JP4229421B2 - Method for modifying polymer material and use thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子材料の改質方法に関する。特に、高分子材料の強度を低下させずに、吸水性や接着性等を向上させる改質方法に関する。また本発明はかかる改質方法により得られる高分子材料およびその用途に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン材料は、軽さ、強さ、耐薬品性等に優れており、フィルム、不織布、自動車部品・電気機器部品などの成形品に広く使用されている。しかし、ポリオレフィン材料はその化学構造に起因して極性が低く、また結晶性が高いために、親水性に乏しく、かつ化学的改質を受け難いという特性がある。これらの材料の親水性や接着性を改善するために、従来からオゾン処理、プラズマ処理、紫外線照射処理、高圧放電処理、コロナ放電処理、サンドブラスト処理、溶剤エッチング処理、クロム混酸処理、火炎処理等の各種表面活性化処理を施すことが試みられてきた。しかし、これらの表面処理を行っても、水を自重の数倍吸収するほどの吸水性を付与するまでには至らない。
例えば、オゾン酸化処理を施すことによって、メッキ性、塗装性、接着性を改良する方法が検討された(特公平3−103448号公報)。しかし、オゾン処理のみで所望の表面特性を付与しようとすると、オゾン処理を過酷にしなければならず被処理物の強度低下が著しくなるため実用に供さなくなってしまうという問題がある。また、オゾン酸化処理のみでは吸水性を十分に付与することはできない。その他の上記処理方法はいずれも強度低下を伴わずに高活性化することが困難であること、設備費用がかさむこと、廃棄物処理負担などの問題がある。
【0003】
上記のような高分子材料の表面を直接活性化する方法の他に、高分子材料の表面に、活性の高い成分から成る層を形成させる方法が提案されている。例えば、ポリオレフィン繊維の不織布にエステル結合を有するビニルモノマーをグラフト重合させた後、このエステル結合を加水分解させて酸基を生成させることで親水性やイオン交換能をもたせる方法も提案されている(特開平11−7937号公報)。しかしながら、開示されている方法によりポリオレフィン繊維やフィルムにビニルモノマーのグラフト化を行っても親水性を付与するのに十分な量をグラフトさせることは容易ではないという問題がある。またグラフト重合後にさらに加水分解する必要もあり、手間がかかるという問題がある。
【0004】
一方、ポリオレフィン繊維からなる不織布を過硫酸塩の存在下に親水性樹脂で処理することにより親水性を付与する方法が提案された(特開平11−67183号公報)。この方法では不織布については実用的レベルまでの親水性を付与することができたが、親水性の耐久力は必ずしも十分とはいえないものであった。例えば、洗剤で加熱洗浄すると、親水性はかなり失われる。また、不織布以外のフィルムや成型品を処理した場合には十分な親水性を付与できず、あるいは接着剤による接着性を改良することができなかった。
不織布をポリビニルアルコールで被覆して親水性を付与する方法も知られている(特開平1−248460号公報)。しかし得られる被覆物は親水性は高いものの、単なる被覆であるため親水性の耐久力が充分ではないという問題がある。
【0005】
また、本発明者は先に、高分子材料の表面を活性化処理した後、アクリルアミドなどのモノマーをグラフト重合させ、あるいはさらにグラフト化した化合物のアミド基をホフマン転移させることにより、特に染色性を改良した高分子材料の表面改質方法を提案した(特開平8−109228号公報)。この方法を基本として、親水性を付与した高分子材料を製造することができるが、この方法では処理する高分子材料の種類に限界があった。
さらに本発明者は、高分子材料を、(1)活性化処理する工程および(2)親水性高分子で処理する工程の順に処理すること。または、高分子材料を、(1)活性化処理する工程(2)親水性高分子で処理する工程および(3)単量体のグラフト化工程の順に処理すること、または、高分子材料を、(1)溶剤処理工程、(2)活性化処理する工程および(3)親水性高分子で処理する工程の順に処理すること、を特徴とする高分子材料の改質方法を提案した(特願平11-375055、PCT/JP00/090420)。
これらの方法によれば、優れた親水性を付与した高分子材料を安価で容易に製造することができる。しかし、安定剤や酸化防止剤等の添加剤を含んだ高分子材料の成形物を処理して強力な耐久性のある親水性を求める際に、これら添加剤が活性化処理の効果を低減させる場合がある。
【0006】
以上のような技術的要請は、ポリオレフィンのみならず、それよりも表面活性に優れた他の高分子材料に関しても存在する。たとえば、その高分子本来の表面性質を改質して所望の表面性質を付与することが求められる場合がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記欠点を克服することを目的とし、材料の強度低下を伴わず、かつ耐久性に優れた高分子材料の表面改質方法を提供することにある。
また、本発明は、このように改質した材料からなる医療・衛生・化粧用品、すなわち、使い捨てオムツ、生理用品、包帯、ガーゼ、消毒用貼付け布、各種清潔用途・洗顔パック、ナプキン等のための吸水材料、農業・乾燥地緑地化材料等の保水材料、微生物培地材料、合成紙、濾過材、拭き取り清掃用材料、歯列矯正用ブラケット、医療用機器材料(人工臓器、関節、各種の管状、糸状、板状の成型品)、接着性が改良された高分子材料および高分子材料との複合材料等を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の目的を達成するために種々の高分子材料について表面改質方法を鋭意検討した結果、含浸処理、活性化処理、ビニル単量体のグラフト化および親水性高分子による処理を組み合わせることが有効であることを見いだして本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、高分子材料の表面を、(1)該高分子材料に対して含浸性のある化合物に接触させ、表面から1000ミクロン以内の含浸量が0.1〜40重量%(対高分子材料)の範囲で含浸させ、かつ材料の形状を実質的に変化させない含浸処理工程、(2)該高分子材料の表面にカルボニル基を導入する活性化処理工程、および(3)触媒、開始剤、加熱、紫外線照射の少なくともひとつの存在下に単量体をグラフト化する工程により、この順に処理することを特徴とする高分子材料の改質方法に関するものである。
【0009】
または、本発明は、高分子材料の表面を、(1)該高分子材料に対して含浸性のある化合物に接触させ、表面から1000ミクロン以内の含浸量が0.1〜40重量%(対高分子材料)の範囲で含浸させ、かつ材料の形状を実質的に変化させない含浸処理工程、(2)該高分子材料表面にカルボニル基を導入する活性化処理工程、(3)触媒または開始剤の存在下または非存在下に親水性高分子の溶液で処理する工程により、この順に処理することを特徴とする高分子材料の改質方法に関するものである。
【0010】
または、本発明は、高分子材料の表面を、(1)該高分子材料に対して含浸性のある化合物に接触させ、表面から1000ミクロン以内の含浸量が0.1〜40重量%(対高分子材料)の範囲で含浸させ、かつ材料の形状を実質的に変化させない含浸処理工程、(2)該高分子材料表面にカルボニル基を導入する活性化処理工程、(3)触媒または開始剤の存在下または非存在下に親水性高分子の溶液で処理する工程、および(4)触媒、開始剤、加熱、紫外線照射の少なくともひとつの存在下に単量体をグラフト化する工程により、この順に処理することを特徴とする高分子材料の改質方法に関するものである。
【0011】
または、本発明は、かかる改質方法により得られた表面が改質された高分子材料およびこれを使用した吸水材料、保水材料、微生物培地用材料、合成紙、濾過材、拭き取り清掃用布、使い捨て医療・衛生・化粧用品(オムツ、生理用品、包帯、ガーゼ、ナプキン、テープ、その他の医療・衛生用品、各種清潔用途・洗顔パック等の化粧用品等)、接着性改良材料、歯列矯正用ブラケット、医療用機器材料(人工臓器、管、糸、板状の成型品)等に関するものである。
【0012】
【発明の実施の態様】
以下に、本発明を詳細に説明する。
(高分子材料)
本発明において用いられ高分子材料とは、高分子の単独材料、混合材料もしくはこれらの改質物、またはこれらの高分子材料とガラス、金属、炭素材料等との混合または複合により得られた材料に含まれる高分子材料を意味する。合成高分子としては、熱可塑性高分子および熱硬化性高分子のいずれも用いることができる。合成法としては各種方法が例示されるが、本発明の高分子材料には、これらのいずれの方法により得られる合成高分子も含まれる。例えば、(1)付加重合体:オレフィン、オレフィン以外のビニル化合物、ビニリデン化合物およびその他の炭素−炭素二重結合を有する化合物からなる群から選ばれる単量体の単独重合体または共重合体、またはこれらの単独重合体もしくは共重合体の混合物あるいは改質物、(2)重縮合体:ポリエステル、ポリアミドなど、またはこれらの重合体の混合物あるいは改質物、(3)付加縮合体:フェノール樹脂(カイノール:商品名、日本カイノール(株)製を含む)、尿素樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂など、またはこれらの重合体の混合物あるいは改質物、(4)重付加生成物:ポリウレタン、ポリ尿素など、またはこれらの重合体の混合物あるいは改質物、(5)開環重合体:シクロプロパン、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ラクトン、ラクタムなどの単独重合体または共重合体、またはこれらの単独重合体もしくは共重合体の混合物あるいは改質物、(6)環化重合体:ジビニル化合物(例えば:1,4−ペンタジエン)やジイン化合物(例えば:1,6−ヘプタジイン)などの単独重合体または共重合体、またはこれらの単独重合体もしくは共重合体の混合物あるいは改質物、(7)異性化重合体:例えばエチレンとイソブテンの交互共重合体など、(8)電解重合体:ピロール、アニリン、アセチレンなどの単独重合体または共重合体、またはこれらの単独重合体もしくは共重合体の混合物あるいは改質物、(9)アルデヒドやケトンのポリマー、(10)ポリエーテルスルホン、(11)ポリペプチド、などが挙げられる。天然高分子としては、セルロース、タンパク質、多糖類等の単独物または混合物やこれらの改質物等が挙げられる。
【0013】
本発明においては、特に前記の付加重合体が好ましく用いられる。付加重合体を構成する単量体は特に限定されないが、オレフィンとしては、エチレン、プロピレン、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1、4−メチル−ペンテン−1、オクテン−1等の任意のα−オレフィンの単独重合体もしくはこれらの2種以上の共重合体、またはこれらの単独重合体および/または共重合体の混合物を適宜使用することができる。
本発明においてオレフィン以外のビニル化合物とは、ビニル基を有する化合物であり、例えば、塩化ビニル、スチレン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸またはメタクリル酸のエステル、酢酸ビニル、ビニルエーテル類、ビニルカルバゾール、アクリロニトリル等が挙げられる。オレフィン以外のビニリデン化合物とはビニリデン基を含む化合物であり、塩化ビニリデン、ふっ化ビニリデン、イソブチレン等が挙げられる。
オレフィン、ビニル化合物、ビニリデン化合物以外の炭素−炭素二重結合を有する化合物としては、無水マレイン酸、無水ピロメリット酸、2−ブテン酸、四ふっ化エチレン、三ふっ化塩化エチレン等および二重結合を2個以上含む化合物、例えばブタジエン、イソプレン、クロロプレン等が挙げられる。
【0014】
好ましい付加重合体は、これらの単量体の単独重合体もしくは2種以上の単量体の共重合体またはこれらの重合体の混合物を適宜使用することができる。特に好ましくは、ポリエチレン、エチレンと他のα−オレフィンの共重合体、ポリプロピレン、プロピレンと他のα−オレフィンとの共重合体である。共重合体としてはランダム共重合体、ブロック共重合体を含む。
本発明においては、特に処理の困難といわれるポリオレフィンに親水性等を付与するのに有効であるため、高分子材料としてポリオレフィンが好ましく用いられる。
【0015】
ポリオレフィン以外の高分子材料としては、オレフィン以外のビニル化合物、ビニリデン化合物およびその他の炭素−炭素二重結合を有する化合物から成る群から選ばれる少なくとも1種の単量体の単独重合体または共重合体、例えば、ポリメタクリル酸エステル樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリル共重合体(アクリル系繊維およびそれらの成形物、ABS樹脂等)、ブタジエンを含む共重合体(合成ゴム)等、およびポリアミド(ナイロンを始めとする脂肪族ポリアミドおよび芳香族ポリアミドを含む)、ポリエステル(ポリエチレンテレフタレートや脂肪族および全芳香族ポリエステルを含む)、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリベンゾエート、ポリエーテルスルホン、ポロアセタール、各種合成ゴムなどが好ましく用いられる。
【0016】
上記以外の高分子化合物としては、例えば、ポリアセタール、ポリフェノール、ポリフェニレンエーテル、ポリアルキルパラオキシベンゾエート、ポリイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリ−p−フェニレンベンゾビスチアゾール、ポリ−p−フェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンズオキサゾール、繊維ではアセテート、再生セルロース繊維(レーヨン、キュプラ、ポリノジック等)、ビニロン、ビニルアルコールと塩化ビニルの共重合体の繊維(ポリクラール、商品名:コーデラン等)、などを例示することができる。さらに、炭素繊維や木綿、麻その他の植物繊維、絹、羊毛等の動物性繊維等の天然繊維も使用できる。また、これらの高分子材料の複数を混合または複合したものも好ましく使用できる。
本発明において用いられる高分子材料は上記したものに限られず、すべての高分子化合物に適用することができる。
【0017】
高分子材料は、酸化防止剤、安定剤、造核剤、難燃剤、充填剤、発泡剤、帯電防止剤、その他の高分子材料に通常添加される各種添加剤を含有しても差し支えない。一般には、酸化防止剤等の安定剤は表面活性化の障害となるので、その存在が好ましくないとされており、無添加材料を用意するか、安定剤を除去する等の対策が望ましいとされている。これに対して、本発明は、高分子材料が安定剤等の添加剤を含有している場合にも効果的な表面改質を達成できるものである。したがって、通常の製法で得られた成形体を、高分子材料としてそのまま使用できる。
【0018】
本発明において、改質処理を施す高分子材料の成形物の形態には特に制限はない。例えば、繊維、織物、不織布、布、板、フィルム、シート、管、棒、中空容器、箱、発泡体、積層体のいずれの形態でも使用することできる。特に、吸水性改善の観点からは繊維、織物、不織布、布、フィルム、シートなどの成形物は容易に処理できる。特に、フィルターや合成紙用に製造された多孔性のフィルムおよびシートは、耐久性のある有効な親水化処理ができる。また、あらかじめ所定の形状に成形した部材・部品用の成形体に本発明の処理方法を施すことにより、従来使用できなかった高分子材料を使用可能にした。各種プラスチック製品(ボルト、ナット、チェーン、電気器具の部品、キャップ、カバー等)などについても、本発明によって、親水化させることにより、濡れ性や接着性が向上し、また帯電性が軽減される。
繊維や繊維製品としては、各種繊維やこれらの織物や不織布などが好ましく使用できる。繊維の形態は単一成分からなる繊維、複数種の繊維の混合物、混紡繊維、複合繊維(芯鞘型、並列型、多芯型、多島海型、放射型等)のいずれであってもよい。
【0019】
高分子材料の表面改質を行うに当たり、高分子材料の表面を適当な液体で洗浄して不純物を除去しておくことが好ましい。例えば、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどはアルコールまたはトルエンで洗浄することが好ましく行われる。アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリカーボネート、ポリウレタンなどはアルコールで洗浄するのが好ましい。レーヨン、キュプラなどのセルロース系材料は洗剤で洗浄後、アルコールで洗浄するのが好ましい。
【0020】
(含浸処理)
含浸処理とは、高分子材料に親和性のある化合物をそのままかまたは溶液もしくは分散液として用い、高分子材料とその軟化点以下の温度で接触させて、該化合物を表面から含浸させる方法である。このとき、高分子材料は実質的に変形しない。この目的で用いられる化合物を含浸剤と呼ぶ。この含浸処理工程は含浸剤が高分子化合物の非結晶領域にしみ込んで、材料内部に隙間をつくる工程と言える。次に施す活性化処理、グラフト化処理等を容易にする作用がある。含浸された含浸剤は、後続の処理工程後の洗浄によって除去される。
高分子材料に対する含浸剤の含浸量の好ましい範囲を重量増加率で示すと、高分子材料の厚さが1000ミクロン未満の場合に0.1〜40重量%であり、材料の厚さが1000ミクロン以上の場合、材料の表面から深さ1000ミクロン以内の材料部分について0.1〜40重量%である。厚さや直径が20mm以下程度の高分子材料の場合、簡便的には、含浸量が0.1〜10重量%程度が好ましい。
【0021】
含浸剤として使用できる化合物は、高分子材料に親和性のある化合物であれば、有機・無機を問わず、また気体、液体、固体のいずれであっても使用できる。液体含浸剤は、そのままもしくは他の液体との溶液、分散液等の混合物として、固体であれば、その溶液または分散液、乳化液として、あるいは気体の場合にはそのまま使用できる。本発明における含浸剤はいわゆる溶剤を包含するものであるがこれに限定されるものではない。
含浸剤は、被処理高分子材料の種類に対応して選択する。合成繊維、特にポリエステル系合成繊維のキャリアー染色に使用される化合物や市販のキャリアー染色用助剤は好ましく使用できる。また、それに相当する多種の化合物も使用できる。これらは、ポリエステル以外にもポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアクリル酸樹脂、ポリウレタンなどの広範な高分子材料に適用できる。この例としては、ジフェニル、オルトまたはパラヒドロキシビフェニル、他のジフェニル誘導体、または、サリチル酸ナトリウムまたはその誘導体、ハロゲン化芳香族化合物(例えば、モノ、ジまたはトリクロロベンゼン)等これらについてはヘキサンやメタノールなどを溶媒とした有機液体溶液、水分散液または界面活性剤を用いた乳化液として用いることができる。
または、高分子材料に親和性のある有機液体を含浸剤として用いることもできる。この場合の有機液体の選択の目安は、処理すべき高分子材料の溶解度パラメータ(SP値)の近い単一の液体または複数の液体の混合物である。高分子の溶解度パラメーターより、+2または−2程度の差のある溶剤で処理するのが好ましい。これ以内の差の溶剤では低温で短時間に処理すれば使用できる。高分子の表面にしみ込むだけで、溶解させないこと。高温で溶解性のある有機溶剤でも、溶解性を示さない低温で短時間に処理すれば使用できる。
液体含浸剤の例として、ポリプロピレンの場合は、トルエン、キシレン、デカリン、テトラリン、シクロヘキサン、ジクロロエタン1容とエタノール4容の混合物等、ポリエチレンには、トルエン、キシレン、α−クロルナフタレン、ジクロロベンゼン1容とメタノール2容の混合物、ポリスチレンには、トルエン1容とメタノール10容、ポリエチレンテレフタレートには、フェノール1容とヘキサン10容の混合物等を使用できる。
【0022】
含浸処理の温度や時間等の条件は、材料の形状によって適宜選択する。例えば、繊維の直径5〜10μm程度のポリオレフィン繊維からなる不織布の場合、室温の含浸剤(例えばトルエン)に2分間浸漬して、遠心脱水機(回転数500〜2000回/分)にかけて含浸剤を振り切り、表面の含浸剤が見掛け上乾燥した状態になったら終了とする。ポリオレフィンのフィルム、板および成型品(厚さが2〜5mm程度)の場合は、室温〜70℃の含浸剤に5〜30分間程度浸漬してから、上述のように脱液する。これらの場合の含浸重量率は1から10重量%程度である。
羊毛の場合は、炭酸ナトリウム水溶液とメタノールの混合物等に室温で1〜10分浸漬してからメタノールですすいで遠心分離器で脱液する。
フィルムや板のように表面積の大きい成形物、あるいは酸化防止剤その他の添加剤を多く含むような材料である場合は本含浸処理は効果的である。
【0023】
(活性化処理工程)
本発明における高分子材料を活性化処理する工程とは、材料表面にカルボニル基を導入するための処理を意味する。カルボニル基以外に、酸素あるいは窒素などを含む官能基または不飽和結合等を導入することも含む。活性化処理の好ましい方法は、プラズマ処理、オゾン処理、紫外線照射処理、コロナ放電処理、高圧放電処理等の各種処理である。本発明の目的には、いずれも公知の設備を用いることができる。活性化処理の程度は、改質の目的に応じて適宜調節するが、本発明においては、カルボニル基の導入が確認できる最小限の活性化処理が好ましい。従来提案されている活性化処理方法では本発明の目的には過剰な処理である場合が多い。判断の目安として、処理した高分子材料の赤外線吸収スペクトルの測定が有効である。例えば、導入されたカルボニル基に基づく吸収の吸光度と未変化の結晶部分の構造に基づく吸収の吸光度の比を、ベースライン法により求めて、酸化の程度を知ることができる。例えば、ポリプロピレンの場合には導入されたカルボニル基に基づく1710cm−1付近の吸光度と未変化の結晶部分メチル基に基づく吸収の973cm−1での吸光度の比が0.2以下程度であることが好ましい。
活性化処理条件の設定の好ましい方法は、あらかじめ目的とする高分子材料について処理時間とカルボニル吸収の関係を求めておき、この関係式に基づいて、材料強度の低下を伴わない程度の活性化処理条件を定める。赤外吸収スペクトル法で検知できる最小限のカルボニル基が存在する場合であっても強度低下が生じる場合は、この関係式に基づいて赤外吸収で測定できない吸光度に対応する時間へ内挿して適切な処理時間を求める。このようにすることで、材料強度の低下を伴わずに有効な表面活性化処理が達成できる。
【0024】
(オゾン処理)
オゾン処理は、高分子材料の表面をオゾン分子と接触させて、酸化反応を主とする改質反応を行うことを目的としている。オゾン処理は、高分子材料をオゾンに暴露することによって行われる。暴露方法は、オゾンが存在する雰囲気に所定時間保持する方法、オゾン気流中に所定時間暴露する方法等適宜の方法で行うことができる。オゾンは、空気、酸素ガスまたは酸素添加空気等の酸素含有気体をオゾン発生装置に供給することによって発生させることができる。得られたオゾン含有気体を、材料を保持してある容器、槽等に導入して、オゾン処理を行うことができる。オゾン含有気体中のオゾン濃度、暴露時間、暴露温度の諸条件は、高分子材料の種類、形状および表面改質の目的に応じて適宜定めることができる。通常は、酸素または空気の気流を用い、流量20ml〜10L/分で、10〜200g/mの濃度のオゾンを発生させて、温度10〜80℃、時間1分〜10時間で処理することができる。例えば、ポリプロピレンやポリ塩化ビニル繊維の場合は、オゾン濃度10〜40g/mで、室温下、10〜30分程度の処理が適当である。また、フィルム形状の場合は、オゾン濃度10〜80g/m程度で、室温下、20分〜3時間程度の処理が適当である。空気を用いた場合の発生オゾン濃度は、酸素を用いた場合の約50%程度となる。
オゾン処理により高分子材料の表面には酸化を主とする反応によって、ヒドロペルオキシ基(--O-OH)などが導入され、その一部は水酸基やカルボニル基等の官能基に変化すると推定される。
【0025】
(プラズマ処理)
プラズマ処理は、高分子材料をアルゴン、ネオン、ヘリウム、窒素、二酸化窒素、酸素あるいは空気等を含む容器内におき、グロー放電により生ずるプラズマにさらし、材料の表面に酸素、窒素などを含む官能基を導入することを目的とする。アルゴンやネオンなどの不活性ガスが低圧で存在する場合、高分子材料表面は発生したプラズマの攻撃を受け、その表面にラジカルが発生すると考えられる。その後、空気に晒されることにより、ラジカルは酸素と結合して、高分子材料表面には、カルボン酸基やカルボニル基、アミノ基などが導入されると考えられる。なお、微量の窒素、二酸化炭素、酸素または空気中でのプラズマ処理によって、直接、官能基が導入されると考えられる。プラズマ発生の放電形式は、(1)直流放電および低周波放電、(2)ラジオ波放電、(3)マイクロ波放電等に分類される。
【0026】
(紫外線照射処理)
紫外線照射処理は、空気中で高分子材料の表面に紫外線を照射する方法である。紫外線を照射する光源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ等を用いることができる。照射前に紫外線吸収性溶剤で高分子材料の表面を処理してもよい。紫外線の波長は適宜選択できるが、材料の劣化を少なくするためには、360nm付近または以下が好ましい。高分子材料に紫外線が照射されると、成形物の表面領域の二重結合等の化学構造に紫外線が吸収され、吸収されたエネルギーにより化学結合が切断され、生成したラジカルに空気中の酸素が結合し、中間に過酸化物構造を経由するなどして、カルボニル基、カルボキシル基等を生成すると考えられる。
【0027】
(高圧放電処理)
高圧放電処理は、トンネル状の処理装置内に処理される高分子材料を移動させるためのベルトコンベアーを設置し、高分子材料を移動させながら、処理装置の内側の壁面に多数付けられた電極間に数十万ボルトの高電圧を加え、空気中で放電させて処理する方法である。放電によって空気中の酸素と被処理物の表面が活性化され、高分子材料の表面に酸素が取り込まれ、極性基が生成すると考えられる。
【0028】
(コロナ放電処理)
コロナ放電処理は、接地された金属ロールとそれに数mmの間隔で置かれたナイフ状電極との間に数千ボルトの高電圧をかけてコロナ放電を発生させ、この放電中の電極−ロール間を被処理高分子材料を通過させる方法である。この方法はフィルムまたは薄様物の処理に適している。
【0029】
オゾン処理以外の方法は、材料に放射することによって表面を活性化するものであり、放射が当たらない影になる部分については工夫を要する。従って、不織布のような繊維集合体や、材料の形態によって影になる部分が存在する材料の全体を処理するにはオゾン処理が好ましい。また、オゾン処理は設備費等の面からも安価であり好適である。
【0030】
(単量体グラフト処理工程)
本発明においてグラフト化する単量体は、グラフト可能なものであれば制限はないが少なくとも1個の炭素−炭素二重結合を有する化合物、たとえばビニル化合物または類似の化合物が好ましい。単量体のうち、親水性単量体が好ましい。親水性単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、2−ブテン酸、エチレンスルホン酸、ヒドロキシアルキルアクリレート、ヒドロキシアルキルメタクリレート、アクリルアミド、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルカルバゾール、無水マレイン酸、無水ピロメリット酸からなる群から選ばれる少なくとも1種の単量体またはこれらの群から選ばれる少なくとも1種の単量体との混合物が好ましい。本発明において、耐薬品性と吸水性の点からは、アクリル酸またはメタクリル酸の使用が特に好ましい。
【0031】
さらに、親水性単量体よりも親水性の乏しい単量体であるアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、酢酸ビニル、スチレン等のビニルモノマー等も使用できる。親水性単量体のみを用いることが好ましいが、親水性単量体と親水性の乏しい単量体との混合物を用いることによって、グラフト化率が増大して、グラフトポリマー中に含まれる親水性単量体が材料の親水性を付与することができる場合がある。
【0032】
単量体のグラフト化は、(1)触媒または開始剤(以下総称して「開始剤」という。)の存在下に行う方法、(2)開始剤の存在下または不存在下に加熱する方法、または(3)触媒または開始剤の存在下または不存在下に紫外線照射を行う方法のいずれも好ましい。開始剤としては、過酸化物(過酸化ベンゾイル、t−ブチルヒドロキシペルオキシド、ジ−t−ブチルヒドロキシペルオキシド等)、硝酸二セリウムアンモニウム(IV)、過硫酸塩(過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなど)、酸化還元系開始剤(酸化剤:過硫酸塩、過酸化水素、ヒドロペルオキシドなどと、無機還元剤:銅塩、鉄塩、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなど、または有機還元剤:アルコール、アミン、シュウ酸などとの組み合わせ、および酸化剤:ヒドロペルオキシドなどと無機還元剤:銅塩、鉄塩、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなど、または有機還元剤:過酸化ジアルキル、過酸化ジアシルなどと還元剤:第三アミン、ナフテン酸塩、メルカプタン、有機金属化合物(トリエチルアルミニウム、トリエチルホウ素など)との組み合わせ)、その他の公知のラジカル重合開始剤などが挙げられる。
アクリル酸をモノマーとして用いる場合は、硝酸二セリウムアンモニウム(IV)や過硫酸カリウム等の水溶性の重合開始剤が好ましく用いられるが、過酸化ベンゾイルやN,N−アゾビスイソブチロニトリル等の非水溶性開始剤は、メタノールやアセトンに溶解して、水と混合して用いることができる。紫外線照射の場合には、触媒として、これらの重合開始剤の他に、ベンゾフェノンや過酸化水素などの光増感剤を加えても良い。
【0033】
単量体のグラフト化は、一般的なグラフト化方法を使用できる。具体例を以下に示す。
水溶性の開始剤の場合は水に必要量を溶解する。水不溶性の開始剤の場合は、アルコールやアセトンなどのような水と混合する有機溶剤(たとえばアセトン、メタノール等)に溶解してから、開始剤が析出しないように水と混合する。開始剤溶液に、活性化処理または後記する親水性高分子処理を施された材料を入れ単量体を加えてグラフト化を行う。処理容器内は必要に応じて窒素置換しておく。加熱グラフトさせる場合は、この反応混合物を適宜の温度で適宜の時間加熱する。または、紫外線照射の下でグラフトさせる場合は、適宜の温度、時間で紫外線照射を照射する。紫外線ランプは特に限定はないが、高圧水銀灯(例えば東芝(株)製、商品名:H400P)を用いることができる。波長は360nm付近の紫外線をフィルターでとり出してもよいが、全波長光を照射してもよい。
【0034】
単量体としてアミド基を有するビニル単量体を使用し、本発明者の特開平8−109228号に記載された方法よりアミド基をホフマン転移する方法も好ましく使用できる。
【0035】
(親水性高分子)
本発明において親水性高分子とは、水溶性高分子または易水溶性ではないが親水性を有する高分子を意味する。具体例としては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリ−α−ヒドロキシビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリ−α−ヒドロキシアクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール等が挙げられる。またこれらのスルホン化物も使用できる。他に、アルギン酸ナトリウム、デンプン、絹フィブロイン、絹セリシン、ゼラチン、各種タンパク質、多糖類等が挙げられる。
【0036】
(親水性高分子による処理)
活性化処理された高分子材料に親水性高分子処理をするに際しては、触媒もしくは開始剤の存在下に行うのが好ましい。触媒および開始剤は、単量体によるグラフト化の場合と同様のものを使用できる。
親水性高分子による処理工程においては、親水性高分子は溶液状態で使用するのが好ましい。水溶性高分子であれば水溶液として使用できる。水溶性に乏しい場合は適当な溶媒に溶解して使用する。以下に水溶性高分子を使用する場合について説明する。
開始剤の非存在下に水溶性高分子による処理を行う場合には、活性化処理を施された高分子材料を親水性高分子の水溶液中に入れ処理を行う。
開始剤の存在下に水溶性高分子による処理を行う場合には、先ず水溶性高分子の水溶液をつくり、水溶性の開始剤の場合は、ここに必要量を溶解する。水不溶性の開始剤の場合は、アルコールやアセトンなどのような水と混合する有機溶剤に溶解してから水溶性高分子の水溶液に加える。開始剤を加えた水溶性高分子の溶液に活性化処理を施した高分子材料を入れて処理を行う。処理容器内は窒素置換しておくことが望ましい。しかし簡易的には、窒素置換しておかなくても実用可能な処理はできる。
水溶性高分子と開始剤による処理の温度は特に制限はなく、通常10〜80℃、好ましくは60〜90℃が適当である。親水性の耐久力を良好にするため高い温度で長時間(例えば12時間程度)処理することも行われる。
【0037】
(用途)
本発明の方法で改質された高分子材料は、親水性、吸水性、保水性、接着性、などが大幅に改善され、その特性の耐久性が優れる。を活かして、各種用途に適用することが可能となる。また接着性にも優れているため、一般的な接着剤、例えば、でんぷん、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂系、ポリシアノアクリレート等によって、紙、木材、金属等に接着し得る。接着性を必要とする各種材料に適用できる。さらに本発明の改質方法は、特に改質の困難と言われるポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィンを始めとする多くの高分子材料に適用できる。ポリオレフィンの不織布、あるいはポリオレフィンと他の高分子からなる混合不織布については、自重の7〜10倍程度の吸水性を与えることが可能であり、さらに接着性、耐アルカリ性、耐酸性、耐酸化性に優れる。以下に各用途について説明するが、本発明の用途は以下に限定されるものではない。
【0038】
(1)拭き取り清掃用材料:
現在、主として、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、および合成繊維の複合繊維をベースに、親水性を持たせるためにレーヨンを混紡させた上で、界面活性剤を含む水溶液を含浸させたものが、家庭用の使い捨て清掃用材料またはワイパーとして市販されている。この使い捨て清掃用材料を、本発明の改質された吸水性高分子材料の繊維で製造すると、軽量かつ高強度で、吸水性および界面活性剤吸収性に優れるため、使用耐久性を増した製品が得られる。使用後、数回は、水洗することにより再利用が可能となる。
【0039】
(2)吸水材料:
本発明により製造された吸水性を有する高分子材料を意味する。
【0040】
(3)保水材料:
本発明により製造された親水化ポリオレフィン不織布は、植物に給水させるための保水材料として有用である。このための保水材料としての材料形状は、織布、不織布、または布の形状を有しない繊維、裁断された繊維状廃棄物でもよい。構成繊維の径は10〜500μm程度が使いやすい。
【0041】
(4)医療・衛生・化粧用品:
使い捨て仕様の各種用品を意味する。例示すると、オムツ、生理用品、包帯、ガーゼ、衛生ナプキン、消毒用貼付け布・テープ、その他の医療用品、各種清潔用途・洗顔パック・パッド等の化粧用品等が挙げられる。
使い捨てオムツまたは生理用品は、パルプ、デンプン、アクリル酸ポリマーなどを原料とした吸水性素材を内部に含み、外側は、尿、水分および血液等を透過しないように、撥水性のあるポリオレフィン不織布で覆われている。身体から出された水分は内側の親水化された不織布を透過して、内部の吸水性素材に吸収される。水分に強く、破れにくい材料として、親水化ポリオレフィン不織布は、最も望ましい素材である。しかし、内側に用いられる親水化不織布の親水化は水で容易に落ちる界面活性剤や水溶性の処理剤を含浸させているだけである。そのために、親水性に耐久性がなく、水で容易に流されてしまう。また、皮膚に対する界面活性剤の影響も問題である。そこで、安価で容易で、かつ、耐久性のある親水化技術が望まれるのである。本発明の親水化技術により得られる吸水・保水性ポリオレフィン材料は、使い捨てオムツまたは生理用品の内側縫製用の布として最適材料となる。また本発明によって高吸水性化した高分子材料は使い捨てオムツまたは生理用品の内部の吸水性材料にも用いられる。軽量かつ高強度で、安全性もあり、繰返し用途に耐えうるようになる。また本発明により得られる親水性または吸水性材料は、軽量かつ高強度で、洗剤、薬品、接着剤等を含浸させることができるため、ガーゼ、拭き取り用繊維製品、貼付け消毒用布・テープ、その他の化粧用品素材に適している。使い捨ての医療・衛生・化粧用品として用いる場合、その材料形状は、織布または不織布が好ましく、目付および厚さは適宜選定すればよい。ただし、織布または不織布の構成繊維の径は1〜500μm程度が使いやすい。
【0042】
(5)衣料、ベッド、布団などの内部材料:
本発明により得られる親水性または吸水性高分子材料は、軽量かつ高強度であり、吸水性をコントロールして、衣料用の繊維製品、ベッド、布団などの内部材料に適している。
【0043】
(6)濾過材:
ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリエステル等の疎水性素材製の多孔性のフィルムからなる濾過材は、紙製の濾過材と比べると、高強度であるが、親水化に乏しいために、水溶液の濾過には不適当である。現在、界面活性剤や水溶性高分子を塗布して、対応しているが、これらの親水化部分は濾過中に溶出して、耐久性に欠ける。このような疎水性材料からなる濾過材を、本発明の親水化処理を施すことによって、耐久性のある、吸水性の濾過材が得られる。
【0044】
(7)微生物培地用材料:
本発明により得られる吸水性材料は、吸水性、強度、微生物繁殖性に優れ、微生物培地用材料として最適である。微生物培地用材料の形状は、織布、不織布、または布の形状を有しない繊維、裁断された繊維状廃棄物でもよい。構成繊維の径は10〜500μm程度が使いやすい。
【0045】
(8)歯列矯正用ブラケット:
本発明による処理法により、高分子材料の接着性を改良できる。接着性を必要とする各種材料、複合材料および繊維強化プラスチックに配合する強化繊維に利用できるため、プラスチック製の歯列矯正用ブラケットと歯の接着性を改善できる。
【0046】
(9)医療用機器材料用部品:
人工血管、人工臓器、人工関節、管状、糸状、板状の高分子材料部品を意味する。これらの材料の親水性を改良して医療用としての適合性を改善できる。例えば人体または人体組織と接触して使用するもの(カテーテル、排液器具)、体液吸収材料、コンタクトレンズ、合成繊維製包帯、ガーゼ点滴器具等が挙げられる。
【0047】
(10)高分子材料複合材料:
複合材料および繊維強化プラスチックに配合する強化繊維の接着性を向上させて、強度の優れた高分子材料複合材料に利用できる。
【0048】
(11)合成紙:
ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンやポリエステル等の高分子材料からなる合成紙は気泡や充填剤を加えて白度を与え、紙の代替品として使用される。本発明による表面の親水化を行い、接着性や印刷性を向上させることができる。
【0049】
(12)接着性が改良された材料:
上記、歯列矯正用ブラケットや複合材料用強化繊維の接着性の改良の他に、各種高分子フィルムや成形品の接着性を改良して、同種または異なる材料との接着性を向上できる。
【0050】
(13)親水性フィルムの他用途:
本発明により、ポリオレフィンやポリエステル等の高分子フィルムに高親水性を付与できる。例えば、吸水性ポリエステルフィルムは、接着性に優れ、水に濡れやすいため、ガラスや鏡に貼付けることによって防曇効果が得られる。
【0051】
(実施例)
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定して解釈されるものではない。
用いた材料、試薬類、および試験・評価方法を以下に示す。
(A)高分子材料を含む材料
(1)実施例および比較例に用いた不織布、織布、繊維束、フィルム、板、多孔性フイルムの特徴を表1に示す。なお、PP:ポリプロピレン、PE:ポリエチレン、PET:ポリエチレンテレフタレート、PSU:ポリサルホン、P/E:PPとPEの混合試料である。
【表1】

Figure 0004229421
【0052】
(2)歯列矯正用ブラケット:
サイズ2.23×3.0×3.8mm、重量約31mg/個、アルミニウム金具で補強されたポリプロピレン成形物。
【0053】
(B)試薬類
(1)ポリビニルアルコール(PVA):和光純薬(株)製、製品番号160−11485(平均重合度=1500〜1800)
(2)カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC):和光純薬(株)製、製品番号039−01355
(3)アクリル酸:和光純薬(株)製、製品番号011−00776
(4)メタクリル酸:和光純薬(株)製、製品番号138−10805
(5)メタクリル酸メチル:和光純薬(株)製、製品番号139−02726
(6)過硫酸ナトリウム(SPS):和光純薬(株)製、製品番号195−04985
(7)過硫酸カリウム(KPS):和光純薬(株)製、製品番号162−04235
(8)2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN):和光純薬(株)製、製品番号019−04932
(9)硝酸二セリウムアンモニウム(IV)(CAN):和光純薬(株)製、製品番号036−01742
(10)ベンゾフェノン:和光純薬(株)製、製品番号023−01072
(11)メタノール:和光純薬(株)製、製品番号136−09475
(12)水酸化ナトリウム:和光純薬(株)製、製品番号194−02135
(13)塩酸:和光純薬(株)製、製品番号080−01066
(14)トルエン:和光純薬(株)製、製品番号204−01866、この液体そのものを用いた(含浸剤A)。
(15)ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(DBS):東京化成工業(株)、製品番号D1238、界面活性剤として使用した。
(16)デカヒドロナフタレン(シス、トランス混合物):和光純薬(株)製、製品番号048−O0066、この液体そのものを用いた(含浸剤B)。
(17)オルトヒドロキシビフェニール(OHB):和光純薬(株)製、製品B番号080-O1402、オルトヒドロキシビフェニール1gと水酸化ナトリウム0.2g、界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)0.2gを水200mlに混合して得た溶液をして用いた(含浸剤C)。
またはオルトヒドロキシビフェニール0.5gをメタノール300mlに溶解して得た溶液をキャリヤーとして用いた水に分散させて用いた(キャリヤーD)。
(18)サリチル酸ナトリウム(SS):和光純薬(株)製、製品番号195−O3145(含浸剤D)
サリチル酸ナトリウム1gを水200mlに溶解し、10%塩酸0.5mlを混合して得た溶液を用いた水に分散させて用いた(含浸剤E)。
(19)ジフェニル(DP):和光純薬(株)製、製品番号040−18412。ジフェニル2.5gと界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)0.2gを水200mlに混合して得た溶液を用いた(含浸剤F)。
(20)キャリアント(商品名、東邦化学(株)製):ポリエステル系合成繊維染色用キャリヤー、芳香族エーテル系アニオン活性剤配合品。水に分散させて用いた(キャリヤー1)。
(21)キャリヤーTW200(商品名、日華化学(株)製):ポリエステル・羊毛混紡用系合成繊維染色用キャリヤー、メチルナフタレンその他の配合品、水に分散させて用いた(キャリヤー2)。
【0054】
(C)オゾン処理:
試験片を容積2Lまたは10Lの硬質ガラス製容器(ガスの導入口と出口付き)に入れ、オゾン発生機(三菱電機(株)製OS−1N)より、オゾン発生量1g/h、濃度20g/mのオゾンを含む酸素を800ml/分の流量で20〜120分間吹き込んだ。次に、オゾンを含まない酸素を10分間吹き込んだ。オゾンの濃度はヨウ素滴定により求めた。酸化の程度は処理試験片の表面部材を削り、赤外線吸収スペクトルを測定して、1710cm−1付近の吸収ピーク(カルボニル基の吸収)の吸光度の変化および、この吸光度と973cm−1の吸光度の比より判断した。
【0055】
(D)プラズマ処理:
プラズマ処理装置(ヤマトPR500)の反応槽内の電極間に試験片(布、フィルムなど)を置いた。反応槽内の圧力が0.27Paになるまで減圧した後、アルゴンガスと酸素ガスの混合物(体積比1:1)を圧力5.6Paになるまで導入した。供給電力を40Wから100Wの間の値として、発振周波数13.56MHzで、主に30秒から3分間グロー放電した。放電後、ガス導入を中止して、圧力を常圧に戻してから、処理試験片をとりだした。処理の程度は、フィルムに対する水の接触角の低下により判断した。
【0056】
(E)紫外線照射処理:
活性化処理の場合は、試料そのものに対して、高圧水銀ランプ(東芝高圧水銀灯H400P)を10cmの距離から直接照射した。
グラフト化の場合は、反応混合物をパイレックスガラス製の反応容器に入れて、温度10〜70℃にして、高圧水銀ランプ(東芝高圧水銀灯H400P)を20cmの距離から照射した。光が均一に照射されるように、反応管は、自転しながら、ランプの周りを公転させた。
【0057】
(F)吸水性の評価:
不織布、織布、繊維束、フィルム、板、多孔性フイルムの吸水率の測定:
(1)吸水率:試験片(サイズ10cm×10cm)を水を入れたビーカーに入れて、ガラス棒で穏やかに、約1分間撹拌する。次に、試験片を取り出し、3分間つるす(水滴が落ちなくなる)。吸水した試験片の重量から乾燥試験片の重量を引いて増加重量(吸水量)を求め、乾燥試験片の重量に対する百分率を吸水率(%)とした。
吸水率(%)=(吸水量/乾燥時の試験片重量)×100
【0058】
(2)吸水速度:幅1.5cmの試験片の下端1cmを水に浸け、1分間に水が上昇した距離(単位cm/分)を測定した。
なお本実施例に用いた全ての未処理試料の吸水速度は0cm/分であった。 なお本実施例に用いた全ての未処理試料の水吸上げ速度は0cm/分であった。
【0059】
(G)水の接触角の測定:
接触角測定装置(協和界面科学(株)製CA−X)を用いた。20℃において、注射器から直径1mm程度の水滴を試験片の表面に滴下したものを、ビデオカメラで拡大した像のサイズから計算によって求めた。
【0060】
(H)耐洗濯性試験:
試験片を弱アルカリ性の脂肪酸ナトリウム石鹸(商品名:ライオン(株)製ライオン粉石鹸)0.4%水溶液に、浴比1:250で入れ、撹拌しながら5分間、沸騰洗浄を行った。その後、十分に水洗後、乾燥した。吸水率、水吸上げ速度、および引張強度を測定し洗濯前と比較した。
【0061】
(I)引張強度試験:
試験片を1.5cm×7cmの長方形に切り、両端から1cmの部分を引張試験機(今田製作所社製SV55−0−20M)のクランプに固定し、つかみ間隔を5cmとして、引張速度100mm/分で引っ張った。縦目と横目の各方向について測定した。各実施例においては縦目方向のみを示した。
【0062】
(J)接着剥離強度試験:
(1)フィルムの場合:
試験片を30mm(縦目方向)×5mmの大きさに切り、一端の5mm×5mmの部分に接着剤0.1gをつけ、ベニヤ板(厚さ2mm、サイズ20mm×10mm)または付箋紙((厚さ0.2mm、サイズ20mm×10mm)につけて、ポリエチレンフィルムにはさんで500gの分銅を12時間のせておく。ベニヤ板の接着していない部分10mmとフィルムの接着していない一端10mmを引張試験機(島津製作所製AGS−H)のクランプにはさみ、引張速度30mm/分で引っ張り、接着部分の剥離に要したエネルギー(接着剥離エネルギー)を求めた。接着条件を規格化するために、同様に行った未処理の材料の接着剥離エネルギーを1.0として相対値を求めた。
用いた接着剤は、ベニヤ板の場合は、ポリシアノアクリレート系(アロンアルファ:東亜合成(株)製)と付箋紙の場合は、文具用の紙用途接着剤(商品名:コクヨ(株)製、プリット)である。
【0063】
(2)ブラケットの場合:
処理または未処理ブラケットの接着面に接着剤を約0.01gをつけ、セラミック製プレート(サイズ20mm×10mm)につけて、ループ状の針金をひっかけて、セラミック製プレートの接着していない部分を引張試験機(島津製作所製、SV55−0−20M)の下部クランプにはさみ固定し、針金を上部クランプに固定して、引張速度110mm/分で引っ張り、接着部分の剥離までに加えた荷重を求める。接着条件を規格化するために、同時に行った未処理の材料の剥離強度を1.0として相対値を求めた。重合性メタクリル樹脂系接着剤(メタクリル酸メチルモノマー、ポリマーおよび重合触媒等を混合して用いる):商品名スーパーボンド(サンメディカル(株))、または自家製品を用いた。
【0064】
請求項1、2、3に該当する処理をそれぞれ発明1、2、3として、以下に、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレンからなる各種不織布または織布の処理例を示す。これらの結果、得られた処理または未処理試料の吸水率、吸水高さ、洗浄後の吸水率を表2に示す。全ての実施例において、高分子材料に含まれる酸化防止剤、安定剤、その他の添加剤を除く操作はしなかった。
【0065】
(実施例1) 発明1によるポリプロピレン不織布の親水化
含浸剤処理として、トルエン100mlを50℃としてから、PP不織布1の1.0g(サイズ20cm×20cm)を15分間漬けた。次に、メタノールで濯いでから、遠心分離器(800回転/分)に1分間かけた。試料の重量増加は4%程度であった。
次に、活性化処理として、30分間のオゾン処理をした(オゾン発生速度:1.0g/h)。赤外線吸収スペクトルを測定して、1710cm−1付近の吸収ピーク(カルボニル基の吸収)の吸光度の比は、0.02であった。
次に、パイレックス製のガラス管に、水200ml、硝酸二セリウムアンモニウム(IV)20mg、アクリル酸0.6mlを入れて作られた溶液に、処理材料を入れ、400ワットの高圧水銀灯を20cmの距離から、30℃に保ちながら、120分間照射した。処理後、材料は60℃の洗剤水溶液にて10分間、煮沸洗浄した後、水洗して、乾燥させた。処理試料の吸水性試験による吸水は310%であった。吸水高さは2.0cm/分であった。未処理の同不織布の吸水率は0%、吸水高さは0cm/分であった。
特に、吸水性、電解液の保持率に優れていた。耐アルカリ性、耐酸性、耐酸化剤性にも優れており、電池セパレータの製造法として有効である。
【0066】
(実施例2)
含浸剤処理として、デカヒドロナフタレン(含浸剤B)、活性化処理として、30秒のプラズマ処理、モノマーにメタクリル酸を用いること以外は、全て実施例1と同様である。
【0067】
(実施例3)
含浸剤処理として、オルトヒドロキシビフェニール(OHB)水分散液(含浸剤C)を用いること以外は、全て実施例1と同様である。
(実施例4)
含浸剤処理として、オルトヒドロキシビフェニールのメタノール溶液(含浸剤D)を用いることこと以外は、全て実施例1と同様である。
【0068】
(実施例5)
含浸剤処理としてサリチル酸ナトリウム水分散液(含浸剤E)を用いること、活性化処理として、60分間の紫外線照射処理を行うこと以外は、全て実施例1と同様である。
【0069】
(実施例6)
含浸剤処理としてジフェニル溶液(含浸剤F)を用いること以外は、活性化処理として、60分間の紫外線照射処理を行うこと以外は、全て実施例1と同様である。
(比較例1〜5)
比較例1は実施例1で用いたPP試料の未処理のものを用いた結果である。
比較例2は、実施例1の工程で、含浸剤処理工程を省いたこと以外は実施例1と同様である。
比較例3は、実施例1の工程で、含浸剤処理工程と活性化工程を省いたこと以外は実施例1と同様である。比較例4は、実施例1の工程で、含浸剤処理工程とグラフト化工程を省いたこと以外は実施例1と同様である。比較例5は、実施例1の工程で、活性化処理工程を省いたこと以外は実施例1と同様である。
【0070】
(実施例7)
PP試料として、PP平織布を用い、含浸剤処理として、オルトヒドロキシビフェニール(OHB)溶液(含浸剤C)、および活性化処理として、2時間の紫外線照射を行った。その他の方法および手順は実施例1と同様である。グラフト化は実施例1と同様であった。
【0071】
(比較例6)未処理のPP平織布の結果である。
【0072】
(比較例7)PP平織布を試料として、含浸剤処理を省いたこと以外は、実施例2と同様の処理である。実施例3より、吸水率の耐久性が、少し落ちた。
【0073】
(実施例8)
PET不織布(サイズ10cm×10cm)を用い、キャリヤー1(商品名:キャリアント)の水分散液(試薬5gを水200mlに混合した)を用い、開始剤としてCANの代わりにAIBN20mgを用いて、実施例1と同法で行った。
【0074】
(実施例9)
PET不織布(サイズ10cm×10cm)を用い、キャリヤー2(商品名:キャリヤーTW200)の水分散液(試薬5gを水200mlに混合した)を用い、活性化はオゾン処理、グラフト化は開始剤としてCANの代わりにAIBN20mgを用いて、70℃で4時間の熱重合を行った(実施例と手順は同様であるが、紫外線を照射しなかった)。
実施例1と同法で行った。
【0075】
(実施例10)
PET不織布(サイズ10cm×10cm)について、実施例1と同法で行った。
【0076】
(比較例8〜12)
PET不織布について、比較例8は未処理、比較例9は実施例1から含浸剤処理を省き、比較例10は実施例1から含浸剤処理と活性化処理を省き、比較例11は実施例4から含浸剤処理とグラフト化処理を省いた処理である。比較例12は実施例1から活性化処理を省いたものである。
【0077】
(実施例11〜12)
実施例11は、PP不織布2とオルトヒドロキシビフェニール(OHB)溶液(含浸剤C)を用いて、実施例1と同様に、また実施例12はPP不織布2と含浸剤Cを用いて、実施例2と同様に行った。
【0078】
(比較例13〜17)
いずれもPP不織布2を用いた。比較例13は、未処理PP不織布2、比較例14は含浸剤処理を省いた以外は実施例1と同様、比較例15は含浸剤処理と活性化処理を省いた以外は実施例1と同様、比較例16は活性化処理としてのオゾン処理のみ、比較例17は活性化処理を省いた以外は、実施例1と同様である。
【0079】
(実施例13)
P/E不織布を試料とし、含浸剤処理としてオルトヒドロキシビフェニール(OHB)の水分散液(含浸剤C)を用い、活性化はオゾン処理、開始剤に硝酸二セリウムアンモニウム(IV)を用い、メタクリル酸をモノマーとして、80℃で3時間の熱グラフト化を行った。
【0080】
(実施例14)P/E不織布を試料とし、硝酸二セリウムアンモニウム(IV)の代りに、加硫酸カリウムを用いて、実施例2と同様に行った。
【0081】
(比較例18)未処理のP/E不織布の結果である。
【0082】
表2に結果をまとめた。
なお、吸水率は、処理後、洗剤洗浄して乾燥後の値、3回洗浄後の吸水率は、煮沸洗剤溶液による洗浄、乾燥を3回行った後の吸水率である
【0083】
【表2】
Figure 0004229421
Figure 0004229421
【0084】
以下に、ポリエチレンテレフタレートフィルム、超高分子量ポリエチレン板、ポリプロピレンフィルムの処理の実施例と、未処理および本発明の方法から1ないし2工程を省いた比較例を示す。結果は、表3にまとめて示す。
【0085】
(実施例15)
ポリエチレンテレフタレートフィルムの処理
含浸剤処理として、トルエン100ml(含浸剤A)を80℃としてから、PETフィルム1.62g(サイズ15cm×15cm)を15分間漬けた。次に、メタノールで濯いでから、余分なキャリヤーを紙でふき取り、5分間、室温で乾燥させた。
次に、活性化処理として、30分間のオゾン処理をした(オゾン発生速度:1.0g/h)。
次に、グラフト化を、パイレックス製のガラス管に、水200ml、AIBN20mg、アクリル酸1.2mlを入れて作られた溶液に、処理材料を入れ、80℃に保ちながら、4時間放置した。処理後、材料は60℃の洗剤水溶液にて1分間、煮沸洗浄した後、水洗して、乾燥させた。処理試料の吸水性試験による吸水は90%で、水の接触角は63°であった。文具用糊(プリット)による、付箋紙の接着剥離強度は、未処理の接着剥離強度を1とした場合、4.0であった。
【0086】
(実施例16)
オルトヒドロキシビフェニールの水分散液(含浸剤C)100mlを70℃としてから、PETフィルム1.62g(サイズ15cm×15cm)を15分間漬けた。次に、メタノールで濯いでから、余分な紙でふき取り、5分間、室温で乾燥させた。
次に、実施例1と同様のオゾン処理をした後、紫外線照射グラフト化を、水180ml、過硫酸カリウム20mg、メタクリル酸1.2mlを用いて行った。
【0087】
(実施例17)
オルトヒドロキシビフェニールのメタノール溶液(含浸剤D)を用いた以外は、実施例16と同様に行った。
【0088】
(実施例18)
サリチル酸ナトリウム1gの水分散液(含浸剤E)を用いた以外は、実施例16と同様に行った。
【0089】
(比較例19)
未処理PETフィルムの結果である。
(比較例20)
実施例16から含浸剤処理を省いた処理を行った。
(比較例21)
実施例16から含浸剤処理と活性化処理を省いた処理を行った。
(比較例22)
実施例16から含浸剤処理とグラフト化処理を省いた処理を行った。
(比較例23)
実施例16から活性化処理を省いた処理を行った。
【0090】
(実施例19)
超高分子量ポリエチレン板3.84g(サイズ10cm×10cm)を
含浸剤処理として、トルエンの100ml(含浸剤A)に70℃で15分間漬けた。次に、メタノールで濯いでから、余分な含浸剤を紙でふき取り、5分間、室温で乾燥させた。
次に、活性化は、オゾン処理を120分行った。次に、実施例2と同様の紫外線照射グラフト化を、水180ml、硝酸二セリウムアンモニウム(IV)20mg、アクリル酸1.0mlを用いて行った。
【0091】
(実施例20)
含浸剤処理としてデカヒドロナフタレン(含浸剤B)を用いた以外は、実施例19と同様に行った。
【0092】
(実施例21)
オルトヒドロキシビフェニール(OHB)(含浸剤C)を用いたこと、グラフト化の際に開始剤を加えなかったこと以外は、実施例19と同様に行った。
【0093】
(比較例24)
未処理の超高分子量ポリエチレン板の結果である。
(比較例25)
実施例19から含浸剤処理を省いた処理を行った。
(比較例26)
実施例19から含浸剤処理と活性化処理を省いた処理を行った。
(比較例27)
実施例19から含浸剤処理とグラフト化処理を省いた処理を行った。
(比較例28)
実施例19から活性化処理を省いた処理を行った。
【0094】
(実施例22)
ポリプロピレンフィルム0.38g(サイズ15cm×15cm)を
オルトヒドロキシビフェニールの水分散液(含浸剤C)(70℃、100ml)に10分間漬けた。次に、メタノールで濯いでから、余分な含浸剤を紙でふき取り、5分間、室温で乾燥させた。
次に、活性化は、オゾン処理を45分行った。次に、実施例1と同様の紫外線照射グラフト化を、水180ml、AIBN20mg、アクリル酸1.0mlを用いて行った。
【0095】
(実施例23)
オルトヒドロキシビフェニールのメタノール溶液(含浸剤D)を用いた以外は、実施例17と同様に行った。
【0096】
(実施例24)
サリチル酸ナトリウム(含浸剤E)を用い、活性化処理として30秒のプラズマ処理を行い、モノマーにアクリル酸とメタクリル酸の混合物を用い、その他は実施例17と同様である。
【0097】
(比較例29)
未処理ポリプロピレンフィルムの結果である。
(比較例30)
実施例22から含浸剤処理を省いた処理を行った。
(比較例31)
実施例22から含浸剤処理と活性化処理を省いた処理を行った。
(比較例32)
実施例22から含浸剤処理とグラフト化処理を省いた処理を行った。
(比較例33)
実施例22から活性化処理を省いた処理を行った。
以上の結果を表3にまとめて示した。
【表3】
Figure 0004229421
【0098】
(実施例25)
炭素繊維の親水化と複合材料用途:
炭素繊維6.0gを、含浸剤処理として、50℃のメタノールに30分浸けた。次に、遠心分離器(800回転/分)に1分間かけた。次に、活性化処理として、厚さ1.5mmの硬質ガラス製容器に入れ、オゾン発生機に流量100ml/分の酸素を導入し、40mg/Lの濃度のオゾンを発生させ、これを容器に導入し、30分間吹き込んだ。次に、オゾンを含まない酸素を10分間吹き込んだ。次に、グラフト化として、処理繊維に、アクリル酸1.2ml 、水200ml、メタノール5mlを加えて、反応容器を窒素雰囲気にした。高圧水銀ランプ(東芝高圧水銀灯H400P)を反応容器まで15.5cmの距離から3時間照射した。温度は45℃とした。次に容器の内容物を大量の水中に投入した。ポリマーの付着した炭素繊維を取り出し、洗剤よる煮沸洗浄を3回行った。グラフト率は15%であった。処理後、沸騰洗剤水溶液で3回洗浄した(1回、500mlの水を使用)。乾燥後、吸水率は200%(未処理は120%)と上昇した。
【0099】
(比較例34)なお、含浸剤処理を除いて、活性化処理と紫外線グラフト化した場合、グラフト率は4.2%であった。
(比較例35)含浸剤処理と紫外線グラフト化処理を行った場合、グラフト率は3.0%であった。
(比較例36)紫外線グラフト化のみを行った場合、グラフト率は1.0%であった。
【0100】
(実施例26)実施例25で得られた炭素繊維を、エポキシ樹脂接着剤と混合して、乾燥して、5mm×5mm×100mmの棒を作った。比較のために、親水化未処理の炭素繊維を混合したエポキシ樹脂棒を作った。親水化炭素繊維強化エポキシ樹脂棒の引張強度は、親水化未処理の炭素繊維を混合したエポキシ樹脂棒の40倍の引張強度を示した。
【0101】
(実施例27)
羊毛繊維布の親水化:
羊毛繊維(織布)1.02gを、含浸剤処理として、50℃の無水炭酸ナトリウム10mgとメタノール10容と水90容からなる溶液に30分浸けた。次に、遠心分離器(800回転/分)に1分間かけた。次に、活性化処理として、オゾン発生機に流量100ml/分の酸素を導入し、40mg/Lの濃度のオゾンを発生させ、これを容器に導入し、30分間接触させた。次に、オゾンを含まない酸素を10分間吹き込んだ。次に、グラフト化として、処理繊維に、アクリル酸1.2ml 、水200ml、メタノール5mlを加えて、反応容器を窒素雰囲気にした。高圧水銀ランプ(東芝高圧水銀灯H400P)を反応容器まで20cmの距離から3時間照射した。温度は45℃とした。次に容器の内容物を大量の水中に投入した。ポリマーの付着した炭素繊維を取り出し、洗剤よる煮沸洗浄を3回行った。グラフト率は18%であった。
【0102】
(比較例37)なお、含浸剤処理を除いて、活性化処理と紫外線グラフト化した場合、グラフト率は4.2%であった。
(比較例38)紫外線グラフト化のみを行った場合、グラフト率は1.5%であった。
(比較例39)含浸剤処理と紫外線グラフト化した場合、グラフト率は1.6%であった。
【0103】
(吸水性のテスト)
処理および未処理の羊毛繊維布を水面に平行に浮かべて、吸水して沈むまでの時間を計測した。未処理羊毛布は60分、実施例27の処理羊毛布は1秒、比較例37、38、39はそれぞれ、15秒、28秒、30秒であった。
【0104】
(実施例28)
ポリプロピレン製合成紙の親水化:
合成紙用の多孔性ポリプロピレンフィルムについて、実施例2と同様の処理を行い、親水性を付与できた。処理合成紙は、水溶性インクでの筆記が可能となり、水溶性の糊料(デンプン、CMC、PVA糊など)で、付せん紙を接着できた。付せん紙は破断するために剥離できなかった。
【0105】
(実施例29)
多孔性ポリエチレンフィルムの親水化及びフィルター用途:
多孔性ポリエチレンフィルム0.3g(サイズ10cm×10cm)について、実施例17と同様の処理を行った。処理フィルムは、沸騰洗剤水溶液で洗浄し、よく水洗した。乾燥後、吸水率は200%(未処理多孔性ポリエチレンフィルムは5%)であった。水の接触角は、吸水性のため、測定不可能であった(0°とみなされる、未処理多孔性ポリエチレンフィルムは120°)。また親水化処理による試料の重量増加は2%であった。この親水化多孔性ポリエチレンフィルムは、耐アルカリ性と耐酸性があり、水溶液中の成分を、ろ過するのに有効であった。
【0106】
(実施例30)多孔性ポリエチレンフィルムについて、含浸剤処理(70℃のトルエンで15分間)、活性化処理(プラズマ処理0.5分間)、紫外線グラフト化(メタクリル酸と過硫酸カリウム使用)によって、実施例26と同様の結果が得られた。
【0107】
(実施例31)
多孔性ポリサルホンフィルムの親水化及びフィルター用途:
多孔性ポリサルホンフィルム0.5g(サイズ10cm×10cm)について、含浸剤処理として、メタノール10体積%水溶液に室温で1分間浸けた。活性化処理としてオゾン処理を5分行った。実施例17と同様の処理を行った。処理フィルムは、沸騰洗剤水溶液で洗浄し、よく水洗した。乾燥後、吸水率は200%(未処理多孔性ポリエチレンフィルムは5%)であった。水の接触角は、吸水性のため、測定不可能であった(未処理多孔性ポリエチレンフィルムは120°)。また親水化処理による試料の質量増加は2%であった。この親水化多孔性ポリエチレンフィルムは、耐アルカリ性と耐酸性、耐熱性(120℃のオートクレーブで30分間の加熱処理を3回繰り返した)があり、水溶液中の成分を、ろ過するのに有効であった。
【0108】
(実施例32)
ポリプロピレン不織布2の親水化(ポリビニルアルコール使用):
ポリプロピレン不織布2の1.0g(サイズ:約15cm×15cm)を含浸処理として、ジフェニル2.5gと界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム)0.2gを水200mlに混合して得た溶液に、50℃で5分間浸けた。次に、遠心分離器(回転数1000回/分)で脱液した。重量増加4%となったら、活性化処理として20℃で30分間のオゾン処理をした。次に、高分子処理として、処理不織布を反応容器に入れ、水200ml、過硫酸カリウム60mg、ポリビニルアルコール0.3g、メタノール6mlの混合物を加えて、80℃で2時間処理した。処理後、水洗し、洗剤洗濯を行った。吸水率は800〜1100%でり、親水化処理による試料の量の増減は0.1mgの精度では測定できなかった。結果を表1に示す。6回の洗剤洗濯の後でも吸水率810%以上を保った。本処理試料は、吸水性用途の材料として最適であった。
【0109】
(実施例33)発明2によるポリプロピレン不織布2の処理(カルボキシメチルセルロースナトリウム使用):
ポリプロピレン不織布2の処理を、ポリビニルアルコールの代わりに、カルボキシメチルセルロースナトリウムを用い実施例32と同様に行った。吸水率は600〜900%で、耐久性があった。
【0110】
(実施例34)
微生物培地の用途:実施例32に基づいて製造した吸水性不織布をそれぞれ各2枚づつ2cm×2cmに切り、直径8cm、深さ2cmのシャーレに重ならないように並べた。1重量%肉エキス、1重量%ポリペプトン、0.5重量%塩化ナトリウム、1.5重量%寒天を含む水溶液からなるブイヨン寒天溶液100mlをつくり、電子レンジで寒天を融解させた後、このブイヨン寒天溶液50mlを前記不織布にしみ込ませた後、室温に戻した。こうして得られたブイヨン寒天溶液をしみ込ませた不織布(培地不織布とする)を120℃、15分間オートクレーブ滅菌した試験管に入れた。この試験官を立てた状態で37℃で一晩保温し、翌日、無菌状態を確認した後、培養する微生物株(大腸菌K−12株、サルモネラタイヒムリウムLT−2株、枯草菌マールブルグ株など)を植株し、これを恒温器で30〜37℃で一晩静置培養した。植株した各種菌の生育状態を顕微鏡で観察したところ各種菌は順調に生育していた。
【0111】
(比較例40)
ポリプロピレン不織布2について実施例32の含浸処理の工程を除いた処理を行った。処理試料の吸水性は、洗剤洗浄を3回行った後、780%から400%まで低下した。
【0112】
(実施例35)発明3による試料6の親水化と拭き取り清掃用布の用途:
試料6はポリエステルを芯、ポリエチレンを鞘とする芯鞘型繊維の不織布である。
ポリエチレン/ポリエステル芯鞘型複合繊維の不織布2.4gを、室温で、含浸処理として、10mlのオルトヒドロキシビフェニール0.5gをメタノール300mlに溶解して得た溶液(含浸剤D)に70℃で10分間浸けた。
次に遠心脱水器(回転数1000/分)にかけ、見掛け上、表面が乾いた状態にした。質量増加は4%程度であった。次に、30分間のオゾン処理をした。次に、オゾン処理した不織布を三角フラスコに入れ、メタノール5ml、水100ml、ポリビニルアルコール0.5g、過硫酸カリウム0.1gを加え、80℃で2時間処理した。処理後、60℃の水で充分に洗浄した。処理不織布の水を絞り(吸水率300%程度に)、容器に入れ、水400ml、硝酸二セリウムアンモニウム(IV)100mg、アクリル酸5mlを加えて、窒素雰囲気として、80℃で2時間放置した。処理不織布は、処理後、60℃の洗剤液で3回洗浄した(1回、500mlの水を使用)。乾燥後、吸水率(吸水性試験1による)は2310%であり、また未処理の同不織布は350%であった。また親水化処理による試料の重量増加は4%であった。発明1の方法よりもさらに、吸水率が高く、(発明1の方法で処理すると、吸水率1400%程度)、かつ吸水速度および吸水性の耐久力に優れ、拭き取り清掃用のワイパー(雑巾の代替物)として最適であった。親水化処理不織布に吸水させて(吸水率2000%程度)、10枚重ねとして、清掃用モップにとりつけ、木製床の拭き取りに使用した。使用後、水で濯ぎ、10回以上の繰返し使用が可能であった。
【0113】
(実施例36)
親水化ポリプロピレン不織布2と使い捨て衛生用品の材料用途:
実施例11の方法で得られた親水化ポリプロピレン不織布2を内側布として、水分保持剤(吸水性高分子:パルプ、デンプンまたはポリアクリル酸改質物等)と、外部用未処理ポリプロピレン不織布を用いて、使い捨てオムツのモデルを製造した。即ち、最も下に、未処理の撥水性ポリプロピレン不織布を置き、その上に吸水性ポリマーを敷き、さらにその上に、本発明の吸水性ポリオレフィン不織布を置いた。上から水をかけると、水は迅速に吸水性ポリオレフィン不織布を透過して、水分保持剤に吸収された。このように、本発明による吸水性不織布は、使い捨てオムツや衛生・生理用品の素材として最適である。
【0114】
(実施例37)
歯列矯正用ポリプロピレン製ブラケットの接着性改良:
歯列矯正用ポリプロピレン製ブラケット20個(0.622g)について、実施例14と同様の方法で、メタクリル酸メチルをグラフト化させた。メタクリル酸メチルの重合抑制剤は除いて用いた。処理物は重合性アクリル樹脂接着剤によるセラミックス歯科材料との接着性が改良され、引張試験により歯列矯正用ポリプロピレン製ブラケットの材料破壊が起こった。
【0115】
(比較例41)
公知の界面活性剤により親水化されたポリプロピレン/ポリエチレン不織布(日本バイリーン(株)製に界面活性剤を含浸させたもの:目付け等は表1の試料4と同様)を用意し、実施例1と同様の評価を行った。結果は以下のとおりであった。
1)耐アルカリ性試験:乾燥後、吸水性は元の5%に低下した。
2)耐硫酸試験:十分に水洗して、乾燥後、吸水性は元の5%に低下した。
3)耐酸化剤試験:乾燥後、吸水率は元の5%に低下した。
【0116】
(比較例42)公知の紫外線照射による不織布1へのアクリル酸のグラフト化:ポリプロピレンからなる表1記載の不織布1の1.2g(サイズ7.7cm×10cm)を、アクリル酸モノマー20.0%、水78.8%、ベンゾフェノン0.2%およびメタノール1.0%(いずれも重量%)の組成を有する反応溶液に浸けて、400ワットの高圧水銀灯を12cmの距離から、120分間照射した。反応後の不織布は重合物で固まっていたが、脂肪酸ナトリウム石鹸水溶液(濃度2重量%、浴比1/20)で10分間煮沸洗浄後、水洗した結果、重合物は溶解し、分離した。得られた不織布の吸水率は100%であった(未処理の不織布は48%)。グラフト率は1%であった。即ち、紫外線照射によるグラフト化は、本不織布の場合、困難であり。洗剤による煮沸洗浄にて、生成したアクリル酸のみからなる単独ポリマーは溶解して不織布から外れるとみられた。酸およびアルカリ処理用によって、親水性が低下した。
【0117】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の高分子材料の改質方法により得られた各種高分子材料は強度低下を伴うことなしに優れた吸水性、接着剤による接着性等の性質改善効果を示した。改質により付与された性質は耐久性に優れている。また、ポリオレフィン製の濾過材の親水化により、水溶液の濾過用途が開発された。合成紙に吸水性を付与し、接着性も向上でき、印刷性能の改良が期待できる。炭素繊維を含む多くの高分子材料の接着剤による接着性が向上するため、複合材料の強化繊維として有用な親水化処理物を与える。各種高分子成形物についても、親水性を改良でき、従来不可能であったポリオレフィン製の筆記具用部品について、水溶性インクの吸収性等を改良できる。各種医療・衛生・化粧用品、衣料用繊維製品の用途や、歯列矯正用ポリプロピレン製ブラケットの接着性の改良、高分子製医療用材料の水濡れ性を改善できる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for modifying a polymer material. In particular, the present invention relates to a modification method that improves water absorption and adhesion without reducing the strength of the polymer material. The present invention also relates to a polymer material obtained by such a modification method and its use.
[0002]
[Prior art]
Polyolefin materials such as polypropylene and polyethylene are excellent in lightness, strength, chemical resistance, and the like, and are widely used for molded products such as films, nonwoven fabrics, automobile parts and electrical equipment parts. However, the polyolefin material has characteristics that it has low polarity due to its chemical structure and high crystallinity, so that it is poor in hydrophilicity and hardly undergoes chemical modification. Conventionally, ozone treatment, plasma treatment, ultraviolet irradiation treatment, high-pressure discharge treatment, corona discharge treatment, sandblast treatment, solvent etching treatment, chromium mixed acid treatment, flame treatment, etc. have been performed to improve the hydrophilicity and adhesion of these materials. Attempts have been made to perform various surface activation treatments. However, even if these surface treatments are performed, water absorption enough to absorb water several times its own weight is not provided.
For example, a method for improving the plating property, paintability, and adhesiveness by applying an ozone oxidation treatment was examined (Japanese Patent Publication No. 3-103448). However, if the desired surface characteristics are to be imparted only by the ozone treatment, the ozone treatment must be severe, and there is a problem that the strength of the object to be treated is remarkably lowered and it cannot be put into practical use. Further, water absorption cannot be sufficiently imparted only by ozone oxidation treatment. Any of the other treatment methods described above has problems such as difficulty in high activation without a decrease in strength, increased equipment costs, and waste disposal burden.
[0003]
In addition to the method of directly activating the surface of the polymer material as described above, a method of forming a layer made of a highly active component on the surface of the polymer material has been proposed. For example, a method has been proposed in which a vinyl monomer having an ester bond is graft-polymerized on a nonwoven fabric of polyolefin fiber, and then the ester bond is hydrolyzed to generate an acid group to thereby have hydrophilicity and ion exchange capacity ( JP-A-11-7937). However, there is a problem that it is not easy to graft a sufficient amount for imparting hydrophilicity even when a vinyl monomer is grafted onto a polyolefin fiber or film by the disclosed method. Moreover, it is necessary to further hydrolyze after the graft polymerization, which is troublesome.
[0004]
On the other hand, a method for imparting hydrophilicity by treating a nonwoven fabric made of polyolefin fibers with a hydrophilic resin in the presence of a persulfate has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 11-67183). In this method, the nonwoven fabric could be given hydrophilicity to a practical level, but the hydrophilic durability was not always sufficient. For example, when heated with a detergent, the hydrophilicity is considerably lost. Further, when a film or a molded product other than the nonwoven fabric is processed, sufficient hydrophilicity cannot be imparted, or the adhesiveness due to the adhesive cannot be improved.
A method of coating a nonwoven fabric with polyvinyl alcohol to impart hydrophilicity is also known (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-248460). However, although the obtained coating is highly hydrophilic, there is a problem that hydrophilic durability is not sufficient because it is a simple coating.
[0005]
In addition, the inventor first activated the surface of the polymer material, and then graft-polymerized monomers such as acrylamide, or further transferred the amide group of the grafted compound to the Hoffmann transition, thereby achieving particularly high dyeability. An improved surface modification method for polymer materials has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 8-109228). Based on this method, a polymer material imparted with hydrophilicity can be produced. However, this method has a limit in the types of polymer material to be treated.
Further, the present inventor treats the polymer material in the order of (1) an activation treatment and (2) a treatment with a hydrophilic polymer. Alternatively, the polymer material is treated in the order of (1) an activation treatment step (2) a hydrophilic polymer treatment step and (3) a monomer grafting step, or the polymer material is Proposed a method for modifying a polymer material characterized by (1) a solvent treatment step, (2) an activation treatment step, and (3) a treatment step with a hydrophilic polymer. Hei 11-375055, PCT / JP00 / 090420).
According to these methods, a polymer material imparted with excellent hydrophilicity can be easily produced at low cost. However, these additives reduce the effect of the activation treatment when processing molded articles of polymeric materials containing additives such as stabilizers and antioxidants to determine powerful and durable hydrophilic properties. There is a case.
[0006]
The technical demands as described above exist not only for polyolefins but also for other polymer materials having superior surface activity. For example, it may be required to modify the original surface properties of the polymer to give the desired surface properties.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for modifying the surface of a polymer material which is not accompanied by a decrease in the strength of the material and has excellent durability.
In addition, the present invention is for medical / hygiene / cosmetic products made of such modified materials, that is, disposable diapers, sanitary products, bandages, gauze, disinfecting adhesive cloths, various cleansing applications / face-wash packs, napkins, etc. Water-absorbing materials, water-retaining materials such as agricultural and dry land greening materials, microbial medium materials, synthetic paper, filter media, wiping and cleaning materials, orthodontic brackets, medical equipment materials (artificial organs, joints, various tubulars) It is an object of the present invention to provide a polymer material with improved adhesiveness, a composite material with the polymer material, and the like.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies on surface modification methods for various polymer materials in order to achieve the above-mentioned object, the present inventor has conducted impregnation treatment, activation treatment, grafting of vinyl monomer, and treatment with a hydrophilic polymer. The present invention has been completed by finding that it is effective to combine the two. That is, the present invention is to contact the surface of the polymer material with (1) a compound impregnated with the polymer material, Within 1000 microns from the surface Impregnation treatment step in which the impregnation amount is in the range of 0.1 to 40% by weight (with respect to the polymer material) and the shape of the material is not substantially changed, (2) A carbonyl group is introduced on the surface of the polymer material And (3) a step of grafting the monomer in the presence of at least one of a catalyst, an initiator, heating, and ultraviolet irradiation. It is about quality methods.
[0009]
Alternatively, in the present invention, the surface of the polymer material is brought into contact with (1) a compound impregnated with the polymer material, Within 1000 microns from the surface An impregnation treatment step in which the impregnation amount is in the range of 0.1 to 40% by weight (with respect to the polymer material) and the shape of the material is not substantially changed, (2) a carbonyl group is introduced on the surface of the polymer material Activation treatment step, (3) in the presence of catalyst or initiator Or in the absence The present invention relates to a method for modifying a polymer material, characterized in that the treatment is performed in this order by the step of treating with a hydrophilic polymer solution.
[0010]
Alternatively, in the present invention, the surface of the polymer material is brought into contact with (1) a compound impregnated with the polymer material, Within 1000 microns from the surface An impregnation treatment step in which the impregnation amount is in the range of 0.1 to 40% by weight (with respect to the polymer material) and the shape of the material is not substantially changed, (2) a carbonyl group is introduced on the surface of the polymer material Activation treatment step, (3) in the presence of catalyst or initiator Or in the absence And (4) a step of grafting the monomer in the presence of at least one of a catalyst, an initiator, heating, and ultraviolet irradiation. The present invention relates to a method for modifying a polymer material.
[0011]
Alternatively, the present invention provides a polymer material having a modified surface obtained by such a modification method, a water-absorbing material using the same, a water retention material, a microorganism medium material, a synthetic paper, a filter material, a wipe cleaning cloth, Disposable medical / hygiene / cosmetic products (diapers, sanitary products, bandages, gauze, napkins, tapes, other medical / hygiene products, cosmetic products such as various cleansing / facial cleansing packs, etc.), adhesive improvement materials, orthodontics It relates to brackets, medical device materials (artificial organs, tubes, threads, plate-like molded products) and the like.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention is described in detail below.
(Polymer material)
The polymer material used in the present invention is a material obtained by mixing or combining a polymer single material, a mixed material or a modified material thereof, or a polymer, a glass, a metal, a carbon material, or the like. Means the polymeric material involved. As the synthetic polymer, any of a thermoplastic polymer and a thermosetting polymer can be used. Although various methods are illustrated as a synthesis method, the polymer material of the present invention includes a synthetic polymer obtained by any of these methods. For example, (1) addition polymer: homopolymer or copolymer of a monomer selected from the group consisting of olefins, vinyl compounds other than olefins, vinylidene compounds and other compounds having a carbon-carbon double bond, or Mixtures or modifications of these homopolymers or copolymers, (2) polycondensates: polyesters, polyamides, etc., or mixtures or modifications of these polymers, (3) addition condensates: phenol resins (Kinol: (Including trade name, manufactured by Nippon Kainol Co., Ltd.), urea resin, melamine resin, xylene resin, etc., or a mixture or modified product of these polymers, (4) polyaddition product: polyurethane, polyurea, etc. (5) Ring-opening polymer: cyclopropane, ethylene oxide, propylene Homopolymers or copolymers of oxides, lactones, lactams, etc., or mixtures or modifications of these homopolymers or copolymers, (6) cyclized polymers: divinyl compounds (eg, 1,4-pentadiene) Or homopolymers such as diyne compounds (eg, 1,6-heptadiyne), or mixtures or modifications of these homopolymers or copolymers, (7) isomerized polymers: eg ethylene and isobutene (8) Electrolytic polymer: Homopolymer or copolymer of pyrrole, aniline, acetylene, etc., or a mixture or modified product of these homopolymers or copolymers, (9) Aldehyde or Examples include ketone polymers, (10) polyethersulfone, (11) polypeptide, and the like. Examples of the natural polymer include cellulose, protein, polysaccharide and the like alone or as a mixture, and modified products thereof.
[0013]
In the present invention, the above addition polymer is particularly preferably used. Although the monomer which comprises an addition polymer is not specifically limited, As olefin, arbitrary things, such as ethylene, propylene, butene-1, pentene-1, hexene-1, 4-methyl-pentene-1, octene-1, etc. An α-olefin homopolymer or a copolymer of two or more of these, or a mixture of these homopolymers and / or copolymers can be appropriately used.
In the present invention, the vinyl compound other than olefin is a compound having a vinyl group, such as vinyl chloride, styrene, acrylic acid, methacrylic acid, acrylic acid or methacrylic acid ester, vinyl acetate, vinyl ethers, vinyl carbazole, acrylonitrile. Etc. A vinylidene compound other than olefin is a compound containing a vinylidene group, and examples thereof include vinylidene chloride, vinylidene fluoride, and isobutylene.
Examples of compounds having carbon-carbon double bonds other than olefins, vinyl compounds and vinylidene compounds include maleic anhydride, pyromellitic anhydride, 2-butenoic acid, ethylene tetrafluoride, ethylene trifluoride chloride and the like and double bonds Examples of the compound include two or more, such as butadiene, isoprene, chloroprene and the like.
[0014]
As a preferable addition polymer, a homopolymer of these monomers, a copolymer of two or more monomers, or a mixture of these polymers can be appropriately used. Particularly preferred are polyethylene, copolymers of ethylene and other α-olefins, and copolymers of polypropylene, propylene and other α-olefins. The copolymer includes a random copolymer and a block copolymer.
In the present invention, polyolefin is preferably used as the polymer material because it is particularly effective for imparting hydrophilicity to polyolefin, which is said to be difficult to treat.
[0015]
The polymer material other than polyolefin is a homopolymer or copolymer of at least one monomer selected from the group consisting of vinyl compounds other than olefins, vinylidene compounds, and other compounds having a carbon-carbon double bond. , For example, polymethacrylate resin, polyacrylate resin, polystyrene, polytetrafluoroethylene, acrylonitrile copolymer (acrylic fibers and their moldings, ABS resin, etc.), copolymer containing butadiene (synthetic rubber) ), Etc., and polyamides (including aliphatic polyamides and aromatic polyamides including nylon), polyesters (including polyethylene terephthalate and aliphatic and wholly aromatic polyesters), polycarbonates, polyurethanes, polybenzoates, polyether sulfones Poloacetal, various synthetic rubbers and the like are preferably used.
[0016]
Examples of the polymer compound other than the above include, for example, polyacetal, polyphenol, polyphenylene ether, polyalkyl paraoxybenzoate, polyimide, polybenzimidazole, poly-p-phenylenebenzobisthiazole, poly-p-phenylenebenzobisoxazole, polybenzothiazole. Examples include polybenzoxazole, acetate fiber, regenerated cellulose fiber (rayon, cupra, polynosic, etc.), vinylon, fiber of vinyl alcohol and vinyl chloride copolymer (polyclar, trade name: corderan, etc.), etc. it can. Furthermore, natural fibers such as carbon fibers, cotton, hemp and other plant fibers, and animal fibers such as silk and wool can also be used. Also, a mixture or composite of a plurality of these polymer materials can be preferably used.
The polymer material used in the present invention is not limited to those described above, and can be applied to all polymer compounds.
[0017]
The polymer material may contain an antioxidant, a stabilizer, a nucleating agent, a flame retardant, a filler, a foaming agent, an antistatic agent, and other additives that are usually added to other polymer materials. In general, stabilizers such as antioxidants obstruct surface activation, and thus their presence is considered to be undesirable, and measures such as preparing additive-free materials or removing stabilizers are desirable. ing. On the other hand, the present invention can achieve effective surface modification even when the polymer material contains an additive such as a stabilizer. Therefore, a molded product obtained by a normal production method can be used as it is as a polymer material.
[0018]
In the present invention, there is no particular limitation on the form of the molded article of the polymer material subjected to the modification treatment. For example, any form of fiber, woven fabric, non-woven fabric, cloth, plate, film, sheet, tube, rod, hollow container, box, foam, and laminate can be used. In particular, from the viewpoint of improving water absorption, molded articles such as fibers, woven fabrics, nonwoven fabrics, cloths, films, and sheets can be easily treated. In particular, porous films and sheets produced for filters and synthetic papers can be subjected to durable and effective hydrophilic treatment. Further, by applying the processing method of the present invention to a molded body for a member or part that has been previously molded into a predetermined shape, a polymer material that could not be used conventionally can be used. Various plastic products (bolts, nuts, chains, parts of electric appliances, caps, covers, etc.) are also made hydrophilic by the present invention, so that wettability and adhesion are improved, and chargeability is reduced. .
As fibers and fiber products, various fibers, woven fabrics and nonwoven fabrics can be preferably used. The form of the fiber may be any of a single component fiber, a mixture of a plurality of types of fibers, a blended fiber, and a composite fiber (core-sheath type, parallel type, multicore type, archipelago type, radial type, etc.) Good.
[0019]
In performing surface modification of the polymer material, it is preferable to remove impurities by washing the surface of the polymer material with an appropriate liquid. For example, polyolefin, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride and the like are preferably washed with alcohol or toluene. Acetate, nylon, polyester, polystyrene, acrylic resin, polyvinyl acetate, polycarbonate, polyurethane and the like are preferably washed with alcohol. Cellulosic materials such as rayon and cupra are preferably washed with alcohol after washing with a detergent.
[0020]
(Impregnation treatment)
The impregnation treatment is a method in which a compound having an affinity for a polymer material is used as it is or as a solution or dispersion, and the compound is contacted at a temperature below its softening point to impregnate the compound from the surface. . At this time, the polymer material is not substantially deformed. A compound used for this purpose is called an impregnating agent. This impregnation treatment step can be said to be a step in which the impregnating agent soaks into the amorphous region of the polymer compound and creates a gap inside the material. There exists an effect | action which makes the activation process and grafting process etc. which are performed next easy. The impregnated impregnating agent is removed by washing after subsequent processing steps.
A preferable range of the impregnating amount of the impregnating agent with respect to the polymer material is expressed by a weight increase rate. When the thickness of the polymer material is less than 1000 microns, it is 0.1 to 40% by weight, and the material thickness is 1000 microns In the above case, it is 0.1 to 40% by weight with respect to the material portion within a depth of 1000 microns from the surface of the material. In the case of a polymer material having a thickness and a diameter of about 20 mm or less, the amount of impregnation is preferably about 0.1 to 10% by weight for simplicity.
[0021]
The compound that can be used as the impregnating agent may be any of organic, inorganic, gas, liquid, and solid as long as the compound has an affinity for the polymer material. The liquid impregnating agent can be used as it is or as a mixture such as a solution or dispersion with another liquid, as long as it is solid, as a solution or dispersion or emulsion, or as a gas. The impregnating agent in the present invention includes a so-called solvent, but is not limited thereto.
The impregnating agent is selected according to the type of the polymer material to be treated. Compounds used for carrier dyeing of synthetic fibers, particularly polyester-based synthetic fibers, and commercially available assistants for carrier dyeing can be preferably used. In addition, various compounds corresponding thereto can be used. These can be applied to a wide range of polymer materials such as polyolefin, polystyrene, polyacrylic resin, and polyurethane in addition to polyester. Examples of this include diphenyl, ortho or parahydroxybiphenyl, other diphenyl derivatives, or sodium salicylate or derivatives thereof, halogenated aromatic compounds (eg mono, di or trichlorobenzene), etc. It can be used as an organic liquid solution as a solvent, an aqueous dispersion, or an emulsion using a surfactant.
Alternatively, an organic liquid having an affinity for the polymer material can be used as the impregnating agent. In this case, the standard of selection of the organic liquid is a single liquid or a mixture of a plurality of liquids close to the solubility parameter (SP value) of the polymer material to be processed. It is preferable to treat with a solvent having a difference of about +2 or −2 from the solubility parameter of the polymer. Solvents with differences within this range can be used if they are processed at a low temperature in a short time. Just soak into the surface of the polymer, do not dissolve. Even organic solvents that are soluble at high temperatures can be used if they are treated in a short time at low temperatures that do not exhibit solubility.
Examples of liquid impregnating agents include polypropylene, toluene, xylene, decalin, tetralin, cyclohexane, a mixture of 1 volume of dichloroethane and 4 volumes of ethanol, and polyethylene includes 1 volume of toluene, xylene, α-chloronaphthalene, dichlorobenzene. A mixture of 1 volume of toluene and 10 volumes of methanol can be used for polystyrene, and a mixture of 1 volume of phenol and 10 volumes of hexane can be used for polyethylene terephthalate.
[0022]
Conditions such as temperature and time of the impregnation treatment are appropriately selected depending on the shape of the material. For example, in the case of a non-woven fabric made of polyolefin fibers having a fiber diameter of about 5 to 10 μm, the impregnating agent is immersed in a room-temperature impregnating agent (for example, toluene) for 2 minutes and subjected to a centrifugal dehydrator (number of rotations 500 to 2000 times / min) Shake off and finish when the surface impregnating agent is apparently dry. In the case of a polyolefin film, plate and molded product (thickness of about 2 to 5 mm), it is immersed in an impregnating agent at room temperature to 70 ° C. for about 5 to 30 minutes and then drained as described above. The impregnation weight ratio in these cases is about 1 to 10% by weight.
In the case of wool, it is immersed in a mixture of an aqueous sodium carbonate solution and methanol at room temperature for 1 to 10 minutes, rinsed with methanol, and drained with a centrifuge.
This impregnation treatment is effective in the case of a material having a large surface area such as a film or a plate, or a material containing many antioxidants and other additives.
[0023]
(Activation process)
The step of activating the polymer material in the present invention means a treatment for introducing a carbonyl group on the surface of the material. In addition to the carbonyl group, it also includes introducing a functional group containing oxygen or nitrogen, an unsaturated bond, or the like. A preferable method for the activation treatment is various treatments such as plasma treatment, ozone treatment, ultraviolet irradiation treatment, corona discharge treatment, and high-pressure discharge treatment. For the purpose of the present invention, any known equipment can be used. The degree of the activation treatment is appropriately adjusted according to the purpose of the modification, but in the present invention, the minimum activation treatment that can confirm the introduction of the carbonyl group is preferable. Conventionally proposed activation treatment methods are often excessive treatments for the purpose of the present invention. As a criterion for judgment, it is effective to measure the infrared absorption spectrum of the processed polymer material. For example, the ratio of the absorbance of the absorption based on the introduced carbonyl group and the absorbance of the absorption based on the structure of the unchanged crystal part can be determined by the baseline method to know the degree of oxidation. For example, in the case of polypropylene, 1710 cm based on the introduced carbonyl group -1 Absorption near 973 cm based on the absorbance in the vicinity and the unchanged crystalline partial methyl group -1 The ratio of the absorbance at is preferably about 0.2 or less.
A preferable method for setting the activation treatment conditions is to obtain a relationship between the treatment time and the carbonyl absorption in advance for the target polymer material, and based on this relational expression, the activation treatment to the extent that the material strength is not reduced. Define the conditions. Even if there is a minimum amount of carbonyl group that can be detected by infrared absorption spectroscopy, if intensity decreases, it is appropriate to interpolate to the time corresponding to the absorbance that cannot be measured by infrared absorption based on this relational expression. The correct processing time. By doing so, an effective surface activation treatment can be achieved without reducing the material strength.
[0024]
(Ozone treatment)
The purpose of the ozone treatment is to perform a reforming reaction mainly including an oxidation reaction by bringing the surface of the polymer material into contact with ozone molecules. The ozone treatment is performed by exposing the polymer material to ozone. The exposure method can be performed by an appropriate method such as a method of holding in an atmosphere in which ozone exists for a predetermined time, a method of exposing in an ozone stream for a predetermined time. Ozone can be generated by supplying an oxygen-containing gas such as air, oxygen gas or oxygen-added air to an ozone generator. The obtained ozone-containing gas can be introduced into a container, tank, or the like that holds the material to perform ozone treatment. Various conditions such as the ozone concentration in the ozone-containing gas, the exposure time, and the exposure temperature can be appropriately determined according to the type and shape of the polymer material and the purpose of the surface modification. Usually, oxygen or air flow is used, and the flow rate is 20 ml to 10 L / min, and 10 to 200 g / m. 3 Can be processed at a temperature of 10 to 80 ° C. for 1 minute to 10 hours. For example, in the case of polypropylene or polyvinyl chloride fiber, the ozone concentration is 10 to 40 g / m. 3 Thus, treatment at room temperature for about 10 to 30 minutes is appropriate. In the case of a film shape, the ozone concentration is 10 to 80 g / m. 3 The treatment for about 20 minutes to 3 hours at room temperature is appropriate. The generated ozone concentration when air is used is about 50% when oxygen is used.
It is estimated that hydroperoxy groups (--O-OH), etc. are introduced into the surface of polymer materials by ozone treatment due to ozone treatment, and some of them are converted to functional groups such as hydroxyl groups and carbonyl groups. The
[0025]
(Plasma treatment)
In the plasma treatment, a polymer material is placed in a container containing argon, neon, helium, nitrogen, nitrogen dioxide, oxygen, air, etc., exposed to plasma generated by glow discharge, and a functional group containing oxygen, nitrogen, etc. on the surface of the material. The purpose is to introduce. When an inert gas such as argon or neon is present at a low pressure, it is considered that the surface of the polymer material is attacked by the generated plasma and radicals are generated on the surface. Then, it is considered that radicals are combined with oxygen by being exposed to air, and a carboxylic acid group, a carbonyl group, an amino group, or the like is introduced into the surface of the polymer material. In addition, it is thought that a functional group is directly introduced by a plasma treatment in a small amount of nitrogen, carbon dioxide, oxygen or air. Discharge forms of plasma generation are classified into (1) DC discharge and low frequency discharge, (2) radio wave discharge, (3) microwave discharge, and the like.
[0026]
(UV irradiation treatment)
The ultraviolet irradiation treatment is a method of irradiating the surface of the polymer material with ultraviolet rays in the air. As a light source for irradiating ultraviolet rays, a low-pressure mercury lamp, a high-pressure mercury lamp, an ultrahigh-pressure mercury lamp, a xenon lamp, a metal halide lamp, or the like can be used. The surface of the polymer material may be treated with an ultraviolet absorbing solvent before irradiation. Although the wavelength of ultraviolet rays can be selected as appropriate, in order to reduce deterioration of the material, it is preferably around 360 nm or less. When the polymer material is irradiated with ultraviolet rays, the ultraviolet rays are absorbed by chemical structures such as double bonds in the surface region of the molded product, the chemical bonds are broken by the absorbed energy, and oxygen in the air is generated in the generated radicals. It is considered that a carbonyl group, a carboxyl group, and the like are generated by bonding and via a peroxide structure in the middle.
[0027]
(High pressure discharge treatment)
In the high-pressure discharge treatment, a belt conveyor for moving the polymer material to be processed is installed in the tunnel-shaped processing device, and a large number of electrodes are attached to the inner wall surface of the processing device while moving the polymer material. In this method, a high voltage of hundreds of thousands of volts is applied to and discharged in the air. It is considered that oxygen in the air and the surface of the object to be processed are activated by the discharge, oxygen is taken into the surface of the polymer material, and polar groups are generated.
[0028]
(Corona discharge treatment)
In the corona discharge treatment, a corona discharge is generated by applying a high voltage of several thousand volts between a grounded metal roll and a knife-like electrode placed at a distance of several millimeters, and between the electrode and the roll during this discharge. Is passed through the polymer material to be treated. This method is suitable for the processing of films or laminae.
[0029]
Methods other than ozone treatment activate the surface by irradiating the material, and it is necessary to devise a shadowed portion that is not exposed to radiation. Accordingly, ozone treatment is preferable for treating a fiber aggregate such as a non-woven fabric or the entire material having a shadow portion depending on the form of the material. In addition, ozone treatment is preferable because it is inexpensive in terms of equipment costs.
[0030]
(Monomer grafting process)
In the present invention, the monomer to be grafted is not limited as long as it can be grafted, but is preferably a compound having at least one carbon-carbon double bond, such as a vinyl compound or a similar compound. Of the monomers, hydrophilic monomers are preferred. Hydrophilic monomers include acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetic acid, 2-butenoic acid, ethylene sulfonic acid, hydroxyalkyl acrylate, hydroxyalkyl methacrylate, acrylamide, vinyl pyridine, vinyl pyrrolidone, vinyl carbazole, maleic anhydride, anhydrous Preference is given to at least one monomer selected from the group consisting of pyromellitic acid or a mixture with at least one monomer selected from these groups. In the present invention, it is particularly preferable to use acrylic acid or methacrylic acid from the viewpoint of chemical resistance and water absorption.
[0031]
Furthermore, vinyl monomers such as acrylic acid esters, methacrylic acid esters, vinyl acetate, and styrene, which are less hydrophilic than hydrophilic monomers, can also be used. It is preferable to use only a hydrophilic monomer, but by using a mixture of a hydrophilic monomer and a poorly hydrophilic monomer, the grafting rate increases and the hydrophilicity contained in the graft polymer. The monomer may be able to impart the hydrophilicity of the material.
[0032]
Monomer grafting is (1) a method in which a catalyst or an initiator (hereinafter collectively referred to as “initiator”) is present, and (2) a method in which heating is performed in the presence or absence of an initiator. Or (3) Any method in which ultraviolet irradiation is carried out in the presence or absence of a catalyst or an initiator is preferred. Initiators include peroxides (benzoyl peroxide, t-butylhydroxyperoxide, di-t-butylhydroxyperoxide, etc.), ceric ammonium nitrate (IV), persulfates (potassium persulfate, ammonium persulfate, etc.), Redox initiator (oxidizer: persulfate, hydrogen peroxide, hydroperoxide, etc., inorganic reducer: copper salt, iron salt, sodium bisulfite, sodium thiosulfate, etc., or organic reducer: alcohol, amine, Combination with oxalic acid and the like, and oxidizing agent: hydroperoxide and the like and inorganic reducing agent: copper salt, iron salt, sodium bisulfite, sodium thiosulfate and the like, or organic reducing agent: dialkyl peroxide, diacyl peroxide and the like and reducing agent : Tertiary amine, naphthenate, mercaptan, organometallic compound (triethylaluminum Combination of triethyl like element)), and other known radical polymerization initiator and the like.
When acrylic acid is used as a monomer, a water-soluble polymerization initiator such as dicerium ammonium nitrate (IV) or potassium persulfate is preferably used, but benzoyl peroxide, N, N-azobisisobutyronitrile, etc. The water-insoluble initiator can be used by dissolving in methanol or acetone and mixing with water. In the case of ultraviolet irradiation, a photosensitizer such as benzophenone or hydrogen peroxide may be added as a catalyst in addition to these polymerization initiators.
[0033]
For grafting of the monomer, a general grafting method can be used. Specific examples are shown below.
In the case of a water-soluble initiator, the required amount is dissolved in water. In the case of a water-insoluble initiator, it is dissolved in an organic solvent (for example, acetone, methanol, etc.) mixed with water such as alcohol or acetone, and then mixed with water so that the initiator does not precipitate. A material subjected to an activation treatment or a hydrophilic polymer treatment described later is added to the initiator solution, and a monomer is added to perform grafting. The inside of the processing container is purged with nitrogen as necessary. In the case of heat grafting, the reaction mixture is heated at an appropriate temperature for an appropriate time. Alternatively, when grafting is performed under ultraviolet irradiation, ultraviolet irradiation is performed at an appropriate temperature and time. Although the ultraviolet lamp is not particularly limited, a high-pressure mercury lamp (for example, trade name: H400P manufactured by Toshiba Corporation) can be used. Although the wavelength may extract ultraviolet rays around 360 nm with a filter, it may irradiate light of all wavelengths.
[0034]
A method in which a vinyl monomer having an amide group is used as the monomer and the amide group is Hoffmann-transferred from the method described in JP-A-8-109228 by the present inventor can also be preferably used.
[0035]
(Hydrophilic polymer)
In the present invention, the hydrophilic polymer means a water-soluble polymer or a polymer that is not readily water-soluble but has hydrophilicity. Specific examples include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyhydroxyethyl methacrylate, poly-α-hydroxyvinyl alcohol, polyacrylic acid, poly-α-hydroxyacrylic acid, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, Examples include polyalkylene glycols such as polypropylene glycol. These sulfonated products can also be used. Other examples include sodium alginate, starch, silk fibroin, silk sericin, gelatin, various proteins, and polysaccharides.
[0036]
(Treatment with hydrophilic polymer)
When the hydrophilic polymer treatment is performed on the activated polymer material, it is preferably performed in the presence of a catalyst or an initiator. As the catalyst and the initiator, the same ones as in the case of grafting with a monomer can be used.
In the treatment step with the hydrophilic polymer, the hydrophilic polymer is preferably used in a solution state. Any water-soluble polymer can be used as an aqueous solution. If it is poor in water solubility, dissolve it in a suitable solvent. The case where a water-soluble polymer is used will be described below.
When the treatment with the water-soluble polymer is performed in the absence of the initiator, the polymer material subjected to the activation treatment is placed in an aqueous solution of a hydrophilic polymer.
When the treatment with the water-soluble polymer is performed in the presence of the initiator, an aqueous solution of the water-soluble polymer is first prepared, and in the case of the water-soluble initiator, a necessary amount is dissolved therein. In the case of a water-insoluble initiator, it is dissolved in an organic solvent mixed with water, such as alcohol or acetone, and then added to an aqueous solution of a water-soluble polymer. A polymer material subjected to an activation treatment is placed in a solution of a water-soluble polymer to which an initiator has been added for treatment. It is desirable to replace the inside of the processing container with nitrogen. However, in a simple manner, a practical process can be performed without nitrogen substitution.
The temperature of the treatment with the water-soluble polymer and the initiator is not particularly limited, and is usually 10 to 80 ° C., preferably 60 to 90 ° C. In order to improve hydrophilic durability, a treatment at a high temperature for a long time (for example, about 12 hours) is also performed.
[0037]
(Use)
The polymer material modified by the method of the present invention is greatly improved in hydrophilicity, water absorption, water retention, adhesiveness, and the like, and has excellent durability. It can be applied to various uses by utilizing the above. Moreover, since it is excellent also in adhesiveness, it can adhere | attach to paper, wood, a metal, etc. with a general adhesive agent, for example, starch, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, an epoxy resin system, polycyanoacrylate, etc. It can be applied to various materials that require adhesiveness. Furthermore, the modification method of the present invention can be applied to many polymer materials including polyolefins such as polypropylene and polyethylene, which are particularly difficult to modify. Polyolefin non-woven fabric or mixed non-woven fabric made of polyolefin and other polymers can give water absorption of 7 to 10 times its own weight, and further to adhesiveness, alkali resistance, acid resistance and oxidation resistance. Excellent. Although each use is demonstrated below, the use of this invention is not limited to the following.
[0038]
(1) Wiping cleaning materials:
At present, mainly based on polyester fiber, polyolefin fiber, and synthetic fiber composite fiber, blended with rayon to make it hydrophilic, and then impregnated with an aqueous solution containing a surfactant. Are commercially available as disposable cleaning materials or wipers. When this disposable cleaning material is manufactured with the fiber of the modified water-absorbing polymer material of the present invention, it is lightweight, high-strength, excellent in water-absorbing property and surfactant-absorbing property, and thus has increased durability. Is obtained. After use, it can be reused by washing with water several times.
[0039]
(2) Water absorption material:
It means a polymer material having water absorption produced according to the present invention.
[0040]
(3) Water retention material:
The hydrophilic polyolefin nonwoven fabric produced by the present invention is useful as a water retention material for supplying water to plants. The material shape as a water retention material for this purpose may be a woven fabric, a nonwoven fabric, or a fiber having no cloth shape, or a cut fibrous waste. About 10-500 micrometers is easy to use the diameter of a constituent fiber.
[0041]
(4) Medical, hygiene and cosmetic products:
Means various disposable items. Illustrative examples include diapers, sanitary products, bandages, gauze, sanitary napkins, disinfecting affixing cloths and tapes, other medical supplies, and various cosmetics such as cleansing applications, face-wash packs, and pads.
Disposable diapers or sanitary products contain a water-absorbing material made from pulp, starch, acrylic polymer, etc. inside, and the outside is covered with a water-repellent polyolefin non-woven fabric so as not to pass urine, moisture, blood, etc. It has been broken. Moisture discharged from the body permeates the inner hydrophilic nonwoven fabric and is absorbed by the inner water-absorbing material. Hydrophilic polyolefin nonwoven fabric is the most desirable material as a material that is resistant to moisture and difficult to tear. However, the hydrophilization of the hydrophilized non-woven fabric used on the inside is only impregnated with a surfactant or water-soluble treatment agent that easily drops with water. For this reason, the hydrophilicity is not durable and is easily washed away with water. The effect of surfactants on the skin is also a problem. Therefore, a cheap, easy and durable hydrophilization technology is desired. The water-absorbing / water-retaining polyolefin material obtained by the hydrophilization technique of the present invention is an optimal material as a disposable diaper or a cloth for inner sewing of a sanitary product. Further, the polymer material having high water absorption according to the present invention is also used as a water-absorbing material in disposable diapers or sanitary products. Light weight, high strength, safety and withstand repeated use. The hydrophilic or water-absorbing material obtained by the present invention is lightweight and high in strength and can be impregnated with detergents, chemicals, adhesives, etc., so gauze, wiping textiles, pasting disinfecting cloth / tape, etc. Suitable for cosmetic materials. When used as a disposable medical / hygiene / cosmetic article, the material shape is preferably woven fabric or non-woven fabric, and the basis weight and thickness may be appropriately selected. However, the diameter of the constituent fiber of the woven or non-woven fabric is easy to use about 1 to 500 μm.
[0042]
(5) Internal materials such as clothing, beds and futons:
The hydrophilic or water-absorbing polymer material obtained by the present invention is lightweight and has high strength, and is suitable for internal materials such as textiles for clothes, beds, and futons by controlling water absorption.
[0043]
(6) Filter material:
Filter media made of a porous film made of a hydrophobic material such as polyolefin, polysulfone, or polyester has higher strength than paper filter media, but is poor in hydrophilicity, so it is not suitable for aqueous solution filtration. Is appropriate. Currently, surfactants and water-soluble polymers are applied to cope with these problems, but these hydrophilized parts are eluted during filtration and lack durability. A durable, water-absorbing filter medium can be obtained by subjecting the filter medium made of such a hydrophobic material to the hydrophilization treatment of the present invention.
[0044]
(7) Materials for microbial medium:
The water-absorbing material obtained by the present invention is excellent in water-absorbing property, strength, and microbial propagation, and is optimal as a material for a microbial medium. The shape of the material for the microbial medium may be a woven fabric, a non-woven fabric, a fiber having no cloth shape, or a cut fibrous waste. About 10-500 micrometers is easy to use the diameter of a constituent fiber.
[0045]
(8) Orthodontic bracket:
By the treatment method according to the present invention, the adhesion of the polymer material can be improved. Since it can be utilized for various materials that require adhesiveness, composite materials, and reinforcing fibers blended in fiber-reinforced plastics, the adhesiveness between the orthodontic bracket made of plastic and the teeth can be improved.
[0046]
(9) Medical device material parts:
Means artificial blood vessels, artificial organs, artificial joints, tubular, thread-like, plate-like polymer material parts. The hydrophilicity of these materials can be improved to improve medical compatibility. Examples thereof include those used in contact with the human body or human tissue (catheter, drainage device), body fluid absorbing materials, contact lenses, synthetic fiber bandages, gauze infusion devices, and the like.
[0047]
(10) Polymer material composite material:
The adhesive property of the reinforcing fiber blended in the composite material and the fiber reinforced plastic can be improved and used for a polymer material composite material having excellent strength.
[0048]
(11) Synthetic paper:
Synthetic paper made of a polymer material such as polyethylene or polyolefin such as polypropylene or polyester is added with air bubbles or a filler to give whiteness, and is used as a substitute for paper. By making the surface hydrophilic according to the present invention, it is possible to improve adhesion and printability.
[0049]
(12) Material with improved adhesion:
In addition to improving the adhesiveness of the orthodontic bracket and the reinforcing fiber for composite material, the adhesiveness of various polymer films and molded products can be improved to improve the adhesiveness with the same or different materials.
[0050]
(13) Other uses of hydrophilic film:
According to the present invention, high hydrophilicity can be imparted to a polymer film such as polyolefin or polyester. For example, a water-absorbing polyester film is excellent in adhesiveness and easily wetted with water, so that an anti-fogging effect can be obtained by sticking to glass or a mirror.
[0051]
(Example)
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention should not be construed as being limited to these examples.
The materials, reagents, and test / evaluation methods used are shown below.
(A) Materials including polymer materials
(1) Table 1 shows the characteristics of the nonwoven fabrics, woven fabrics, fiber bundles, films, plates, and porous films used in Examples and Comparative Examples. Note that PP: polypropylene, PE: polyethylene, PET: polyethylene terephthalate, PSU: polysulfone, P / E: a mixed sample of PP and PE.
[Table 1]
Figure 0004229421
[0052]
(2) Orthodontic bracket:
A polypropylene molded product sized 2.23 × 3.0 × 3.8 mm, weight of about 31 mg / piece, and reinforced with an aluminum fitting.
[0053]
(B) Reagents
(1) Polyvinyl alcohol (PVA): Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 160-11485 (average degree of polymerization = 1500-1800)
(2) Sodium carboxymethyl cellulose (CMC): Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 039-01355
(3) Acrylic acid: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 011-00776
(4) Methacrylic acid: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 138-10805
(5) Methyl methacrylate: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 139-02726
(6) Sodium persulfate (SPS): Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 195-04985
(7) Potassium persulfate (KPS): Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 162-04235
(8) 2,2′-azobisisobutyronitrile (AIBN): manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 019-04932
(9) Dicerium ammonium nitrate (IV) (CAN): Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 036-01742
(10) Benzophenone: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 023-01072
(11) Methanol: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 136-09475
(12) Sodium hydroxide: manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 194-02135
(13) Hydrochloric acid: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 080-01066
(14) Toluene: Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 204-01866, this liquid itself was used (impregnating agent A).
(15) Sodium dodecylbenzenesulfonate (DBS): Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., product number D1238, used as a surfactant.
(16) Decahydronaphthalene (cis, trans mixture): Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 048-O0066, this liquid itself was used (impregnating agent B).
(17) Orthohydroxybiphenyl (OHB): Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product B number 080-O1402, 1 g of orthohydroxybiphenyl and sodium hydroxide 0.2 g, surfactant (sodium dodecylbenzenesulfonate) 0.2 g Was used as a solution obtained by mixing 200 ml of water (impregnating agent C).
Alternatively, a solution obtained by dissolving 0.5 g of orthohydroxybiphenyl in 300 ml of methanol was used by dispersing in water used as a carrier (carrier D).
(18) Sodium salicylate (SS): Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 195-O3145 (impregnating agent D)
1 g of sodium salicylate was dissolved in 200 ml of water and mixed with 0.5 ml of 10% hydrochloric acid and dispersed in water for use (impregnating agent E).
(19) Diphenyl (DP): Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product number 040-18412. A solution obtained by mixing 2.5 g of diphenyl and 0.2 g of a surfactant (sodium dodecylbenzenesulfonate) in 200 ml of water was used (impregnating agent F).
(20) Carnant (trade name, manufactured by Toho Chemical Co., Ltd.): Carrier for dyeing polyester-based synthetic fibers, blended product of aromatic ether-based anionic activator. Used by dispersing in water (carrier 1).
(21) Carrier TW200 (trade name, manufactured by Nikka Chemical Co., Ltd.): A carrier for dyeing synthetic fibers for polyester / wool blends, methylnaphthalene and other blended products, used by dispersing in water (carrier 2).
[0054]
(C) Ozone treatment:
The test piece is put in a 2 L or 10 L hard glass container (with gas inlet and outlet), and from an ozone generator (OS-1N manufactured by Mitsubishi Electric Corporation), the amount of ozone generated is 1 g / h and the concentration is 20 g / h. m 3 Oxygen containing ozone was blown for 20 to 120 minutes at a flow rate of 800 ml / min. Next, oxygen not containing ozone was blown for 10 minutes. The concentration of ozone was determined by iodometric titration. The degree of oxidation is determined by scraping the surface member of the treated test piece and measuring the infrared absorption spectrum. -1 Change in absorbance of absorption peak in the vicinity (absorption of carbonyl group), and this absorbance and 973 cm -1 It was judged from the ratio of the absorbance.
[0055]
(D) Plasma treatment:
A test piece (cloth, film, etc.) was placed between the electrodes in the reaction vessel of the plasma processing apparatus (Yamato PR500). After reducing the pressure in the reaction vessel to 0.27 Pa, a mixture of argon gas and oxygen gas (volume ratio 1: 1) was introduced until the pressure reached 5.6 Pa. Glow discharge was performed mainly for 30 seconds to 3 minutes at an oscillation frequency of 13.56 MHz with a supplied power value between 40 W and 100 W. After discharge, gas introduction was stopped and the pressure was returned to normal pressure, and then the treated test piece was taken out. The degree of treatment was judged by the decrease in the contact angle of water with the film.
[0056]
(E) UV irradiation treatment:
In the case of activation treatment, the sample itself was directly irradiated with a high-pressure mercury lamp (Toshiba high-pressure mercury lamp H400P) from a distance of 10 cm.
In the case of grafting, the reaction mixture was placed in a Pyrex glass reaction vessel, brought to a temperature of 10 to 70 ° C., and irradiated with a high pressure mercury lamp (Toshiba high pressure mercury lamp H400P) from a distance of 20 cm. The reaction tube revolved around the lamp while rotating so that the light was uniformly irradiated.
[0057]
(F) Evaluation of water absorption:
Measurement of water absorption rate of nonwoven fabric, woven fabric, fiber bundle, film, board, porous film:
(1) Water absorption: Put a test piece (size 10 cm × 10 cm) in a beaker containing water and gently agitate with a glass rod for about 1 minute. Next, the test piece is taken out and hung for 3 minutes (water drops do not drop). The weight of the dried test piece was subtracted from the weight of the water-absorbed test piece to obtain an increased weight (water absorption amount), and the percentage with respect to the weight of the dry test piece was defined as the water absorption rate (%).
Water absorption rate (%) = (Water absorption amount / weight of test piece when dried) × 100
[0058]
(2) Water absorption rate: 1 cm of the lower end of a test piece having a width of 1.5 cm was immersed in water, and the distance (unit: cm / min) of the rise of water per minute was measured.
All the untreated samples used in this example had a water absorption rate of 0 cm / min. In addition, the water uptake speed of all the untreated samples used in this example was 0 cm / min.
[0059]
(G) Measurement of water contact angle:
A contact angle measuring device (CA-X manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.) was used. At 20 ° C., a drop of water having a diameter of about 1 mm from the syringe was dropped onto the surface of the test piece, and was calculated from the size of the image magnified by the video camera.
[0060]
(H) Washing resistance test:
The test piece was placed in a weakly alkaline fatty acid sodium soap (trade name: Lion Powder Soap manufactured by Lion Corporation) 0.4% aqueous solution at a bath ratio of 1: 250, and boiling washed for 5 minutes with stirring. Thereafter, it was sufficiently washed with water and dried. The water absorption rate, water uptake speed, and tensile strength were measured and compared with those before washing.
[0061]
(I) Tensile strength test:
The test piece is cut into a 1.5 cm × 7 cm rectangle, and 1 cm from both ends are fixed to the clamp of a tensile tester (SV55-0-20M, Imada Seisakusho Co., Ltd.), the holding interval is 5 cm, and the pulling speed is 100 mm / min. Pulled on. Measurements were made in each direction of the vertical and horizontal eyes. In each example, only the longitudinal direction was shown.
[0062]
(J) Adhesive peel strength test:
(1) For film:
The test piece is cut into a size of 30 mm (longitudinal direction) × 5 mm, 0.1 g of adhesive is applied to a 5 mm × 5 mm portion at one end, and a plywood (thickness 2 mm, size 20 mm × 10 mm) or sticky note ((thickness) A 500 g weight is put on a polyethylene film for 12 hours, and a tensile tester (10 mm of the unbonded part of the plywood and 10 mm of the unbonded end of the film are attached). It was sandwiched between Shimadzu AGS-H) clamps and pulled at a pulling speed of 30 mm / min to determine the energy required to peel off the bonded part (adhesive peel energy). The relative value was determined by setting the adhesion release energy of the untreated material to 1.0.
In the case of plywood, the adhesive used was polycyanoacrylate (Aron Alpha: manufactured by Toa Gosei Co., Ltd.) and in the case of sticky notes, paper adhesive for stationery (trade name: manufactured by KOKUYO Co., Ltd., Plit) ).
[0063]
(2) For bracket:
Apply approximately 0.01 g of adhesive to the adhesive surface of the treated or untreated bracket, attach it to a ceramic plate (size 20 mm x 10 mm), hook a loop wire, and pull the unadhered part of the ceramic plate The test machine (Shimadzu Corporation, SV55-0-20M) is clamped with the lower clamp, the wire is fixed to the upper clamp, pulled at a pulling speed of 110 mm / min, and the load applied until the bonded portion is peeled is determined. In order to standardize the bonding conditions, the relative value was determined with the peel strength of the untreated material performed at the same time being 1.0. Polymerizable methacrylic resin-based adhesive (used by mixing methyl methacrylate monomer, polymer, polymerization catalyst, etc.): Trade name Superbond (Sun Medical Co., Ltd.) or homemade product was used.
[0064]
The treatments corresponding to claims 1, 2, and 3 are referred to as inventions 1, 2, and 3, respectively, and examples of treatment of various nonwoven fabrics or woven fabrics made of polypropylene, polyester, and polyethylene are shown below. Table 2 shows the water absorption rate, water absorption height, and water absorption rate after washing of the obtained treated or untreated samples. In all the examples, the operation of removing the antioxidant, stabilizer and other additives contained in the polymer material was not performed.
[0065]
(Example 1) Hydrophilization of polypropylene nonwoven fabric according to Invention 1
As the impregnating treatment, 100 ml of toluene was set to 50 ° C., and then 1.0 g (size 20 cm × 20 cm) of PP nonwoven fabric 1 was soaked for 15 minutes. Next, it was rinsed with methanol and then placed in a centrifuge (800 rpm) for 1 minute. The weight increase of the sample was about 4%.
Next, as an activation treatment, ozone treatment was performed for 30 minutes (ozone generation rate: 1.0 g / h). Measured infrared absorption spectrum, 1710cm -1 The absorbance ratio of the absorption peak in the vicinity (absorption of carbonyl group) was 0.02.
Next, the treatment material is put into a solution made by adding 200 ml of water, 20 mg of dicerium ammonium nitrate (IV), and 0.6 ml of acrylic acid to a Pyrex glass tube, and a 400 watt high-pressure mercury lamp is placed at a distance of 20 cm. Then, irradiation was carried out for 120 minutes while maintaining at 30 ° C. After the treatment, the material was boiled and washed in a 60 ° C. detergent aqueous solution for 10 minutes, then washed with water and dried. Water absorption by the water absorption test of the treated sample was 310%. The water absorption height was 2.0 cm / min. The untreated nonwoven fabric had a water absorption rate of 0% and a water absorption height of 0 cm / min.
In particular, it was excellent in water absorption and electrolyte retention. It is also excellent in alkali resistance, acid resistance, and oxidation resistance, and is effective as a battery separator manufacturing method.
[0066]
(Example 2)
Except for using decahydronaphthalene (impregnating agent B) as the impregnation treatment, plasma treatment for 30 seconds as the activation treatment, and using methacrylic acid as the monomer, all are the same as in Example 1.
[0067]
Example 3
Except for using an orthohydroxy biphenyl (OHB) aqueous dispersion (impregnating agent C) as the impregnating treatment, everything is the same as in Example 1.
Example 4
Except for using a methanol solution of orthohydroxy biphenyl (impregnating agent D) as the impregnating agent treatment, everything is the same as in Example 1.
[0068]
(Example 5)
Example 1 is the same as Example 1 except that a sodium salicylate aqueous dispersion (impregnant E) is used as the impregnating treatment, and an ultraviolet irradiation treatment for 60 minutes is performed as the activation treatment.
[0069]
(Example 6)
Except for using a diphenyl solution (impregnating agent F) as the impregnating agent treatment, everything is the same as in Example 1 except for performing an ultraviolet irradiation treatment for 60 minutes as the activation treatment.
(Comparative Examples 1-5)
Comparative Example 1 is a result of using an untreated PP sample used in Example 1.
Comparative Example 2 is the same as Example 1 except that the impregnating treatment process is omitted in the process of Example 1.
Comparative Example 3 is the same as Example 1 except that the impregnating agent treatment process and the activation process are omitted in the process of Example 1. Comparative Example 4 is the same as Example 1 except that the impregnating agent treatment step and the grafting step are omitted in the step of Example 1. Comparative Example 5 is the same as Example 1 except that the activation process is omitted in the process of Example 1.
[0070]
(Example 7)
A PP plain woven fabric was used as a PP sample, and an orthohydroxy biphenyl (OHB) solution (impregnating agent C) was used as an impregnation treatment, and ultraviolet irradiation was performed for 2 hours as an activation treatment. Other methods and procedures are the same as those in the first embodiment. Grafting was similar to Example 1.
[0071]
(Comparative example 6) It is a result of untreated PP plain woven fabric.
[0072]
(Comparative Example 7) The same treatment as in Example 2 except that the plain plain cloth was used as a sample and the impregnation treatment was omitted. From Example 3, the durability of water absorption decreased a little.
[0073]
(Example 8)
Using PET non-woven fabric (size: 10cm x 10cm), carrier 1 (trade name: Carnant) in water dispersion (5g reagent mixed in 200ml water), using AIBN 20mg instead of CAN as an initiator Performed in the same manner as Example 1.
[0074]
Example 9
Using PET non-woven fabric (size 10cm x 10cm), carrier 2 (trade name: carrier TW200) in water dispersion (5g reagent mixed in 200ml water), activated by ozone treatment, grafting by CAN as initiator Instead of, 20 mg of AIBN was used, and thermal polymerization was carried out at 70 ° C. for 4 hours (the procedure was the same as in the examples, but no ultraviolet light was irradiated).
The same method as in Example 1 was performed.
[0075]
(Example 10)
A PET non-woven fabric (size 10 cm × 10 cm) was performed in the same manner as in Example 1.
[0076]
(Comparative Examples 8-12)
For the PET nonwoven fabric, Comparative Example 8 was untreated, Comparative Example 9 was omitted from the impregnating treatment from Example 1, Comparative Example 10 was omitted from the impregnating treatment and activation treatment from Example 1, and Comparative Example 11 was Example 4. In this process, the impregnating treatment and the grafting treatment are omitted. In Comparative Example 12, the activation process was omitted from Example 1.
[0077]
(Examples 11 to 12)
Example 11 uses PP nonwoven fabric 2 and ortho-hydroxybiphenyl (OHB) solution (impregnating agent C), as in Example 1, and Example 12 uses PP nonwoven fabric 2 and impregnating agent C. Same as 2.
[0078]
(Comparative Examples 13-17)
In either case, PP nonwoven fabric 2 was used. Comparative Example 13 is untreated PP nonwoven fabric 2, Comparative Example 14 is the same as Example 1 except that the impregnating treatment is omitted, and Comparative Example 15 is the same as Example 1 except that the impregnating treatment and activation treatment are omitted. Comparative Example 16 is the same as Example 1 except that only the ozone treatment as the activation treatment is performed, and Comparative Example 17 is omitted.
[0079]
(Example 13)
Using a P / E non-woven fabric as a sample, an aqueous dispersion of orthohydroxy biphenyl (OHB) (impregnating agent C) as an impregnating agent treatment, activation using ozone treatment, ceric ammonium nitrate (IV) as an initiator, methacrylic acid Thermal grafting was performed at 80 ° C. for 3 hours using an acid as a monomer.
[0080]
(Example 14) A P / E nonwoven fabric was used as a sample, and potassium sulfate was used in place of dicerium ammonium nitrate (IV).
[0081]
(Comparative example 18) It is a result of an untreated P / E nonwoven fabric.
[0082]
Table 2 summarizes the results.
The water absorption is the value after treatment, washing with detergent and drying, and the water absorption after washing three times is the water absorption after washing with a boiling detergent solution and drying three times.
[0083]
[Table 2]
Figure 0004229421
Figure 0004229421
[0084]
Examples of the treatment of polyethylene terephthalate film, ultrahigh molecular weight polyethylene plate, and polypropylene film, and comparative examples in which one or two steps are omitted from the untreated and the method of the present invention are shown below. The results are summarized in Table 3.
[0085]
(Example 15)
Processing of polyethylene terephthalate film
As the impregnating treatment, 100 ml of toluene (impregnating agent A) was brought to 80 ° C., and 1.62 g (size 15 cm × 15 cm) of a PET film was soaked for 15 minutes. Next, after rinsing with methanol, excess carrier was wiped off with paper and dried for 5 minutes at room temperature.
Next, as an activation treatment, ozone treatment was performed for 30 minutes (ozone generation rate: 1.0 g / h).
Next, grafting was carried out for 4 hours while keeping the treatment material in a solution prepared by adding 200 ml of water, 20 mg of AIBN, and 1.2 ml of acrylic acid to a glass tube made of Pyrex. After the treatment, the material was boiled and washed with a 60 ° C. aqueous detergent solution for 1 minute, then washed with water and dried. The water absorption by the water absorption test of the treated sample was 90%, and the contact angle of water was 63 °. The adhesive peel strength of the sticky note by the stationery paste (plit) was 4.0 when the untreated adhesive peel strength was 1.
[0086]
(Example 16)
After 100 ml of an aqueous dispersion of orthohydroxy biphenyl (impregnating agent C) was brought to 70 ° C., 1.62 g (size 15 cm × 15 cm) of a PET film was soaked for 15 minutes. Next, it was rinsed with methanol and then wiped off with excess paper and dried at room temperature for 5 minutes.
Next, after the same ozone treatment as in Example 1, UV irradiation grafting was performed using 180 ml of water, 20 mg of potassium persulfate, and 1.2 ml of methacrylic acid.
[0087]
(Example 17)
The same procedure as in Example 16 was performed except that a methanol solution of orthohydroxybiphenyl (impregnating agent D) was used.
[0088]
(Example 18)
The same procedure as in Example 16 was performed except that 1 g of an aqueous dispersion of sodium salicylate (impregnating agent E) was used.
[0089]
(Comparative Example 19)
It is a result of an untreated PET film.
(Comparative Example 20)
The treatment without the impregnating agent treatment from Example 16 was performed.
(Comparative Example 21)
From Example 16, the treatment without the impregnating treatment and the activation treatment was performed.
(Comparative Example 22)
From Example 16, the treatment without the impregnating treatment and the grafting treatment was performed.
(Comparative Example 23)
The process which carried out the activation process from Example 16 was performed.
[0090]
Example 19
3.84 g of ultra high molecular weight polyethylene plate (size 10 cm x 10 cm)
As the impregnating treatment, it was immersed in 100 ml of toluene (impregnating agent A) at 70 ° C. for 15 minutes. Next, after rinsing with methanol, excess impregnating agent was wiped off with paper and dried at room temperature for 5 minutes.
Next, for activation, ozone treatment was performed for 120 minutes. Next, the same UV irradiation grafting as in Example 2 was performed using 180 ml of water, 20 mg of ceric ammonium nitrate (IV), and 1.0 ml of acrylic acid.
[0091]
(Example 20)
The same procedure as in Example 19 was performed except that decahydronaphthalene (impregnating agent B) was used as the impregnating treatment.
[0092]
(Example 21)
Example 19 was repeated except that ortho-hydroxybiphenyl (OHB) (impregnating agent C) was used and no initiator was added during grafting.
[0093]
(Comparative Example 24)
It is a result of an untreated ultra high molecular weight polyethylene board.
(Comparative Example 25)
The treatment without the impregnating agent treatment was carried out from Example 19.
(Comparative Example 26)
From Example 19, the treatment without the impregnating treatment and the activation treatment was performed.
(Comparative Example 27)
From Example 19, the treatment without the impregnating treatment and the grafting treatment was performed.
(Comparative Example 28)
The process which carried out the activation process from Example 19 was performed.
[0094]
(Example 22)
0.38g of polypropylene film (size 15cm x 15cm)
It was immersed in an aqueous dispersion of orthohydroxy biphenyl (impregnating agent C) (70 ° C., 100 ml) for 10 minutes. Next, after rinsing with methanol, excess impregnating agent was wiped off with paper and dried at room temperature for 5 minutes.
Next, activation performed ozone treatment for 45 minutes. Next, the same UV irradiation grafting as in Example 1 was performed using 180 ml of water, 20 mg of AIBN, and 1.0 ml of acrylic acid.
[0095]
(Example 23)
The same procedure as in Example 17 was performed, except that a methanol solution of orthohydroxy biphenyl (impregnating agent D) was used.
[0096]
(Example 24)
Sodium salicylate (impregnant E) was used, plasma treatment was performed for 30 seconds as the activation treatment, a mixture of acrylic acid and methacrylic acid was used as the monomer, and the others were the same as in Example 17.
[0097]
(Comparative Example 29)
It is a result of an untreated polypropylene film.
(Comparative Example 30)
The treatment from Example 22 was carried out without the impregnating agent treatment.
(Comparative Example 31)
The treatment in Example 22 was carried out without the impregnating treatment and the activation treatment.
(Comparative Example 32)
From Example 22, the treatment without the impregnating treatment and the grafting treatment was performed.
(Comparative Example 33)
The process which carried out the activation process from Example 22 was performed.
The above results are summarized in Table 3.
[Table 3]
Figure 0004229421
[0098]
(Example 25)
Carbon fiber hydrophilization and composite materials:
Carbon fiber 6.0 g was immersed in methanol at 50 ° C. for 30 minutes as an impregnation treatment. The centrifuge (800 rpm) was then applied for 1 minute. Next, as an activation treatment, it is put in a hard glass container having a thickness of 1.5 mm, oxygen is introduced into the ozone generator at a flow rate of 100 ml / min, and ozone having a concentration of 40 mg / L is generated. Introduced and blown for 30 minutes. Next, oxygen not containing ozone was blown for 10 minutes. Next, as grafting, 1.2 ml of acrylic acid, 200 ml of water, and 5 ml of methanol were added to the treated fiber to bring the reaction vessel into a nitrogen atmosphere. A high pressure mercury lamp (Toshiba high pressure mercury lamp H400P) was irradiated to the reaction vessel from a distance of 15.5 cm for 3 hours. The temperature was 45 ° C. Next, the contents of the container were poured into a large amount of water. The carbon fiber to which the polymer was adhered was taken out and boiled and washed with a detergent three times. The graft rate was 15%. After the treatment, it was washed three times with a boiling detergent aqueous solution (once, using 500 ml of water). After drying, the water absorption increased to 200% (untreated 120%).
[0099]
(Comparative Example 34) The graft ratio was 4.2% when the activation treatment and the ultraviolet ray grafting were carried out except for the impregnation treatment.
(Comparative Example 35) When the impregnating treatment and the ultraviolet grafting treatment were performed, the graft ratio was 3.0%.
(Comparative Example 36) When only ultraviolet grafting was performed, the graft ratio was 1.0%.
[0100]
(Example 26) The carbon fiber obtained in Example 25 was mixed with an epoxy resin adhesive and dried to produce a 5 mm x 5 mm x 100 mm bar. For comparison, an epoxy resin rod mixed with untreated hydrophilized carbon fiber was prepared. The tensile strength of the hydrophilic carbon fiber reinforced epoxy resin rod showed 40 times the tensile strength of the epoxy resin rod mixed with the untreated hydrophilic carbon fiber.
[0101]
(Example 27)
Hydrophilization of wool fiber cloth:
As an impregnating agent treatment, 1.02 g of wool fiber (woven fabric) was immersed in a solution composed of 10 mg of anhydrous sodium carbonate, 10 parts of methanol and 90 parts of water for 30 minutes. The centrifuge (800 rpm) was then applied for 1 minute. Next, as an activation treatment, oxygen at a flow rate of 100 ml / min was introduced into an ozone generator to generate ozone having a concentration of 40 mg / L, which was introduced into a container and contacted for 30 minutes. Next, oxygen not containing ozone was blown for 10 minutes. Next, as grafting, 1.2 ml of acrylic acid, 200 ml of water, and 5 ml of methanol were added to the treated fiber to bring the reaction vessel into a nitrogen atmosphere. A high pressure mercury lamp (Toshiba high pressure mercury lamp H400P) was irradiated to the reaction vessel from a distance of 20 cm for 3 hours. The temperature was 45 ° C. Next, the contents of the container were poured into a large amount of water. The carbon fiber to which the polymer was adhered was taken out and boiled and washed with a detergent three times. The graft rate was 18%.
[0102]
(Comparative Example 37) The grafting rate was 4.2% when the activation treatment and the UV grafting were carried out except for the impregnation treatment.
(Comparative Example 38) When only ultraviolet grafting was performed, the graft ratio was 1.5%.
(Comparative Example 39) When the impregnating treatment and ultraviolet ray grafting were carried out, the graft ratio was 1.6%.
[0103]
(Water absorption test)
A treated and untreated wool fiber cloth was floated in parallel to the water surface, and the time taken to absorb water and sink was measured. The untreated wool cloth was 60 minutes, the treated wool cloth of Example 27 was 1 second, and Comparative Examples 37, 38, and 39 were 15 seconds, 28 seconds, and 30 seconds, respectively.
[0104]
(Example 28)
Hydrophilization of polypropylene synthetic paper:
The porous polypropylene film for synthetic paper was treated in the same manner as in Example 2 to impart hydrophilicity. The treated synthetic paper can be written with water-soluble ink, and the sticky paper can be adhered with a water-soluble paste (starch, CMC, PVA glue, etc.). The sticky paper could not be peeled because it broke.
[0105]
(Example 29)
Hydrophilization of porous polyethylene film and filter application:
About the porous polyethylene film 0.3g (size 10cm x 10cm), the process similar to Example 17 was performed. The treated film was washed with a boiling detergent aqueous solution and thoroughly washed with water. After drying, the water absorption was 200% (5% for the untreated porous polyethylene film). The contact angle of water was not measurable due to water absorption (considered as 0 °, 120 ° for untreated porous polyethylene film). The weight increase of the sample due to the hydrophilization treatment was 2%. This hydrophilized porous polyethylene film had alkali resistance and acid resistance, and was effective in filtering components in an aqueous solution.
[0106]
(Example 30) For a porous polyethylene film, by impregnating treatment (15 minutes with toluene at 70 ° C), activation treatment (plasma treatment 0.5 minutes), UV grafting (using methacrylic acid and potassium persulfate), The same results as in Example 26 were obtained.
[0107]
(Example 31)
Hydrophilization of porous polysulfone film and filter application:
As a saturant treatment, 0.5 g of a porous polysulfone film (size 10 cm × 10 cm) was immersed in a 10% by volume aqueous methanol solution at room temperature for 1 minute. Ozone treatment was performed for 5 minutes as the activation treatment. The same treatment as in Example 17 was performed. The treated film was washed with a boiling detergent aqueous solution and thoroughly washed with water. After drying, the water absorption was 200% (5% for the untreated porous polyethylene film). The contact angle of water could not be measured due to water absorption (120 ° for an untreated porous polyethylene film). The increase in the mass of the sample due to the hydrophilization treatment was 2%. This hydrophilized porous polyethylene film has alkali resistance, acid resistance, and heat resistance (heat treatment for 30 minutes in a 120 ° C. autoclave was repeated three times), and was effective in filtering components in an aqueous solution. It was.
[0108]
(Example 32)
Hydrophilization of polypropylene nonwoven fabric 2 (using polyvinyl alcohol):
As an impregnation treatment, 1.0 g (size: about 15 cm × 15 cm) of the polypropylene nonwoven fabric 2, and 2.5 g of diphenyl and 0.2 g of a surfactant (sodium dodecylbenzenesulfonate) mixed with 200 ml of water, Soaked at 50 ° C. for 5 minutes. Next, the liquid was removed with a centrifuge (rotation speed 1000 times / min). When the weight increase reached 4%, ozone treatment was performed at 20 ° C. for 30 minutes as an activation treatment. Next, as a polymer treatment, the treated nonwoven fabric was put in a reaction vessel, and a mixture of 200 ml of water, 60 mg of potassium persulfate, 0.3 g of polyvinyl alcohol, and 6 ml of methanol was added and treated at 80 ° C. for 2 hours. After the treatment, it was washed with water and washed with detergent. The water absorption is 800 to 1100%, and the water absorption rate of the sample is quality The increase or decrease in amount could not be measured with an accuracy of 0.1 mg. The results are shown in Table 1. The water absorption rate was maintained at 810% or more even after six washings with detergent. This treated sample was optimal as a material for water absorption applications.
[0109]
(Example 33) Treatment of polypropylene nonwoven fabric 2 according to Invention 2 (using sodium carboxymethyl cellulose):
The polypropylene nonwoven fabric 2 was treated in the same manner as in Example 32 using sodium carboxymethyl cellulose instead of polyvinyl alcohol. The water absorption was 600 to 900% and was durable.
[0110]
(Example 34)
Use of microorganism culture medium: Each of the two water-absorbing nonwoven fabrics produced according to Example 32 was cut into 2 cm × 2 cm pieces and arranged so as not to overlap a petri dish having a diameter of 8 cm and a depth of 2 cm. After making 100 ml of bouillon agar solution consisting of an aqueous solution containing 1 wt% meat extract, 1 wt% polypeptone, 0.5 wt% sodium chloride and 1.5 wt% agar, the agar was melted in a microwave oven, and then the bouillon agar After 50 ml of the solution was soaked into the nonwoven fabric, the temperature was returned to room temperature. The nonwoven fabric impregnated with the bouillon agar solution thus obtained (referred to as a medium nonwoven fabric) was placed in a test tube autoclaved at 120 ° C. for 15 minutes. Incubate this tester overnight at 37 ° C., and confirm the aseptic condition the next day, then culture the microorganism strain (E. coli K-12 strain, Salmonella typhimurium LT-2 strain, Bacillus subtilis Marburg strain, etc. ) Was planted, and this was statically cultured overnight at 30-37 ° C. with a thermostat. When the growth state of the various inoculated bacteria was observed with a microscope, the various bacteria were growing smoothly.
[0111]
(Comparative Example 40)
The polypropylene nonwoven fabric 2 was subjected to the treatment excluding the impregnation treatment step of Example 32. The water absorption of the treated sample decreased from 780% to 400% after three detergent cleanings.
[0112]
(Example 35) Hydrophilization of sample 6 according to Invention 3 and use of wipe cleaning cloth:
Sample 6 is a non-woven fabric of core-sheath fiber having polyester as a core and polyethylene as a sheath.
2.4 g of a nonwoven fabric of polyethylene / polyester core-sheath composite fiber was impregnated at room temperature, and 10 ml of a solution (impregnant D) obtained by dissolving 0.5 g of 10 ml of orthohydroxybiphenyl in 300 ml of methanol at 70 ° C. Soaked for a minute.
Next, it was subjected to a centrifugal dehydrator (rotation speed 1000 / min), and the surface was apparently dried. The increase in mass was about 4%. Next, ozone treatment was performed for 30 minutes. Next, the ozone-treated non-woven fabric was placed in an Erlenmeyer flask, and 5 ml of methanol, 100 ml of water, 0.5 g of polyvinyl alcohol, and 0.1 g of potassium persulfate were added and treated at 80 ° C. for 2 hours. After the treatment, it was thoroughly washed with 60 ° C. water. The treated nonwoven fabric was squeezed (with a water absorption rate of about 300%), placed in a container, 400 ml of water, 100 mg of dicerium ammonium nitrate (IV) and 5 ml of acrylic acid were added, and the mixture was allowed to stand at 80 ° C. for 2 hours. The treated nonwoven fabric was washed three times with a detergent solution at 60 ° C. after treatment (uses 500 ml of water once). After drying, the water absorption (according to the water absorption test 1) was 2310%, and the untreated nonwoven fabric was 350%. The weight increase of the sample due to the hydrophilization treatment was 4%. Further, the water absorption rate is higher than that of the method of the invention 1 (the water absorption rate is about 1400% when treated by the method of the invention 1), and the water absorption speed and water absorption durability are excellent. It was optimal as a product. The hydrophilic nonwoven fabric was made to absorb water (water absorption rate of about 2000%), and 10 sheets were attached to a cleaning mop and used to wipe the wooden floor. After use, it was rinsed with water and could be used over 10 times.
[0113]
(Example 36)
Hydrophilic polypropylene nonwoven fabric 2 and disposable sanitary materials:
Using the hydrophilized polypropylene nonwoven fabric 2 obtained by the method of Example 11 as an inner fabric, using a moisture retention agent (water-absorbing polymer: pulp, starch, polyacrylic acid modified product, etc.) and external untreated polypropylene nonwoven fabric. Manufactured a model of disposable diapers. That is, an untreated water-repellent polypropylene nonwoven fabric was placed at the bottom, a water-absorbing polymer was laid thereon, and the water-absorbing polyolefin nonwoven fabric of the present invention was further placed thereon. When water was applied from above, the water quickly permeated the water-absorbing polyolefin nonwoven fabric and was absorbed by the moisture retention agent. Thus, the water-absorbing nonwoven fabric according to the present invention is optimal as a material for disposable diapers and sanitary and sanitary products.
[0114]
(Example 37)
Improved adhesion of orthodontic polypropylene brackets:
About 20 orthodontic brackets made of polypropylene (0.622 g), methyl methacrylate was grafted in the same manner as in Example 14. The polymerization inhibitor for methyl methacrylate was used except. The treated product was improved in adhesion to ceramic dental material by the polymerizable acrylic resin adhesive, and the material failure of the orthodontic polypropylene bracket was caused by the tensile test.
[0115]
(Comparative Example 41)
A polypropylene / polyethylene non-woven fabric hydrophilized with a known surfactant (Nippon Vilene Co., Ltd. impregnated with a surfactant: the basis weight is the same as Sample 4 in Table 1) was prepared. Similar evaluations were made. The results were as follows.
1) Alkali resistance test: After drying, the water absorption decreased to the original 5%.
2) Sulfuric acid resistance test: After sufficiently washing with water and drying, the water absorption decreased to the original 5%.
3) Antioxidant test: After drying, the water absorption decreased to the original 5%.
[0116]
(Comparative Example 42) Grafting of acrylic acid onto nonwoven fabric 1 by known ultraviolet irradiation: 1.2 g (size 7.7 cm × 10 cm) of nonwoven fabric 1 described in Table 1 made of polypropylene was added to acrylic acid monomer 20.0% The sample was immersed in a reaction solution having a composition of 78.8% water, 0.2% benzophenone and 1.0% methanol (all by weight), and irradiated with a 400 watt high-pressure mercury lamp from a distance of 12 cm for 120 minutes. The non-woven fabric after the reaction was solidified with the polymer, but the polymer was dissolved and separated as a result of washing with boiling water for 10 minutes with an aqueous solution of fatty acid sodium soap (concentration 2% by weight, bath ratio 1/20). The water absorption of the obtained nonwoven fabric was 100% (48% for the untreated nonwoven fabric). The graft ratio was 1%. That is, grafting by ultraviolet irradiation is difficult in the case of the present nonwoven fabric. By boiling washing with a detergent, it was considered that the single polymer consisting only of the generated acrylic acid was dissolved and removed from the nonwoven fabric. The hydrophilicity was lowered by the acid and alkali treatment.
[0117]
【The invention's effect】
As described above, various polymer materials obtained by the method for modifying a polymer material according to the present invention showed excellent properties such as water absorption and adhesive property improvement without causing a decrease in strength. . The property imparted by the modification is excellent in durability. In addition, applications for aqueous solution filtration have been developed by hydrophilizing polyolefin filter media. It is possible to give water absorption to the synthetic paper, improve adhesiveness, and improve printing performance. Since the adhesiveness of many polymer materials including carbon fibers with adhesives is improved, a hydrophilized product useful as a reinforcing fiber for composite materials is provided. The hydrophilicity of various polymer molded products can be improved, and the absorbability of water-soluble ink can be improved for polyolefin writing instrument parts, which has been impossible in the past. It can improve the application of various medical / hygiene / cosmetic products and textile products for clothing, the adhesion of orthodontic polypropylene brackets, and the wettability of polymeric medical materials.

Claims (24)

高分子材料の表面を、(1)該高分子材料に対して含浸性のある化合物に接触させ、表面から1000ミクロン以内の含浸量が0.1〜40重量%(対高分子材料)の範囲で含浸させ、かつ材料の形状を実質的に変化させない含浸処理工程、(2)該高分子材料表面にカルボニル基を導入する活性化処理工程、および(3)触媒、開始剤、加熱、紫外線照射の少なくともひとつの存在下に単量体をグラフト化する工程により、この順に処理することを特徴とする高分子材料の改質方法。The surface of the polymer material is contacted with (1) a compound impregnating the polymer material, and the impregnation amount within 1000 microns from the surface is in the range of 0.1 to 40% by weight (with respect to the polymer material). Impregnation treatment step that does not substantially change the shape of the material, (2) activation treatment step for introducing a carbonyl group to the surface of the polymer material, and (3) catalyst, initiator, heating, ultraviolet irradiation A method for modifying a polymer material, characterized by treating in this order by a step of grafting a monomer in the presence of at least one of the above. 高分子材料の表面を、(1)該高分子材料に対して含浸性のある化合物に接触させ、表面から1000ミクロン以内の含浸量が0.1〜40重量%(対高分子材料)の範囲で含浸させ、かつ材料の形状を実質的に変化させない含浸処理工程、(2)該高分子材料表面にカルボニル基を導入する活性化処理工程、(3)触媒または開始剤の存在下または非存在下に親水性高分子の溶液で処理する工程により、この順に処理することを特徴とする高分子材料の改質方法。The surface of the polymer material is contacted with (1) a compound impregnating the polymer material, and the impregnation amount within 1000 microns from the surface is in the range of 0.1 to 40% by weight (with respect to the polymer material). Impregnation treatment step that does not substantially change the shape of the material, (2) activation treatment step for introducing a carbonyl group to the polymer material surface, (3) in the presence or absence of a catalyst or initiator A method for modifying a polymer material, wherein the treatment is performed in this order by a step of treating with a hydrophilic polymer solution below . 高分子材料の表面を、(1)該高分子材料に対して含浸性のある化合物に接触させ、表面から1000ミクロン以内の含浸量が0.1〜40重量%(対高分子材料)の範囲で含浸させ、かつ材料の形状を実質的に変化させない含浸処理工程、(2)該高分子材料表面にカルボニル基を導入する活性化処理工程、(3)触媒または開始剤の存在下または非存在下に親水性高分子の溶液で処理する工程、および(4)触媒、開始剤、加熱、紫外線照射の少なくともひとつの存在下に単量体をグラフト化する工程により、この順に処理することを特徴とする高分子材料の改質方法。The surface of the polymer material is contacted with (1) a compound impregnating the polymer material, and the impregnation amount within 1000 microns from the surface is in the range of 0.1 to 40% by weight (with respect to the polymer material). Impregnation treatment step that does not substantially change the shape of the material, (2) activation treatment step for introducing a carbonyl group to the polymer material surface, (3) in the presence or absence of a catalyst or initiator It is characterized in that it is treated in this order by a step of treating with a solution of a hydrophilic polymer below and (4) a step of grafting a monomer in the presence of at least one of a catalyst, an initiator, heating and ultraviolet irradiation. A method for modifying a polymer material. 前記高分子材料が、繊維、織物、編物、不織布、板、棒、フィルム、シート、多孔性フィルムおよびシートならびに所定形状に成形した部材もしくは製品からなる群から選ばれる成形体または他の材料との複合材料であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の高分子材料の改質方法。  The polymer material is a molded body or other material selected from the group consisting of fibers, woven fabrics, knitted fabrics, nonwoven fabrics, plates, bars, films, sheets, porous films and sheets, and members or products molded into a predetermined shape. 4. The method for modifying a polymer material according to claim 1, wherein the polymer material is a composite material. 前記高分子材料が、酸化防止剤または安定剤の少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の高分子材料の改質方法。  4. The method for modifying a polymer material according to claim 1, wherein the polymer material contains at least one of an antioxidant and a stabilizer. 前記含浸処理が高分子材料の融点以下もしくは軟化点以下の温度で行われることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の高分子材料の改質方法。  The method for modifying a polymer material according to any one of claims 1 to 3, wherein the impregnation treatment is performed at a temperature below the melting point or the softening point of the polymer material. 前記活性化処理が、オゾン処理、プラズマ処理、紫外線照射処理、コロナ放電処理および高圧放電処理からなる群から選ばれる少なくとも1種の処理であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の高分子材料の改質方法。  4. The activation process according to claim 1, wherein the activation process is at least one process selected from the group consisting of an ozone process, a plasma process, an ultraviolet irradiation process, a corona discharge process, and a high-pressure discharge process. A method for modifying a polymer material as described. 前記単量体が炭素−炭素二重結合を有する化合物であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の高分子材料の改質方法。  The method for modifying a polymer material according to any one of claims 1 to 3, wherein the monomer is a compound having a carbon-carbon double bond. 前記単量体がアクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、2−ブテン酸、エチレンスルホン酸、ヒドロキシアルキルアクリレート、ヒドロキシアルキルメタクリレート、アクリルアミド、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルカルバゾール、無水マレイン酸、無水ピロメリット酸からなる群から選ばれる少なくも1種の単量体またはこれらの群から選ばれる少なくとも1種の単量体と他のビニルモノマーとの混合物であることを特徴とする請求項1または3のいずれかに記載の高分子材料の表面改質方法。  The monomer is acrylic acid, methacrylic acid, vinyl acetic acid, 2-butenoic acid, ethylene sulfonic acid, hydroxyalkyl acrylate, hydroxyalkyl methacrylate, acrylamide, vinyl pyridine, vinyl pyrrolidone, vinyl carbazole, maleic anhydride, pyromellitic anhydride The mixture of at least one monomer selected from the group consisting of at least one monomer selected from these groups and another vinyl monomer. A method for surface modification of a polymer material according to claim 1. 前記親水性高分子が、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリ−α−ヒドロキシビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリアルキレングリコール、デンプン、グルコマンナン、フィブロイン、セリシン、寒天、卵白中のタンパク質およびアルギン酸ナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種の高分子化合物であることを特徴とする請求項2または3のいずれかに記載の高分子材料の表面改質方法。  The hydrophilic polymer is polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyhydroxyethyl methacrylate, poly-α-hydroxyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyvinylpyrrolidone, polyalkylene glycol, starch, glucomannan, fibroin, sericin, The method for modifying a surface of a polymer material according to claim 2 or 3, wherein the polymer material is at least one polymer compound selected from the group consisting of agar, protein in egg white, and sodium alginate. 前記単量体のグラフト化工程の方法が、(1)触媒または開始剤の存在下に行う方法、(2)触媒または開始剤の存在下または非存在下で加熱する方法、(3)触媒または開始剤または光増感剤の存在下または非存在下での紫外線を照射する方法、のいずれか単独または複数の方法によることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の高分子材料の改質方法。  The method of grafting the monomer comprises (1) a method performed in the presence of a catalyst or an initiator, (2) a method of heating in the presence or absence of a catalyst or an initiator, (3) a catalyst or The polymer material according to any one of claims 1 and 2, wherein the method is a method of irradiating ultraviolet rays in the presence or absence of an initiator or a photosensitizer, either alone or by a plurality of methods. Reforming method. 前記親水性高分子で処理する工程において、触媒または開始剤の存在下にこれらの工程を実施することを特徴とする請求項2から3のいずれかに記載の高分子材料の表面改質方法。  The method for modifying a surface of a polymer material according to any one of claims 2 to 3, wherein in the step of treating with the hydrophilic polymer, these steps are carried out in the presence of a catalyst or an initiator. 前記開始剤が、過酸化物、硝酸二セリウムアンモニウム(IV)、過硫酸塩、酸化還元系開始剤およびその他のラジカル重合開始剤からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物であることを特徴とする請求項11または12のいずれかに記載の高分子材料の改質方法。  The initiator is at least one compound selected from the group consisting of peroxides, ceric ammonium nitrate (IV), persulfates, redox initiators and other radical polymerization initiators. The method for modifying a polymer material according to claim 11. 請求項1から13のいずれかに記載の高分子材料の改質方法により改質された高分子材料。  A polymer material modified by the polymer material modification method according to claim 1. 請求項1から13のいずれかに記載の高分子材料の改質方法により改質された高分子材料を含む拭き取り清掃用材料。  A wiping and cleaning material comprising a polymer material modified by the polymer material modification method according to claim 1. 請求項1から13のいずれかに記載の高分子材料の改質方法により改質された高分子材料を含む濾過材。  A filter medium comprising a polymer material modified by the polymer material modification method according to claim 1. 請求項1から13のいずれかに記載の高分子材料の改質方法により改質された高分子材料を含む吸水材料。  A water-absorbing material comprising a polymer material modified by the polymer material modification method according to claim 1. 請求項1から13のいずれかに記載の高分子材料の改質方法により改質された高分子材料を含む保水材料。  A water retention material comprising a polymer material modified by the polymer material modification method according to claim 1. 請求項1から13のいずれかに記載の高分子材料の改質方法により改質された高分子材料を用いた筆記具用部材。  A member for a writing instrument using a polymer material modified by the method for modifying a polymer material according to claim 1. 請求項1から13のいずれかに記載の高分子材料の改質方法により改質された高分子材料を含む微生物培地用材料。  A material for a microbial medium comprising a polymer material modified by the method for modifying a polymer material according to any one of claims 1 to 13. 請求項1から13のいずれかに記載の高分子材料の改質方法により改質された高分子材料を含む医療・衛生・化粧用品。  A medical / hygiene / cosmetic article comprising a polymer material modified by the polymer material modification method according to claim 1. 請求項1から13のいずれかに記載の高分子材料の改質方法により改質された高分子材料からなる合成紙。  A synthetic paper made of a polymer material modified by the method for modifying a polymer material according to any one of claims 1 to 13. 請求項1から13のいずれかに記載の高分子材料の改質方法により改質された高分子材料を含む歯列矯正用ブラケット。  An orthodontic bracket containing a polymer material modified by the polymer material modification method according to claim 1. 請求項1から13のいずれかに記載の高分子材料の改質方法により改質された高分子材料を含む医療用機器材料。  A medical device material comprising a polymer material modified by the method for modifying a polymer material according to claim 1.
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