JP3699832B2

JP3699832B2 - 多孔質体の放電処理方法

Info

Publication number: JP3699832B2
Application number: JP25576798A
Authority: JP
Inventors: 雅章川部; 康竹内
Original assignee: Japan Vilene Co Ltd
Current assignee: Japan Vilene Co Ltd
Priority date: 1998-09-09
Filing date: 1998-09-09
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: JP2000086785A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多孔質体の放電処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ポリオレフィン（例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなど）などの疎水性樹脂からなる多孔質体は親水性が低いため、その使用用途が限定されるという問題があった。この問題を解決する１つの方法として、特開平８−３３７６７５号公報は、電圧印加電極と接地電極との間に多孔質体を介在させた状態でチャンバー内に配設するとともに、このチャンバー内に反応ガスを導入し、前記電圧印加電極に高周波／高電圧を印加するとともに、前記チャンバー内を大気圧以上とすることによりプラズマを発生させる、多孔質体の処理方法を開示している。
【０００３】
この方法においては高周波／高電圧を印加しており、誘電加熱により多孔質体が熱的な損傷を受けやすいため、高周波を印加するにしても、比較的電圧を低くする必要がある。しかしながら、この場合にはプラズマが発生しにくく、処理効率が著しく低下するという問題が発生する。また、前記公報においては、前記のような熱的な影響を抑えるためか、実際にはヘリウムなどの不活性ガスを使用しているが、このように不活性ガスを使用すると、反応性ガスの比率が相対的に低くなり、反応効率が低下するという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、多孔質体を効率的に放電処理することのできる方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の多孔質体の放電処理方法は、対向するように配置した一対の電極（少なくとも一方の電極は対向表面に誘電体を担持している）の間に多孔質体を配置し、前記多孔質体を含む処理空間の電界強度が２００ＫＶ／ｃｍ以上、かつ１．２気圧以上の雰囲気下において放電を発生させて、前記多孔質体を放電処理する方法である。このように、多孔質体を含む処理空間の電界強度が２００ＫＶ／ｃｍ以上であること、及び１．２気圧以上の雰囲気下において放電を発生させると、効率的に放電処理できることを見い出したのである。本発明においては、特に不活性ガスを使用する必要がないため、反応効率がより優れている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明で放電処理できる多孔質体としては、例えば、繊維シート（例えば、織物、編物、不織布、これらの複合体など）、多孔フィルム（例えば、穴開きフィルムなど）、発泡体、或いはこれらの複合体などがある。なお、多孔質体は無機材料から構成されていても、有機材料から構成されていても、或いは両方の材料から構成されていても良い。特に本発明の放電処理方法によれば、平均孔径が５μｍ以下の多孔質体であっても、効率的に放電処理することができる。なお、この平均孔径は水銀圧入式のポロシメーターにより測定された値をいう。
【０００７】
なお、多孔質体の比誘電率は、後述の多孔質体を含む処理空間の電界強度との関係から、１〜４０のもの（特に１〜２のもの）を効率的に放電処理することができる。また、同様に多孔質体を含む処理空間の電界強度との関係から、多孔質体の厚さが１μｍ〜１ｃｍ程度のものを効率的に放電処理することができる。なお、多孔質体の厚さが１ｃｍ程度以上であっても、圧力を加える（例えば、電極（電極が誘電体を担持している場合には誘電体）により加圧）ことによって、１ｃｍ程度以下の厚さとすることのできる多孔質体であれば、本発明方法によって放電処理することができる。
【０００８】
本発明における、多孔質体や誘電体などの比誘電率は、通常の静電容量測定方法（例えば、三端子コンデンサー法など）により測定することができる。この比誘電率を測定する際の周波数は放電処理時と同じ周波数で測定し、パルス波を印加する場合には、パルス波の立ち上がり部分の周波数成分に相当する周波数で測定する。
【０００９】
このような多孔質体は、まず、対向するように配置した一対の電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）の間に配置される。なお、これら一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は対向表面に誘電体を担持しているため、安定して放電処理することができる。また、両方の電極が対向表面に誘電体を担持していると、より均一な放電処理をすることができる。
【００１０】
この誘電体を構成する材料としては、例えば、ガラス（例えば、石英ガラスなど）、セラミック（例えば、アルミナ、ジルコニア、チタニア、チタン酸ストロンチウムなど）、ゴム（例えば、シリコーンゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴムなどの合成ゴム、天然ゴムなど）、熱可塑性樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステルなど）、或いは熱硬化性樹脂（例えば、ポリイミドなど）などを使用することができる。これらの誘電体は目的によって適宜選択することができ、多孔質体との密着性を重視する場合にはゴム又は熱可塑性樹脂を使用し、絶縁強さや耐コロナ性を重視する場合にはガラスやセラミックを使用するのが好ましい。なお、誘電体の厚さは誘電体の絶縁強さや比誘電率などによって影響を受けるため特に限定するものではないが、後述の多孔質体を含む処理空間の電界強度との関係から、０．５ｍｍ〜２００ｍｍ程度であるのが好ましい。また、誘電体の比誘電率も後述の多孔質体を含む処理空間の電界強度との関係から、３〜２，０００程度であるのが好ましい。
【００１１】
本発明の放電処理方法においては、多孔質体をどのように配置しても良い。例えば、両方の電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）と接触しないように配置したり、いずれか一方の電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）と接触するように配置したり、或いは両方の電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）と接触するように配置することができる。なお、多孔質体を両方の電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）と接触するように配置すると、多孔質体の内部で放電を発生させることができ、多孔質体の内部を放電処理できるため好適である。また、多孔質体を少なくとも一方の電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）と接触しないように配置する場合には、比較的低電圧で放電処理できるように、多孔質体表面と電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）との距離が、多孔質体の平均孔径の３００倍以内程度、より好ましくは２００倍以内程度であり、具体的には、２ｍｍ程度以下であるのが好ましい。なお、多孔質体が両方の電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）と接触しないように配置する場合、両方の電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）との距離の和が上記範囲にあるのが好ましい。
【００１２】
次いで、多孔質体を含む処理空間の電界強度が２００ＫＶ／ｃｍ以上となるように、前記一対の電極間に電圧を印加して、多孔質体の放電処理を実施する。２００ＫＶ／ｃｍ未満では放電が均一に発生しにくく、十分に放電処理できない傾向があるためである。なお、圧力や多孔質体の平均孔径などの影響を受けるため限定することはできないが、一般的に３００ＫＶ／ｃｍ以上となるように印加するのが好ましい。
【００１３】
この多孔質体を含む処理空間の電界強度（Ｅｐ）は、次の式から算出することができる。この「多孔質体を含む処理空間」は電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）によって形成される空間であり、例えば、多孔質体のみからなる場合、多孔質体と気体からなる場合などがある。
Ｅｐ＝Ｖ×ε／（ｄ×ε_p＋ｄｐ×ε）
Ｖ：印加電圧（ＫＶ）
ε：誘電体の比誘電率（２種類以上の誘電体を使用した場合には、それら誘電体を積層して測定した値）
ｄ：誘電体のトータル厚さ（両方の電極が誘電体を担持している場合には、各々の誘電体の厚さの和、ｃｍ）
ε_p：多孔質体を含む処理空間の比誘電率（気体を含む場合には、その全体の比誘電率）
ｄｐ：多孔質体を含む処理空間の厚さ（つまり電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）の間の距離、ｃｍ）
【００１４】
本発明の放電処理方法において、印加電圧は０．６ＫＶｐ以上であるのが好ましく、１ＫＶｐ以上であるのがより好ましい。なお、単位「ＫＶｐ」は交流電圧の最大値ピークから０までの電圧差を示す。他方、交流電圧の上限は多孔質体の損傷が生じない電圧であれば良く、特に限定されるものではないが、２００ＫＶｐ程度が適当である。
【００１５】
また、前記交流電圧の周波数は１０Ｈｚ〜１００ＫＨｚであるのが好ましい。周波数が１０Ｈｚ未満であると、放電処理効率が低下する傾向があり、１００ＫＨｚを越えると、誘電加熱により多孔質体が破壊される恐れがあるためで、好ましくは１００Ｈｚ〜２０ＫＨｚ、より好ましくは５００Ｈｚ〜１０ＫＨｚである。
【００１６】
なお、印加電圧の波形は、例えば、正弦波、三角波、矩形波、或いはパルス波などを挙げることができる。これらの中でもパルス波は発熱や火花放電を抑制でき、しかも均一に放電処理できるため好適である。そのため、インパルス電源やパルス電源を使用するのが好ましい。この好適であるパルス波の立ち上がり速度は速い程好ましく、具体的には１０μｓｅｃ以下であるのが好ましく、１μｓｅｃ以下であるのがより好ましく、１００ｎｓｅｃ以下であるのが最も好ましい。このような立ち上がり速度の速いパルス波をえる方法として、例えば、ギャップスイッチを利用する方法、半導体スイッチを直並列する方法、トランスにより昇圧したパルス電圧を磁気圧縮する方法などがある。
【００１７】
また、印加電圧の極性も特に限定されるものではなく、単極性電圧を使用することもできるし、両極性電圧を使用することもできるが、放電処理効率が高い点で両極性電圧であるのが好ましい。
【００１８】
本発明においては、前記一対の電極間への印加を１．２気圧以上の雰囲気下において実施することによって、効率的に放電処理できることを見出したのである。好ましくは１．５気圧以上、より好ましくは２気圧以上の雰囲気下で実施する。他方、上限は特に限定するものではないが、１００気圧以下程度が適当である。
【００１９】
このような雰囲気とする手段としては、例えば、一対の電極を含む放電処理部を収納できるチャンバーを設置し、このチャンバー内に反応ガスを強制的に供給する方法、などがある。なお、圧力は一定であっても、連続的に又は不連続的に変化させても良いが、後者のように圧力を変化させると、多孔質体の孔径分布が広い場合であっても、多孔質体全体を放電処理できる。
【００２０】
本発明においては、誘電加熱が生じにくく、不活性ガスを必要としないため、反応ガスの濃度が高い状態で放電処理を実施することができる。そのため、効率的に放電処理を実施することができる。なお、本発明で使用できる反応ガスは特に限定されるものではなく、その目的（例えば、疎水化、親水化など）によって適宜選択できる。親水化する場合、例えば、空気、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素酸化物ガス、硫黄酸化物ガスなどを単独で、又は混合して使用することができる。
【００２１】
ここで、好適である多孔質体を両方の電極（誘電体を担持しているため実際には誘電体）と接触するように配置して放電処理を実施する状態を表す模式的断面図である図１をもとに説明する。なお、これ以外の態様、つまり多孔質体が両方の電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）と接触しないように配置した場合や、多孔質体がいずれか一方の電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）とのみ接触するように配置した場合は、放電領域が多孔質体の内部以外に電極（電極が誘電体を担持している場合にはその誘電体）と多孔質体との間の空間が含まれること以外は全く同じである。
【００２２】
図１の態様は、誘電体２ａを担持した平板状電極１ａと、誘電体２ｂを担持した平板状電極１ｂとが、対向するように配置されており、これら誘電体２ａ、２ｂにより多孔質体５が挟持されている。つまり、これら誘電体２ａ、２ｂと多孔質体５との間に実質的に空間が存在しないように、各誘電体２ａ、２ｂによって多孔質体５が挟まれている。これら各平板状電極１ａ、１ｂに担持された各誘電体２ａ、２ｂは各平板状電極１ａ、１ｂの対向表面よりも大きいため、平板状電極１ａ、１ｂ間で生じやすいスパーク放電を防止することができる。また、これら平板状電極１ａ、１ｂ間に電圧を印加できるように、一方の平板状電極１ａは交流電源４に接続され、他方の平板状電極１ｂはアースされている。なお、図１とは逆に、一方の平板状電極１ａがアースされ、他方の平板状電極１ｂが交流電源４に接続されていても良い。更に、放電処理時の雰囲気圧力が１．２気圧以上にできるように、一対の平板状電極１ａ、１ｂはチャンバー６内に収納されている。
【００２３】
この各平板状電極１ａ、１ｂを構成する材料は、特に限定されるものではないが、比抵抗が１０³Ω・ｃｍ以下（好ましくは１０⁰Ω・ｃｍ以下）の導電体を用いることができ、例えば、金属（例えば、ステンレススチール、アルミニウム、タングステンなど）、導電性金属酸化物、カーボン、或いは金属粉末やカーボン粉末などの導電体とゴムとを複合した導電性ゴムなどを使用することができる。
【００２４】
なお、各平板状電極１ａ、１ｂの対向表面が、周縁から側壁にかけて曲面となっていると、各平板状電極１ａ、１ｂの側壁と各誘電体２ａ、２ｂとの間で電界が集中しにくく、誘電体の損傷を抑えることができるので好適である。
【００２５】
また、両平板状電極１ａ、１ｂによって挟まれた領域においてのみ放電処理が実施されるため、所望の領域のみに放電処理を実施することができる。例えば、一方の電極として格子状の電極を使用すれば、その電極の形状に対応した格子状の領域のみに放電処理を実施することができる。
【００２６】
各誘電体２ａ、２ｂはスパーク放電などを生じることなく、安定して放電処理を実施できるように、各々の平板状電極１ａ、１ｂの対向表面全体を被覆している。また、両平板状電極１ａ、１ｂ間でスパーク放電が生じないように、各誘電体２ａ、２ｂは各々の平板状電極１ａ、１ｂの対向表面よりも大きく、平板状電極１ａ、１ｂの対向表面からはみ出ている。
【００２７】
図２の態様は、誘電体２ａ、２ｂを担持する電極として、５つの小さな円柱状電極１ａと、１つの大きな円柱状電極１ｂとを使用したこと以外は、図１と全く同じである。このように円柱状電極を使用すると、多孔質体５を損傷することなく、連続的に放電処理を実施することができる。
【００２８】
図３の態様は、誘電体２ａ、２ｂを担持する電極として、ベルト状電極１ａと、１つの円柱状電極１ｂとを使用したこと以外は、図１と全く同じである。この態様の場合も、多孔質体５を損傷することなく、連続的に放電処理を実施することができる。
【００２９】
図４の態様は、誘電体２ａ、２ｂを担持する電極として、５つの円柱状電極１ａと、ベルト状電極１ｂとを使用したこと以外は、図１と全く同じである。この態様の場合も、多孔質体５を損傷することなく、連続的に放電処理を実施することができる。
【００３０】
図５の態様は、各平板状電極１ａ、１ｂの対向表面に誘電体（以下、「対向誘電体」という）が担持されているばかりでなく、各平板状電極１ａ、１ｂの側壁にも誘電体（以下、「側壁誘電体」という）が担持されていること以外は、図１と全く同じである。この態様の場合、側壁誘電体３ａ、３ｂを担持していることにより、各平板状電極１ａ、１ｂの側壁と各対向誘電体２ａ、２ｂとの間における放電を防止することができる。
【００３１】
なお、この側壁誘電体３ａ、３ｂは対向誘電体２ａ、２ｂと同様の材料から構成することができる。また、対向誘電体２ａ、２ｂと側壁誘電体３ａ、３ｂとは同じ材料から構成されている必要はなく、異なる種類の材料から構成されていても良い。更に、対向誘電体２ａ、２ｂと側壁誘電体３ａ、３ｂとは分離した状態にあっても、一体化された状態にあっても良い。
【００３２】
図６の態様は、各対向誘電体２ａ、２ｂとしてベルト状のものを使用していること以外は、図５と全く同じである。この態様の場合、各平板状電極１ａ、１ｂの側壁と各対向誘電体２ａ、２ｂとの間における放電を防止することができ、しかも多孔質体を損傷することなく、連続的に放電処理を実施することができる。
【００３３】
以下に、本発明の多孔質体の放電処理方法について実施例を記載するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
図５に示すように、チャンバー６内に、誘電体２ａ、２ｂとして、アルミナ板（大きさ：７０ｍｍ×２２０ｍｍ、厚さ：１ｍｍ、比誘電率：約８）をそれぞれ担持し、しかも側壁がシリコーンゴムで被覆された、ステンレススチール（大きさ：５０ｍｍ×２００ｍｍ）からなる平板状電極１ａ、１ｂ（アルミナ板は平板状電極からはみ出ている）とが、対向するように配置し、これら誘電体２ａ、２ｂにより、ポリプロピレン繊維からなる不織布（平均孔径：５μｍ、比誘電率：約１．４、厚さ：０．０２ｃｍ）を挟持した。
【００３５】
次いで、このチャンバー内に空気を強制的に供給して内圧を１．３気圧（内圧は一定）とした状態で、平板状電極１ａ、１ｂ間にパルス電圧（印加電圧：２０ＫＶｐ、周波数：１００Ｈｚ、立ち上がり速度：約１００ｎｓｅｃ、両極性）を印加して、前記不織布の放電処理（不織布を含む処理空間の電界強度、つまり不織布の両面にかかる電界強度：３６４ＫＶ／ｃｍ）を３分間実施した。この放電処理した不織布を水に浮かべたところ、不織布全体において、内部まで水が浸入するのが確認できた。
【００３６】
（比較例１）
平板状電極１ａ、１ｂ間に印加したパルス電圧を１０．５ＫＶｐとした（不織布を含む処理空間の電界強度、つまり不織布の両面にかかる電界強度：１９１ＫＶ／ｃｍ）こと以外は、実施例１と全く同様にして放電処理を実施した。この放電処理した不織布を水に浮かべたところ、不織布の一部にのみ水が浸入する不均一なものであった。
【００３７】
（実施例２）
図５に示すように、チャンバー６内に、誘電体２ａ、２ｂとして、二酸化チタン板（大きさ：直径約１０ｃｍ、厚さ：１ｃｍ（０．５ｃｍのものを２枚積層）、比誘電率：約１００）をそれぞれ担持し、しかも側壁がシリコーンゴムで被覆された、ステンレススチール（大きさ：直径約８ｃｍ）からなる平板状電極１ａ、１ｂ（二酸化チタン板は平板状電極からはみ出ている）とが、対向するように配置し、これら誘電体２ａ、２ｂにより、ポリエチレン多孔膜（平均孔径：１．５μｍ、比誘電率：約１．５、厚さ：０．０１ｃｍ）を挟持した。
【００３８】
次いで、このチャンバー内に空気を強制的に供給して内圧を４．３気圧（内圧は一定）とした状態で、平板状電極１ａ、１ｂ間にパルス電圧（印加電圧：４５ＫＶｐ、周波数：１００Ｈｚ、立ち上がり速度：約１５０ｎｓｅｃ、両極性）を印加して、前記多孔膜の放電処理（多孔膜を含む処理空間の電界強度、つまり多孔膜の両面にかかる電界強度：１，１２５ＫＶ／ｃｍ）を３分間実施した。この放電処理した多孔膜を水に浮かべたところ、多孔膜全体において、内部まで水が浸入するのが確認できた。
【００３９】
（比較例２）
（１）チャンバー内の内圧を１気圧としたこと、及び（２）平板状電極１ａ、１ｂ間に２０ＫＶｐのパルス電圧を印加したこと以外は、実施例２と全く同様に放電処理を実施した。この放電処理した多孔膜は水に浮かべても内部まで水が浸入せず、ほとんど親水化されていなかった。
【００４０】
（実施例３）
図５に示すように、チャンバー６内に、誘電体２ａ、２ｂとして、チタン酸ストロンチウム板（大きさ：直径約１０ｃｍ、厚さ：２．５ｃｍ（０．５ｃｍのものを５枚積層）、比誘電率：約１，５００）をそれぞれ担持し、しかも側壁がシリコーンゴムで被覆された、ステンレススチール（大きさ：直径約８ｃｍ）からなる平板状電極１ａ、１ｂ（チタン酸ストロンチウム板は平板状電極からはみ出ている）とが、対向するように配置し、これら誘電体２ａ、２ｂにより、ポリエチレン多孔膜（平均孔径：０．８μｍ、比誘電率：約１．５、厚さ：０．００３ｃｍ）を挟持した。
【００４１】
次いで、このチャンバー内に空気を強制的に供給して、内圧を１気圧から８．２気圧まで連続的に昇圧させながら、平板状電極１ａ、１ｂ間にパルス電圧（印加電圧：２０ＫＶｐ、周波数：１００Ｈｚ、立ち上がり速度：約２００ｎｓｅｃ、両極性）を印加して、前記多孔膜の放電処理（多孔膜を含む処理空間の電界強度、つまり多孔膜の両面にかかる電界強度：２，５００ＫＶ／ｃｍ）を５分間実施した。この放電処理した多孔膜を水に浮かべたところ、多孔膜全体において、内部まで水が浸入するのが確認できた。
【００４２】
（比較例３）
チャンバーの内圧を１気圧に維持したこと以外は、実施例３と全く同様にして放電処理を実施した。この放電処理した多孔膜は水に浮かべても内部まで水が浸入せず、ほとんど親水化されていなかった。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の放電処理方法は効率的に放電処理を実施することができる。本発明においては、特に不活性ガスを使用する必要がないため、より反応効率に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用できる一対の電極の配置状態を表す模式的断面図
【図２】本発明で使用できる別の一対の電極の配置状態を表す模式的断面図
【図３】本発明で使用できる更に別の一対の電極の配置状態を表す模式的断面図
【図４】本発明で使用できる更に別の一対の電極の配置状態を表す模式的断面図
【図５】本発明で使用できる更に別の一対の電極の配置状態を表す模式的断面図
【図６】本発明で使用できる更に別の一対の電極の配置状態を表す模式的断面図
【符号の説明】
１ａ、１ｂ電極
２ａ、２ｂ対向誘電体
３ａ、３ｂ側壁誘電体
４交流電源
５多孔質体
６チャンバー

Claims

対向するように配置した一対の電極（少なくとも一方の電極は対向表面に誘電体を担持している）の間に多孔質体を配置し、前記多孔質体を含む処理空間の電界強度が２００ＫＶ／ｃｍ以上、かつ１．２気圧以上の雰囲気下において放電を発生させて、前記多孔質体を放電処理することを特徴とする、多孔質体の放電処理方法。