JP2012087383A

JP2012087383A - 基材の表面改質方法

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Publication number: JP2012087383A
Application number: JP2010235991A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kobayashi; 剛小林; Taiji Kobayashi; 泰司小林; Shigenobu Kobayashi; 成暢小林
Original assignee: KOBA TECHNOLOGY KK
Current assignee: KOBA TECHNOLOGY KK
Priority date: 2010-10-20
Filing date: 2010-10-20
Publication date: 2012-05-10

Abstract

【課題】有機金属化合物液と燃焼ガスとを霧状に混合し噴射させながらその燃焼炎を基材に吹き付ける基材の表面改質方法を提供する。
【解決手段】燃焼炎を介して、基材の表面に均一なナノレベルの親水基層（酸化ケイ素膜等）が形成される。この親水基層の形成された基材の表面へプライマー処理をした場合と同様な密着力を実現し、プライマー塗布工程が不要となるため、基材の改質処理が簡略化し、ひいては、基材へ接着（接着剤・両面テープ等）、印刷、塗装等を施す作業の能率を向上させることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

この発明は基材の表面改質方法に関し、基材へ接着（接着剤・両面テープ等）、印刷、塗装等を施す場合においてその前処理として使用されるものである。

従来におけるこの種の表面改質方法として、コロナ処理、フレーム処理、プラズマ処理などが存在する。

特開２００９−１８５３９２号公報

しかしながら、かかる従来の表面改質方法にあっては、表面処理後にプライマー塗布して密着性を向上させていたため、プライマーの塗布および乾燥のための作業工程を必要とし、この結果意、基材の改質処理に手間がかかり、ひいては、基材へ接着（接着剤・両面テープ等）、印刷、塗装等を施す作業の能率を向上させにくいという不都合を有した。

この不都合を解消することが、この発明の課題である。

第一発明に係る基材の表面改質方法においては、有機金属化合物液と燃焼ガスとを霧状に混合し噴射させながらその燃焼炎を基材に吹き付けるものである。

また、第二発明に係る基材の表面改質装置においては、有機金属化合物液と燃焼ガスとを霧状に混合する手段とこの混合ガスを噴射させる手段とこの噴射した混合ガスを燃焼させ基材に吹き付ける手段とからものである。

また、第三発明にかかる基材の表面改質方法においては、有機金属化合物液を霧状にしたものと熱風とを混合し基材に吹き付けるものである。

また、第四発明に係る基材の表面改質装置においては、霧状の有機金属化合物液と熱風とを混合する手段とこの混合ガスを噴射させ基材に吹き付ける手段とからなるものである。

第一発明に係る基材の表面改質方法は上記のように構成されているため、即ち、有機金属化合物液と燃焼ガスとを霧状に混合し噴射させながらその燃焼炎を基材に吹き付けるため、燃焼炎を介して、基材の表面に均一なナノレベルの親水基層（酸化ケイ素膜等）が形成され、基材表面の濡れ指数が向上し（７３Dyne以上）、接触角は１０度C以下になる。この親水基層の形成された基材の表面へ接着（接着剤・両面テープ等）、印刷、塗装等を施した場合プライマー処理をした場合と同様な密着力のある強固な仕上がりを実現できる。同時に帯電防止効果及び除塵効果を奏することもできる。

接着材を塗付した場合の引張り強さのテスト結果を表１にした。このテストは、引出デント（アダプター接着効果確認テスト）であり、有機金属化合物としてはシリコン化合物を使用したものである。このテストにおける凹みの大きさは約３０ｃｍ、１６ｍｍアダプターをボンドで貼り付けて使用した。表から明確なようにこの発明の処理をしたほうが引張り強さ（密着性能）が発揮された

よって、この基材の表面改質方法を使用すれば、従来必要とした、表面処理後のプライマー塗布工程が不要となるため、基材の改質処理が簡略化し、ひいては、基材へ接着（接着剤・両面テープ等）、印刷、塗装等を施す作業の能率を向上させやすいものである。

また、第二発明に係る基材の表面改質方法は上記のように構成されているため、即ち、有機金属化合物液と燃焼ガスとを霧状に混合する手段とこの混合ガスを噴射させる手段とこの噴射した混合ガスを燃焼させ基材に吹き付ける手段とからなるため、前記第一発明を容易に実施しやすいものである。

また、第三発明に係る基材の表面改質方法は上記のように構成されているため、即ち、有機金属化合物液を霧状にしたものと熱風とを混合し基材に吹き付ければ、火炎を使用することなく、上記の方法と同じ効果を奏することができる結果、第一発明に係る改質方法の取扱いが更に簡易化する。よって、その使用価値はさらに向上する。

また、第四発明に係る基材の表面改質方法は上記のように構成されているため、即ち、霧状の有機金属化合物液と熱風とを混合する手段とこの混合ガスを噴射させ基材に吹き付ける手段とからなるため、前記第一発明を容易に実施しやすいものである。

この発明に係る「有機金属化合物」とは、シリコン、チタン等の有機化合物が該当するが燐酸エステル、炭化水素化合物でも良い。溶媒としては通常使用されるものが該当する。

「燃焼ガス」はブタン、プロパンが適している。

「噴射させながら燃焼」するため、有機金属化合物はラジカル状態のナノ粒子となり、基材に付着する。処理時間は０．１〜1秒程度でよい。

シリコンラジカル基材との反応について説明する。
基材が金属の場合、金属の自由電子とシリコンラジカルの１電子との間に共有結合を作る。
基材がセラミックスの場合も同様である。
基材が高分子化合物（プラスチック）の場合、高分子化合物のσ結合の水素原子と置換反応し、シリコンラジカルと結合する。
π結合をもった高分子化合物、例えば、主鎖に二重結合を有するゴム等の高分子化合物、層間にπ結合を有するカーボンブラック等の高分子化合物、ベンゼン環を有する炭素繊維、エンプラ樹脂等の高分子化合物の場合は、挿入反応によってシリコンラジカルと結合する。
基材がシリコン樹脂の場合は基本的には置換反応であり、σ結合を有する高分子化合物の場合と同じ結合方法である。

次に、「有機金属化合物液を霧状にしたもの」は、有機金属化合物液中に加圧空気を吹き込んで、所謂、バブリングすることにより得られる。

「熱風」を燃焼炎に代わりに使用することによって、有機金属化合物をラジカル状態のナノ粒子にして基材に付着させることができる。

「熱風」の温度は４００度C以上が適している。

以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説明する。

図１は第二発明に係る基材の表面改質装置の説明図、図２はその作用説明図、図３は第四発明に係る表面改質装置の説明図、図４はその作用説明図である。

図１及び図２において、Aは基材の表面改質装置であり、薬液タンクBと噴射装置Cとから構成される。

前記薬液タンクBにおいて、１０はタンク本体であり、密閉されている。このタンク本体１０内には有機金属化合物液１１が封入され、その上部には内空間１２が存在する。１３は空気供給管であり、前記タンク本体１０の上壁部に設置されている。この空気供給管１３は前記タンク本体１０内を下方に延び、前記内空間１２に開放している。１４は加圧空気供給路であり、前記空気供給管１３の根幹部に繋がれている。この加圧空気供給路１４を介して、加圧空気が前記空気供給管１３に供給され、ひいては、前記タンク本体１０の内圧を高くする。１５は薬液排出管であり、前記タンク本体１０の上壁部に設置されている。この薬液排出管１５は前記タンク本体１０内を下方に延び、前記有機金属化合物液１１内に開放している。１６は薬液流路であり、前記薬液排出管１５の根幹部に繋がれている。前記タンク本体１０の内圧を高くすることによって、この薬液排出管１５を介して有機金属化合物液１１が前記薬液流路１６に流れる。

次に、前記噴射装置Cにおいて、２０は装置本体、２１はその軸孔である。この軸孔２１は貫通している。２２は枝孔であり、前記装置本体２０の側部に形成されている。この枝孔２２の先端は前記軸孔２１に開口している。３０はノズル部であり、前記装置本体２０の先端部に螺子嵌めされている。このノズル部３０は軸心に沿ってノズル孔３１を有し、このノズル孔３１は前記装置本体２０の軸孔２１の先端部と一体的に繋がっている。４０はカバー筒であり、前記装置本体１０及び前記ノズル部２０に外嵌め結合されている。このカバー筒４０は前方向に延び、前記ノズル部３０における前記ノズル孔３１の前方を覆っている。なお、４１，４１、…は空気孔であり、カバー筒４０の前部に形成されている。この空気孔４１を介して、前記カバー筒４０内に燃焼用空気が供給される。５０は空気ジャケットであり、前記カバー筒４０に外嵌め固定されている。この空気ジャケット５０は前記カバー筒４０の空気孔４１を覆っており、前記カバー筒４０内へ燃焼空気を安定供給するためのものである。なお、５１は空気供給孔であり、空気ジャケット５０内に加圧空気を供給するためのものである。

次に、６１は燃焼ガス供給ポートであり、前記装置本体２０における前記軸孔２１の開口端に螺子止めされている。この燃焼ガス供給ポート６１を介して、燃焼ガスが前記装置本体２０の軸孔２１に供給される。６２は薬液供給ポートであり、前記装置本体２０における前記枝孔２２の開口端に螺子止めされている。この薬液供給ポート６２には前記前記薬液流路１６の先端が繋がれている。前記薬液タンクBからの有機金属化合物液１１はこの薬液供給ポート６２を介して、前記枝孔２２に流入し、前記軸孔２１との合流点で霧状になり、混合ガスとしてノズル部３０のノズル孔３１から噴出する。この噴出した混合ガスに添加して燃焼させながら、その炎によって、基材７０の表面を撫でていく。すると、図２に示すように、炎８０の内炎部８１において、有機金属化合物がラジカル状態のナノ粒子Rになり基材７０に付着していく。そして、基材７０の表面に均一なナノ粒子の親水層９０を形成する。

図３及び図４は第四発明の実施例を示したものであり、上記実施例と同じ構成は説明を省略する。

１７は空気供給管であり、前記タンク本体１０内を下方に延び、前記有機金属化合物液１１内に開口している。又、18は霧状薬液排出管であり、前記タンク本体１０内を下方に延び、前記内空間１２内に開口している。前記タンク本体１０の前記有機金属化合物液１１をバブリングすることによって、この薬液排出管１８を介して霧状の有機金属化合物液１１が前記薬液流路１６に流れる。

次に、前記噴射装置Cにおいて、６３は熱風供給ポートであり、前記装置本体２０における前記軸孔２１の開口端に螺子止めされている。この熱風供給ポート６１を介して、加熱空気が前記装置本体２０の軸孔２１に供給される。６４は霧状薬液供給ポートであり、前記装置本体２０における前記枝孔２２の開口端に螺子止めされている。この霧状薬液供給ポート６２には前記前記薬液流路１６の先端が繋がれている。前記薬液タンクBからの霧状の有機金属化合物液１１はこの薬液供給ポート６２を介して、前記枝孔２２に流入し、前記軸孔２１との合流点で混合され、加熱混合ガスとしてノズル部３０のノズル孔３１から噴出する。この噴出した加熱混合ガスによって、基材７０の表面を撫でていく。すると、図４に示すように、加熱混合ガス８２の中心部において、有機金属化合物がラジカル状態のナノ粒子Rになり基材７０に付着していく。そして、基材７０の表面に均一なナノ粒子の親水層９０を形成する。

なお、この場合、混合ガスを燃焼させるという考えはないため、前記空気孔４１、空気ジャケット５０に該当するものは存在しない。

この発明に係る基材の表面改質方法を使用すれば、基材の表面に均一なナノレベルの親水基層（酸化ケイ素膜等）が形成され、基材表面の濡れ指数が向上し（７３Dyne以上）、接触角は１０度C以下になる。この親水基層の形成された基材の表面へ接着（接着剤・両面テープ等）、印刷、塗装等を施した場合プライマー処理をした場合と同様な密着力のある強固な仕上がりを実現できる。同時に帯電防止効果及び除塵効果を奏することもできる。このため、従来必要とした、表面処理後のプライマー塗布工程が不要となる結果、基材の改質処理が簡略化し、ひいては、基材へ接着（接着剤・両面テープ等）、印刷、塗装等を施す作業の能率を向上させやすいものである。その利用可能性は極めて高いものである。

図１は第二発明に係る基材の表面改質装置の説明図である。図２はその作用説明図である。図３は第四発明に係る表面改質装置の説明図である。図４はその作用説明図である。

A … 基材の表面改質装置
B … 薬液タンク
C … 噴射装置
１０ … タンク本体
１１ … 有機金属化合物液
１２ … 内空間
１３ … 空気供給管
１４ … 加圧空気供給路
１５ … 薬液排出管
１６ … 薬液流路
１７ … 空気供給管
１８ … 霧状薬液排出管
２０ … 装置本体
２１ … 軸孔
２２ … 枝孔
３０ … ノズル部
３１ … ノズル孔
４０ … カバー筒
４１ … 空気孔
５０ … 空気ジャケット
５１ … 空気供給孔
６１ … 燃焼ガス供給ポート
６２ … 薬液供給ポート
６３ … 熱風供給ポート
６４ … 霧状薬液供給ポート
７０ … 基材
８０ … 炎
８１ … 内炎部
８２ … 加熱混合ガス
９０ … 親水層
R … ラジカル粒子

Claims

有機金属化合物液と燃焼ガスとを霧状に混合し噴射させながらその燃焼炎を基材に吹き付けることを特徴とする基材の表面改質方法。
有機金属化合物液と燃焼ガスとを霧状に混合する手段とこの混合ガスを噴射させる手段とこの噴射した混合ガスを燃焼させ基材に吹き付ける手段とからなることを特徴とする基材の表面改質装置。
有機金属化合物液を霧状にしたものと熱風とを混合し基材に吹き付けることを特徴とする基材の表面改質方法。
霧状の有機金属化合物液と熱風とを混合する手段とこの混合ガスを噴射させ基材に吹き付ける手段とからなることを特徴とする基材の表面改質装置。