JP2011190355A - 固体製品の表面改質方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 熱分解性の表面改質剤(濡れ性改善剤)を含む燃料ガスの燃焼火炎を、固体製品の表面(被処理面)に対して吹き付ける固体製品の表面改質方法。表面改質剤として、炭素(C)と水素(H)と酸素(O)とからなり、エーテル構造(−O−)を2個以上有している炭素、又は、C=O基(カルボキシル基及びその誘導基を含む。)が2個以上結合している炭素を、有する含酸素有機化合物の群から1種又は2種以上選択する。
【選択図】なし
Description
前記気化室11の温度をT1(℃)とし、前記貯蔵室温度をT2(℃)としたときに、当該T1およびT2が、以下の温度関係式(1)を満足するように、当該T1およびT2の値を調整することを特徴とする固体物質の表面改質方法。
T2−15℃≦T1≦T2+15℃ (1)」
「本発明の表面改質装置10は、金属原子、半金属原子、または非金属原子、及び有機基を有し固体物質Sの表面を改質する改質化合物を収容するとともに、改質化合物を液体状態から気体状態に気化する気化室12と、液体状態の改質化合物が含まれる気化室12の液相13中に、燃焼性のガスをバブリングして導入するガス導入部16と、気体状態の改質化合物と燃焼性のガスを含む表面改質ガス、及び酸素を含むガスを混合して燃料ガスとする混合室18と、気化室12から表面改質ガスを混合室18に移送する移動部17と、混合室18に接続され燃料ガスの燃焼火炎を固体物質Sの表面に吹付ける噴射部19と、を備える。」
「本発明のバーナ30は、固体物質Sの表面を改質する改質化合物を気化してなる気体状の改質化合物を含む燃料ガスの燃焼火炎を固体物質Sの表面に吹付けるためのバーナ30である。燃料ガスは、気体状の改質化合物と、空気または可燃性ガスと、を含む。バーナ30は、燃料ガスを燃焼させた火炎を噴射する第1の噴射部32と、可燃性ガスを含むガスを燃焼させた第2の噴射部33とが、交互に配された多重構造の噴射部31を備える。第一の噴射部32の周縁には第二の噴射部33が配されている。」
RC(OR´)3 [但し、R:水素又は炭素数1〜6のアルキル基、R´:炭素数1〜6のアルキル基]
オルトプロピオン酸トリエチル(Triethyl orthopropionate;CH3CH2C-(OCH2CH3)3 )、性状:液体、b.p.:150〜152℃
オルト酢酸トリエチル(Triethyl orthoacetate;CH3C(OCH2CH3)3 )、性状:液体、b.p:約142〜143℃
オルトギ酸トリエチル(Triethyl orthoformate;HC(OCH2CH3)3 )、性状:液体、b.p.:143℃(100.6kPa)
オルト酪酸トリメチル.(Triethyl orthobutyrate;CH3CH2C(OCH2CH3)3)、性状:液体、b.p.:63℃(1.33kPa)
オルト吉草酸トリメチル(Triethyl orthovalerate; H3CH2CH2CH2C(OCH2CH3)3)、性状:液体、b.p.:164〜166℃
オルトギ酸トリ-n-ブチル(Tri-n-buthyl orthoformate; HC(OCH2CH2CH2 CH3)3)、性状:液体、b.p :122〜124℃(1.33kPa)
オルトギ酸トリイソプロピル(Triisopropyl orthoformate;HC-(OCH(CH3)2)3 )、性状:液体、b.p.:56℃(1.33kPa)
2-メチル-1,3-ジオキソラン(2-Methyl-1,3-dioxolane ; CH3CH(-OCH2CH2O-))、性状:液体、b.p.:181℃
1,3-ジオキサン(1,3-Dioxane ;CH2(O-CH2CH2CH2O-))、性状:液体、b.p.:106℃
炭酸エチレン(Ethylene carbonate ;-CH2CH2O-CO-O-)、性状:固体(m.p.:39℃)、b.p.:152℃
炭酸プロピレン(Propylene carbonate ; -CH2CHCH3O-CO-O-)、性状:液体、b.p.:240℃
R1R2C(OR3)(OR4) [但し、R1,R2:水素又は炭素数1〜4のアルキル基、R3,R4:炭素数1〜6のアルキル基]
アセトアルデヒド=ジエチルアセタール(ジエトキシエタン)(Acetaldehyde diethyl acetal ;CH3CH-(OCH2CH3)2 )、性状:液体、b.p.:102.73℃
ジエトキシメタン( Diethoxy methane ;CH2-(OCH2CH3)2 )、性状:液体、b.p.:120〜121℃
アセチルアセトン(acetyl acetone;
CH3COCH2COCH3)、性状:液体、b.p.:140.5℃
アセト酢酸メチル(Methyl acetoacetate CH3COCH2COOCH3)、性状:液体、b.p.:171.7℃
マロン酸ジメチル(Dimethyl malonate ;CH2(COOCH3)2)、性状:液体、b.p.:181.4℃
(1)ゴム
また、表面改質された固体製品を構成するゴムとしては、シリコーンゴム、フッ素ゴム、天然ゴム、ネオプレンゴム、クロロプレンゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、オレフィンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリルーブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレンープロピレン−ジエンゴム、ブタジエンゴム、ブチルゴム、スチレン系熱可塑性エラストマーおよびウレタン系熱可塑性エラストマーからなる群から選択される少なくとも一つのゴム類が挙げられる。
また、表面改質された固体製品を構成する熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂(高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高圧法ポリエチレン、中圧法ポリエチレン、低圧法ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、分岐状低密度ポリエチレン、高圧法線状低密度ポリエチレン、超固体量ポリエチレン、架橋ポリエチレン)、ポリプロピレン樹脂、変性ポリプロピレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリフェニレンサルファイド樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニル樹脂、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロクロロエチレン樹脂、およびエチレン−トリフルオロクロロエチレン共重合体等が挙げられる。
また、表面改質された固体製品を構成する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネート樹脂、尿素樹脂、グアナミン樹脂等の熱硬化型樹脂が挙げられる。これらの熱硬化型樹脂のうち、例えば、エポキシ樹脂である場合、本発明の表面改質を実施することにより、半導体封止用樹脂におけるレーザーマーキングを容易に実施することができる。
また、表面改質された固体製品を構成する金属としては、アルミニウム、マグネシウム、ステンレス、ニッケル、クロム、タングステン、金、銅、鉄、銀、亜鉛、スズ、鉛等の一種単独または二種以上の金属材料の組み合わせが好ましい。
例えば、アルミニウムは軽量金属として多用されているが、表面に酸化膜を形成しやすく、紫外線硬化型塗料等を直接適用しても容易に剥離してしまうという問題が見られた。そこで、アルミニウム表面に対してケイ酸化炎処理等を施すことにより、紫外線硬化型塗料等を直接適用しても剥離することを有効に防止することができるようになった。
上記固体製品がゴムや樹脂で構成される場合、無機フィラーが添加されていてもよい。無機フィラーとしては、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、シリカ、タルク、炭酸カルシウム、石灰、ゼオライト、金、銀、銅、亜鉛、ニッケル、スズ、鉛、半田、ガラス、セラミック等の一種単独または二種以上の組み合わせからなる無機フィラーを挙げることができる。
被処理物である固体製品の形態は特に制限されるものではないが、例えば、板状、シート状、フィルム状、テープ状、短冊状、パネル状、紐状などの平面構造を有するものであってもよいが、筒状、柱状、球状、ブロック状、チューブ状、パイプ状、凹凸状、膜状、繊維状、織物状、束状等の三次元構造を有するものであっても良い。例えば、繊維状のガラスやカーボンファイバーに対して、ケイ酸化炎処理等を施すことにより、表面改質をして、活性化することができ、エポキシ樹脂やポリエステル樹脂等のマトリックス樹脂中に均一に分散することができる。したがって、FRPやCFRPにおいて、優れた機械的強度や耐熱性等を得ることができる。
固体改質剤とは、酸化性ガス、可燃性ガス又は燃料ガスに混合分散させて内側バーナ(改質剤噴射バーナ)29に搬送するに際して、乾燥固化してしまうものをいう。したがって、溶媒(水を含む。)に溶解させて溶液化可能なものばかりでなく、固体微粒子の状態で分散媒(水を含む。)に均質分散液化可能なものも含む。ここで、固体微粒子(分散質)の大きさは、固体改質剤噴射ノズルに目詰まりを発生させない大きさ(例えば、10μm以下、望ましくは1μm以下)とする。
液体改質剤とは、常温で液体のものばかりでなく、常温より若干高い温度で液化する固体改質剤も含む。即ち、固体改質剤であっても、若干の加温(例えば、80℃以下、望ましくは50℃以下)で液化でき、さらに加温した高温の搬送ガス(本実施形態では酸化性ガス)にさらされたとき、霧化ないし気化可能であれば、本発明における液体改質剤に含まれる。
このように実施することにより、通常の接着剤はもちろんのこと、印刷用インキや紫外線硬化型塗料等であっても、極めて強固に接着することができる。また、このように実施することにより、より長時間にわたって、表面改質効果を持続させることができる。
このように実施することにより、改質剤化合物の不完全燃焼等を防止することができるとともに、通常の接着剤はもちろんのこと、印刷用インキや紫外線硬化型塗料等であっても、固体物質に対して、極めて強固に接着することができる。
また、このような火炎温度であれば、処理時間にも多少影響されるが、固体物質の変形を効果的に防止することができる。
このように実施することにより、表面改質剤(改質剤化合物)の不完全燃焼等を防止することができるとともに、通常の接着剤はもちろんのこと、印刷用インキや紫外線硬化型塗料等であっても、固体製品に対して、極めて迅速に接着することができる。
また、このような処理時間であれば、火炎温度にも多少影響されるが、固体物質の変形を効果的に防止することができる。」
・燃料ガス:可燃性ガス/酸化性ガス(圧縮空気のみ)(容量比)=1/22.5
その結果の、オルトエステル類は全て、73mN/m以上を示し、環状ジエーテル類及びアセタール類、C=O基が2個以上結合している炭素を有する含酸素有機化合物類は、73mN/m以上又は55〜65mN/mを示した。これに対して、本発明の範囲外の含酸素有機化合物の各比較例は、せいぜい、45〜50mN/m又は全く表面濡れ性(親水性)の増大(改善)効果を示さなかった。代表的なものを表1〜5に示す。
13 バーナユニット
15 ナノポンプ(液送ポンプ)
23 可燃性ガスタンク
25 酸化性ガスタンク
27 固体改質剤噴射ノズル
29 改質剤噴射バーナ(内側バーナ)
31 酸化防止炎噴射バーナ(外側バーナ)
Claims (12)
- 熱分解性の表面改質剤(濡れ性改善剤)を含む燃料ガスの燃焼火炎を、固体製品(被処理物)の表面(被処理面)に対して、全面的又は部分的に吹き付けて固体製品の表面濡れ性を増大させる表面改質方法において、
前記表面改質剤として、炭素(C)と水素(H)と酸素(O)とからなり、エーテル構造(−O−)を2個以上有している炭素、又は、C=O基(カルボキシル基及びその誘導基を含む。)が2個以上結合している炭素を、有する含酸素有機化合物の群から1種又は2種以上選択することを特徴とする固体製品の表面改質方法。 - 前記エーテル構造(−O−)を2個以上有している炭素を有する含酸素有機化合物として、下記構造式で示されるオルトエステル類から選択することを特徴とする請求項1記載の固体製品の表面改質方法。
RC(OR´)3 [但し、R:水素又は炭素数1〜6のアルキル基、R´:炭素数1〜6のアルキル基] - 前記エーテル構造(−O−)を2個以上有している炭素を有する含酸素有機化合物として、酸素1,3位置の5・6員環(2位置ケトン基のものを含む。)の環状ジエーテル類から選択することを特徴とする請求項1記載の固体製品の表面改質方法。
- 前記環状ジエーテル類として、1,3−ジオキソラン又は、該1,3−ジオキソランの炭素数1〜3アルキル基の2C(β)位置水素置換体の群から選択することを特徴とする請求項3記載の固体製品の表面改質方法。
- 前記エーテル構造(−O−)を2個以上有している炭素を有する含酸素有機化合物として、下記構造式で示されるアセタール類から選択することを特徴とする請求項1記載の固体製品の表面改質方法。
R1R2C(OR3)(OR4) [但し、R1,R2:水素又は炭素数1〜4のアルキル基、R3,R4:炭素数1〜6のアルキル基] - 前記C=O基(カルボキシル基及びその誘導基を含む。)が2個以上結合している炭素を有する含酸素有機化合物として、総炭素数5〜10のジケトン類、ジケト酸エステル、又はジカルボン酸ジエステル類の群から選択することを特徴とする請求項1記載の固体製品の表面改質方法。
- 前記含酸素有機化合物が常温液体又は融点100℃以下の固体であることを特徴とする請求項1〜6いずれか一記載の固体製品の表面改質方法。
- 前記燃料ガス中の前記含酸素有機化合物の含有量を、処理用の燃料ガスの全体量を100モル%としたときに、1×10−10〜5モル%の範囲内の値とすることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一記載の固体製品の表面改質方法。
- 固体の前記含酸素有機化合物を分散媒で液状とし、ナノポンプ又は高速ポンプでバーナに内設された固体改質剤噴射ノズルまで移送させるとともに、該固体改質剤噴射ノズルの噴射位置に、燃料ガスを供給することを特徴とする請求項8記載の固体製品の表面改質方法。
- 液体の前記含酸素有機化合物を気化(霧化を含む。)と同時又は気化させた後、酸化性ガス、可燃性ガス又は燃料ガスを介してバーナへ移送することを特徴とする請求項8記載の固体製品の表面改質方法。
- 前記含酸素有機化合物を含む処理用の燃料ガスを囲繞するように空気遮断用燃料ガスを噴射させることを特徴とする請求項1〜10いずれか一記載の固体製品の表面改質方法。
- 前記被処理物の表面の濡れ指数(JIS K 6768:測定温度25℃)を50mN/m以上の値とすることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一記載の固体製品の表面改質方法。
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JP2010057962A JP5631610B2 (ja) | 2010-03-15 | 2010-03-15 | 固体製品の表面改質方法 |
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