JP3194010B2 - Modified solid surface with highly reactive active species immobilized on the surface - Google Patents

Modified solid surface with highly reactive active species immobilized on the surface

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JP3194010B2
JP3194010B2 JP19181698A JP19181698A JP3194010B2 JP 3194010 B2 JP3194010 B2 JP 3194010B2 JP 19181698 A JP19181698 A JP 19181698A JP 19181698 A JP19181698 A JP 19181698A JP 3194010 B2 JP3194010 B2 JP 3194010B2
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solid surface
solid
laser
substance
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弘之 新納
義紀 古賀
明 矢部
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経済産業省産業技術総合研究所長
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高反応性活性種が
表面に化学反応により固定されている固体表面に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid surface having highly reactive active species immobilized on a surface by a chemical reaction.

【0002】[0002]

【従来の技術】紫外域の高強度パルス光を発振するエキ
シマレーザーを用いた高分子材料に代表される有機材料
表面のプロセッシングは、有機材料の精密な表面処理・
表面加工法として、基礎および応用の両面から活発に検
討が進められている。一方、三宅らは、金属や半導体原
料の低温凍結ターゲットにレーザーアブレーションを行
いを用い、プラズマ化した原料を固体基板上に堆積させ
て、半導体、金属、誘電体の高純度薄膜を作成する方法
を報告している(特開昭63−177414)。この方
法では、原料ガス単体を低温の固体基板上に堆積させる
ことでターゲットを得ているが、他に媒体を含まない原
料だけの固体膜であるので、高強度のレーザー照射によ
って原料が原子オーダーまでに細かく分解されてプラズ
マ化している特徴がある。本発明者らはこれまでに、ヒ
ドラジン類存在下において紫外レーザー照射によりフッ
素系高分子成型品表面を親水化させる方法、および、親
水化表面に金属膜を堆積させる方法を見いだしてきた
(特公平7−5773および特公平7−5776)。親
水化表面は、レーザーによって気相中で光分解したヒド
ラジン分子が成形品表面と反応し、表面のF原子が引き
抜かれ、さらに、光分解物のH原子やNH2基が置換す
ることで得られる。しかし、光分解反応は気相中の拡散
雰囲気で起こるので、光分解物の組成や状態を精密に制
御することはできなかった。
2. Description of the Related Art Processing of the surface of an organic material typified by a polymer material using an excimer laser that oscillates a high intensity pulse light in the ultraviolet region is performed by a precise surface treatment of the organic material.
The surface processing method is being actively studied from both basic and applied aspects. On the other hand, Miyake et al. Have developed a method for producing high-purity thin films of semiconductors, metals, and dielectrics by performing laser ablation on a low-temperature frozen target of metal or semiconductor raw material and depositing the plasma-converted raw material on a solid substrate. (JP-A-63-177414). In this method, the target is obtained by depositing a raw material gas alone on a low-temperature solid substrate. However, since the target is a solid film containing only a raw material that does not contain a medium, the raw material is irradiated on the atomic order by high-intensity laser irradiation. It is characterized by being decomposed into plasma by the minute. The present inventors have previously found a method of hydrophilizing the surface of a fluoropolymer molded article by irradiating an ultraviolet laser in the presence of hydrazines, and a method of depositing a metal film on the hydrophilized surface (Japanese Patent Publication No. 7-5773 and Japanese Patent Publication No. 7-5776). The hydrophilized surface is obtained by the reaction of hydrazine molecules photo-decomposed in the gas phase by a laser with the surface of the molded product, whereby the F atoms on the surface are extracted, and the H atoms and NH 2 groups of the photo-decomposed product are replaced. Can be However, since the photolysis reaction occurs in a diffusion atmosphere in the gas phase, the composition and state of the photolysis product could not be precisely controlled.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高反
応性の活性種が固体表面に固定されている固体表面を提
供することをである。
It is an object of the present invention to provide a solid surface in which highly reactive active species are immobilized on the solid surface.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、基板上に形成したマ
トリックス物質と光反応性物質との混合物からなる固体
層に、波長400nm以下の紫外レーザーを照射し、放
出された高反応性活性種を固体表面に接触させることに
より得られる高反応性活性種が表面に化学反応により固
定されている固体表面であることを特徴とする改質され
た固体表面が提供される。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have completed the present invention. That is, according to the present invention, a solid layer formed of a mixture of a matrix substance and a photoreactive substance formed on a substrate is irradiated with an ultraviolet laser having a wavelength of 400 nm or less, and the emitted highly reactive active species is applied to the solid surface. The modified solid surface is characterized in that the highly reactive active species obtained by contacting the surface is a solid surface fixed to the surface by a chemical reaction.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】本発明で用いる光反応性物質とし
ては、紫外領域に吸収がある化合物であれば任意のもの
が用いられるが、紫外光照射によって容易に分解する物
質が望ましい。例えば、アジド化合物、アゾ化合物、カ
ルボニル化合物、酸無水物、ヒドラジン類、有機ハロゲ
ン化合物などが挙げられる。これらの物質は固体状、液
状、気体状であることができる。また、マトリックス物
質としては、紫外領域に吸収がない固体状、気体状又は
液体状物質で、容易には紫外光照射によって分解しない
物質が望ましい。例えば、希ガス、窒素ガス、二酸化炭
素などの不活性ガス、フッ素化アルカン化合物、アルカ
ン化合物、エーテル類、アルコール類などが挙げられ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION As the photoreactive substance used in the present invention, any substance can be used as long as it is a compound having an absorption in the ultraviolet region, and a substance which is easily decomposed by irradiation with ultraviolet light is desirable. Examples include azide compounds, azo compounds, carbonyl compounds, acid anhydrides, hydrazines, and organic halogen compounds. These materials can be solid, liquid, or gaseous. The matrix material is preferably a solid, gaseous, or liquid material having no absorption in the ultraviolet region and not easily decomposed by ultraviolet light irradiation. For example, an inert gas such as a rare gas, a nitrogen gas, and carbon dioxide, a fluorinated alkane compound, an alkane compound, ethers, and alcohols are exemplified.

【0006】基板としては、熱伝導性が高く、マトリッ
クス物質と反応しない物質であればいずれでもよく、例
えば、銀などの金属基板、サファイヤ基板、ヨウ化セシ
ウム基板などが好適である。また、基板温度はマトリッ
クス物質が固化している温度であればよいので、アルカ
ン類などを用いる場合には200K以下に(好適には液
体窒素温度程度)、希ガスを用いる場合にはこの希ガス
のデバイ温度以下(典型的には20K以下)に設定すれ
ばよい。
As the substrate, any material having high thermal conductivity and not reacting with the matrix material may be used. For example, a metal substrate such as silver, a sapphire substrate, a cesium iodide substrate and the like are suitable. The substrate temperature may be any temperature at which the matrix material is solidified. Therefore, when using an alkane or the like, the substrate temperature is set to 200 K or less (preferably about the temperature of liquid nitrogen). Or lower (typically 20K or lower).

【0007】本発明におけるレーザーとしては、出発原
料の吸収帯に一致する紫外光を発振する紫外レーザーが
適しており、特に、ArF(波長:193nm)、Kr
F(248nm)、XeCl(308nm)、または、
XeF(351nm)エキシマーレーザーが適してい
る。また、Nd+:YAGレーザー、色素レーザー、K
rイオンレーザー、Arイオンレーザーあるいは銅蒸気
レーザーの基本波長光を非線形光学素子などにより、4
00nm以下の紫外光領域の高調波に変換したものも有
効である。レーザーのフルエンスとしては、高分子やヒ
ドラジンの種類により異なるが、パルス幅がナノ秒程度
として約1mJ/パルス以上の高強度レーザーが望まし
い。
[0007] As the laser in the present invention, an ultraviolet laser which emits ultraviolet light corresponding to the absorption band of the starting material is suitable. In particular, ArF (wavelength: 193 nm), Kr
F (248 nm), XeCl (308 nm), or
XeF (351 nm) excimer laser is suitable. Nd +: YAG laser, dye laser, K
The fundamental wavelength light of r ion laser, Ar ion laser or copper vapor laser is
Those converted to harmonics in the ultraviolet region of 00 nm or less are also effective. The fluence of the laser varies depending on the type of polymer or hydrazine, but a high-intensity laser having a pulse width of about nanoseconds and about 1 mJ / pulse or more is desirable.

【0008】本発明においては、基板上にマトリックス
物質と光反応性物質との混合物からなる固体層(膜)を
形成させる。この固体層において、光反応性物質の割合
は、マトリックス物質に対して、50モル%以下であれ
ばよく、好ましくは1〜0.01モル%の範囲である。
In the present invention, a solid layer (film) composed of a mixture of a matrix substance and a photoreactive substance is formed on a substrate. In this solid layer, the proportion of the photoreactive substance may be 50 mol% or less, preferably in the range of 1 to 0.01 mol%, based on the matrix substance.

【0009】基板上にマトリックス物質と光反応性物質
との混合物からなる固体層を形成するには、マトリック
ス物質が固化する低温度に保持されている基板上に、マ
トリックス物質と光反応性物質との混合物を接触させれ
ばよい。例えば、マトリックス物質が常温で液状物質で
ある場合、この液状マトリックス物質に光反応性物質を
混合又は溶解させ、この混合液又は溶液を、その低温基
板上に塗布すればよい。この場合の塗布方法としては、
スプレー法やキャスティング法等を採用することができ
る。低温基板上に光反応性物質を混入した液状マトリッ
クス物質を塗布すると、マトリックス物質は冷却固化さ
れ、基板上にはマトリックス物質と光反応性物質との混
合物からなる固体層(膜)が形成される。一方、マトリ
ックス物質が常温で気体状である場合には、そのマトリ
ックス物質が固体化する低温度、例えば、希ガスの場合
にはそのデバイ温度以下(20K以下)に冷却された基
板表面に、気体状マトリックス物質中にミスト状又は気
体状の光反応性物質を混入分散させた混合物をその低温
基板表面に吹付ければよい。低温基板上に吹付けられた
気体状混合物は、冷却固化され、基板上にはその混合物
からなる固体層が形成される。
In order to form a solid layer comprising a mixture of a matrix material and a photoreactive material on a substrate, the matrix material and the photoreactive material are formed on a substrate maintained at a low temperature at which the matrix material solidifies. May be brought into contact with the mixture. For example, when the matrix material is a liquid material at normal temperature, a photoreactive substance may be mixed or dissolved in the liquid matrix material, and the mixed solution or solution may be applied on the low-temperature substrate. As a coating method in this case,
A spray method, a casting method, or the like can be employed. When a liquid matrix material mixed with a photoreactive substance is applied to a low-temperature substrate, the matrix material is cooled and solidified, and a solid layer (film) composed of a mixture of the matrix substance and the photoreactive substance is formed on the substrate. . On the other hand, when the matrix material is in a gaseous state at room temperature, the gas is deposited on the substrate surface cooled to a low temperature at which the matrix material solidifies, for example, in the case of a rare gas, the temperature is lowered to the Debye temperature or lower (20K or lower). A mixture in which a mist-like or gaseous photoreactive substance is mixed and dispersed in a matrix-like matrix substance may be sprayed on the low-temperature substrate surface. The gaseous mixture sprayed on the low-temperature substrate is cooled and solidified, and a solid layer composed of the mixture is formed on the substrate.

【0010】本発明では、前記のようにして、基板上に
形成されたマトリックス物質と光反応性物質との混合物
からなる固体層に、紫外レーザーを照射する。固体層に
紫外レーザーを照射すると、その固体層中の光反応性物
質が紫外レーザーを吸収し、アブレーションにより高反
応性の活性種に変換されるとともに、この活性種は、気
体状物質としてその固体層からその上方に向けて放出さ
れる。この固体層から放出される活性種は、光反応性物
質が光分解したもので、ラジカル種やイオン種からなる
高反応性のものである。
In the present invention, an ultraviolet laser is applied to a solid layer formed on a substrate and formed of a mixture of a matrix material and a photoreactive material as described above. When a solid layer is irradiated with an ultraviolet laser, the photoreactive substance in the solid layer absorbs the ultraviolet laser and is converted into a highly reactive active species by ablation. Emitted from the layer upwards. The active species released from the solid layer is a photoreactive substance that has been photolyzed, and is a highly reactive species composed of radical species and ionic species.

【0011】本発明の固体表面の改質方法は、前記のよ
うにして固体層から放出された高反応性の活性種を固体
表面に接触させる方法である。固体表面に高反応性の活
性種が接触すると、その固体表面上の分子と活性種とが
反応し、その固体表面はその活性種の性状に応じて改質
される。例えば、その活性種が酸素原子や窒素原子を含
むものである場合には、その固体表面にはこのような原
子が結合されて、親水性に富む表面となる。逆に、その
活性種がフッ素原子を含む場合には、その固体表面には
フッ素原子が結合して撥水性に富む表面となる。
The method for modifying a solid surface according to the present invention is a method in which highly reactive active species released from the solid layer as described above are brought into contact with the solid surface. When the highly reactive active species comes into contact with the solid surface, the molecules on the solid surface react with the active species, and the solid surface is modified according to the properties of the active species. For example, when the active species contains an oxygen atom or a nitrogen atom, such an atom is bonded to the solid surface to form a highly hydrophilic surface. On the contrary, when the active species contains a fluorine atom, the fluorine atom is bonded to the solid surface to form a surface having high water repellency.

【0012】固体表面には有機固体表面、セラミックス
固体表面、金属固体表面等の各種の固体表面が包含され
る。有機固体表面としては、高分子成型品表面、例え
ば、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂から形成された成形品
の固体表面等が挙げられる。これらの高分子成形品表面
は、その活性種に応じた種々の性状の改質表面に変換さ
せることができる。
The solid surface includes various solid surfaces such as an organic solid surface, a ceramic solid surface, and a metal solid surface. Examples of the organic solid surface include a polymer molded product surface, for example, a solid surface of a molded product formed from a thermoplastic resin or a thermosetting resin. These polymer molded product surfaces can be converted into modified surfaces of various properties according to the active species.

【0013】次に、前記固体層における光反応について
さらに詳述する。紫外レーザーを低温の固体層に照射す
ると、光反応性物質がラジカル、カルベンやナイトレン
等の反応性中間体(活性種)に光分解する。反応場に不
活性なマトリックス環境を用いているために、光分解物
の副反応や連鎖反応が抑制されるので、これらの活性種
の寿命は飛躍的に長くなり、高純度で活性種をマトリッ
クス内に保持することができる。このとき、マトリック
ス環境を用いないと、生成した活性種の距離が近いため
に、活性種同士が反応することになり、副反応によって
純度の低い活性種しか得られない欠点がある。したがっ
て、マトリックス物質を用いることが本発明の重要な点
である。
Next, the photoreaction in the solid layer will be described in more detail. When a low-temperature solid layer is irradiated with an ultraviolet laser, the photoreactive substance is photolyzed into reactive intermediates (active species) such as radicals, carbene and nitrene. The use of an inert matrix environment in the reaction field suppresses side reactions and chain reactions of photodegradants, so the life of these active species is dramatically extended, and the active species can be converted into a matrix with high purity. Can be held within. At this time, if a matrix environment is not used, the generated active species are close to each other, so that the active species react with each other, and there is a disadvantage that only low-purity active species can be obtained by a side reaction. Therefore, the use of a matrix material is an important aspect of the present invention.

【0014】さらに、紫外レーザーは高強度で基質に照
射できるので、パルスレーザーによって上記の光分解反
応を爆発的に進行させ、発生した反応熱で固体層を瞬間
的に気化・蒸発させること(アブレーション)が可能で
ある。このようなマトリックス場でのアブレーションに
よってパルス状に発生した気化物質は、飛散する方向に
指向性を生じ、また、気化物質は高純度の光分解物とマ
トリックス物質から構成されている。マトリックス物質
自体には反応性がないので、気化物質のビームを高分子
成形品などの有機材料表面に照射すると、光分解物だけ
がその表面と反応することになる。出発原料の化学構造
を精密に設計し、レーザー照射を最適化することで、高
機能表面を作成するに適した種々の反応性中間体(活性
種)を高純度・高濃度のパルスビーム状に得ることがで
きる。
Further, since the ultraviolet laser can irradiate the substrate with high intensity, the above-mentioned photolysis reaction explosively proceeds by the pulse laser, and the solid layer is instantaneously vaporized and evaporated by the generated reaction heat (ablation). ) Is possible. The vaporized substance generated in a pulse by the ablation in such a matrix field has directivity in a scattering direction, and the vaporized substance is composed of a high-purity photodecomposed substance and a matrix substance. Since the matrix substance itself has no reactivity, when a surface of an organic material such as a polymer molded article is irradiated with a beam of a vaporized substance, only a photodecomposition reacts with the surface. By precisely designing the chemical structure of the starting materials and optimizing the laser irradiation, various reactive intermediates (active species) suitable for creating high-performance surfaces are converted into high-purity, high-concentration pulse beams. Obtainable.

【0015】本発明方法において、紫外レーザーの光強
度は、アブレーションが起こるしきい値強度よりも高い
強度で行なうことが必要である(約5mJ/cm2/パ
ルス以上)。しかし、マトリックス内で活性種を発生さ
せる過程では、水銀ランプのような低強度の定常光光源
を用いることもできる。また、低温基板上のマトリック
ス物質層は単一成分の光反応性物質を含む単層でもよい
が、複数の光反応性物質をマトリックス内に希薄に分散
させることや多層状に積層することも可能である。複数
の活性種を基材表面で混合・反応させることで、より反
応性の高い活性種を生成させることができる。複数の光
反応性物質を用いる場合には、それぞれの物質に適した
波長での照射が望ましいので、光照射を多波長で行うこ
とも効果的である。
In the method of the present invention, the intensity of the ultraviolet laser must be higher than the threshold intensity at which ablation occurs (about 5 mJ / cm 2 / pulse or more). However, in the process of generating the active species in the matrix, a low-intensity stationary light source such as a mercury lamp can be used. In addition, the matrix material layer on the low-temperature substrate may be a single layer containing a single-component photoreactive material, but it is also possible to disperse a plurality of photoreactive materials dilutely in the matrix or to form a multilayer structure. It is. By mixing and reacting a plurality of active species on the surface of the base material, a more reactive active species can be generated. When a plurality of photoreactive substances are used, irradiation at a wavelength suitable for each substance is desirable, so that light irradiation at multiple wavelengths is also effective.

【0016】真空容器内の温度85Kのサファイヤ基板
上に、マトリックス物質としてパーフルオロヘキサン
(1)と光反応性物質としてペンタフルオロフェニルア
ジド(2)を約100:1の混合モル比で固体層として
堆積させ、最適波長であるKrFエキシマレーザー(波
長248nm)を25mJ/cm2/パルスで照射した
したところ、アブレーションが観測された。固体層から
放出される気化物質の発光スペクトルを測定したとこ
ろ、パーフルオロフェニルナイトレン(3)からの発光
が検出され、その存在が確認された(図1)。ちなみ
に、(1)を用いずに(2)のみの固体層にアブレーシ
ョンを行ったところ、(3)からの発光は検出されなか
ったことから、マトリックス物質を用いることによっ
て、(3)が大量に発生していることがわかった。ま
た、レーザーの強度を2mJ/cm2/パルスに低下さ
せて、マトリックス物質内での光分解のみを行ったとこ
ろ、(3)の生成が紫外・可視吸収スペクトルから確認
されるとともに、マトリックス物質内で安定に存在して
いることが判明した。したがって、マトリックス物質内
に分散させた光反応性物質をレーザーで光分解すること
で、高効率に活性種を生成させることできる。
On a sapphire substrate at a temperature of 85 K in a vacuum vessel, perfluorohexane (1) as a matrix material and pentafluorophenyl azide (2) as a photoreactive material are mixed at a molar ratio of about 100: 1 to form a solid layer. When deposited and irradiated with a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) having an optimum wavelength at 25 mJ / cm 2 / pulse, ablation was observed. When the emission spectrum of the vaporized substance emitted from the solid layer was measured, light emission from perfluorophenyl nitrene (3) was detected and its presence was confirmed (FIG. 1). By the way, when the solid layer of only (2) was ablated without using (1), no light emission from (3) was detected. It was found to have occurred. When the laser intensity was reduced to 2 mJ / cm 2 / pulse and only photodecomposition was performed in the matrix material, the formation of (3) was confirmed from the ultraviolet / visible absorption spectrum, It was found to be stable. Therefore, the photoreactive substance dispersed in the matrix substance is subjected to photolysis with a laser, whereby active species can be generated with high efficiency.

【0017】上記の方法で、発生させた活性種のビーム
をポリエチレンテレフタレート(PET)に照射したと
ころ、目視観察では表面に変化は認められなかったが、
X線光電子分光測定によって表面の元素分析を行ったと
ころ、処理前は炭素と酸素のピークのみが観測された
が、処理後は炭素、窒素、酸素、フッ素のピークが検出
された(図2および図3)。これは、(3)がPET表
面に化学結合を介して固定化されていることを示してお
り、化学反応性の高い(3)がPET表面と反応したこ
とが判明した。
When a beam of the active species generated by the above method was irradiated on polyethylene terephthalate (PET), no change was observed on the surface by visual observation.
When elemental analysis of the surface was performed by X-ray photoelectron spectroscopy, only peaks of carbon and oxygen were observed before the treatment, but peaks of carbon, nitrogen, oxygen, and fluorine were detected after the treatment (FIG. 2 and FIG. 2). (Fig. 3). This indicates that (3) was immobilized on the PET surface via a chemical bond, and it was found that (3) having high chemical reactivity reacted with the PET surface.

【0018】これらの活性種の照射によって表面改質さ
れた高分子成形品などの有機材料は、バルクの諸特性が
保持されたままその表面層だけが高機能化されているた
めに、素材の長所を生かした上で、撥水・撥油性や親水
・親油性の向上、表面接着性、色素の吸着、非線形光学
特性、光反射・屈折特性、光導波路特性、医療材料、な
らびに、細胞の増殖基板などに応用範囲を広げることが
可能である。また、このような活性種による処理を多段
階で行うことによって、高機能性多層薄膜を作成するこ
とができる。
Organic materials such as polymer molded products whose surfaces have been modified by irradiation with these active species are highly functional only in their surface layers while maintaining various bulk properties. Taking advantage of its advantages, improve water / oil repellency and hydrophilicity / lipophilicity, surface adhesion, dye adsorption, nonlinear optical properties, light reflection / refraction properties, optical waveguide properties, medical materials, and cell proliferation The range of application to substrates and the like can be expanded. In addition, by performing the treatment with such active species in multiple stages, a highly functional multilayer thin film can be formed.

【0019】また、本発明は、高分子フィルムの改質し
たい部位に相当するマスク(金属板製パターンなど)を
通過させた活性種ビームを照射することで、希望する照
射部分のみに、表面処理を行なうことが可能である。一
方、エキシマレーザーのビームは、ヘリウム−ネオンレ
ーザー、アルゴン及びクリプトンイオンレーザーやNd
+:YAGレーザー等の他のレーザーのビームと比較し
て、ビーム形状は大きく、大量に活性種を発生させるこ
とができるので、大面積処理にも容易に対応できる。特
に、本発明では、紫外レーザーによる非熱的な光化学反
応により、活性種を発生できるので、極めて効果的に表
面処理を行なうことができる。
The present invention also provides a method of irradiating an active seed beam which has passed through a mask (a metal plate pattern or the like) corresponding to a portion of a polymer film to be modified, so that only a desired irradiated portion is surface-treated. Can be performed. On the other hand, excimer laser beams are helium-neon laser, argon and krypton ion laser, and Nd.
+: Compared with other laser beams such as a YAG laser, the beam shape is large and active species can be generated in a large amount, so that it can easily cope with large area processing. In particular, in the present invention, active species can be generated by a non-thermal photochemical reaction using an ultraviolet laser, so that the surface treatment can be performed very effectively.

【0020】前記高分子成形品には、フィルム、シー
ト、繊維、繊維強化樹脂、樹脂成形品等の各種の材料が
包含され、必ずしも最終的な製品としての成形品である
必要はなく、その形状に限定はない。なお、対象となる
樹脂は、非晶性、結晶性、芳香族系、非芳香族系のいず
れにおいてもよく、炭化水素樹脂やフッ素樹脂のいずれ
か、これらの共縮重合物か、または、これらの混合物か
らなる合成樹脂であることができる。また、フッ素樹脂
と炭化水素モノマーとの共重合物においても同様に表面
を機能化することが可能である。
The polymer molded article includes various materials such as films, sheets, fibers, fiber reinforced resins, resin molded articles, etc., and does not necessarily need to be a final molded article, There is no limitation. The target resin may be amorphous, crystalline, aromatic, or non-aromatic, and may be any of a hydrocarbon resin or a fluororesin, a copolycondensate thereof, or A synthetic resin consisting of a mixture of The surface of the copolymer of a fluororesin and a hydrocarbon monomer can be similarly functionalized.

【0021】[0021]

【実施例】次に本発明を実施例に基づきさらに詳細に説
明する。 実施例1 真空容器内の温度85Kのサファイヤ基板上に、マトリ
ックス物質としてパーフルオロヘキサン(1)と光反応
性物質としてペンタフルオロフェニルアジド(2)を約
100:1の混合比(モル比)で固体層として堆積さ
せ、KrFエキシマレーザーを25mJ/cm2/パル
スで照射したしたところ、アブレーションが観測され
た。固体層から放出される気化物質の発光スペクトルを
測定したところ、パーフルオロフェニルナイトレン
(3)からの発光が検出され、(3)の存在が確認され
た(図1)。さらに、発生させた活性種のビームをポリ
エチレンテレフタレート(PET)に照射したところ、
目視観察では変化は認められなかったが、X線光電子分
光測定によって表面の元素分析を行ったところ、処理前
は炭素と酸素のピークのみが観測されたが、処理後は炭
素、窒素、酸素、フッ素のピークが検出された(図2お
よび図3)。以上の結果から、(3)がレーザー照射に
よって高効率に(2)から生成し、PET表面と反応す
ることで、化学結合を介して固定化されていることがわ
かった。また、PET表面の水に対する接触角は、その
活性種照射処理によって70度から110度に変化し、
撥水化していることが確認された。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples. Example 1 On a sapphire substrate at a temperature of 85 K in a vacuum vessel, perfluorohexane (1) as a matrix material and pentafluorophenylazide (2) as a photoreactive material were mixed at a mixing ratio (molar ratio) of about 100: 1. When deposited as a solid layer and irradiated with a KrF excimer laser at 25 mJ / cm 2 / pulse, ablation was observed. When the emission spectrum of the vaporized substance released from the solid layer was measured, light emission from perfluorophenyl nitrene (3) was detected, and the presence of (3) was confirmed (FIG. 1). Further, when the generated active species beam was irradiated on polyethylene terephthalate (PET),
No change was observed by visual observation, but when elemental analysis of the surface was performed by X-ray photoelectron spectroscopy, only peaks of carbon and oxygen were observed before the treatment, but after the treatment, carbon, nitrogen, oxygen, A fluorine peak was detected (FIGS. 2 and 3). From the above results, it was found that (3) was generated from (2) with high efficiency by laser irradiation, and reacted with the PET surface, thereby being immobilized via a chemical bond. Also, the contact angle of PET surface with water changes from 70 degrees to 110 degrees due to the active species irradiation treatment,
It was confirmed that water repellency was achieved.

【0022】実施例2 真空容器内の温度85Kのサファイヤ基板上にマトリッ
クス物質としてパーフルオロヘキサン(1)と光反応性
物質としてペンタフルオロフェニルアジド(2)を約1
00:1の混合比で固体層として堆積させ、KrFエキ
シマレーザーを25mJ/cm2/パルスで照射したし
たところ、アブレーションが観測された。さらに、発生
させた活性種のビームを金基板上のヘキサデシルチオー
ル単分子膜に照射したところ、目視観察では表面に変化
は認められなかったが、X線光電子分光測定によって表
面の元素分析を行ったところ、処理前は炭素と硫黄のピ
ークのみが観測されたが、処理後は新たに窒素とフッ素
のピークが検出された。また、反射赤外吸収測定から処
理膜には芳香環のピーク(1525cm-1)が検出さ
れ、パーフルオロフェニルナイトレンが芳香環構造を保
ったまま表面に固定化されていることが判明した。ま
た、ヘキサデシルチオール単分子膜表面の水に対する接
触角は、その活性種照射処理によって90度から130
度に変化し、撥水化していることが確認された。
Example 2 Perfluorohexane (1) as a matrix material and pentafluorophenyl azide (2) as a photoreactive material were placed on a sapphire substrate at a temperature of 85 K in a vacuum vessel for about 1 hour.
When deposited as a solid layer at a mixing ratio of 00: 1 and irradiated with a KrF excimer laser at 25 mJ / cm 2 / pulse, ablation was observed. Furthermore, when a beam of the generated active species was irradiated on a hexadecylthiol monomolecular film on a gold substrate, no change was observed on the surface by visual observation, but elemental analysis of the surface was performed by X-ray photoelectron spectroscopy. As a result, only peaks of carbon and sulfur were observed before the treatment, but new peaks of nitrogen and fluorine were detected after the treatment. In addition, a peak of an aromatic ring (1525 cm −1 ) was detected in the treated film from reflection infrared absorption measurement, and it was found that perfluorophenylnitrene was fixed on the surface while maintaining the aromatic ring structure. The contact angle of water on the surface of the hexadecylthiol monomolecular film can be increased from 90 degrees to 130 degrees by the irradiation of the active species.
It changed every time, and it was confirmed that water repellency was achieved.

【0023】実施例3 真空容器内の温度85Kのサファイヤ基板上にマトリッ
クス物質としてパーフルオロヘキサン(1)と光反応性
物質としてパーフルオロ無水酢酸(4)を約100:1
の混合比で固体層として堆積させ、KrFエキシマレー
ザーを25mJ/cm2/パルスで照射したしたとこ
ろ、アブレーションが観測された。さらに、発生させた
活性種のビームを金基板上のヘキサデシルチオール単分
子膜に照射したところ、目視観察では変化は認められな
かったが、X線光電子分光測定によって表面の元素分析
を行ったところ、処理前は炭素と硫黄のピークのみが観
測されたが、処理後は新たに酸素とフッ素のピークが検
出された。したがって、トリフルオロメチル基やトリフ
ルオロアセチル基が表面に固定化されていることが判明
した。また、その表面の水に対する接触角は、活性種の
照射処理によって70度から120度に変化し、撥水化
していることが確認された。
Example 3 Perfluorohexane (1) as a matrix material and perfluoroacetic anhydride (4) as a photoreactive material were placed on a sapphire substrate at a temperature of 85 K in a vacuum vessel at a ratio of about 100: 1.
When a KrF excimer laser was irradiated at 25 mJ / cm 2 / pulse, ablation was observed. Further, when the beam of the generated active species was irradiated to the hexadecylthiol monomolecular film on the gold substrate, no change was observed by visual observation, but the elemental analysis of the surface by X-ray photoelectron spectroscopy was performed. Before the treatment, only peaks of carbon and sulfur were observed, but after the treatment, peaks of oxygen and fluorine were newly detected. Therefore, it was found that a trifluoromethyl group or a trifluoroacetyl group was immobilized on the surface. Further, the contact angle of the surface with water changed from 70 degrees to 120 degrees due to the irradiation treatment of the active species, and it was confirmed that the surface became water-repellent.

【0024】実施例4 真空容器内の温度85Kのサファイヤ基板上にマトリッ
クス物質としてパーフルオロヘキサンと光反応性物質と
してヒドラジンを約100:1の混合比で固体層として
堆積させ、ArFエキシマレーザーを25mJ/cm2
/パルスで照射したしたところ、アブレーションが観測
された。さらに、発生させた活性種のビームをポリテト
ラフルオロエチレン(PTFE)に照射したところ、目
視観察では変化は認められなかったが、X線光電子分光
測定によって表面の元素分析を行ったところ、処理前は
炭素とフッ素のピークのみが観測されたが、処理後は新
たに窒素のピークが検出されるとともに、フッ素の強度
が低下した。また、表面が親水化していることから、P
TFE表面ではF原子が取り除かれ、代わりに窒素原子
を含む親水基が置換したことが判明した。
Example 4 Perfluorohexane as a matrix material and hydrazine as a photoreactive material were deposited as a solid layer at a mixing ratio of about 100: 1 on a sapphire substrate at a temperature of 85 K in a vacuum vessel, and an ArF excimer laser was applied at 25 mJ. / Cm 2
When irradiation was performed with a pulse, ablation was observed. Further, when the beam of the generated active species was irradiated to polytetrafluoroethylene (PTFE), no change was observed by visual observation. However, when the elemental analysis of the surface was performed by X-ray photoelectron spectroscopy, the surface before the treatment was observed. Although only the peaks of carbon and fluorine were observed, a new nitrogen peak was detected after the treatment, and the intensity of fluorine decreased. In addition, since the surface is hydrophilic, P
It was found that the F atom was removed from the TFE surface and replaced by a hydrophilic group containing a nitrogen atom instead.

【0025】[0025]

【発明の効果】本発明によれば、固体層に紫外レーザー
を照射させることにより、反応性の高い活性種により固
体表面が改質されている、極めて効果的に精密で均一な
高機能化表面を得ることができる。
According to the present invention, the solid layer is irradiated with an ultraviolet laser, whereby the solid surface is modified with highly reactive active species. Can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1において、混合固体層から放出された
気化物質の発光スペクトルである。
FIG. 1 is an emission spectrum of a vaporized substance released from a mixed solid layer in Example 1.

【図2】実施例1において、気化物質を照射する前のP
ETフィルムのXPSスペクトルである。
FIG. 2 is a diagram showing a P before irradiation with a vaporized substance in Example 1.
It is an XPS spectrum of an ET film.

【図3】実施例1において、気化物質を照射する後のP
ETフィルムのXPSスペクトルである。
FIG. 3 shows P after irradiation with a vaporized substance in Example 1.
It is an XPS spectrum of an ET film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−42769(JP,A) 特開 平7−188437(JP,A) 特開 平5−339396(JP,A) 特表 平5−507965(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08J 7/00 - 7/18 B29C 71/00 - 71/04 C23C 14/28 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-58-42769 (JP, A) JP-A-7-188437 (JP, A) JP-A-5-339396 (JP, A) 507965 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C08J 7/ 00-7/18 B29C 71/00-71/04 C23C 14/28

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に形成したマトリックス物質と光
反応性物質との混合物からなる固体層に、波長400n
m以下の紫外レーザーを照射し、放出された高反応性活
性種を固体表面に接触させることにより得られる高反応
性活性種が表面に化学反応により固定されている固体表
面であることを特徴とする改質された固体表面。
1. A solid layer comprising a mixture of a matrix substance and a photoreactive substance formed on a substrate, having a wavelength of 400 nm.
m or less, and the highly reactive active species obtained by contacting the emitted highly reactive active species with the solid surface is a solid surface fixed to the surface by a chemical reaction. Modified solid surface.
【請求項2】 紫外レーザーとして、アルゴンフッ素エ
キシマレーザー、クリプトンフッ素エキシマレーザー、
キセノン塩素エキシマレーザー又はキセノンフッ素エキ
シマレーザーを用いることを特徴とする請求項1記載の
固体表面。
2. As an ultraviolet laser, an argon fluorine excimer laser, a krypton fluorine excimer laser,
The solid surface according to claim 1, wherein a xenon chlorine excimer laser or a xenon fluorine excimer laser is used.
【請求項3】 光反応性物質として、アジド化合物、ア
ゾ化合物、カルボニル化合物、酸無水物、ヒドラジン類
又は有機ハロゲン化合物を用いることを特徴とする請求
項1記載の固体表面。
3. The solid surface according to claim 1, wherein an azide compound, an azo compound, a carbonyl compound, an acid anhydride, a hydrazine or an organic halogen compound is used as the photoreactive substance.
【請求項4】 マトリックス物質として、希ガス、窒素
ガス、二酸化炭素、フッ素化アルカン化合物、アルカン
化合物、エーテル類又はアルコールを用いることを特徴
とする請求項1記載の固体表面。
4. The solid surface according to claim 1, wherein a rare gas, nitrogen gas, carbon dioxide, fluorinated alkane compound, alkane compound, ether or alcohol is used as the matrix material.
【請求項5】 固体表面が高分子表面であることを特徴
とする請求項1記載の固体表面。
5. The solid surface according to claim 1, wherein the solid surface is a polymer surface.
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