス発生装置に接続された導体上に高分子成形体を載置し、該導体に負の高電圧のみを印加して高分子成形体周囲にグロー放電を発生させて、高分子成形体の形状に沿ったプラズマを生成させ、そのプラズマ中のイオンを誘引、注入させて、高分子成形体の表面にイオン注入層を形成することを特徴とする、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
- イオン注入時の圧力が0.01〜5Paであることを特徴とする請求項1に記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
- プラズマを生成させるときのパルス幅が、1〜10μsecであることを特徴とする請求項1又は2に記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
- プラズマを生成させるときの印加電圧が、−1kV〜−50kVであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
- 前記高分子成形体を構成する高分子が、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、アクリル系樹脂、シクロオレフィン系ポリマーおよび芳香族系重合体からなる群から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
- 前記高分子成形体を構成する高分子が、ポリアミド、ポリエステル、又はシクロオレフィン系ポリマーであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
- ガスバリア性を有するイオン注入層を形成することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
- 帯電防止性を有するイオン注入層を形成することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
- 耐擦傷性を有するイオン注入層を形成することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
- 前記イオン注入層が、アモルファスカーボン化層であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造方法。
- 請求項1〜10のいずれかの製造方法により得られたものであることを特徴とする表面部にイオン注入層を有する高分子成形体。
- 高電圧パルス発生装置と、前記高電圧パルス発生装置に接続された導体とを有し、前記導体上に高分子成形体を載置し、該導体に負の高電圧のみを印加して、高分子成形体の表面部にプラズマ中のイオンを注入して、前記成形体の表面部にイオン注入層を形成することを特徴とする、表面部にイオン注入層を有する高分子成形体の製造装置。
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