JP6190267B2 - 親水化処理装置 - Google Patents
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Description
以下、図面を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る親水化処理装置1を説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る親水化処理装置1の構成を示す模式図である。親水化処理装置1は、ボイラー2、バルブ3、誘導加熱装置4、処理チャンバ5、放電処理装置6、およびベルトコンベア7を備える。
ここで、フィルム材料の一例および物性の一例を示す。
PBI(ポリベンゾイミダゾール)…使用可能温度:345℃
PI(ポリイミド)…熱分解温度500℃以上
PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)…融点:327℃、ガラス転移転:15〜20℃、使用可能温度:260℃
PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)45G…使用可能温度:250℃
PAI(ポリアミドイミド)…使用可能温度:250℃
PPS(ポリフェニレンサルファイド)…融点:282℃、使用可能温度:220℃
PES(ポリエーテルサルフォン)4100G…使用可能温度:180℃
PEI(ポリエチレンイミン)…使用可能温度:170℃
PVDF(ポリフッ化ビニリデン)…使用可能温度:150℃
PC(ポリカーボネート)…融点:約250℃、使用可能温度:−100〜180℃
CN(キャストナイロン)…使用可能温度:120℃
PEN(ポリエチレンナフタレート)…融点:243℃、ガラス転移転:78℃
PET(ポリエチレンテレフタレート)…使用可能温度:100℃
アクリル(カネカ社:SD001)…ガラス転移転:85℃、使用可能温度:105℃
アクリル(カネカ社:SD007)…ガラス転移転:103℃
アクリル(カネカ社:SD009)…ガラス転移転:125℃
PVC(ポリ塩化ビニル)…使用可能温度:80℃
PP(ポリプロピレン)…使用可能温度:65℃
まず、ボイラー2により100℃以上、例えば110〜140℃の飽和水蒸気を発生させる(S1)。この飽和水蒸気の圧力は1.1〜1.6気圧の範囲とする。バルブ3を開放して、飽和水蒸気を誘導加熱装置4に供給する(S2)。続いて、誘導加熱装置4にて、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生させる(S3)。過熱水蒸気の温度は、200〜350℃の範囲で所望の温度となるように制御される。発生した過熱水蒸気は、パイプ4aを介して処理チャンバ5に供給される。処理チャンバ5の内部は、過熱水蒸気が充満し、供給される過熱水蒸気の温度や流量に応じて例えば、190〜350℃の範囲内の所望の温度とされる。
図6は、本発明の第2実施形態に係る親水化処理装置1の構成を示す。本実施形態の特徴は、第1実施形態におけるベルトコンベア7を備えず、処理対象物100が放電処理装置6における対向電極65の直下に載置される点にある。放電処理装置6の直下には、冷却部材9を設けてもよい。なお、ベルトコンベア7を備えない構成としたことに伴う変更点以外については、上述した第1実施形態と同様なので、ここでの説明を省略する。
処理に先立ち、処理対象物100であるフィルム材料を放電処理装置6における対向電極65の直下に載置しておく。処理を開始すると、ボイラー2により100℃以上、例えば110〜140℃の飽和水蒸気を発生させる(S101)。この飽和水蒸気の圧力は1.1〜1.6気圧の範囲とする。バルブ3を開放して、飽和水蒸気を誘導加熱装置4に供給する(S102)。続いて、誘導加熱装置4にて、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生させる(S103)。過熱水蒸気の温度は、200〜350℃の範囲で所望の温度となるように制御される。発生した過熱水蒸気は、パイプ4aを介して処理チャンバ5に供給される。処理チャンバ5の内部は、過熱水蒸気が充満し、供給される過熱水蒸気の温度や流量に応じて例えば、190〜350℃の範囲内の所望の温度とされる。
図8は、本発明の第3実施形態に係る親水化処理装置1の構成を示す。本実施形態の特徴は、第1実施形態におけるベルトコンベア7の代わりに、ロール状の処理対象物100を引き出し、さらに巻き取りながら搬送させる巻き上げ部70を備えている点にある。放電処理装置6の直下には、冷却部材9を設けてもよい。これ以外の構成は、上述した第1実施形態と同様なので、ここでの説明を省略する。
誘導加熱装置に用いられる容器は、SUS430製である。容器は、外径120mmφ、肉厚5mm、長さ250mmである。誘導過熱装置には、飽和水蒸気の進行方向に10mmの空間が設けられ、その先に第1番目の隔壁が設けられる。誘導過熱装置には、更に飽和水蒸気の進行方向に沿って10mm間隔で隔壁が設けられる。各隔壁の板圧は、5mmである。各隔壁の表面には、円の外周に沿って幅2mm、深さ2mm、半径90mm、70mm、50mmの同心円状の溝が設けられる。該溝の底部には、2mmφの貫通口が等間隔に設けられる。ペレット(誘導加熱部材43)は、5mmφのSUS430粒子であり、各空間一杯に充填される。誘導加熱装置に用いられる高周波電源の入力電圧は、200VAC、60Hz、20kWの商用電源である。入力電圧は、インバータによって20kHzの高周波電圧に変換される。高周波電圧は、二次側の誘導コイル(10mmφの純銅線10巻き)に印加される。
実施例2においては、実施例1における放電開始の1分前から、8L/分の流量でアルゴンガスを混合する。この時の過熱水蒸気100重量部に対するアルゴンガスの供給量は50重量部である。他の条件は実施例1と同様である。実施例1と同じフィルムを処理すると、処理チャンバ内120℃、1分の処理で、実施例1と同等の結果が得られる。より低温度で処理ができる事で、アクリルなどの軟化点もしくは融点がより低いフィルムにも適用できるようになる。アクリルフィルムの処理前の純水に対する接触角は73度である。このアクリルフィルムに実施例2の処理を施すと、処理後の純水に対する接触角は29度になる。このように、処理後のアクリルフィルムにおいては、フィルムとアクリル変性シリコーン塗料との親和性が高まるため、良好な接着強度が得られる。
実施例3においては、実施例1における過熱水蒸気の温度を120℃に設定し、放電開始の1分前から、32L/分の流量でアルゴンガスを混合する。この時の過熱水蒸気100重量部に対するアルゴンガスの供給量は200重量部である。
実施例4においては、実施例1における誘導加熱装置に代えて、市販の過熱水蒸気発生装置(野村技工製、ジェネシス)を、25kHz、20kW、の条件で使用する。実施例4では、過熱水蒸気発生装置の温度を、280℃〜400℃、処理チャンバ内の温度を170℃〜250℃の間で変化させて処理を行う。実施例1と同じフィルムを処理すると、処理チャンバ内230℃、1分の処理で、実施例1と同等の効果が得られる。この時の過熱水蒸気発生装置の温度は、330℃である。少し処理温度が高くなるものの、評価に値する結果が得られる。
実施例5においては、実施例3におけるベルトコンベアを取り除き、放電処理装置の直下に処理対象物を載置するバッチ処理式の親水化処理装置を用いる。実施例5では、実施例3と同じ処理対象物を3分間過熱水蒸気のみで処理し、しかる後に、放電処理装置の電源を投入し、さらに1分間の放電処理を行う。これにより、実施例3と同等の結果が得られる。
実施例6においては、誘導加熱装置として実施例1と同じものを用いる。一方、放電処理装置として、実施例1のものとは異なり、図9に示した構造の放電処理装置8に過熱水蒸気を導入して放電処理を行い、これにより得られた放電処理済みの過熱水蒸気を配管を通して処理対象物の近傍に吐出する形式のものを用いる。具体的には、放電処理装置8は、石英ガラスの管である放電管81と、中心導体82と、を有する。石英ガラスの管としては、外径10mm〜40mm、好ましくは15mm〜30mm、より好ましくは20mmφ、肉厚1mm〜4mm、好ましくは2mm〜3mm、より好ましくは2mm、長さは機械的強度の範囲内で例えば100mm〜300mm、好ましくは100mm〜200mm、より好ましくは110mmである。中心導体82としては、直径0.5mm〜10mm、好ましくは1mm〜2mm、より好ましくは2mmφのSUS304である。放電管81のフランジには、ヒートショックによるガラスの割れを防ぐために、約300℃に耐えるフッ素樹脂製の栓が用いられる。過熱水蒸気吐出口のフランジに接合される過熱水蒸気導入口のフランジには、耐熱性のシリコーンゴムが用いられる。放電管81の中央付近の外周に20メッシュ、幅50mmのステンレス合金(SUS304)製の対向電極83が設けられる。対向電極83は接地される。放電管81の両端のそれぞれには、直径約30mmの開口が設けられる。高周波電源84による印加電圧は±5kVAC〜±30kVAC、好ましくは±7kVAC〜±15kVAC、より好ましくは±10kVAC、10kHz〜50kHz、好ましくは15kHz〜30kHz、より好ましくは25kHz、200W〜2000W、好ましくは600Wである。
従来の、パイプヒーター等を使用した直接加熱式過熱水蒸気中でバリア放電を施した技術では、250℃、10分の処理で、コロナ放電処理と同等な結果が得られる。さらに良好な接着性を得ようとすると、300℃にする必要がある。実施例1と同じフィルムを200℃、250℃、300℃の処理温度で処理した場合の結果を表2に示す。しかし、この際、フィルムが高温により歪み、接着強度は向上したものの、実用には耐えられない。パイプヒーター等を使用した直接加熱式過熱水蒸気中でバリア放電を施した技術では、高温にならないと、ヒドロキシラジカルの発生効率が上がらないと考えられる。
本発明は、コロナ放電に代わる、オゾンを発生せず、接着性を大幅に向上できる表面処理方法を提供するものであり、様々な複合フィルムの製造、印刷、ラベルの分野に適用できる。
2 ボイラー
3 バルブ
4 誘導加熱装置
5 処理チャンバ
6 放電処理装置
9 冷却部材
Claims (15)
- 飽和水蒸気を誘導加熱して過熱水蒸気を発生する誘導加熱装置と、
前記誘導加熱装置が発生した過熱水蒸気が導入される処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置され、導入された過熱水蒸気に放電処理を行う放電処理装置と
を備える親水化処理装置であって、
前記放電処理装置は、
当該放電処理装置の支持体となるフレームと、
フレームの上部に配置された放電電極と、
前記放電電極の下方に配置されるメッシュ状の対向電極と、
前記放電電極と前記対向電極との間に高周波高電圧の電源を供給して放電を生じさせる高周波電源と、
を有し、前記対向電極の直下に位置する処理対象物の表面を、放電によりヒドロキシラジカルの濃度が高まった過熱水蒸気によって親水化することを特徴とする親水化処理装置。 - 前記処理対象物を、前記処理チャンバの外部から内部に搬入し、前記放電処理装置における前記対向電極の直下を通過させ、前記処理チャンバの外部に搬出する搬送手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の親水化処理装置。
- 前記搬送手段は、前記処理チャンバの内部における前記放電処理装置よりも上流部分において、前記処理チャンバに導入された過熱水蒸気に前記処理対象物を晒すことにより前処理を行うよう前記処理対象物を搬送することを特徴とする請求項2に記載の親水化処理装置。
- 前記搬送手段は、ロール状の前記処理対象物を引き出して前記処理チャンバ内に引き込み、処理後の前記処理対象物をロール状に巻き取る巻き上げ部を有する請求項2または3に記載の親水化処理装置。
- 前記処理対象物は前記放電処理装置の前記対向電極の直下に載置され、
前記高周波電源は、前記処理チャンバに過熱水蒸気が導入されてから所定時間に渡り、前記放電処理装置に電源を供給せず、
当該所定時間において前記処理チャンバ内の過熱水蒸気により前記処理対象物が前処理され、
当該所定時間の経過後に、前記高周波電源が前記放電処理装置に電源を供給して放電を生じさせることを特徴とする請求項1に記載の親水化処理装置。 - 前記放電処理装置は、放電が生じる領域に気体を供給するためのガス供給口を有し、
処理チャンバに過熱水蒸気を導入するときに、前記ガス供給口からアルゴンガス、ヘリウムガス、またはこれらの混合気体を、過熱水蒸気100重量部に対し20〜400重量部の割合で供給することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の親水化処理装置。 - 前記放電電極と前記対向電極との間に配置される絶縁体部材をさらに備えることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の親水化処理装置。
- 前記絶縁体部材は、前記放電電極の周囲を覆う被覆として設けられることを特徴とする請求項7に記載の親水化処理装置。
- 前記誘導加熱装置は、複数の隔壁により内部が複数の空間に仕切られた筒状の容器であり、
前記隔壁のそれぞれは、1または複数の開口部を有し、隣接する隔壁における開口部同士が対向しないように設けられることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の親水化処理装置。 - 前記開口部の最大径が5mm以下であることを特徴とする請求項9に記載の親水化処理装置。
- 前記隔壁で仕切られた空間に、球状もしくは不定形の磁性粒子が充填され、前記容器の内部の空隙率が30%以下とされることを特徴とする請求項9または10に記載の親水化処理装置。
- 前記誘導加熱装置に供給される飽和水蒸気の圧力は、1.1〜1.5気圧であることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の親水化処理装置。
- 前記対向電極の直下に設けられた冷却部材をさらに備え、
前記処理対象物を前記冷却部材に接触させた状態で前記過熱水蒸気によって前記処理対象物の表面を親水化することを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の親水化処理装置。 - 前記冷却部材は、ぺルチェ方式、パイプを用いた水冷式、オイル式よりなる群から選択された少なくとも1つであることを特徴とする請求項13に記載の親水化処理装置。
- 前記冷却部材は、50〜100℃の範囲で温度制御されることを特徴とする請求項13または14に記載の親水化処理装置。
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