JP6534129B2 - Ｄｌｃ及びｃｄ固着基材、ｄｌｃ及びｃｄ固着製品 - Google Patents

Description

本発明は、布、紙、皮革、樹脂フィルム、壁紙、包装紙、傘生地、コート生地等のシート状或いはフィルム状の基材に、ＣＤ（Cyclo Dextrin）又は／及びＤＬＣ（Diamond Like Carbon）が固着（固定）された基材と、それら基材を使用した下着、おむつ、生理用品、ブラジャー、傘、コートといった各種製品に関するものである。

ＤＬＣはダイヤモンドとグラファイトの中間的な結晶構造を持ち、高硬度、低摩擦係数、耐摩耗性、電気絶縁性、耐薬品性、抗菌性、親水性、撥水性、紫外線カット、ガスバリア性（非通気性）等の各種特性（物性）を持っていることから、各種分野で利用されている。例えば、コーティング用ロール表面への成膜に使用されている。

従来のＤＬＣ成膜方法は真空チャンバー内で１５０℃〜３５０℃の高温雰囲気領域で行われていたため、成膜する物（成膜対象物）が耐熱性に乏しい物、例えば、樹脂製やアルミ製の製品や部品の場合は変形することがある。特に、アルミロールの場合は表面が酸化し易く、尚且つ、熱膨張率が大きいために従来プロセス（処理温度が２００℃以上）では高い密着力を得ることができなかった。このため、成膜対象物に限りがあった。この問題を解消するため、本件発明者は先に、ＤＬＣを常温で成膜する方法を開発した（特許文献１）。

ＣＤはそれに含まれる機能性成分によって、保湿性向上、抗菌性、害虫忌避、抗酸化作用、抗炎症作用といった各種効能を有しており、特に、消臭（悪臭抑制）効果に優れているため、生理用ナプキンに固着して使用されることもある（特許文献２）。

特開２０１０−１８９６９４号公報 特開２０１６−０７７８５７号公報

本発明の課題は、ＣＤが固着（固定）された基材（以下「ＣＤ固着基材」という。）又はＤＬＣが固着された基材（以下「ＤＬＣ固着基材」という。）又はＤＬＣとＣＤの双方が固着された基材（以下「ＤＬＣ及びＣＤ固着基材」という。）と、それら基材で製作された製品（「ＣＤ固着製品」又は「ＤＬＣ固着製品」又は「ＤＬＣ及びＣＤ固着製品」という。）を提供することにある。

［ＣＤ固着基材］
本発明のＣＤ固着基材は、布、紙、皮革、樹脂フィルム、包装紙、傘生地、外套生地等の各種材質製の基材にＣＤが固着されたものである。ここでいうＣＤが固着とは、主として基材表面にＣＤが成膜された状態をいうが、場合によっては、基材内にＣＤが含まれる状態もある。ＣＤはＣＤ溶液内に基材を浸漬（ディッピング）するとか、ＣＤ溶液をロールコーティング（塗布）・ダイコーター、スプレーとかその他の噴霧器で噴霧する等して成膜することもできる。

［ＤＬＣ固着基材］
本発明のＤＬＣ固着基材は布、紙、皮革、樹脂フィルム、包装紙、傘生地、外套生地等の各種材質製の基材にＤＬＣが固着されたものである。ここでいうＤＬＣが固着とは、基材内にＤＬＣが注入された状態、或いは、基材の表面にＤＬＣ膜が成膜された状態をいう。ＤＬＣは真空チャンバー内で真空且つ常温（室温）状態で基材の内部に注入するとか、注入して堆積させるとか、基材の表面に成膜することができる（いずれもドライ方式）。常温とは１０℃〜５０℃をいう。基材へのＤＬＣの固着は大気中で行うこともできる。

［ＤＬＣ及びＣＤ固着基材］
本発明のＤＬＣ及びＣＤ固着基材は布、紙、皮革、樹脂フィルム、包装紙、傘生地、外套生地等の各種材質製の基材にＤＬＣが固着され、ＤＬＣの上にＣＤが固着されたものである。ＤＬＣは基材表面に成膜され、ＣＤはそのＤＬＣ膜の上に成膜された（積層された）ものであってもよい。ＤＬＣの成膜、ＣＤの成膜は前記成膜方法で行うことができる。

基材へのＣＤ又はＤＬＣの固着を強固にするためには、基材をプラズマ処理して基材にＯＨ基を付与して、基材の親水性を高めるのが望ましい。基材をプラズマ処理したりコロナ放電処理したりすることにより基材にＯＨ基を付与することができる。プラズマ処理の雰囲気は真空中であるか大気中であるかを問わない。基材は前処理（表面加工：コンディショニング）してＣＤやＤＬＣが付着或いは固着し易くなるようにしてから使用することも、前処理せずに使用することもできる。

本発明の製品は前記ＣＤ固着基材又はＤＬＣ固着基材又はＤＬＣ及びＣＤ固着基材で作られた下着、おむつ、生理用品、その他の各種製品である。

本発明の基材は次の効果がある。
（１）基材にＣＤが固着されている場合は、ＣＤの機能である消臭効果、難燃性、その他のＣＤ固有の効果がある。
（２）基材にＤＬＣが固着されている場合は、ＤＬＣの機能である耐摩耗性、耐薬品性、抗菌性、撥水性、ガスバリア性（非通気性）、その他のＤＬＣ固有の効果がある。
（３）基材にＤＬＣとＣＤの双方が固着されている場合は、ＤＬＣの前記機能と、ＣＤの前記機能を兼備した基材となる。
（４）前記した基材で作られた製品は、ＣＤ固有の特性や機能、ＤＬＣ固有の特性や機能を備えたものとなり、両者の特性や機能を備えた製品となる。
（５）基材にＯＨ基が付与されている場合は、ＯＨ基が付与されないものに比して親水性が向上し、基材へのＣＤ或いはＤＬＣの固着が強固になる。
（６）ＣＤの固着、ＤＬＣの固着、プラズマ処理、コロナ放電処理のいずれも、真空中、大気中を問わず、常温で固着させた場合は、基材がＣＤ、ＤＬＣ、ＣＤ及びＤＬＣ固着、プラズマ処理、コロナ放電処理等の熱により変形することがない。
（７）基材を前処理すれば、ＣＤやＤＬＣの付着強度、固着強度が高まり、品質向上、歩留まり向上が可能となる。

ＤＬＣ成膜装置の一例を示す説明図。 ＣＤ成膜方法の説明図。 （ａ）は本発明のＤＬＣ固着基材の断面図、（ｂ）は本発明のＤＬＣ及びＣＤ固着基材の断面図。

（ＤＬＣ固着基材の実施形態）
本発明のＤＬＣ固着基材は、布、紙、皮革、樹脂フィルム、樹脂シート、壁紙、包装紙、不織布、傘生地、レインコート生地等の各種材質製の基材（生地）にＤＬＣが固着されたものである。本発明のＤＬＣ及びＣＤ固着基材は前記ＤＬＣ固着基材のＤＬＣ膜の上に、ＣＤ膜を積層したものである。

前記基材を使用した製品は、それら基材を裁断し、縫製、接着などして製作したものである。一例としては、保温着、下着、おむつ、生理用ナプキン、失禁用おむつ、ブラジャー、傘、レインコート、スポーツウェア、ウェットスーツ、シーツ、病院用シーツ、医療用ウェア、スノーボード、スキー板、水着、タイツ、壁紙、ペット用おむつ、ペット用シート、家畜用保温ウェア、その他各種分野で使用される各種製品に関するものである。以下にそれらの構成とその製造方法を説明する。

基材へのＤＬＣコーティングを行う際には、密着力向上を目的とした洗浄やＳｉ等を主成分とするミキシング層の形成を行っても良い。なお、ミキシング層の形成は、ＤＬＣ成膜装置１００の真空チャンバー１０（図１）内を真空且つ常温状態にして行うことができる。常温状態とは０℃以上１００℃以下であるが、より望ましくは１０℃以上５０℃以下である。具体的には次のようにして行うことができる。ＤＬＣ注入装置１００は、真空チャンバー１０、高電圧パルス電源２０、ガス注入口３０、ＲＦ高周波電源４０、又はＩＣＰプラズマ源５０を備える。

［基材の前処理］
ＤＬＣを固着させる基材１を用意する。基材１は布、紙、天然皮革、人工皮革、樹脂フィルム、樹脂シート、傘生地、コート生地等々のいずれの材質、構造であってもよい。薄いフィルム状、シート状等どのような形状、厚さであってもよく、裁断し易く、縫製し易く（製品化し易く）、製品として使い心地がよく、下着用生地の場合はフレキシブルで着易いものが適する。基材１は予め洗浄（クリーニング）したものがよい。

基材１は前処理（コンディショニング）処理してから使用することも、前処理せずに使用することもできる。コンディショニングは基材１へのＣＤやＤＬＣを付着或いは固着（コーティング）し易くする処理であり、基材１に含まれる脱ガス処理、脱水分処理、極低熱収縮処理、基材表面の異物除去処理などであり、基材表面の平坦性の向上、基材表面へのＣＤやＤＬＣの密着性の向上を計る処理である。例えば、水分除去処理は加熱乾燥により、塵芥処理はプラズマ処理、その他の適宜の手段で行うことができる。

［基材のセット］
基材１を常温状態の真空チャンバー１０内にセットする。基材１はミキシング層形成時やＤＬＣ成膜時に一方向へ搬送されて巻き取られていく方式（ロールｔｏロール方式）にセットするのが好ましい。

［ミキシング層の形成］
必要に応じて基材１とＤＬＣ膜の密着力向上を目的にミキシング層の形成（イオン注入）を行うこともできる。ミキシング層にはＤＬＣ膜の構成元素である炭素や水素の他にケイ素（Ｓｉ）やフッ素（Ｆ）を用いることができる。これらのソースガスにはＮ_２、Ａｒ、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２、ＣＦ_４、Ｃ、Ｈ_２、Ｂ等のガスを用いる。また、これらのガスは混合して使用することもできる。ミキシング層の形成は、まず、十分に真空引きされた真空チャンバー１０内にガス注入口３０からソースガスを供給する。そして高周波電源４０、又はＩＣＰ電源５０を用いて放電し、プラズマを発生させ、供給したソースガスをイオン化する。次に、高電圧パルス電源２０を用いてマイナスの電圧を印加することでイオンが基材１に向かって引き付けられ、基材１に注入されることでミキシング層が形成される。この時、プラズマの発生源である高周波電源４０やＩＣＰ電源５０は高電圧パルス電源２０は電源と特性が異なるため、同時に使用することが不可能なため、交互に使用する。

［ＤＬＣ膜の成膜］
前記のミキシング層（イオン注入）の形成後、高周波電源４０、又はＩＣＰ電源５０の電源出力や周波数、及び、真空チャンバー１０内の真空度、高電圧パルス電源２０の電圧を変更することでイオン注入工程からＤＬＣ膜の成膜工程へ移る。この時、ソースガスに酸素やボロン（又は窒素）等も供給することでＤＬＣ膜に親水性や帯電防止（半導体や導電性等も）機能を有することもできる。

前記Ｎ_２、Ａｒ、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２、ＣＦ_４、Ｃ、Ｈ_２、Ｂ等の混合ガスは、それらの混合比率を変えることでＤＬＣの物性を変えることができる。これらガスに他のガスを混合することもできる。ＤＬＣの物性はＳＰ^２／ＳＰ^３比、水素含有量、密度、自由空間割合等の因子により左右される。真空チャンバー１０に注入するガスの種類のみならず、ガス圧、注入量、プラズマエネルギー、極性基、注入条件を変えることにより、親水性、固着強度等を変えることもできる。例えば、前記原料ガスにフッ素を混合させると基材１の表面が撥水性に富んだものとなる。

基材１の表面の物性は真空チャンバー１０に供給されるＤＬＣ膜の原料ガスの種類や膜厚によっても変化する。例えば、ＤＬＣ膜厚が厚いほど耐摩耗性やガスバリア性は向上するが、基材の変形に追従可能な密着力は低下する。逆にＤＬＣ膜が薄ければ基材の変形に追従可能な密着力を得ることは容易であるが、耐摩耗性やガスバリア性は低下するＤＬＣ膜は図３（ａ）のように基材１の中に成膜される、成膜が進行すると、図３（ｂ）のように基材１の表面に堆積してＤＬＣ膜２となる

基材１に注入するＤＬＣの原料ガスをフッ素混合物とした場合、フッ素の混合比率によって基材１の撥水性に与える影響も異なる。撥水性に富んだ基材１は剥離性や離型性に優れる。フッ素の混合比率を０％〜１０％まで増加させると、急激に水接触角が大きくなって撥水性が向上するが、１０％を超えるとその増加率は鈍化する。すなわち、ＤＬＣの常温成膜の際に注入するＤＬＣ原料ガスをフッ素混合物とした場合、撥水性を向上させるためにはそのフッ素混合比率を０％〜１０％とすることが望ましいといえる。撥水性を向上させつつ硬度も保つためには、フッ素の混合比率を１０％〜２０％とするのが望ましく、１５％前後がより望ましい。

基材１が白色の場合、基材１に成膜したＤＬＣの膜厚が厚くなり過ぎると基材１が黒っぽくなるので、黒っぽくならない程度の膜厚、例えば、１０ｎｍ〜２μｍ程度が適する。

（ＣＤ固着基材の実施形態）
本発明におけるＣＤ固着基材は、前記基材１にＣＤ膜３が膜状に固着されたものである。基材１へのＣＤ膜３の成膜は基材１を図２のようにＣＤ水溶液へディッピング（浸漬）したり、ＣＤ水溶液を基材１にロールコーティング（塗布）したり、ＣＤ水溶液を基材１に吹き付けたり、その他の任意の方法で行うことができる。この場合も基材１は親水化処理を行うのがよい。親水化処理は前記親水化処理方法と同様にして行うことができる。

（ＤＬＣ及びＣＤ固着基材の実施形態）
本発明におけるＤＬＣ及びＣＤ固着基材は、基材１にＤＬＣを含浸或いは成膜して固着し、そのＤＬＣ膜２の上にＣＤ膜３が成膜されたものである。ＤＬＣ膜２は前記方法で成膜することができる。ＤＬＣ膜２は接着機能があるため、その上に直にＣＤ膜３を成膜することもできるが、ＤＬＣ膜２の上に接着性向上のためのバインダーを設け、その上からＣＤ膜３を固着することもできる。ＤＬＣ膜２が１０ｎｍ〜２μｍの場合、ＣＤ膜３は５０ｎｍ〜１ｍｍ程度が適する。この場合のＣＤ膜３の成膜も、ＤＬＣ膜２を備えた基材１を、図２のようにＣＤ水溶液へディッピング（浸漬）したり、ロールコーティング（塗布）したり、ＣＤ水溶液を吹き付けたり、その他の任意の方法で行うことができる。なお、ＣＤのディッピング工程を繰り返し、ＣＤを積層化することもできる。

基材１とＣＤ膜３との密着力向上、基材１とＤＬＣ膜２との密着力向上、ＤＬＣ膜２とＣＤ膜３との密着力向上を目的に、基材１の表面或いはＤＬＣ膜２の表面にプラズマ処理やコロナ処理を行って、ＯＨ基を付与して親水性を高めるのが望ましいことは前記したとおりである。プラズマ処理に使用するソースガス（原料ガス）については特に制約はない。例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）等が挙げられる。また、ただ単に親水化目的ではヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）やトリメチルシリス（ＭＨＤＳ）等のシラン系を用いても良い。前記ガスは単体又は複数を混成して使用しても良い。それらガス原料を用いて発生させたプラズマを、基材１の表面或いはＤＬＣ膜２の表面に照射させて、ＯＨ基等の親水基の付与を行う。このプラズマを用いた親水化処理は、真空、大気中のいずれの処理雰囲気であるかを問わない。

前記実施形態では、ロール状の基材１を引き出しながらロール状に巻き取るロールｔｏロール方式としてあるが、基材１の引き出し、巻き取りは他の方法とすることもできる。図２では、ＣＤ水溶液に浸漬した基材１を上下のロール４間に挟んで脱水し、乾燥装置５で乾燥してから巻き取るようにしてある。必要であれば、基材１を巻き取る前に洗浄することもできる。

（ＣＤ固着製品、ＤＬＣ固着製品、ＤＬＣ及びＣＤ固着製品の実施形態）
本発明のＣＤ固着製品、ＤＬＣ固着製品、ＤＬＣ及びＣＤ固着製品は、保温着、下着、おむつ、生理用ナプキン、失禁用おむつ、ブラジャー、傘、レインコート、スポーツウェア、ウェットスーツ、シーツ、病院用シーツ、医療用ウェア、スノーボード、スキー板、水着、タイツ、壁紙、ペット用おむつ、ペット用シート、家畜用保温ウェア、その他各種分野で使用される各種製品である。これら製品は前記ＣＤ固着基材、ＤＬＣ固着基材或いはＤＬＣ及びＣＤ固着基材を必要な形状に裁断し、縫製或いは接着剤で接着するなどして製作することができる。裁断方法、縫製方法、接着方法等は既存のそれら方法と同じでも他の方法であってもよい。製品は、裁断、縫製することなく基材のまま壁紙、その他のシートとして製品化することもできる。

本発明のＣＤ固着基材、ＤＬＣ固着基材、ＣＤ固着方法、ＤＬＣ固着方法等は前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の課題を解決できる範囲で設計変更可能である。

１ 基材（生地）
２ ＤＬＣ膜
３ ＣＤ膜
４ ロール
５ 乾燥装置
１０ 真空チャンバー
２０ 高電圧パルス電源
３０ ガス注入口
４０ ＲＦ高周波電源
５０ ＩＣＰプラズマ源（ＩＣＰ電源）
１００ ＤＬＣ注入装置

Claims (8)

1. ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）が基材に固着され、ＣＤ（Cyclo Dextrin）が当該ＤＬＣに固着されたＤＬＣ及びＣＤ固着基材において、
   ＣＤが、ＯＨ基が付与されて親水性が高められたＤＬＣの上に固着された、
   ことを特徴とするＤＬＣ及びＣＤ固着基材。
2. 請求項１記載のＤＬＣ及びＣＤ固着基材において、
   ＤＬＣは、ＯＨ基が付与されて親水性が高められた基材に固着された、
   ことを特徴とするＤＬＣ及びＣＤ固着基材。
3. 請求項１又は請求項２記載のＤＬＣ及びＣＤ固着基材において、
   ＯＨ基が、大気圧中且つ常温でプラズマ処理又はコロナ処理されて付与されて、基材又はＤＬＣに固着された、
   ことを特徴とするＤＬＣ及びＣＤ固着基材。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＤＬＣ及びＣＤ固着基材において、
   ＤＬＣが基材内に注入されて固着された、
   ことを特徴とするＤＬＣ及びＣＤ固着基材。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＤＬＣ及びＣＤ固着基材において、
   基材に成膜されたＤＬＣの膜厚が１０ｎｍ〜２μｍである、
   ことを特徴とするＤＬＣ及びＣＤ固着基材。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＤＬＣ及びＣＤ固着基材において、
   ＤＬＣ膜の膜厚が１０ｎｍ〜２μｍ、ＣＤ膜の膜厚が５０ｎｍ〜１ｍｍである、
   ことを特徴とするＤＬＣ及びＣＤ固着基材。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＤＬＣ及びＣＤ固着基材において、
   基材が、布、紙、天然皮革、人工皮革、樹脂フィルム、樹脂シートのいずれかであってフレキシブルであり、裁断し、縫製あるいは接着して製品化できるものである、
   ことを特徴とするＤＬＣ及びＣＤ固着基材。
8. 請求項７記載のＤＬＣ及びＣＤ固着基材が裁断され、裁断されたＤＬＣ及びＣＤ固着基材が縫製もしくは接着されて作られたＤＬＣ及びＣＤ固着製品であり、
   前記ＤＬＣ及びＣＤ固着製品が保温着、下着、おむつ、生理用ナプキン、失禁用おむつ、ブラジャー、傘、レインコート、スポーツウェア、ウェットスーツ、シーツ、病院用シーツ、医療用ウェア、水着、タイツ、壁紙、ペット用おむつ、ペット用シート、家畜用保温ウェアのいずれかである、
   ことを特徴とするＤＬＣ及びＣＤ固着製品。

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