JP2011084628A - Method for modifying surface of polymer material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高分子材料の表面改質に関し、特に、乾式法において表面改質を向上させる高分子材料表面改質方法に関する。 The present invention relates to surface modification of a polymer material, and more particularly to a polymer material surface modification method for improving surface modification in a dry method.
近年、高分子材料表面に接着性、染色性、濡れ性等の特長を付与することが強く望まれており、高分子材料の表面改質法に関する研究が数多くなされている。高分子材料の表面改質技術には、高分子材料中に添加剤を添加してその表面拡散によって高分子表面の改質を高分子の内部から行う方法と、物理的な表面改質、化学的な表面改質、薄膜形成による表面改質等、高分子の外部から行う方法がある。外部から行う表面改質法については溶液を塗布するなどして使用する湿式法と溶液を使用しない乾式法に分類することができる。 In recent years, it has been strongly desired to impart characteristics such as adhesiveness, dyeability, and wettability to the surface of a polymer material, and many researches on surface modification methods for polymer materials have been made. The surface modification technology for polymer materials includes a method in which an additive is added to the polymer material and the surface of the polymer is modified by surface diffusion from the inside of the polymer, as well as physical surface modification, chemical There is a method of performing from the outside of the polymer, such as surface modification by surface formation and surface modification by thin film formation. The external surface modification method can be classified into a wet method in which a solution is applied and a dry method in which no solution is used.
湿式法で高分子材料の表面改質を行う場合、プライマー処理等が採用されている。プライマー処理とは、被着材表面の接着性を改善するために低粘度の液体を塗布し、その上に接着剤を塗布して被着材と接着剤の接着性を改善するための処理である。したがって、湿式法のプライマーに求められる特性として、被着材と接着剤両者に親和性を持つものでなければならない。 When performing surface modification of a polymer material by a wet method, primer treatment or the like is employed. Primer treatment is a process for improving the adhesion between the adherend and adhesive by applying a low-viscosity liquid to improve the adhesion of the surface of the adherend and then applying an adhesive on it. is there. Therefore, the properties required for the wet method primer must have affinity for both the adherend and the adhesive.
乾式法で高分子材料の表面改質を行う場合、プラズマ処理、紫外線(UV)照射処理、フレーム処理、コロナ処理等が採用されている。プラズマ処理とは、プラズマ中に存在するイオンやラジカルによって高分子材料の表面を改質する処理である。UV照射処理とは、高分子材料にUVを照射することによって高分子材料の表面を活性化させる処理である。フレーム処理とは、高分子材料の表面をガスバーナーの炎により酸化する方法で、2000〜5000℃のバーナーの炎を当てて−COOH基や−OH基等を生成させることにより、接着性を向上させる処理である。コロナ処理とは、コロナ放電現象を起こすことで、高分子材料の表面が放電エネルギを受けて表面エネルギが高くなり活性化される処理である。 When surface modification of a polymer material is performed by a dry method, plasma treatment, ultraviolet (UV) irradiation treatment, frame treatment, corona treatment, and the like are employed. Plasma treatment is a treatment for modifying the surface of a polymer material with ions or radicals present in the plasma. The UV irradiation treatment is a treatment for activating the surface of the polymer material by irradiating the polymer material with UV. Flame treatment is a method of oxidizing the surface of a polymer material with a flame of a gas burner. By applying a flame of a burner at 2000 to 5000 ° C. to generate —COOH groups, —OH groups, etc., the adhesion is improved. It is a process to make. The corona treatment is a treatment in which the surface of the polymer material receives discharge energy and becomes activated by increasing the surface energy by causing a corona discharge phenomenon.
乾式法において、工業的にはコロナ処理が最も一般的に行われている。コロナ処理では、例えば、高分子材料の表面が水に濡れるレベルとしての73mN/mを得るために、処理時間を長くする、もしくは、放電部分と対象物との距離を短くすることで対応してきている。しかしながら、コロナ処理をする際の放電部分の温度は、部分的に数百度に達するため、高分子材料の表面が焼損することがある(例えば、特許文献1参照。)。 In the dry method, the corona treatment is most commonly performed industrially. In corona treatment, for example, in order to obtain 73 mN / m as a level at which the surface of the polymer material gets wet with water, the treatment time has been increased or the distance between the discharge portion and the object has been reduced. Yes. However, since the temperature of the discharge portion during corona treatment partially reaches several hundred degrees, the surface of the polymer material may be burned (for example, see Patent Document 1).
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、処理時間が短く、且つ、対象物との距離が大きくとも高分子材料の表面での極性を付与する官能基が生成されやすい高分子材料表面改質方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a polymer material that is easy to generate functional groups that impart polarity on the surface of the polymer material even when the processing time is short and the distance to the object is large. An object is to provide a surface modification method.
本願発明の一態様によれば、高分子材料の表面に水分子を付着させる工程と、水分子が付着した高分子材料の表面に対して、乾式法である表面改質法を用いてぬれ張力値が大きくなる表面改質を行う工程とを含む高分子材料表面改質方法であることを要旨とする。 According to one embodiment of the present invention, a step of attaching water molecules to the surface of the polymer material, and a wet tension using a surface modification method that is a dry method on the surface of the polymer material to which the water molecules have adhered. The gist of the present invention is a polymer material surface modification method including a step of performing surface modification with a large value.
本発明によれば、処理時間が短く、且つ、対象物との距離が大きくとも高分子材料の表面での極性を付与する官能基が生成されやすい高分子材料表面改質方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for modifying the surface of a polymer material that is easy to generate a functional group that imparts polarity on the surface of the polymer material even when the treatment time is short and the distance to the object is large. it can.
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
(実施の形態)
本発明の実施の形態に係る高分子材料表面改質方法は、図1(a)に示すように、高分子材料2の表面に水分子を付着させる工程と、図1(c)に示すように、水分子が付着した高分子材料2の表面に対して、乾式法である表面改質法を用いてぬれ張力値が大きくなる表面改質を行う工程とを含む。乾式法である表面改質法としては、プラズマ処理、紫外線(UV)照射処理、フレーム処理、コロナ処理等を採用することができる。
(Embodiment)
The polymer material surface modification method according to the embodiment of the present invention includes a step of attaching water molecules to the surface of the
高分子材料2は、ポリオレフィン等である。ポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のα−オレフィンの単独重合体、エチレン−プロピレン共重合体等のα−オレフィン同士の共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のα−オレフィンと共重合可能なα−オレフィン以外の単量体とα−オレフィンとの共重合体、これらの混合物等を挙げることができる。α−オレフィンとしては、例えば、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン等がある。α−オレフィンと共重合可能なα−オレフィン以外の単量体としては、例えば、酢酸ビニル、マレイン酸、ビニルアルコール、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等がある。これらは、それぞれ、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
The
また、高分子材料2は、単層フィルムであってもよく、性質の異なる2種類以上のフィルムを積層した積層フィルムであってもよい。高分子材料2に積層フィルムを採用する場合、各層を形成するフィルムは、要求性能に応じて種々の組合せが用いられる。
The
高分子材料2の表面に水分子を付着させる工程には、図1(a)に示すように、高分子材料2を収納可能な水槽3が用いられる。水槽3には、高分子材料2が浸る程度に水分子(H2O)を有する液体4が満たされている。
In the step of attaching water molecules to the surface of the
高分子材料2の表面改質を行う工程には、対象物を乾式法の表面改質法により表面改質を行う表面改質装置1が用いられる。表面改質装置1としては、例えば、図1(c)に示すようなプローブタイプの表面改質装置がある。プローブタイプの表面改質装置は、外部エアー又はエアーポンプ等でプローブ電極10a,10b間に空気を送り込み、図2に示すように、プローブ電極10a,10b間に高電圧をかけ、プローブ電極10a,10b間にある空気の絶縁破壊を起こして原子、分子、電子、イオンを生成し、それらの衝突により発生する青白い光を伴う放電現象を起こす。放電現象が起きることで、高分子材料2の表面は、放電エネルギを受けて表面エネルギが高くなり、活性化される。
In the step of performing the surface modification of the
以下に実施の形態に係る高分子材料表面改質方法の実施例を示す。 Examples of the polymer material surface modification method according to the embodiment will be described below.
(イ)まず、水分子を有する液体4で満たされた水槽3に高分子材料2を投入し、浸漬する。高分子材料2は、液体4で1時間程度浸漬する。
(A) First, the
(ロ)次に、図1(b)に示すように、高分子材料2を水槽3から取り出し、高分子材料2に付着した液体4を軽く拭き取る。このとき、高分子材料2の表面には、水分子が残存するように、液体4を拭き取る。そして、表面に水分子が付着している高分子材料2を表面改質装置1へ移送する。
(B) Next, as shown in FIG. 1B, the
(ハ)次に、表面改質装置1に移送した高分子材料2は、図1(c)に示すように、プローブ電極10a,10bと高分子材料2の表面との距離を5mmに保ち、表面改質装置1をコロナ放電させ、高分子材料2の表面改質を行う。表面改質装置1によって高分子材料2の表面改質を行う処理時間は、0.5秒とする。
(C) Next, as shown in FIG. 1C, the
(ニ)次に、高分子材料2のぬれ張力値をぬれ張力試験法(JIS K6768)で計測する。表面改質を行っていない高分子材料2(例えば、電線被覆で使用されるポリエチレン)のぬれ張力値は、ぬれ張力試験法によって計測したところ、30mN/mであった。また、高分子材料2を水槽3から取り出し、高分子材料2に付着した液体4を軽く拭き取った後のぬれ張力値は、34mN/mであった。そして、水分子が付着している状態で上記の条件で表面改質処理を行った高分子材料2の表面のぬれ張力値は、73mN/mであった。
(D) Next, the wetting tension value of the
(ホ)次に、水分子が付着している状態で表面改質処理を行った高分子材料2の表面にアクリル系インクで着色を行い、インク乾燥後、クラフトテープを用いてインク部分のはがれを評価する。インク部分のはがれの評価結果としては、表面改質を行っていない高分子材料2ではインクは剥がれ、水分子が付着している状態で表面改質処理を行った高分子材料2ではインクは剥がれなかった。
(E) Next, the surface of the
ぬれ張力値とインクの剥がれ量に関する参考のグラフを図3に示す。図3のグラフに示す上面とは、サンプル(電線)の表面改質装置1によって直接表面改質が行われる側であり、下面とは、サンプルの直接表面改質が行われる側の裏面である。図3のグラフより、上面及び下面の剥がれ面積比が共に30%以下の目標値となるためには、ぬれ張力値が70mN/m以上であれば達成することができる。 A reference graph relating to the wetting tension value and the amount of ink peeling is shown in FIG. The upper surface shown in the graph of FIG. 3 is the side on which surface modification is performed directly by the surface modification device 1 of the sample (electric wire), and the lower surface is the back surface on the side where direct surface modification of the sample is performed. . From the graph of FIG. 3, in order for both the upper surface and lower surface peeling area ratios to be 30% or less, it can be achieved if the wetting tension value is 70 mN / m or more.
上述したように、表面改質を行っていない高分子材料2(例えば、ポリオレフィン)に対し着色を行った場合では、着色に用いたインクがすぐに剥離してしまう。一方、実施の形態に係る高分子材料表面改質方法を施した場合では、着色に用いたインクの剥離が減少させることができ、接着性を向上させることができた。これは、表面改質を行っていない高分子材料2では高分子材料2の表面において接着(着色)に寄与する極性が乏しいためであり、実施の形態に係る高分子材料表面改質方法を施した高分子材料2では高分子材料2の表面において極性が十分であるということになる。つまり、実施の形態に係る高分子材料表面改質方法は、高分子材料2の表面に十分な極性を付与することができる。
As described above, when the polymer material 2 (for example, polyolefin) that has not undergone surface modification is colored, the ink used for coloring is peeled off immediately. On the other hand, when the polymer material surface modification method according to the embodiment was applied, the peeling of the ink used for coloring could be reduced, and the adhesion could be improved. This is because the
本発明の実施の形態に係る高分子材料表面改質方法による、高分子材料2の表面改質を行うことにより、高分子材料2の表面に極性を付与する仕組みについて説明する。高分子材料2の表面に極性を付与するというのは、例えば、図2の点線で囲んだ拡大部に示すように、空気中の酸素(O2)を酸素ラジカル及び酸素プラズマ等の反応性の高い状態にすることで、高分子材料2と反応させ、高分子材料2の表面にヒドロキシル基(−OH)、カルボニル基(>C=O)、及び炭酸基(CO3)等の官能基を生成することである。そして、高分子材料2の表面に極性を付与することで、高分子材料2は、接着性、染色性、濡れ性等の特徴が付与される。
A mechanism for imparting polarity to the surface of the
表面改質処理を更に進めると、高分子材料2の表面にヒドロキシル基、カルボニル基等
だけでなく、炭酸基の比率が増加する。炭酸基は、立体構造であるために、ヒドロキシル基及びカルボニル基よりもバインダーとの結合性が優位となり、接着性、染色性、濡れ性等の特徴が更に付与される。
When the surface modification treatment is further advanced, the ratio of not only hydroxyl groups, carbonyl groups, etc. but also carbonate groups on the surface of the
また、本発明の実施の形態に係る高分子材料表面改質方法によれば、水分子が付着している状態で表面改質処理を行うことで、官能基として考えられるヒドロキシル基を持つ物質を対象物の周囲に置いておくことができ、高分子材料2自体を反応しやすい状態にすることができるので、表面改質の処理時間を短く且つ、対象物との距離が大きくとも極性を付与する官能基を生成することができる。
In addition, according to the polymer material surface modification method according to the embodiment of the present invention, a substance having a hydroxyl group considered as a functional group is obtained by performing the surface modification treatment with water molecules attached. Since it can be placed around the object and the
また、本発明の実施の形態に係る高分子材料表面改質方法によれば、ガスボンベ等を別途は位置する必要もなく費用を抑えることができる。 Moreover, according to the polymer material surface modification method according to the embodiment of the present invention, it is not necessary to separately arrange a gas cylinder or the like, and the cost can be reduced.
(比較例)
高分子材料2を表面処理装置に配置する。そして、実施の形態に係る高分子材料表面改質方法の実施例と同様な表面改質条件で表面改質を行う。具体的には、表面改質装置1に配置した高分子材料2は、プローブ電極10a,10bと高分子材料2の表面との距離を5mmに保ち、表面改質装置1をコロナ放電させ、高分子材料2の表面改質を行う。表面改質装置1によって高分子材料2の表面改質を行う処理時間は、0.5秒とする。
(Comparative example)
The
水分子が付着していない状態で表面改質処理を行った結果、高分子材料2の表面のぬれ張力値は、65mN/mであった。高分子材料2の表面のぬれ張力値を73mN/mまで持って行くためには、処理時間が1秒程度かかった。
As a result of performing the surface modification treatment with no water molecules attached, the wetting tension value of the surface of the
したがって、水分子が付着していない状態で高分子材料2の表面のぬれ張力値を所望の値まで持っていくためには、処理時間を長くしなければならない。
Therefore, in order to bring the wetting tension value of the surface of the
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operational techniques should be apparent to those skilled in the art.
例えば、実施の形態における高分子材料表面改質方法では、高分子材料2の表面に水分子を付着させる工程として、水分子を有する液体4で満たされた水槽3に高分子材料2を投入して浸漬する方法を記載したが、この方法に限定されず、加湿する等により水蒸気を発生させて高分子材料2の表面に水分子を付着させる方法を採用することもできる。
For example, in the polymer material surface modification method according to the embodiment, as a step of attaching water molecules to the surface of the
また、実施の形態における高分子材料表面改質方法では、表面改質法として乾式法であるコロナ処理を用いる方法を記載したが、コロナ処理に限られない。表面改質法として、例えば、他の乾式法であるプラズマ処理、UV照射処理、フレーム処理等を採用して、高分子材料2の表面改質を行っても構わない。
In the polymer material surface modification method in the embodiment, the method using the corona treatment which is a dry method as the surface modification method is described, but the method is not limited to the corona treatment. As the surface modification method, for example, other dry methods such as plasma treatment, UV irradiation treatment, frame treatment, and the like may be adopted to modify the surface of the
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。 Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters in the scope of claims reasonable from this disclosure.
1…表面改質装置
2…高分子材料
3…水槽
4…液体
10a,10b…プローブ電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (2)
前記水分子が付着した前記高分子材料の表面に対して、乾式法である表面改質法を用いてぬれ張力値が大きくなる表面改質を行う工程
とを含むことを特徴とする高分子材料表面改質方法。 Attaching water molecules to the surface of the polymer material;
Performing a surface modification on the surface of the polymer material to which the water molecules have adhered using a surface modification method that is a dry method to increase the wet tension value. Surface modification method.
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JP2009237441A JP2011084628A (en) | 2009-10-14 | 2009-10-14 | Method for modifying surface of polymer material |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017090387A (en) * | 2015-11-16 | 2017-05-25 | 三菱瓦斯化学株式会社 | Method for evaluating dispersibility of barrier resin |
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2009
- 2009-10-14 JP JP2009237441A patent/JP2011084628A/en active Pending
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