JP4419042B2 - 活性エネルギー線照射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気を酸素と窒素とに分離する機構を有し、分離されたガスのいずれかを活性エネルギー線を照射する部分に導くことのできる活性エネルギー線照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外線や電子線等の活性エネルギー線を照射する装置は塗料や樹脂の硬化、乾燥に用いられている。
例えば塗料に用いられている紫外線硬化型組成物は、紫外線の照射により短時間で硬化架橋するため作業性、生産性が良好であることから色々な分野で使用されおり、開発も進んで数多くのアクリル酸基を含有した化合物が開発されている。
【０００３】
一般に光重合開始剤を含んだアクリル酸基を含有した化合物では紫外線照射により、ラジカル重合反応を起こすが、空気中の酸素によりラジカル種がトラップされてしまい重合阻害を引き起こすことが知られている。
光重合開始剤を含んだアクリル酸基を含有した化合物の系はインキ・塗料に数多く使用されているが、前記の理由により空気と接した表面の硬化性が空気中の酸素で阻害されて悪くなる傾向に有る。そのことを改善するために光重合開始剤としてアミノ化合物を利用することもされているが紫外線照射により、黄変する等の欠点がある。
【０００４】
紫外線照射時の酸素の悪影響を減らすために、紫外線照射装置を窒素パージして紫外線が照射される部分の酸素濃度を低減させ、塗装皮膜の表面硬化性を向上させることが行われている。例えば窒素ボンベより窒素ガスを紫外線照射装置に導入することにより紫外線照射装置の酸素濃度は低減する方法などがあるが、消費される窒素ガスのランニングコストがかかる等の理由から用途が限られているのが現状である。
【０００５】
また窒素ガスを紫外線照射装置に使用すると、装置の周辺で酸欠を起こすおそれがあり、安全上及び作業環境上換気装置も必要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は活性エネルギー線照射装置において、照射部分における処理に適した酸素濃度や窒素濃度のガスを供給しようとする場合に、装置が置かれている環境の空気中の酸素濃度や窒素濃度を変化させることの少ない活性エネルギー線照射装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、高窒素濃度のガスまたは高酸素濃度のガスの発生源として、空気を窒素と酸素とに分離する装置を用いれば課題が解決させることを見出して本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、空気を酸素と窒素とに分離する機構と、分離された高酸素濃度のガスまたは高窒素濃度のガスを活性エネルギー線照射部に導く機構と、活性エネルギー線照射機構とを備えた活性エネルギー線照射装置を提供する。
【０００９】
上記の手段により、酸素ガスまたは窒素ガスをボンベ等で購入する必要は無くなり、空気を酸素と窒素とに分離することによって必要なガスを得ることができる。
【００１０】
また分離されたガスは照射装置の置かれた環境に戻る前に混合されるようにすれば、該環境の酸素や窒素の濃度変動を最小限にとどめる事ができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
１）
本発明のエネルギー線照射装置は空気を酸素と窒素とに分離する機構（１１）を備える。該機構は照射装置と一体である必要は無く、また空気の分離機構と照射装置が同じ室内や同じ建物内に設置されている必要も無い。
例えば空気の分離機構は屋外にあり、分離されたガスが配管（１２、１３）を通して屋内の照射装置に供給されるのでも良い。但し高酸素濃度および高窒素濃度のものに分離された２種類のガスは、その両方が照射装置にまで導かれることが必要である。
【００１２】
紫外線や電子線等の活性エネルギー線を被照射物体に照射する機構（３）に、照射による処理に好適な高酸素濃度または高窒素濃度のガスを配管等で導く。
ガスの供給量やガス濃度、ガスの圧力等は照射による処理の内容に応じて適宜選択される。
【００１３】
２）
例えば図１に示すように活性エネルギー線照射部（３）に気密性の高いカバー（２）をしてカバー内のガスがカバー外側（１０）の気体となるべく混合しないようにすれば照射部に送り込まれるガスはカバー（２）内に充満し、該ガスを有効に利用することができる。
該カバーは被照射材料の送り込み部（４）および取り出し部（５）以外は密閉するような構造にすれば照射部内部のガスが薄まることを防げる。
【００１４】
ガスは図１のようにカバー（２）に供給することもできる。また図２のように被照射材料の送り込み部に供給することもできる。図２のようにすれば、ガスは被照射材料とともに移動するので効率よくガスを利用できる。
【００１５】
カバー内に充満したガスは被照射材料の取り出し部等からカバーの外部に漏れ出し、噴出する。カバーの外側であって照射装置の内部の空間（１０）において前記の噴出したガスと、分離された他方のガスとを混合することにより、最終的に装置からその外側に漏れ出すガスは元の空気に近い組成となる。
これによって、照射装置の置かれた環境の空気組成を変化させることを少なくできる。
【００１６】
例えば窒素濃度の高いガスを照射部に供給する場合に、窒素ガスをボンベ等から供給すると、照射装置周辺の空気の窒素ガス濃度が次第に高まって酸欠を起こすおそれがある。
本発明によれば、照射部には窒素濃度の高いガスが供給されるが、同時に酸素濃度の高いガスも照射装置の内部であって照射部の外側の空間（１０）に供給され、該空間で二つのガスが混じりあう。故に照射装置から被照射材料の送り込み部（６）および取り出し部（７）を通って照射装置（１）の外側に噴出するガスは分離される前の元の空気に近い組成となる。従って酸欠を起こしたり、酸素濃度が異常に高まって火災を起こしたりするような危険性は小さい。
照射部の外側の空間（１０）でガスがよく混合するようにファンなどの撹拌装置（９）を取り付けても良い。
【００１７】
活性エネルギー線照射部（３）は、例えば紫外線ランプ等が設置されている。ランプはかなり発熱することもあるので、図３に示すように、紫外線を照射するならば、照射面（１５）を紫外線の透過率の良い石英ガラスとして、それ以外の面（１６）を密閉し、１５と１６で密閉されたランプハウジング内に照射装置の外からランプ冷却用の空気を配管１７及び１８を通して流通させても良い。
【００１８】
３）
照射するエネルギー線が紫外線である場合には、前記したように紫外線硬化型組成物は酸素が存在すると重合、硬化しにくくなるので、分離されたガスの内、窒素濃度の高いガスを照射部に供給するのが良い。
【００１９】
４）
空気を分離する機構としては例えば窒素に比べて酸素の透過性の高い膜を用いた隔膜式気体分離装置を用いることができる。
【００２０】
５）
隔膜式気体分離装置の中でも、膜が中空糸膜構造であるガス分離装置は膜の表面積を大きくしても装置をコンパクトにできるので好適である。
【００２１】
６）
前記した中空糸膜としては、ポリ（４−メチルペンテン−１）から成る中空糸膜が好ましく用いられる。この中空糸膜はポリイミドからできているものに比べて安価であるという利点がある。
【００２２】
７）
紫外線硬化性組成物に紫外線を照射する場合に、照射部に供給するガスは酸素濃度が３〜１５％とするのが表面硬化を促進するのに好適である。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により、本発明を実施する場合の一例を更に詳細に説明する。
本発明の活性エネルギー線照射装置の一例を図１に示す。
【００２４】
１）空気分離装置
空気分離用の中空糸膜ユニットは大日本インキ化学工業(株)製の「ＳＥＰＡＲＥＬ ＭＪ−Ｇ５３０」を用いる。本ユニットは２５℃において圧力０．６９ＭＰａの空気を供給し、窒素濃度９７％のガスを標準状態で毎分１０リットル得ることができる。分離される他方のガスは酸素濃度２８％、標準状態での流量は毎分２７リットルである。本実施例では該ユニットを４本用いる。
【００２５】
２）紫外線照射機構
ランプはフュージョン社製高圧水銀灯Ｈランプ（１６０Ｗ／ｃｍ）１灯を用いる。紫外線照射機構の被照射材料供給側に酸素濃度計へのサンプリング口（１４）を設けて酸素濃度を測定する。該サンプリング口での酸素濃度を照射部酸素濃度という。
【００２６】
【表１】

【００２７】
表１に示す配合により２種類の紫外線硬化性塗料を試作する。
まず容器に表１の配合の量を秤量し、分散撹拌機で３０分間撹拌し、良く混合したことを確認して、できたものを試験塗料とする。
次にこれら作成した塗料を、２ピース缶用アルミ板に塗布する。塗布した板を図１の照射装置に通して紫外線を照射する。照射は１６０Ｗ／ｃｍの高圧水銀灯１灯下をコンベアの速度が２０〜１００ｍ／分の範囲で通過させて行い、塗膜を硬化させる。
その後、硬化性、黄変、塗膜臭気、作業環境の酸素濃度を評価する。
結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】

【００２９】
照射条件１・・・照射部酸素濃度が１０％になるように高窒素濃度ガスを供給する。
照射条件２・・・空気分離装置を使用せず、照射部には空気をそのま供給する。照射部酸素濃度は当然空気中と同じく２１％になる。
照射条件３・・・窒素ボンベから照射部に窒素ガスを供給し、照射部酸素濃度が１０％になるようにする。
【００３０】
表２における評価は以下の様にして行った。
１）タックフリー性
硬化した塗膜表面を人差し指で触って塗膜に粘りけが有るかどうかを調べ、粘りけが無くなった点をタックフリーとし表面硬化性の指標とした。
表２の数値はタックフリーとなる最高コンベア速度を表す。この数値が大きいほど短い照射時間で硬化し、硬化性が優れていること示す。
【００３１】
２）鉛筆硬度
タックフリーになった照射条件での鉛筆硬度をＪＩＳ Ｋ−５４００−６−１４に基づき測定する。
【００３２】
３）ＭＥＫラビング（耐溶剤性）
タックフリーになった照射条件で、塗膜上をメチルエチルケトン含浸ガーゼで擦り、塗膜が溶解剥離するまでの往復回数を示すことにより耐溶剤性を評価する。回数が大きいほど硬化性が優れていることを示す。
【００３３】
４）黄変性
タックフリーになった照射条件での黄変性を複数人の目視評価により以下のように評価した。
○：全くなし。
△：若干黄変あり。
×：黄変著しい。
【００３４】
５）臭気
タックフリーになった照射条件でのＵＶ照射直後の塗料の硬化皮膜の臭気の程度を複数人の官能評価で以下の点数で評価した。
（評価基準）
５：全く臭気無し。
４：臭気は若干有るが暫くすれば無くなる。
３：臭気は有るが暫くすればかなり少なくなる。
２：気になる臭気あり。
１：悪臭。
【００３５】
６）作業環境の酸素濃度
酸素濃度計で照射装置が設置された作業場における照射装置近傍の空気中の酸素濃度を測定する。１８％以下になった場合は×とし、速やかに新鮮な空気を導入した。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の活性エネルギー線照射装置は、照射部分における処理に適した酸素濃度や窒素濃度のガスを供給して活性エネルギー線照射の効率を高めると共に、照射装置が置かれている環境の空気中の酸素濃度や窒素濃度を変化させることを少なくして、酸欠の危険等を減じることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の活性エネルギー線照射装置の全体構成を示す図である。
【図２】活性エネルギー線照射部に、分離されたガスを導く方法の一例を示す図である。
【図３】活性エネルギー線照射部のランプを、外部の空気を流通して冷却する方法を示す図である。
【符号の説明】
１ 活性エネルギー線照射装置
２ 活性エネルギー線照射部のカバー
３ 活性エネルギー線照射部（ランプ等）
４ 被照射材料の活性エネルギー線照射部への送り込み部
５ 被照射材料の活性エネルギー線照射部からの取り出し部
６ 被照射材料の活性エネルギー線照射装置への送り込み部
７ 被照射材料の活性エネルギー線照射装置からの取り出し部
８ 被照射材料を搬送するコンベア
９ 活性エネルギー線照射装置内の空間を撹拌するファン
１０ 活性エネルギー線照射装置内の空間
１１ 空気を酸素と窒素とに分離する装置
１２ 分離された空気の一方を送る配管
１３ 分離された空気の他方を送る配管
１４ 活性エネルギー線照射部内の酸素濃度を測定するサンプリング口
１５ 石英ガラス
１６ 活性エネルギー線照射部内のランプを密閉するカバー
１７ 密閉されたランプ部に冷却用空気を送り込む配管
１８ 密閉されたランプ部から冷却用空気が排出される配管

Claims (6)

1. 空気を酸素と窒素とに分離する機構と、分離された高酸素濃度のガスまたは高窒素濃度のガスを活性エネルギー線照射部に導く機構と、活性エネルギー線照射機構と、を備える活性エネルギー線照射装置であって、
   前記の活性エネルギー線照射装置の内部に活性エネルギー線の照射部があり、前記の照射装置及び照射部は被照射材料の送り込み部および取り出し部以外は密閉されており、活性エネルギー線照射部の内部に分離された高窒素濃度ガスが導かれ、前記の導かれた高窒素濃度ガスは照射部の内部に充満して照射部の外部へ噴出し、活性エネルギー線照射装置の内部において、前記の噴出した高窒素濃度ガス及び他方の分離された高酸素濃度ガスが再び混合されることを特徴とする活性エネルギー線照射装置。
2. 活性エネルギー線照射機構が紫外線照射装置である請求項１に記載の活性エネルギー線照射装置。
3. 空気を酸素と窒素とに分離する機構が隔膜式気体分離装置である請求項１に記載の活性エネルギー線照射装置。
4. 前記の隔膜式気体分離装置が中空糸膜気体分離装置である請求項３に記載の活性エネルギー線照射装置。
5. 前記の中空糸膜がポリ（４−メチルペンテン−１）から成る中空糸膜である請求項４に記載の活性エネルギー線照射装置。
6. 活性エネルギー線照射部に導かれるガスの酸素濃度が３％〜１５％である請求項２〜５のいずれかに記載の活性エネルギー線照射装置。

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