JPH04222662A - 固体表面へのポリマー皮膜形成方法 - Google Patents

固体表面へのポリマー皮膜形成方法

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JPH04222662A
JPH04222662A JP2412893A JP41289390A JPH04222662A JP H04222662 A JPH04222662 A JP H04222662A JP 2412893 A JP2412893 A JP 2412893A JP 41289390 A JP41289390 A JP 41289390A JP H04222662 A JPH04222662 A JP H04222662A
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JP
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polymer
solid
solid surface
temperature
solution
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JP2412893A
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English (en)
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Kunio Arai
邦夫 新井
Masafumi Ajiri
雅文 阿尻
Yoichi Kawano
陽一 川野
Kunio Miura
邦夫 三浦
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Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Original Assignee
Nippon Steel Chemical Co Ltd
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Coating Of Shaped Articles Made Of Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超臨界流体を貧溶媒化流
体として利用する固体表面へのポリマー皮膜形成方法で
あり、特に複雑な形状の固体ブロック表面に均一なポリ
マー皮膜を被覆する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、材料の酸化損耗を抑制する事によ
り、その機能を長期間にわたって、有効発揮させる技術
の開発が試みられている。
【0003】その一つとして、耐酸化性ポリマー物質で
材料を被覆する方法がある。従来の被覆方法の一つとし
て、モノマーの析出重合反応を利用する方法があるが、
重合条件や設備が複雑であるばかりでなく、均一な高分
子膜を形成することが困難である。
【0004】そのほかに、耐酸化性ポリマー溶液を貧溶
媒化し、析出するポリマーで材料の固体表面を被覆する
方法が考えられる。ここで貧溶媒化とは、溶媒の溶質を
溶解する能力を低下させ、溶質の溶け易さを下げ、溶け
難くすることであり、従って溶けていたものが析出して
くることである。
【0005】従来、SiO2 の超臨界水溶液を大気中
に出して、SiO2 の微粉を作る(RESS法)等の
微粒子を生成する方法は知られているが、固体表面への
成膜技術として超臨界を使用している技術は知られてい
ない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第一の目的は
、材料の固体ブロックをポリマーの溶媒溶液中又はその
溶媒溶液面の上に位置させ、ポリマー溶液を貧溶媒化し
、析出するポリマーで材料の固体表面を均一に被覆し、
そのポリマーの被覆条件を容易に制御することのできる
方法を提供することであり、本発明の第二の目的は多孔
質の材料固体に対しても、ポリマーの溶媒溶液を低粘度
化し、気孔の内部までも容易にポリマーで被覆すること
のできる固体表面へのポリマー皮膜形成方法を提供する
ことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題を解決するため鋭意研究を行った結果、貧溶媒化流体
として超臨界流体を利用することによってポリマーに対
する貧溶媒化の制御が極めて容易に達成できることを見
い出し、本発明を完成した。
【0008】すなわち本発明は(1)ポリマーの溶媒溶
液中に超臨界状態の流体を溶解させることによって、溶
媒溶液をポリマーに対して貧溶媒化して、ポリマーの一
部を析出させ、系内に存在させた固体表面に該析出した
ポリマーを付着させて均一皮膜を形成させることを特徴
とする固体表面へのポリマー皮膜形成方法である。
【0009】(2)系内に存在させた固体表面の皮膜条
件が、ポリマーの溶媒溶液濃度と系内の温度、固体表面
温度、及び/又は圧力の調節によって制御される前記(
1)項記載の固体表面へのポリマー皮膜形成方法である
【0010】(3)系内に存在させた固体表面の皮膜条
件が、ポリマーの溶媒溶液温度とサンプルとの間に温度
勾配をつけて制御される前記(1)又は(2)記載の固
体表面へのポリマー皮膜形成方法である。
【0011】(4)超臨界流体として二酸化炭素を使用
する前記(1)、(2)、(3)のいずれかに記載の固
体表面へのポリマー皮膜形成方法である。本発明で固体
表面とは、気孔等の微細な孔を有する固体では、孔内部
を含めた表面をいう。
【0012】以下に本発明を詳細に説明する。本発明の
ポリマー溶媒溶液は特に限定されるものではない。ポリ
マーは皮膜を形成する用途により異なるが、基本的には
なんでも使用できる。例えばポリスチレン系樹脂、ポリ
オレフィン系樹脂、ポリアミド・ポリイミド樹脂、ポリ
エステル、ポリカーボネート樹脂、ポリ弗化エチレン系
樹脂、ポリカルボシラン、シリコン系樹脂等である。
【0013】溶媒はポリマーを溶かすものであれば芳香
族炭化水素化合物やケトン系化合物或いはキノン系化合
物、ハロゲン系炭化水素化合物等何でも良く本発明では
これら適当な溶媒にポリマーを溶解した溶媒溶液として
利用する。
【0014】超臨界状態の流体としては、臨界条件以上
の温度、圧力条件下でポリマー溶媒溶液中に溶解して溶
媒溶液を高分子重合体に対して貧溶媒化するものであれ
ば、特に限定するものではなく、二酸化炭素や臭化水素
、塩化水素、塩素ガス、NH3 ガス、炭化水素類等が
利用できる。
【0015】但し安全性が高く安価であり、臨界温度が
比較的常温に近く、臨界圧力が比較的に低く、超臨界状
態が容易に得られる二酸化炭素ガスが最も好ましい。 (二酸化炭素ガスの臨界温度:31℃、臨界圧力:72
.8気圧)
【0016】ポリマー溶媒溶液は所定濃度で高圧セルに
仕込み、系内を所定温度と圧力に設定する。その系内に
は予め、気孔を有するものであれば、気孔内を含めた表
面にポリマーの均一皮膜を形成させるべき固体ブロック
を存在させる。かかる系内に超臨界状態の流体を昇圧下
でポリマー溶媒溶液中に吹き込んで溶解させることによ
って貧溶媒化する条件を保持させる。
【0017】この際、超臨界状態の流体は、系内で超臨
界状態を維持するものであれば、必ずしも系内に入る迄
に超臨界状態を維持させる必要はない。
【0018】固体ブロックは、超臨界状態で変形しない
ものであって、金属、木材、プラスチック類、炭素材、
ガラス等、特に限定するものではなく複雑な任意の形状
の成形品である。固体ブロックは、系内でポリマー溶媒
溶液中に沈めて存在させても良く、或いは溶媒溶液面上
に存在させてもよい。
【0019】超臨界状態の流体をポリマー溶媒溶液に吹
き込むと、溶媒溶液に超臨界流体が溶解し、これにより
溶媒溶液はポリマーに対して貧溶媒化する。貧溶媒化の
進行に伴って、ポリマーが析出するが、このポリマー析
出量は超臨界流体の溶解度に依存する。
【0020】溶液中のポリマー濃度により、超臨界ガス
を導入した時の析出量が変わるため、成膜した時の膜厚
のコントロールが可能である。一般には、超臨界流体の
溶媒への溶解度はポリマー濃度と系内の温度と圧力の調
節で任意に変更することができる。例えばポリマー濃度
が一定の場合には、系内の温度が高い程、圧力を高くし
なければならない。
【0021】従って、溶媒溶液への超臨界流体の溶解度
をポリマー濃度と温度、圧力で制御することによって固
体表面へのポリマー付着量の調節が可能である。また、
ポリマーの溶媒溶液温度とサンプル固体表面との間に、
例えば高周波炉のようなもので温度勾配をつければ、ポ
リマーの付着量が増加することが判明した。温度勾配と
しては10℃以上が望ましい。
【0022】超臨界流体を使用するのは、溶液への流体
の溶解度が大きく、粘度低減効果が大きいためでもある
。溶媒溶液は極めて低粘度化し、高密度炭素材の気孔中
へも容易に進入する。さらに、超臨界流体を溶解させる
ことによって、貧溶媒化し、析出した金属ポリマーは、
気孔中で均一な皮膜を形成する。
【0023】本発明に於いては、かかるポリマーが均一
に付着した固体を、適宜系内から残留する溶媒溶液と超
臨界流体を除去した後、系内の圧力を抜いて取り出すも
のである。
【0024】
【実施例】以下に実施例により本発明を更に具体的に説
明するが、本発明は、この実施例によって限定されるも
のではない。
【0025】(実施例1)予め、ポリカルボシラン(以
下PCSと略称する)50重量%、キシレン50重量%
の溶液を準備し、希釈用キシレンで所定の濃度に調製し
高圧セル中に入れ、この中に皮膜を形成しようとする炭
素材のブロックを封入した。第3図にフローシートで示
したような装置を用いて系(装置)を所定温度にした後
、セル内のポリカルボシランのキシレン溶液中に超臨界
状態の二酸化炭素(CO2 )を導入し、昇圧する。
【0026】PCS溶液は当初黄色透明であるが、この
溶液が濁り始める時の圧力を測定する。この時の圧力を
PCS析出開始圧力とする。析出の有無はセルについて
いるガラス窓を通して目視観測で確認する。これはCO
2 がキシレンに溶解することにより、キシレンがPC
Sに対して貧溶媒化したためPCSが析出したものであ
る。
【0027】温度を一定として、各温度におけるPCS
析出開始圧力をプロットしたのが図1である。温度上昇
と共にPCS析出圧力も増大する。これは液体キシレン
に対するCO2 の溶解度の温度・圧力依存性による。
【0028】次に、系の温度を40℃一定として、PC
S濃度を横軸に、縦軸にPCS析出開始圧力をとってプ
ロットしたのが図2である。PCS濃度の増大に伴い、
PCSの析出開始圧力が増大する傾向がみられる。図3
は実施例で用いた装置のフローシートである。
【0029】なお、一連の実験を通じて系内から残留す
る溶媒溶液と超臨界流体を除去した後、系内の圧力を抜
いて、PCSが均一に被覆した炭素材ブロックを得た。
【0030】(実施例2)  含浸率 実施例1の装置を使用し、高圧セル中のPCSのキシレ
ン溶液中に炭素材ブロックを入れた場合を(A)、上部
の超臨界相にブロックを入れた場合を(B)とし、Bの
場合は、高周波加熱炉により、サンプルを溶媒よりも+
10℃上げ、温度勾配をつけた。CO2 を20cc/
min でて20分流した。PCSの50重量%のキシ
レン溶液を使用して炭素材ブロックへのPCSの含浸率
を測定した。
【0031】(比較例1)  含浸率 実施例2のPCSの50重量%のキシレン溶液を使用し
て、系内を減圧状態にして、単なる浸漬をする真空含浸
を行い、含浸率を測定した。
【0032】実施例2と比較例1の結果を併せて第1表
に示す。 超臨界状態では、PCSの粘度が下がるため内部まで浸
透し易い。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、ポリマーの溶媒溶液中
に超臨界状態にした流体を溶解させると、溶液の粘度が
低下し、この溶液内又はその上方の系内に皮膜を形成さ
せたい材料を配置することにより、もしそれが多孔質の
ものであれば、液の気孔内への拡散が容易になり、さら
に超臨界流体を溶解させるとポリマーの溶解度が低下し
てポリマーが析出し、均一で厚みの厚い皮膜を形成する
ことができる。この皮膜の厚さは溶液中のポリマー濃度
、超臨界流体の温度、圧力,系の温度と皮膜を形成させ
る材料の表面温度との勾配を制御することにより、貧溶
媒化の程度が制御できるため極めて容易にコントロール
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】キシレン溶液中のPCS濃度を一定とした時、
温度とPCS析出開始圧力の関係をプロットした図であ
る。
【図2】系の温度を一定にした時、PCS濃度とPCS
析出開始圧力の関係をプロットした図である。
【図3】本発明の実施例で用いた装置のフローシートで
ある。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  ポリマーの溶媒溶液中に超臨界状態の
    流体を溶解させることによって、溶媒溶液をポリマーに
    対して貧溶媒化してポリマーの一部を析出させ、系内に
    存在させた固体表面に該析出したポリマーを付着させて
    均一皮膜を形成させることを特徴とする固体表面へのポ
    リマー皮膜形成方法。
  2. 【請求項2】  系内に存在させた固体表面の皮膜条件
    が、ポリマーの溶媒溶液濃度と系内の温度、固体表面温
    度、及び/又は圧力の調節によって制御される請求項1
    記載の固体表面へのポリマー皮膜形成方法。
  3. 【請求項3】  系内に存在させた固体表面の皮膜条件
    が、ポリマーの溶媒溶液温度と固体表面との間に温度勾
    配をつけて制御される請求項1又は2記載の固体表面へ
    のポリマー皮膜形成方法。
  4. 【請求項4】  超臨界流体として二酸化炭素を使用す
    る請求項1、2、3のいずれかに記載の固体表面へのポ
    リマー皮膜形成方法。
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