JP7067902B2 - 炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は熱可塑性シート状物の親水化処理方法に関し、特に、熱負荷や経時による親水性の低下を抑えることができる炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法に関する。
熱可塑性シート状物等の樹脂シート状物は、包装用や光学フィルム等の種々の分野で利用されている。このような樹脂シート状物において、親水性のシート状物は、接着剤や塗料等がシート状物表面になじみやすくなり、優れた接着性や印刷性が発揮される。
熱可塑性シート状物を親水化する処理方法としては、ポリエステル基板の表面温度をガラス転移温度以上に加熱した後、大気圧プラズマ処理による表面処理を行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この処理方法では、基板の表面温度をガラス転移温度以上に加熱して表面近傍の内部オリゴマーを表面に泣き出させてから大気圧プラズマ処理が行われるため、機能膜との密着性に悪影響な内部オリゴマーの経時による泣き出しが防止される。
また、高分子シート状物の表面に放電処理を施した後、放電処理された表面を水または水溶液と接触させて親水性を付与する表面処理方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この処理方法では、放電処理によりシート状物表面を活性状態として水または水溶液と接触させることにより、液中のイオンと反応させてシート状物表面への親水性の付与を促進させる。さらに、シート状物表面が不安定な時期に水溶液と接触させることにより、シート状物表面の親水基の安定化が図られる。
このように、シート状物表面を親水化する放電処理は、短時間で簡易に実施することが可能であるため、様々な工業分野で利用されている。しかしながら、特許文献１の処理方法では、放電処理により表面に形成された極性基が、熱負荷を受けることや経時により減少して親水性が低下する。これは、添加剤等が表面に現れるブリードや、放電処理で表面に形成された極性基が内部疎水部の分子鎖と反転することが原因と考えられ、改善する必要がある。また、特許文献２の処理方法では、水または水溶液との接触後に、乾燥炉や温風または冷風を吹き付ける等の方法により表面に付着した水分を除去する工程が必要となる。そのため、シート状物の表面処理に必要な工程や設備等が増えて煩雑となる。
本発明は、上記状況に鑑み提案されたものであり、処理工程の簡素化を図りながら熱や経時による親水性の低下を抑制することができる炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法を提供する。
すなわち、第１の発明は、樹脂材料に炭素材料が含有されてなる炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法であって、前記炭素材料含有熱可塑性シート状物表面に対して大気圧プラズマ処理である第１回放電処理を行う第１放電処理工程と、前記第１放電処理工程の後に前記炭素材料含有熱可塑性シート状物内部の樹脂材料の熱変形温度以下の熱処理温度で第１回熱処理を行う第１熱処理工程と、前記第１熱処理工程の後に大気圧プラズマ処理である第２回放電処理を行う第２放電処理工程を含むことを特徴とする炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法に係る。
第２の発明は、前記第２放電処理工程後に前記炭素材料含有熱可塑性シート状物内部の樹脂材料の熱変形温度以下の熱処理温度で第２回熱処理を行う第２熱処理工程と、前記第２熱処理工程の後にさらに大気圧プラズマ処理である第３回放電処理を行う第３放電処理工程を含む請求項１に記載の炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法に係る。
第３の発明は、前記炭素材料含有熱可塑性シート状物の前記樹脂材料がポリオレフィン樹脂からなる請求項１または２に記載の炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法に係る。
第４の発明は、前記炭素材料含有熱可塑性シート状物が、ポリプロピレン樹脂からなる樹脂材料と、カーボンナノチューブ及び黒鉛からなる炭素材料とからなる炭素含有ポリプロピレンフィルムであり、前記熱処理工程の熱処理温度が４０～１６０℃である請求項１ないし３のいずれかに記載の炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法に係る。
第１の発明に係る熱可塑性シート状物の親水化処理方法によると、樹脂材料に炭素材料が含有されてなる炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法であって、前記炭素材料含有熱可塑性シート状物表面に対して大気圧プラズマ処理である第１回放電処理を行う第１放電処理工程と、前記第１放電処理工程の後に前記炭素材料含有熱可塑性シート状物内部の樹脂材料の熱変形温度以下の熱処理温度で第１回熱処理を行う第１熱処理工程と、前記第１熱処理工程の後に大気圧プラズマ処理である第２回放電処理を行う第２放電処理工程を含むため、処理工程が極めて簡素であり、設備コストの低減や作業時間の短縮等が図られて実施が容易となって生産性が向上するとともに、熱可塑性シート状物を変形させることなく適切な加熱を行うことができ、熱負荷や経時にも耐え得る優れた親水性保持性能が得られて、従来に比して親水性の低下が抑制される親水性シート状物を提供することができる。
第２の発明に係る熱可塑性シート状物の親水化処理方法によると、前記第２放電処理工程後に前記炭素材料含有熱可塑性シート状物内部の樹脂材料の熱変形温度以下の熱処理温度で第２回熱処理を行う第２熱処理工程と、前記第２熱処理工程の後にさらに大気圧プラズマ処理である第３回放電処理を行う第３放電処理工程を含むため、熱や経時による親水性の低下をより抑制することができる。
第３の発明に係る熱可塑性シート状物の親水化処理方法によると、第１または２の発明において、前記炭素材料含有熱可塑性シート状物の前記樹脂材料がポリオレフィン樹脂からなるため、安価で軽量であり、極めて高い汎用性を有する。
第４の発明に係る熱可塑性シート状物の親水化処理方法によると、第１ないし３の発明において、前記炭素材料含有熱可塑性シート状物が、ポリプロピレン樹脂からなる樹脂材料と、カーボンナノチューブ及び黒鉛からなる炭素材料とからなる炭素含有ポリプロピレンフィルムであり、前記熱処理工程の熱処理温度が４０～１６０℃であるため、優れた親水性保持性能が得られるとともに、電気伝導性や熱伝導性に優れた工業用途として広範に利用可能な熱可塑性シート状物を提供することができる。
本発明に規定する熱可塑性シート状物の親水化処理方法は、放電処理工程と、熱処理工程とを用いて熱可塑性シート状物の表面処理を行うことにより、シート状物表面に熱や経時にも耐え得る親水性を付与する方法である。
熱可塑性シート状物は、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル等の公知の熱可塑性樹脂を主体とするシート状物である。これらの熱可塑性樹脂において、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂は、安価で軽量であるため、極めて高い汎用性を有する。そのため、包装袋、光学フィルム、保護フィルム等、広範な分野で好適に利用可能である。熱可塑性シート状物は、厚み等は規定されず、表面処理を施すことが可能であれば厚くても薄くても構わない。
好適に使用されるポリオレフィン樹脂としては、ポリプロピレン樹脂が挙げられ、比重が軽く、透明性、機械適正、耐薬品性等に優れており、極めて高い生産性を有する利点がある。また、ポリエチレン樹脂では、ハイデンシティポリエチレン樹脂（ＨＤＰＥ）やリニアローデンシティポリエチレン樹脂（Ｌ－ＬＤＰＥ）等が挙げられる。ハイデンシティポリエチレン樹脂は、耐薬品性、加工性、引張り強度等に優れている。リニアローデンシティポリエチレン樹脂は、柔軟性、透明性、シール性、加工適正等に優れる利点がある。なお、後述の実施例では、ポリプロピレン樹脂と、リニアローデンシティポリエチレン樹脂を使用した。
また、熱可塑性シート状物では、樹脂材料に１または複数種類の機能性材料を含有させて使用することも可能である。機能性材料は、例えば、カーボンナノチューブや黒鉛、ゼオライト、水酸化マグネシウム等、適宜である。この機能性材料含有の熱可塑性シート状物は、導電性、耐食性、熱伝導性、脱臭性、難燃性等に優れる。そのため、工業用途として広範に利用可能である。特に機能性材料として炭素材料含有の熱可塑性シート状物は、電気伝導性、熱伝導性に優れ、ＩＣトレー、帯電防止フィルム、電磁波シールドフィルム等で使用される。
放電処理工程は、高圧電源を用いて電極から発せられるプラズマにより、シート状物表面に極性基を増加させて表面改質を行う処理である。実施形態の放電処理工程は、常圧の大気中で行われる大気圧プラズマ処理工程である。プラズマ処理は真空下で行うこともあるが、大気圧下で処理を行うと、真空容器や減圧装置等の大掛かりな設備が不要となるとともに、減圧工程等を省略することができる。これにより、設備コストの低減や作業時間の短縮等が図られて実施が容易となり、生産性が向上する。
熱処理工程は、放電処理により表面改質が行われた熱可塑性シート状物に対して熱負荷を加える処理である。この熱処理工程では、熱処理温度が熱可塑性シート状物の熱変形温度以下で行われる。シート状物の熱変形温度より高い熱処理温度で加熱すると、熱可塑性シート状物が収縮や伸長、溶融等の変形がおこり不良品となる。表面改質された熱可塑性シート状物に対して適切な加熱が行われることにより、放電処理によりシート状物表面に形成された極性基が分子鎖内部へ反転すると考えられる。
熱処理工程における適正な熱処理温度は、使用する熱可塑性シート状物の材料に対応する。例えば、熱可塑性シート状物が二軸延伸ポリプロピレン樹脂フィルムの場合、熱処理工程の熱処理温度は４０～１２０℃である。また、熱可塑性シート状物がリニアローデンシティポリエチレン樹脂フィルムの場合、熱処理工程の熱処理温度は４０～１００℃である。熱処理温度が４０℃未満の場合、加熱温度が低すぎて熱負荷が不十分となり、シート状物表面の極性基を分子鎖内部へ十分に反転させることができないと考えられる。また、二軸延伸ポリプロピレン樹脂フィルムの熱変形温度である１２０℃より高い温度や、リニアローデンシティポリエチレン樹脂フィルムの熱変形温度である１００℃より高い温度である場合は、熱可塑性シート状物が収縮したり溶融したりする等、変形により不良品となるため好ましくない。
ここで、図１の概略工程図を用いて、本発明の第１実施形態に係る熱可塑性シート状物の親水化処理方法Ｓ１０を説明する。この親水化処理方法Ｓ１０は、少なくとも、第１放電処理工程Ｓ２０と、第１熱処理工程Ｓ３０と、第２放電処理工程Ｓ４０とを含む。
第１放電処理工程Ｓ２０は、熱可塑性シート状物表面に対して第１回放電処理を行う工程である。第１回放電処理では、熱可塑性シート状物の表面改質により、シート状物表面に極性基（親水層）が形成される。
第１熱処理工程Ｓ３０は、第１放電処理工程Ｓ２０の後に第１回熱処理を行う工程である。第１回熱処理では、放電処理により表面に極性基が形成されたシート状物に熱負荷を加えることにより、シート状物表面に形成された極性基が分子鎖内部に反転されると考えられる。
第２放電処理工程Ｓ４０は、第１熱処理工程Ｓ３０の後に第２回放電処理を行う工程である。第２回放電処理では、熱処理により内部に極性基が反転されたシート状物に再度放電処理を施すことにより、シート状物表面にさらに極性基が形成される。
このように、本発明の親水化処理方法Ｓ１０は、放電処理（第１回）でシート状物表面に形成した極性基を熱処理でシート状物内部に反転させた後、再度放電処理（第２回）を行ってシート状物表面にさらに極性基を形成する。そのため、シート状物の表面と内部の双方に極性基が存在する状態となると考えられる。本発明の親水化処理が施された親水性シート状物では、熱負荷や経時により表面の極性基が反転した場合でも、内部の極性基が表面に現れるため、親水性が保持されて熱負荷や経時による親水性の低下が抑制されると考えられる。
また、本発明の第２実施形態に係る親水化処理方法Ｓ１０Ａは、図２に示すように、第２熱処理工程Ｓ５０と、第３放電処理工程Ｓ６０とをさらに含む。第２熱処理工程Ｓ５０は、第２放電処理工程Ｓ４０後に第２回熱処理を行う工程である。また、第３放電処理工程Ｓ６０は、第２熱処理工程Ｓ５０の後にさらに第３回放電処理を行う工程である。
上記親水化処理方法Ｓ１０Ａでは、表面と内部の双方に極性基が存在するシート状物に対して、さらに熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とが行われる。そのため、第２放電処理工程Ｓ４０でシート状物表面に形成された極性基が熱処理により内部に反転された後、放電処理によりシート状物表面にさらに極性基が形成される。従って、シート状物の表面と内部の双方に存在する極性基がさらに増加され、親水性の保持性能がより向上されると考えられる。
この親水化処理方法では、必要に応じて、第３放電処理工程の後にさらに熱処理工程と放電処理工程とを繰り返してもよい。すなわち、熱可塑性シート状物に対して放電処理（第１回）を施した後、熱処理と放電処理とを交互に必要回数繰り返し行うことができる。このように熱処理と放電処理とを繰り返すことにより、シート状物の親水性の保持性能が向上する。なお、処理工程の効率化や親水性保持性能の向上等の兼ね合いから、２回繰り返す（第２熱処理工程と第３放電処理工程まで）程度が好ましい。
次に、以下の手順に従って、熱可塑性シート状物に親水化処理を施した試作例１～５０の親水性シート状物を作製した。表１～３では、試作例１～５０について、熱可塑性シート状物の種類、処理工程、熱処理温度（℃）、評価を示す。
〈熱可塑性シート状物の種類〉
使用した熱可塑性シート状物は、厚さ２５μｍの二軸延伸ポリプロピレン樹脂フィルム（フタムラ化学株式会社製、品名「ＦＯＫ－Ｐ」）、厚さ１００μｍのリニアローデンシティポリエチレン樹脂フィルム（フタムラ化学株式会社製、品名「ＬＬ－ＸＨＴ」）、厚さ６０μｍの炭素含有ポリプロピレンフィルムである。炭素含有ポリプロピレンフィルムの組成は、ホモポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ株式会社製、品名「ノバテックＦＬ１００Ａ」）が２３重量％、カーボンナノチューブ（宇部興産株式会社製、品名「ＡＭＣ」）が２６重量％、球状黒鉛（日本カーボン株式会社製、品名「ニカビーズＰ２５Ｂ－ＺＧ」）が５１重量％である。なお、表１～３においては、二軸延伸ポリプロピレン樹脂フィルムを「ＯＰＰ」、リニアローデンシティポリエチレン樹脂フィルムを「ＬＬ」、炭素含有ポリプロピレンフィルムを「ＰＰ＋炭素」と表記した。
使用した熱可塑性シート状物は、厚さ２５μｍの二軸延伸ポリプロピレン樹脂フィルム（フタムラ化学株式会社製、品名「ＦＯＫ－Ｐ」）、厚さ１００μｍのリニアローデンシティポリエチレン樹脂フィルム（フタムラ化学株式会社製、品名「ＬＬ－ＸＨＴ」）、厚さ６０μｍの炭素含有ポリプロピレンフィルムである。炭素含有ポリプロピレンフィルムの組成は、ホモポリプロピレン樹脂（日本ポリプロ株式会社製、品名「ノバテックＦＬ１００Ａ」）が２３重量％、カーボンナノチューブ（宇部興産株式会社製、品名「ＡＭＣ」）が２６重量％、球状黒鉛（日本カーボン株式会社製、品名「ニカビーズＰ２５Ｂ－ＺＧ」）が５１重量％である。なお、表１～３においては、二軸延伸ポリプロピレン樹脂フィルムを「ＯＰＰ」、リニアローデンシティポリエチレン樹脂フィルムを「ＬＬ」、炭素含有ポリプロピレンフィルムを「ＰＰ＋炭素」と表記した。
〈放電処理〉
放電処理では、表面処理装置（春日電機株式会社製、品名「リアルプラズマＡＰＧ－５００」）を使用し、処理条件を照射速度１．６ｍ／ｍｉｎ、照射距離５ｍｍ、出力５００Ｗ、放電量１０４１７Ｗ・ｍｉｎ／ｍ２とした。表１～３の処理工程の欄において、放電処理を実施した場合には「放電」と表記した。
放電処理では、表面処理装置（春日電機株式会社製、品名「リアルプラズマＡＰＧ－５００」）を使用し、処理条件を照射速度１．６ｍ／ｍｉｎ、照射距離５ｍｍ、出力５００Ｗ、放電量１０４１７Ｗ・ｍｉｎ／ｍ２とした。表１～３の処理工程の欄において、放電処理を実施した場合には「放電」と表記した。
〈熱処理〉
熱処理では、加熱装置（ヤマト科学株式会社製、品名「送風定温恒温機 ＤＫＮ４０２」）を使用し、処理条件を４０～２００℃、加熱時間５分とした。表１～３の処理工程の欄において、熱処理を実施した場合には「熱」と表記し、熱処理温度も記載した。
熱処理では、加熱装置（ヤマト科学株式会社製、品名「送風定温恒温機 ＤＫＮ４０２」）を使用し、処理条件を４０～２００℃、加熱時間５分とした。表１～３の処理工程の欄において、熱処理を実施した場合には「熱」と表記し、熱処理温度も記載した。
〈評価〉
親水性シート状物の親水性評価方法では、まず加熱プレスによる加速促進試験を行った後、水膜保持試験を行って評価した。加速促進試験では、試験片のサイズを３０×６０ｍｍ２とし、加熱プレスの条件を加熱温度１００℃、加圧力２．５ＭＰａ、加圧時間６０秒とした。なお、この加速促進試験の条件は、２５℃、約５年静置に相当する。
親水性シート状物の親水性評価方法では、まず加熱プレスによる加速促進試験を行った後、水膜保持試験を行って評価した。加速促進試験では、試験片のサイズを３０×６０ｍｍ２とし、加熱プレスの条件を加熱温度１００℃、加圧力２．５ＭＰａ、加圧時間６０秒とした。なお、この加速促進試験の条件は、２５℃、約５年静置に相当する。
水膜保持試験では、３０ｍｍ幅の試験片を蒸留水に３０秒浸漬後、１秒以内に水面から１ｃｍ以上垂直方向に引き上げ、シート状物表面の水膜保持状態を目視にて確認した。評価は下記の３段階とし、「◎」と「○」を良品、「×」を不良品とした。
◎ ・・・ ６０秒以上水膜が保持された。
○ ・・・ １０秒以上、６０秒未満水膜が保持された。
× ・・・ １０秒未満で水膜が切れた。
◎ ・・・ ６０秒以上水膜が保持された。
○ ・・・ １０秒以上、６０秒未満水膜が保持された。
× ・・・ １０秒未満で水膜が切れた。
〔試作例１〕
試作例１では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は４０℃とした。
試作例１では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は４０℃とした。
〔試作例２〕
試作例２では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は４０℃とした。
試作例２では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は４０℃とした。
〔試作例３〕
試作例３では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は６０℃とした。
試作例３では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は６０℃とした。
〔試作例４〕
試作例４では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は６０℃とした。
試作例４では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は６０℃とした。
〔試作例５〕
試作例５では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は８０℃とした。
試作例５では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は８０℃とした。
〔試作例６〕
試作例６では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は８０℃とした。
試作例６では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は８０℃とした。
〔試作例７〕
試作例７では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１００℃とした。
試作例７では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１００℃とした。
〔試作例８〕
試作例８では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１００℃とした。
試作例８では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１００℃とした。
〔試作例９〕
試作例９では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１２０℃とした。
試作例９では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１２０℃とした。
〔試作例１０〕
試作例１０では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１２０℃とした。
試作例１０では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１２０℃とした。
〔試作例１１〕
試作例１１では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１４０℃とした。
試作例１１では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１４０℃とした。
〔試作例１２〕
試作例１２では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１４０℃とした。
試作例１２では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１４０℃とした。
〔試作例１３〕
試作例１３では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理を１回行った。
試作例１３では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理を１回行った。
〔試作例１４〕
試作例１４では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理を２回行った。
試作例１４では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理を２回行った。
〔試作例１５〕
試作例１５では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理を３回行った。
試作例１５では、熱可塑性シート状物にＯＰＰを使用し、処理工程として放電処理を３回行った。
〔試作例１６〕
試作例１６では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は４０℃とした。
試作例１６では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は４０℃とした。
〔試作例１７〕
試作例１７では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は４０℃とした。
試作例１７では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は４０℃とした。
〔試作例１８〕
試作例１８では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は６０℃とした。
試作例１８では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は６０℃とした。
〔試作例１９〕
試作例１９では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は６０℃とした。
試作例１９では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は６０℃とした。
〔試作例２０〕
試作例２０では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は８０℃とした。
試作例２０では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は８０℃とした。
〔試作例２１〕
試作例２１では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は８０℃とした。
試作例２１では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は８０℃とした。
〔試作例２２〕
試作例２２では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１００℃とした。
試作例２２では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１００℃とした。
〔試作例２３〕
試作例２３では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１００℃とした。
試作例２３では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１００℃とした。
〔試作例２４〕
試作例２４では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１２０℃とした。
試作例２４では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１２０℃とした。
〔試作例２５〕
試作例２５では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１２０℃とした。
試作例２５では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１２０℃とした。
〔試作例２６〕
試作例２６では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理を１回行った。
試作例２６では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理を１回行った。
〔試作例２７〕
試作例２７では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理を２回行った。
試作例２７では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理を２回行った。
〔試作例２８〕
試作例２８では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理を３回行った。
試作例２８では、熱可塑性シート状物にＬＬを使用し、処理工程として放電処理を３回行った。
〔試作例２９〕
試作例２９では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は４０℃とした。
試作例２９では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は４０℃とした。
〔試作例３０〕
試作例３０では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は４０℃とした。
試作例３０では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は４０℃とした。
〔試作例３１〕
試作例３１では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は６０℃とした。
試作例３１では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は６０℃とした。
〔試作例３２〕
試作例３２では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は６０℃とした。
試作例３２では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は６０℃とした。
〔試作例３３〕
試作例３３では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は８０℃とした。
試作例３３では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は８０℃とした。
〔試作例３４〕
試作例３４では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は８０℃とした。
試作例３４では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は８０℃とした。
〔試作例３５〕
試作例３５では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１００℃とした。
試作例３５では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１００℃とした。
〔試作例３６〕
試作例３６では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１００℃とした。
試作例３６では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１００℃とした。
〔試作例３７〕
試作例３７では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１２０℃とした。
試作例３７では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１２０℃とした。
〔試作例３８〕
試作例３８では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１２０℃とした。
試作例３８では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１２０℃とした。
〔試作例３９〕
試作例３９では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１４０℃とした。
試作例３９では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１４０℃とした。
〔試作例４０〕
試作例４０では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１４０℃とした。
試作例４０では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１４０℃とした。
〔試作例４１〕
試作例４１では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１６０℃とした。
試作例４１では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１６０℃とした。
〔試作例４２〕
試作例４２では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１６０℃とした。
試作例４２では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１６０℃とした。
〔試作例４３〕
試作例４３では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１８０℃とした。
試作例４３では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は１８０℃とした。
〔試作例４４〕
試作例４４では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１８０℃とした。
試作例４４では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は１８０℃とした。
〔試作例４５〕
試作例４５では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は２００℃とした。
試作例４５では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とを行った。熱処理温度は２００℃とした。
〔試作例４６〕
試作例４６では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は２００℃とした。
試作例４６では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）と放電処理（第２回）と熱処理（第２回）と放電処理（第３回）とを行った。熱処理温度は２００℃とした。
〔試作例４７〕
試作例４７では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）を行った。熱処理温度は１４０℃とした。
試作例４７では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理（第１回）と熱処理（第１回）を行った。熱処理温度は１４０℃とした。
〔試作例４８〕
試作例４８では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理を１回行った。
試作例４８では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理を１回行った。
〔試作例４９〕
試作例４９では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理を２回行った。
試作例４９では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理を２回行った。
〔試作例５０〕
試作例５０では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理を３回行った。
試作例５０では、熱可塑性シート状物にＰＰ＋炭素を使用し、処理工程として放電処理を３回行った。
［親水性評価の結果と考察］
表１に示す親水性評価によると、熱可塑性シート状物として二軸延伸ポリプロピレン樹脂フィルム（ＯＰＰ）を使用した場合では、熱処理工程を行わなかった試作例１３～１５がいずれも不良品であった。また、処理工程に熱処理工程が含まれる試作例１～１２では、熱処理温度が１４０℃の試作例１１，１２において、熱処理によりシート状物が収縮して不良品となった。これに対し、熱処理温度が１２０℃以下の試作例１～１０では、いずれも良品であった。
表１に示す親水性評価によると、熱可塑性シート状物として二軸延伸ポリプロピレン樹脂フィルム（ＯＰＰ）を使用した場合では、熱処理工程を行わなかった試作例１３～１５がいずれも不良品であった。また、処理工程に熱処理工程が含まれる試作例１～１２では、熱処理温度が１４０℃の試作例１１，１２において、熱処理によりシート状物が収縮して不良品となった。これに対し、熱処理温度が１２０℃以下の試作例１～１０では、いずれも良品であった。
表２に示す親水性評価によると、熱可塑性シート状物としてリニアローデンシティポリエチレンフィルム（ＬＬ）を使用した場合では、熱処理工程を行わなかった試作例２６～２８がいずれも不良品であった。また、処理工程に熱処理工程が含まれる試作例１６～２５では、熱処理温度が１２０℃の試作例２４，２５において、熱処理によりシート状物が溶融して水膜保持試験を行うことができなかった（計測不能）。これに対し、熱処理温度が１００℃以下の試作例１６～２３では、いずれも６０秒以上水膜が保持された良品であった。
表３に示す親水性評価によると、熱可塑性シート状物として炭素含有ポリプロピレンフィルム（ＰＰ＋炭素）を使用した場合では、熱処理工程を行わなかった試作例４８～５０がいずれも不良品であった。また、処理工程に熱処理工程が含まれる試作例２９～４７では、熱処理温度が１８０℃以上の試作例４３～４６が不良品となった。一方、熱処理温度が１６０℃以下で放電処理工程の後に熱処理工程と放電処理工程とを行った場合、または放電処理工程の後に熱処理工程と放電処理工程とを繰り返し行った場合の試作例２９～４２では、いずれも良品であった。特に、熱処理温度が高温（１００～１６０℃）である試作例３５～４２では、より良好な結果が得られた。これに対し、熱処理温度が１６０℃以下の１４０℃であっても、放電処理の後に熱処理工程を行って終了した試作例４７は不良品であった。
表１～３の結果から、まず、処理工程が熱処理工程を含まない放電処理工程のみでは熱負荷や経時に耐え得る十分な親水性保持性能が得られないことがわかった。また、処理工程に熱処理工程が含まれる場合であっても、試作例４７のように放電処理の後に熱処理工程を行うだけの処理工程では、十分な親水性保持性能が得られないことがわかった。
一方、処理工程が、放電処理工程の後に熱処理工程と放電処理工程とを行う、または放電処理工程の後に熱処理工程と放電処理工程とを繰り返し行う場合、熱可塑性シート状物の構成材料と熱処理温度によって親水性保持性能に差異が生じた。すなわち、熱可塑性シート状物が二軸延伸ポリプロピレン樹脂フィルム（ＯＰＰ）の場合には熱処理温度が１４０℃の時にシート状物が収縮して不良品となり、リニアローデンシティポリエチレン樹脂フィルム（ＬＬ）の場合には熱処理温度が１２０℃の時にシート状物が溶融して不良品となった。これは、いずれもシート状物が熱処理により変形することが原因である。従って、熱処理温度は使用する熱可塑性シート状物の熱変形温度以下とすることが好ましい。なお、樹脂材料の相違では、ポリプロピレン樹脂よりリニアローデンシティポリエチレン樹脂を使用したシート状物の方がより高い親水性保持性能が得られることがわかった。
また、熱可塑性シート状物が炭素含有ポリプロピレンフィルム（ＰＰ＋炭素）の場合には、熱処理温度が１８０℃以上の時にシート状物の変形は見られなかったが、十分な親水性保持性能が得られなかった。炭素含有ポリプロピレンフィルム中のポリプロピレン樹脂の耐熱温度が約１４０～１６０℃であるため、熱処理工程の過剰な加熱の影響で変性したものと考えられる。しかしながら、内部のポリプロピレンが変性しないと考えられる温度（約１６０℃）以下であれば、熱処理温度が高温（１００～１６０℃）であるほど、高い親水性保持性能が得られることがわかった。
以上説明したように、本発明の熱可塑性シート状物の親水化処理方法では、放電処理（第１回）を施した熱可塑性シート状物に熱処理（第１回）と放電処理（第２回）とをさらに施す極めて簡素な処理工程により、熱負荷や経時にも耐え得る優れた親水性保持性能を得ることができる。従って、熱可塑性シート状物に当該親水化処理方法を施すことによって、従来に比して親水性の低下が抑制される親水性シート状物を提供することができる。
本発明の熱可塑性シート状物の親水化処理方法では、処理工程が簡素化されて、しかも熱負荷や経時によるシート状物の親水性の低下も大幅に抑制される。そのため、より高性能な親水性シート状物を提供することができる。
Ｓ１０，Ｓ１０Ａ 熱可塑性シート状物の親水化処理方法
Ｓ２０ 第１放電処理工程
Ｓ３０ 第１熱処理工程
Ｓ４０ 第２放電処理工程
Ｓ５０ 第２熱処理工程
Ｓ６０ 第３放電処理工程
Ｓ２０ 第１放電処理工程
Ｓ３０ 第１熱処理工程
Ｓ４０ 第２放電処理工程
Ｓ５０ 第２熱処理工程
Ｓ６０ 第３放電処理工程
Claims (4)
- 樹脂材料に炭素材料が含有されてなる炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法であって、
前記炭素材料含有熱可塑性シート状物表面に対して大気圧プラズマ処理である第１回放電処理を行う第１放電処理工程と、
前記第１放電処理工程の後に前記炭素材料含有熱可塑性シート状物内部の樹脂材料の熱変形温度以下の熱処理温度で第１回熱処理を行う第１熱処理工程と、
前記第１熱処理工程の後に大気圧プラズマ処理である第２回放電処理を行う第２放電処理工程を含む
ことを特徴とする炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法。 - 前記第２放電処理工程後に前記炭素材料含有熱可塑性シート状物内部の樹脂材料の熱変形温度以下の熱処理温度で第２回熱処理を行う第２熱処理工程と、
前記第２熱処理工程の後にさらに大気圧プラズマ処理である第３回放電処理を行う第３放電処理工程を含む
請求項１に記載の炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法。 - 前記炭素材料含有熱可塑性シート状物の前記樹脂材料がポリオレフィン樹脂からなる請求項１または２に記載の炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法。
- 前記炭素材料含有熱可塑性シート状物が、ポリプロピレン樹脂からなる樹脂材料と、カーボンナノチューブ及び黒鉛からなる炭素材料とからなる炭素含有ポリプロピレンフィルムであり、前記熱処理工程の熱処理温度が４０～１６０℃である請求項１ないし３のいずれかに記載の炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法。
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| JP2017219094A JP7067902B2 (ja) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | 炭素材料含有熱可塑性シート状物の親水化処理方法 |
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-
2017
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