JP3766959B2 - Coated polytrimethylene terephthalate products - Google Patents

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Description

本発明は、二酸化珪素の硬質膜を被覆したことを特徴とする被覆ポリトリメチレンテレフタレート製品に関する。
さらに詳しくは、本発明は、環境負荷特性に優れるポリトリメチレンテレフタレート樹脂に、炭素系被膜を被覆することによって、優れた耐衝撃性、耐摩耗性、耐傷性、親和性、耐熱性、環境性などを向上させる技術に関するものであって、得られた包装容器、摺動部材などで優れた特性を発揮するものである。
The present invention relates to a coated polytrimethylene terephthalate product characterized by coating a hard film of silicon dioxide.
More specifically, the present invention provides excellent impact resistance, wear resistance, scratch resistance, affinity, heat resistance, environmental performance by coating a carbon-based film on polytrimethylene terephthalate resin having excellent environmental load characteristics. In other words, the obtained packaging container, sliding member and the like exhibit excellent characteristics.

環境問題の高まりからプラスチック製品は、回収・再資源化、易焼却化、減量化、そして脱ハロゲン化を考慮して開発されているが、特に使用期間の短い包装材料分野に利用されるプラスチックは、廃棄物処理問題がいっそう深刻である。このような状況の中、PETボトルのリサイクル技術、ポリオレフィンの易焼却化などの研究がなされ、その中の一つに生分解性プラスチックというプラスチックを微生物により分解させる手段も登場してきた。しかし、実際には生分解性プラスチックは、廃棄物処理問題の解決策という一面はあるが、現状の汎用プラスチックに置き換えていくには、機械的強度、表面硬度、加工性など生分解性以外の性能が満たされないためにライフサイクル、安全性、コスト的に未だ問題が多い。   Plastic products have been developed in consideration of collection / recycling, easy incineration, weight reduction, and dehalogenation due to increasing environmental problems. The waste disposal problem is even more serious. Under such circumstances, researches such as PET bottle recycling technology and easy incineration of polyolefins have been made, and one of them has also appeared a means of degrading plastics called biodegradable plastics by microorganisms. However, in reality, biodegradable plastics have one aspect of solving waste disposal problems, but in order to replace them with current general-purpose plastics, mechanical strength, surface hardness, workability, etc. There are still many problems in life cycle, safety and cost because performance is not satisfied.

1990年のヨーロッパにおいて「バイオポール」を利用したシャンプーボトルがサンプル出荷されて生分解性プラスチックが脚光をあび、その後、各種生分解性プラスチックを利用した商品が試作されている。現在、生分解性プラスチックの生産は、バイポールのような微生物合成によるばかりか天然高分子や化学合成により検討されており、化学原料から化学的に合成する方法が、従来技術を適用しやすい点から最も有力視されている。その中で、透明性にも優れ、その物性がポリエチレンテレフタレート(PET)に近いポリトリメチレンテレフタレートは、1,3−プロパンジオール(POD)を原料として造られ、生分解性に優れた樹脂であることが知られている。化学合成において、ポリトリメチレンテレフタレートは、PODが高価であるためエチレングリコールを原料とするPETに比べて製造コストが高い問題があった。しかし、米国で原料であるPODが、遺伝子修飾により糖をグリセリンに転化し、さらに1,3−プロパンジオール(POD)に変換する単一微生物が発明されたことから、安価にポリトリメチレンテレフタレートが製造できることが明らかになり実用化され始めた。   In Europe in 1990, shampoo bottles using “Biopol” were shipped as samples, and biodegradable plastics were highlighted. After that, products using various biodegradable plastics were prototyped. Currently, the production of biodegradable plastics is being studied not only by microbial synthesis such as Bipol but also by natural polymers and chemical synthesis, and the method of chemically synthesizing from chemical raw materials is easy to apply the conventional technology. Most promising. Among them, polytrimethylene terephthalate, which is excellent in transparency and has physical properties similar to polyethylene terephthalate (PET), is made from 1,3-propanediol (POD) as a raw material and is a resin with excellent biodegradability. It is known. In chemical synthesis, polytrimethylene terephthalate has a problem that its production cost is high compared to PET using ethylene glycol as a raw material because POD is expensive. However, since POD, which is a raw material in the United States, has invented a single microorganism that converts sugar to glycerin by genetic modification and further converts it to 1,3-propanediol (POD), polytrimethylene terephthalate can be produced at low cost. It became clear that it could be manufactured and began to be put into practical use.

しかしながら、従来のポリトリメチレンテレフタレート樹脂に関して開示されている従来技術は、繊維に関する出願が多く、例えば、特開平11−12824号公報では、ポリトリメチレンフタレート繊維を用いた裏地に関する発明で裏地を構成する経糸及び/又は緯糸にポリトリメチレンフタレート繊維を用いることにより、縫い代割・折り目付性及び強固についた皺の回復性を著しく改善できることが開示されている。また、特開2001−115344公報では、ポリトリメチレンテレフタレートを含む化合物捲縮糸を2種以上使用する特殊複合捲縮糸によりストレッチ機能とスパナイズ感とを達成できることが開示されている。このようにPTTの適用については繊維用が先行しているが、成形材料としても大きな可能性を秘めている。PETは結晶化速度が遅く、射出成形性が悪いのに対して、PTTはPETに近い優れた性能を持ち、ポリブチレンテレフタレート(PBT)に匹敵する成形加工性を有している。さらに、ガラス繊維補強効果はPET、PBT、ナイロンなど他の結晶性樹脂と比較すると最も優れている。   However, the prior art disclosed with respect to the conventional polytrimethylene terephthalate resin has many applications relating to fibers. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-12824, the lining is constituted by an invention relating to a lining using polytrimethylene phthalate fibers It is disclosed that the use of polytrimethylene phthalate fibers for the warp and / or the weft can significantly improve the seam allowance / creaseability and the recovery property of the firmly attached heel. Japanese Patent Laid-Open No. 2001-115344 discloses that a stretch function and a feeling of spanization can be achieved by a special composite crimped yarn using two or more kinds of compound crimped yarns containing polytrimethylene terephthalate. As described above, the use of PTT has been preceded for fibers, but it has great potential as a molding material. PET has a slow crystallization rate and poor injection moldability, whereas PTT has excellent performance close to that of PET and has moldability comparable to polybutylene terephthalate (PBT). Furthermore, the glass fiber reinforcing effect is most excellent as compared with other crystalline resins such as PET, PBT, and nylon.

一方、樹脂に炭素皮膜を形成する表面改質技術に関しては、特開平6−88209号公報に表面が150℃以下の融点を有し、ダイヤモンド様炭素フイルムで被覆されたプラスチック基板が開示されている。また、特開平11−58587号公報ではプラスチックの少なくとも片面に、水素濃度が50原子%以下であり、かつ、酸素濃度が2〜20原子%であるダイヤモンド状炭素膜を形成した積層フイルムからなる酸化防止用包装フイルムが開示されている。さらに、PET膜上に、二酸化珪素膜を形成後、プラズマCVD法により二酸化珪素膜に存在するクラッックやピンホールあるいは結晶粒界のような欠陥を埋め込むように、ダイヤモンド状炭素(DLC)膜を形成させることが特開平11−245327号公報に開示されている。   On the other hand, regarding a surface modification technique for forming a carbon film on a resin, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-88209 discloses a plastic substrate having a melting point of 150 ° C. or less and coated with a diamond-like carbon film. . Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-58587 discloses an oxidation film comprising a laminated film in which a diamond-like carbon film having a hydrogen concentration of 50 atomic% or less and an oxygen concentration of 2 to 20 atomic% is formed on at least one surface of a plastic. A protective wrapping film is disclosed. Furthermore, after a silicon dioxide film is formed on the PET film, a diamond-like carbon (DLC) film is formed by a plasma CVD method so as to embed defects such as cracks, pinholes or crystal grain boundaries existing in the silicon dioxide film. This is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-245327.

また、プラスチック容器のDLC膜形成に関しては、フレーバーバリア性、揮発性有機溶媒のガスバリア性を目的とするポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)に対するものが特開2001−240034公報に開示されており、アクリル系樹脂、PET、ポリカーボネート、アモーファスポリオレフィンに炭素イオン、チタンイオン、アルミニウムイオン、タングステンイオン、アルゴンイオン、窒素イオン及びシリコンイオンを照射してプラスチック表面に改質する方法が特開2000−103884公報に開示されている。
一方、二酸化珪素の膜形成については、透明でガス遮断性膜としてPETボトルを素材として行われているが、リサイクル時にボトルと二酸化珪素の膜を容易に剥がせることが可能であるようにPETと二酸化珪素(SiO2)の層間密着性が十分ではないため実用化には至っていない。
Regarding the formation of DLC films on plastic containers, JP-A-2001-240034 discloses a polyethylene terephthalate resin (PET) for the purpose of flavor barrier properties and gas barrier properties of volatile organic solvents. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-103884 discloses a method for irradiating carbon, titanium, aluminum, tungsten, argon, nitrogen and silicon ions to PET, polycarbonate, and amorphous polyolefin to irradiate them with plastic surfaces. ing.
On the other hand, the film formation of silicon dioxide is carried out using PET bottles as a transparent and gas barrier film, but the PET and the silicon dioxide film can be easily peeled off during recycling. Since the interlayer adhesion of silicon dioxide (SiO2) is not sufficient, it has not been put into practical use.

従来のプラスチック、例えばPETなどは、無機物を被覆後のリサイクル利用が制限されるために、廃棄するものが極めて多いものであった。これらの被覆プラスチックでは土中で分解されることが無いため環境に対する負荷が極めて大きいという問題があった。これに対して、ポリトリメチレンテレフタレートが優れた環境特性を有するものであるが、機械的特性や、傷付き易さ、反応性が劣るため、前述のように主に繊維などに応用されてきた。そこで、種々の機械的な用途、民生品や記録媒体などへの応用が可能な利用技術が求められていた。   Conventional plastics, such as PET, are very often discarded because the recycling of inorganic materials after coating is limited. Since these coated plastics are not decomposed in the soil, there is a problem that the burden on the environment is extremely large. On the other hand, polytrimethylene terephthalate has excellent environmental characteristics, but it has been mainly applied to fibers and the like as described above due to poor mechanical properties, scratch resistance and reactivity. . Therefore, there has been a demand for a utilization technique that can be applied to various mechanical uses, consumer products, recording media, and the like.

本発明者らは、生分解性の良好なポリトリメチレンテレフタレートの表面改質に関する研究を種々検討を行った結果、本発明に至ったものである。
基本的には、ポリトリメチレンテレフタレートの表面を二酸化珪素を被覆するものであって、さらにSP2,SP3結合を有することによって耐摩耗性、硬度や反応性が向上し、かつ、優れた環境特性を阻害しないことが明らかとなった。
As a result of various studies on the surface modification of polytrimethylene terephthalate having good biodegradability, the present inventors have arrived at the present invention.
Basically, the surface of polytrimethylene terephthalate is coated with silicon dioxide, and by having SP2 and SP3 bonds, wear resistance, hardness and reactivity are improved, and excellent environmental characteristics are obtained. It became clear that it did not inhibit.

すなわち、本発明は、以下の構成を特徴とするものである。

(1)二酸化珪素からなる硬質膜を被覆した民生品、光学材料、研磨剤、保護具、医療器具、包装容器又は摺動部材であることを特徴とする被覆ポリトリメチレンテレフタレート製品。
(2)硬質膜が、非晶質、SP2結合又はSP3結合の少なくとも一種であることを特徴とする上記(1)記載の被覆ポリトリメチレンテレフタレート製品。
(3)二酸化珪素膜が、水素を3〜40体積%を含有することを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の被覆ポリトリメチレンテレフタレート製品。
(4)二酸化珪素膜が、周期律表の4a、5a、6a族元素、Si、Al及びこれらの元素の炭化物の中から選ばれる少なくとも一種と炭素から選ばれる単層又は2層以上の複層からなる硬質膜であることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれか記載の被覆ポリトリメチレンテレフタレート製品。
That is, the present invention is characterized by the following configuration.

(1) A coated polytrimethylene terephthalate product characterized by being a consumer product, an optical material, an abrasive, a protective device, a medical instrument, a packaging container or a sliding member coated with a hard film made of silicon dioxide.
(2) The coated polytrimethylene terephthalate product according to (1) above, wherein the hard film is at least one of amorphous, SP2 bond or SP3 bond.
(3) The coated polytrimethylene terephthalate product according to (1) or (2) above, wherein the silicon dioxide film contains 3 to 40% by volume of hydrogen.
(4) The silicon dioxide film is a single layer selected from at least one selected from Group 4a, 5a, and 6a elements of the periodic table, Si, Al, and carbides of these elements and carbon or a multilayer of two or more layers The coated polytrimethylene terephthalate product according to any one of (1) to (3) above, wherein the coated polytrimethylene terephthalate product is a hard film.

(5)被覆膜中の二酸化珪素が、被覆膜上部と比較して、ポリトリメチレンテレフタレートと被覆膜との略界面にSP2/SP3比が異なる層を有することを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の被覆ポリトリメチレンテレフタレート製品。
(6)二酸化珪素膜の厚さが、0.01μm〜10μmであることを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載の被覆ポリトリメチレンテレフタレート製品。
(5) The silicon dioxide in the coating film has a layer having a different SP2 / SP3 ratio at an approximate interface between the polytrimethylene terephthalate and the coating film as compared with the upper part of the coating film ( The coated polytrimethylene terephthalate product according to any one of 1) to (4).
(6) The coated polytrimethylene terephthalate product according to any one of (1) to (5) above, wherein the silicon dioxide film has a thickness of 0.01 μm to 10 μm.

本発明における炭素の硬質膜であるDLC(diamond like carbon)は、炭化水素ガスや固体の炭素をイオン化して被覆し、さらに金属との混合被膜のいずれかを被覆することで密着性が向上するため好ましい。固体炭素の場合は電子ビームを直接照射することによって気化させ、かつ電圧を印可し、プラズマとさせる。非晶質、SP2結合及びSP3結合の制御は、投入エネルギー値、印加電圧、イオン化率又は真空度などによって制御させ、印加電圧はパルス状であってもよい。メタン、ベンゼンなどの炭化水素系ガスと水素を同時に導入することによっても得られ、水素を含有した炭素皮膜が得られる。さらに、金属を混入させることによって厚膜が容易に得られると共に、応力が緩和され、かつ高い密着性が得られ易くなるものであるため好ましい。   DLC (diamond like carbon), which is a hard carbon film in the present invention, is coated by ionizing a hydrocarbon gas or solid carbon, and further coating any of a mixed film with a metal to improve adhesion. Therefore, it is preferable. In the case of solid carbon, it is vaporized by direct irradiation with an electron beam, and a voltage is applied to form plasma. Control of amorphous, SP2 bond and SP3 bond is controlled by input energy value, applied voltage, ionization rate or vacuum degree, and the applied voltage may be pulsed. It can also be obtained by simultaneously introducing a hydrocarbon gas such as methane or benzene and hydrogen, and a carbon film containing hydrogen can be obtained. Furthermore, it is preferable because a thick film can be easily obtained by mixing a metal, stress is relieved, and high adhesion is easily obtained.

一方、二酸化珪素は、その膜の透明性、硬度、耐化学薬品性とガス遮断効果に優れており、二酸化珪素の被覆は、不活性ガス雰囲気の中で二酸化珪素の基板に電子ビームを直接又は間接照射することにより気化させ、これに印加した電圧によりプラズマとさせる。非晶質、SP2結合及びSP3結合の制御は、炭素の場合と同様に投入エネルギー値、印加電圧、イオン化率、真空度などによって制御させることができるが、二酸化珪素の場合は、その膜の厚みが増すと可撓性が低下する欠点があった。   On the other hand, silicon dioxide is excellent in transparency, hardness, chemical resistance and gas barrier effect of the film, and the coating of silicon dioxide directly or directly applies an electron beam to a silicon dioxide substrate in an inert gas atmosphere. Vaporization is caused by indirect irradiation, and plasma is generated by a voltage applied thereto. Control of amorphous, SP2 bond and SP3 bond can be controlled by input energy value, applied voltage, ionization rate, vacuum degree, etc. as in the case of carbon, but in the case of silicon dioxide, the thickness of the film There is a drawback in that the flexibility decreases as the amount increases.

生分解性があり、透明性、加工性などに優れているが、耐摩耗性、硬度、反応性に劣るポリトリメチレンテレフタレート(PTT)にSP2、SP3結合を有するダイヤモンド様炭素及び二酸化珪素を被覆する表面改質を行うことによりPTTとこれらの被膜との層間密着性は極めて良好であるばかりでなく、生分解性を維持して環境特性を阻害せずにこれらの性質を著しく改善することができ、そのため従来適用できないとされていた種々の機械的用途、民生品、光学材料、研磨剤、保護具、医療器具などへの適用が可能となった。   Polytrimethylene terephthalate (PTT), which is biodegradable and excellent in transparency and workability, but inferior in wear resistance, hardness and reactivity, is coated with diamond-like carbon and silicon dioxide having SP2 and SP3 bonds. By performing surface modification, the interlayer adhesion between PTT and these coatings is not only very good, but these properties can be remarkably improved without sacrificing environmental properties by maintaining biodegradability. Therefore, it has become possible to apply to various mechanical uses, consumer products, optical materials, abrasives, protective equipment, medical instruments and the like that have been considered to be unusable.

本発明でいうポリトリメチレンテレフタレート(PPT)とは、その主たる構成単位がテレフタル酸成分とトリメチレングリコール成分から構成される。すなわち、トリメチレンテレフタレート単位であるポリマーを指すが、少量、例えば20モル%以下、好ましくは5モル%以下が他の成分で編成されていてもよい。他の成分としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸及びその異性体、アジピン酸、セバシン酸、オキシカルボン酸、エチレングリコール、ブタンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール又はネオペンチルグリコールを挙げることができる。ただし、変性することによって、生分解性は低下するため環境に対する負荷は上昇するため生分解性を意図する場合は、上記他の成分の含有量は制限される。   The main structural unit of polytrimethylene terephthalate (PPT) in the present invention is composed of a terephthalic acid component and a trimethylene glycol component. That is, although the polymer which is a trimethylene terephthalate unit is pointed out, a small amount, for example, 20 mol% or less, Preferably 5 mol% or less may be knitted | organized with other components. Examples of other components include phthalic acid, isophthalic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid and its isomers, adipic acid, sebacic acid, oxycarboxylic acid, ethylene glycol, butanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol or Mention may be made of neopentyl glycol. However, the modification degrades the biodegradability and increases the environmental load. Therefore, when biodegradability is intended, the content of the other components is limited.

また、本発明においては、かかるPPTには、他のポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートを、また、ポリエチレンやポリプロピレンなど、または、不活性な微粒子として、例えばカオリン、タルク、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素又は酸化チタンなどから選ばれた1種以上の金属化合物あるいはカーボンブラックなどをブレンドしてもよい。ただし、生分解性が低下するため、20体積%以下、好ましくは5体積%以下が望ましい。さらに、耐電防止剤、難燃剤、潤滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、染含量などを配合してもよい。   In the present invention, the PPT includes other polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycyclohexanedimethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethylene or polypropylene, or inert fine particles. For example, one or more metal compounds or carbon black selected from kaolin, talc, magnesium carbonate, calcium carbonate, barium carbonate, calcium sulfate, barium sulfate, calcium phosphate, magnesium phosphate, aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, etc. You may blend. However, since the biodegradability is lowered, it is desirably 20% by volume or less, preferably 5% by volume or less. Furthermore, you may mix | blend an antistatic agent, a flame retardant, a lubricant, antioxidant, a ultraviolet absorber, a dye content, etc.

本発明の被覆ポリトリメチレンテレフタレートは、先ず、厚み0.01〜0.8mmのフイルム状に成形後、所望の各種形状に再成形することによってポリトリメチレンテレフタレート成形品が得られる。得られた成形品は、さらに真空チャンバー内に装入し、プラズマCVD法又はPVD法などにより、表面もしくは内部に上述するようなDLC又は二酸化珪素の被膜をコーティングするものである。
コーティング手法は、それぞれ特徴があるが、プラズマCVD法では、炭素源となるガス、例えばメタン、エタン、プロパン、アセチレン、ベンゼン、アルコールなどを必須とし、さらに水素、アルゴン、キセノンなどの導入ガスを混合し、1.33〜0.13Pa程度の真空中で電圧を印加してプラズマを形成させ、ポリトリメチレンテレフタレート成形品表面に被膜を形成させるものである。SP2/SP3混合結晶被膜を形成するためには、炭素源となるガス種の比率を高くし、さらに真空度、印加電圧、ガス流量によって制御するものである。
The coated polytrimethylene terephthalate of the present invention is first molded into a film having a thickness of 0.01 to 0.8 mm, and then molded into various desired shapes to obtain a molded product of polytrimethylene terephthalate. The obtained molded article is further charged into a vacuum chamber, and the above-described DLC or silicon dioxide film is coated on the surface or inside thereof by a plasma CVD method or a PVD method.
Each coating method has its characteristics, but in plasma CVD method, carbon source gas, for example, methane, ethane, propane, acetylene, benzene, alcohol, etc. are essential, and introduction gas such as hydrogen, argon, xenon is mixed. Then, a voltage is applied in a vacuum of about 1.33 to 0.13 Pa to form plasma, and a film is formed on the surface of the molded product of polytrimethylene terephthalate. In order to form the SP2 / SP3 mixed crystal film, the ratio of the gas species serving as the carbon source is increased and further controlled by the degree of vacuum, the applied voltage, and the gas flow rate.

被膜構成は、SP2結合がSP3結合より多い場合は耐摩耗性が低下するものの、応力を分散する効果が発揮されるため、下地ポリトリメチレンテレフタレート成形品との密着性が向上するため好ましい。さらに、高い密着性が要求される用途においては、周期律表の4a、5a、6a族金属、Si、Al及びこれら金属の炭化物の中から選ばれる少なくとも一種を下地層とすることが好ましい。また、それら金属及び金属炭化物と炭素皮膜を積層することで、炭素皮膜中の圧縮残留応力が緩和され、結果として厚膜が得られるため好ましい。
なお、金属及び金属炭化物の形成は、金属の塩化物やフッ化物の気化及びアルゴンなどによりバブリングを行ってもよく、水素化物などの導入ガスをイオン化することによって被膜としてポリトリメチレンテレフタレート成形品表面に形成し、同時に炭素源を混在させることによって金属炭化物を形成してもよい。
The coating composition is preferable because the effect of dispersing the stress is exhibited when the SP2 bond is greater than the SP3 bond, but the effect of dispersing the stress is exhibited, and the adhesion with the underlying polytrimethylene terephthalate molded article is improved. Furthermore, in applications where high adhesion is required, it is preferable that at least one selected from the group 4a, 5a, and 6a metals of the periodic table, Si, Al, and carbides of these metals be the underlayer. In addition, by laminating these metals and metal carbides and a carbon film, the compressive residual stress in the carbon film is relaxed, and as a result, a thick film is obtained, which is preferable.
The metal and metal carbide may be formed by vaporizing metal chloride or fluoride and bubbling with argon or the like, and ionizing the introduced gas such as hydride to form a polytrimethylene terephthalate molded article surface. The metal carbide may be formed by mixing the carbon source at the same time.

上記被膜の厚さは、0.01μmより薄くては被膜として機能せず、10μmより厚くては被膜自身の圧縮残留応力によって剥離しやすくなるため、0.01μm以上10μm以下と定めた。
炭素皮膜は、炭素のみから形成するよりも水素を3〜40体積%含有することによって平滑性、緻密性、反応性がすぐれるため好ましい。
被覆ポリトリメチレンテレフタレートは、容器及び記録媒体では、特にその環境性が要求されるため好ましい。
If the thickness of the coating film is less than 0.01 μm, it does not function as a coating film, and if it is thicker than 10 μm, it tends to peel due to the compressive residual stress of the coating film itself.
The carbon film is preferable because it contains 3 to 40% by volume of hydrogen rather than being formed only from carbon, because smoothness, denseness, and reactivity are excellent.
Coated polytrimethylene terephthalate is preferable for containers and recording media because its environmental properties are particularly required.

以下に参考例及び実施例に基づき、本発明の実施の態様を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below based on reference examples and examples, but the present invention is not limited thereto.

〔参考例1〕
PTTのプラスチックボトル(容器厚さ:300μm)をプラズマ処理装置の真空容器内に入れ、真空容器内の圧力を0.55Paのアルゴンとエタンの混合ガス雰囲気に保ち、1kVの負の電圧を印加したところ、エタンはグロー放電のプラズマ中で電離され、イオン化してPTTボトル表面にダイヤモンド様カーボン(DLC)の表面改質を行うことができた。このボトル表面をFT−IRで測定した結果、プラズマ処理する前に認められた、1730cm−1のエステルの吸収がプラズマ処理後は認められなくなり、ESCAによる表面分析では、殆どが炭素のシグナルであった。また、走査プローブ顕微鏡(SPM)で表面を測定した結果、結晶部と非晶部が共存していることが認められた。この膜表面を改質したボトルの側面をカッターナイフで切り出して物性測定の試料とし、その物性の変化を下記の項目について測定して確認した。比較試料としてプラズマ処理しないPTTボトルおよび同じ容器厚さを有するPETボトルを用いた。
なお、表面鉛筆硬度試験は、DLC被膜を形成させた素材表面に6Bから6Hにわたる硬度の異なった鉛筆を用いて書き込み、素材に凹みが生じない鉛筆の硬度を示したものである。生分解性試験は、ASTM試験のD5271−93によるBOD測定により測定値を大、中、小で易分解性から非分解性を段階的に示した。
[Reference Example 1]
A plastic bottle (container thickness: 300 μm) of PTT was placed in a vacuum vessel of a plasma processing apparatus, and a negative voltage of 1 kV was applied while maintaining the pressure in the vacuum vessel in a mixed gas atmosphere of argon and ethane of 0.55 Pa. However, ethane was ionized and ionized in glow discharge plasma, and surface modification of diamond-like carbon (DLC) could be performed on the surface of the PTT bottle. As a result of measuring the bottle surface by FT-IR, the absorption of 1730 cm −1 ester, which was observed before the plasma treatment, was not observed after the plasma treatment, and in the surface analysis by ESCA, most of the signals were carbon signals. It was. Moreover, as a result of measuring the surface with a scanning probe microscope (SPM), it was confirmed that a crystal part and an amorphous part coexist. The side of the bottle whose surface was modified was cut out with a cutter knife to make a sample for measuring physical properties, and changes in the physical properties were measured and confirmed for the following items. As a comparative sample, a PTT bottle not subjected to plasma treatment and a PET bottle having the same container thickness were used.
Note that the surface pencil hardness test shows the hardness of a pencil that does not cause dents on the surface of the material on which the DLC film is formed using pencils having different hardnesses ranging from 6B to 6H. In the biodegradability test, measured values were large, medium, and small by BOD measurement according to ASTM test D5271-93, and showed gradually from non-degradable to easily degradable.

[表1]
PTT、表面改質PPTと競合樹脂(PET)の物性比較
物性 PTT DLC改質PTT PET
引っ張り強度(Mpa) 67.6 66.5 72.5
曲げ弾性率(Gpa) 2.76 2.43 3.11
アイゾット衝撃強度(J/m) 48 46 37
成形収縮率(m/m) 0.020 0.020 0.030
融点(゜C) 225 225 265
ガラス転移点(゜C) 45〜75 45〜76 80
表面鉛筆硬度 HB 6H 5H
生分解性試験 大 大 小
[Table 1]
Comparison of physical properties of PTT, surface modified PPT and competitive resin (PET)
Physical properties PTT DLC modified PTT PET
Tensile strength (Mpa) 67.6 66.5 72.5
Flexural modulus (Gpa) 2.76 2.43 3.11
Izod impact strength (J / m) 48 46 37
Mold shrinkage (m / m) 0.020 0.020 0.030
Melting point (° C) 225 225 265
Glass transition point (° C) 45-75 45-76 80
Surface pencil hardness HB 6H 5H
Biodegradability test Large Large Small

この試験の結果、DLC改質したPTTボトルは、耐衝撃試験においてDLC被膜が剥離することなくPETボトルよりも優れ、表面硬度が向上していることが明らかになった。さらに、表面をDLC改質したPTTボトルは、PTTボトルの大きな特徴である生分解性が保たれ、DLC改質したPTTボトルを使用することによってボトル使用後の環境汚染に貢献できることが明らかになった。   As a result of this test, it was revealed that the DLC-modified PTT bottle was superior to the PET bottle and had improved surface hardness without peeling off the DLC coating in the impact resistance test. Furthermore, it became clear that the PTT bottle with the DLC modified surface retains the biodegradability, which is a major feature of the PTT bottle, and can contribute to environmental pollution after using the bottle by using the DTT modified PTT bottle. It was.

〔参考例2〕
PTTとPETを素材とする二者のフイルム(厚さ:500μm)を用いて、それぞれプラズマ処理装置の真空容器内に入れ、真空容器内の圧力を0.8Paとしてアルゴンとメタンが2対1の混合ガス雰囲気中でプラズマ放電して、DLC被膜を形成させた。この二つの膜について、DLC膜と素材との密着性をゴバン目試験及びエリキセン試験により確認した。
なお、ゴバン目試験は、素材に密着しているDLC被膜に1mm間隔で素材に至る縦横10本の切り込み線を入れ、その上からセロテープ(登録商標、ニチバン株式会社)を十分付着させた後、瞬時にセロテープ(同)を剥がしたときに素材に残留する1mm四方のDLC被膜の数を示している。
また、エリキセン試験は、フイルムを装置に設置し、フイルムの裏面から先端が球形のノズルを押し込んだ時にDLC膜が素地から剥離するノズルの押し込み距離を示す。したがって、押し込み移動距離が大きくなるほど層間付着が良好であることを示す。
[Reference Example 2]
Using two films (thickness: 500 μm) made of PTT and PET, each is put into a vacuum vessel of a plasma processing apparatus, the pressure inside the vacuum vessel is 0.8 Pa, and argon and methane are 2 to 1 Plasma discharge was performed in a mixed gas atmosphere to form a DLC film. About these two films | membranes, the adhesiveness of a DLC film | membrane and a raw material was confirmed by the Goban eye test and the elixir test.
In addition, the gobang eye test was performed by putting 10 vertical and horizontal incision lines leading to the material at 1 mm intervals in the DLC film that is in close contact with the material, and then sufficiently attaching cello tape (registered trademark, Nichiban Co., Ltd.) on it. The number of 1 mm square DLC coatings remaining on the material when the cellophane tape (same) is peeled off instantaneously is shown.
The elixir test shows the indentation distance of the nozzle where the DLC film peels from the substrate when the film is installed in the apparatus and a nozzle having a spherical tip is pushed in from the back side of the film. Therefore, it indicates that the interlayer adhesion is better as the pushing movement distance is larger.

表2にPTTのPETとの比較した層間付着試験結果を示す。   Table 2 shows the results of interlayer adhesion test compared with PTT PET.

[表2]
PTT及びPET素材とDLC被膜の密着性比較
試験 素材 PTT PET
ゴバン目試験 100 72
エリキセン試験(mm) 8.58 4.36
DLC被膜表面硬度 6H 6H
[Table 2]
Comparison of adhesion between PTT and PET materials and DLC coating
Test material PTT PET
Gobang Eye Test 100 72
Erichsen test (mm) 8.58 4.36
DLC coating surface hardness 6H 6H

〔実施例1〕
上記参考例1及び2の反応容器及び反応条件を採用し、テトラメチルシラン(TMS)と酸素ガスを使用する。すなわち、ポリトリメチレンテレフタレートの基板にTMSと酸素ガスとの比を1対1とした雰囲気の中で低温プラズマを発生させた結果、ポリトリメチレンテレフタレートの表面の硬度はプラズマ照射する前の基板と比べて著しく大きくなった。このプラズマ処理したポリトリメチレンテレフタレートの表面をESCAで分析すると珪素及び酸素のスペクトルが検出され、PTTフイルムの表面に二酸化珪素被膜を形成していることを確認した。さらに、このPTTの表面をArイオンで深度10μmまでスパッタリングして除去後、その表面を同じくESCAで表面分析すると、先に検出されたSiスペクトルは観察されず、炭素及び酸素のスペクトルが検出された。このことから、SiO2は、PTTの表面に被膜を形成していることが確認された。
[Example 1]
The reaction vessel and reaction conditions of Reference Examples 1 and 2 are adopted, and tetramethylsilane (TMS) and oxygen gas are used. That is, as a result of generating low-temperature plasma in an atmosphere in which the ratio of TMS to oxygen gas is 1: 1 on the polytrimethylene terephthalate substrate, the surface hardness of the polytrimethylene terephthalate is the same as that of the substrate before plasma irradiation. It was significantly larger than that. When the surface of this plasma-treated polytrimethylene terephthalate was analyzed by ESCA, a spectrum of silicon and oxygen was detected, and it was confirmed that a silicon dioxide film was formed on the surface of the PTT film. Further, after removing the surface of this PTT by sputtering with Ar ions to a depth of 10 μm, when the surface was similarly subjected to surface analysis by ESCA, the previously detected Si spectrum was not observed, but the spectra of carbon and oxygen were detected. . From this, it was confirmed that SiO2 formed a film on the surface of PTT.

Claims (1)

基材の表面に二酸化珪素からなる硬質膜を被覆した研磨剤、保護具、医療器具、包装容器又は摺動部材であることを特徴とする被覆ポリトリメチレンテレフタレート製品。
A coated polytrimethylene terephthalate product comprising an abrasive, a protective device, a medical device, a packaging container, or a sliding member in which a hard film made of silicon dioxide is coated on the surface of a substrate .
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