JPH04255307A - 成形用部材およびその製造方法 - Google Patents

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、樹脂成形、各種窯業物
体の成形やセラミックス成形等に用いられる金型等の成
形用部材に関するものである。さらに詳しくは、離型性
効果、撥水撥油効果、防汚効果、防錆効果等の高い高性
能成形用部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】樹脂成形、陶磁器などの各種窯業物体の
成形やセラミックス成形等には、プレス成形用金型、注
型成形用金型、射出成形用金型、トランスファー成形用
金型、真空成形用金型、吹き込み成形用金型、押し出し
成形用ダイ、インフレーション成形用口金、繊維紡糸用
口金、カレンダー加工用ロールなど多くの部材が用いら
れる。

【０００３】従来、成形用部材の汚れを防止したり離型
性を向上するためには、表面をできるだけ滑らかにする
か、シリコン系やフッ素系の離型剤を塗布するしか方法
がなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
技術においては、離型剤を塗布しても長期間離型効果が
あるわけではなく、ある一定の時間ないしはサイクルで
離型剤を塗布することが必要になる。したがって耐久性
に問題があるという課題があった。

【０００５】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、耐久性に優れ、汚れが付着しないか、付着しても
簡単に除去されるような防汚効果が高く離型性能の優れ
た高性能成形用部材を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明の成形用部材は、基材表面に薄膜が形成された
成形用部材であって、前記薄膜はフッ素を含む化学吸着
単分子膜からなり、かつ前記薄膜は基材と化学結合によ
って形成されてなることを特徴とする。

【０００７】前記構成においては、化学吸着単分子膜か
らなる薄膜が、基材側に少なくともシロキサン系単分子
膜が介在して形成され、フッ素を含む基が表層側に位置
していることが好ましい。

【０００８】前記構成においては、成形用部材が、プレ
ス成形用金型、注型成形用金型、射出成形用金型、トラ
ンスファー成形用金型、真空成形用金型、吹き込み成形
用金型、押し出し成形用ダイ、インフレーション成形用
口金、繊維紡糸用口金、カレンダー加工用ロール等を代
表的なものとして選ぶことができる。

【０００９】本発明の第１番目の製造方法は、成形用部
材を洗浄した後、一端にクロルシラン基（ＳｉＣｌｎ　
Ｘ３−ｎ　基、ｎ＝１、２、３、Ｘは官能基）を有し、
他の一端にフッ化炭素基を有するクロロシラン系界面活
性剤を溶かした有機溶媒を、前記部材と接触させ、前記
活性剤よりなる化学吸着単分子膜を前記部材表面全体に
亘り形成する工程を含むことを特徴とする。

【００１０】また本発明の第２番目の製造方法は、成形
用部材を洗浄した後、クロロシリル基を複数個含む物質
を混ぜた非水系溶媒に接触させて、前記部材表面の水酸
基と前記クロロシリル基を複数個含む物質のクロロシリ
ル基とを反応させ、前記物質を前記部材表面に析出させ
る工程と、非水系有機溶媒を用い前記部材上に残った余
分なクロロシリル基を複数個含む物質を洗浄除去した後
、水と反応させて、前記部材上にシラノール基（−Ｓｉ
ＯＨ基）を複数個含む物質よりなる単分子膜を形成する
工程と、一端にクロルシラン基（ＳｉＣｌｎ　Ｘ３−ｎ
　基、ｎ＝１、２、３、Ｘは官能基）を有し他の一端に
直鎖状フッ化炭素基を含むクロロシラン系界面活性剤を
前記部材上に化学吸着し単分子吸着膜を累積する工程と
を含むことを特徴とする。

【００１１】また、前記第２番目の製造方法において、
クロロシリル基を複数個含む物質としてＳｉＣｌ４　、
またはＳｉＨＣｌ３　、ＳｉＨ２　Ｃｌ２　、Ｃｌ−（
ＳｉＣｌ２　Ｏ）ｎ　−ＳｉＣｌ３　（ｎは整数）を用
いることが好ましい。

【００１２】前記両製造方法において、一端にクロルシ
ラン基を有し他の一端に直鎖状フッ化炭素基を含むクロ
ロシラン系界面活性剤として、ＣＦ３　−（ＣＦ２　）
ｎ　−Ｒ−ＳｉＸｐ　Ｃｌ３−ｐ（ｎは０または整数、
Ｒはアルキル基、エチレン基、アセチレン基、Ｓｉ−基
または酸素原子を含む置換基を表わすがなくとも良い、
ＸはＨまたはアルキル基等の置換基、ｐは０または１ま
たは２）を用いることが好ましい。

【００１３】

【作用】前記本発明によれば、薄膜はフッ素を含む化学
吸着単分子膜を少なくとも含み、かつ前記薄膜は基材と
化学結合によって形成されているので、耐久性に優れ、
汚れが付着しないか、付着しても簡単に除去されるよう
な防汚効果の高い離型性能の優れた高性能成形用部材と
することができる。また、きわめて薄いナノメータレベ
ルの膜厚のフッ化炭素系単分子膜を成形用部材表面に形
成するため、成形用部材本来の形状を損なうことがない
。さらに、この薄膜はフッ化炭素系単分子膜は撥水撥油
性にも優れており、表面の防汚効果を高めることが可能
となる。また、耐熱性も３００℃以上ある。従って、撥
水撥油防汚効果が高く離型性能の優れた高性能成形用部
材を提供することができる。

【００１４】また本発明方法は、前記薄膜を合理的に効
率よく製造することができる。

【００１５】

【実施例】一般の成形用部材は、金属であるため表面に
水酸基を含む自然酸化膜がある。そこで、一端にクロル
シラン基（ＳｉＣｌｎ　Ｘ３−ｎ　基、ｎ＝１、２、３
、Ｘは官能基）を有する直鎖状炭素鎖を含む分子、例え
ばフッ化炭素基及びクロロシラン基を含むクロロシラン
系界面活性剤混ぜた非水系溶媒に接触させて前記成形用
部材表面の水酸基と前記クロロシリル基を複数個含む物
質のクロロシリル基を反応させて前記物質よりなる単分
子膜を前記成形用部材表面に析出させる、あるいはクロ
ロシリル基を複数個含む物質を混ぜた非水系溶媒に接触
させて前記成形用部材表面の水酸基と前記クロロシリル
基を複数個含む物質のクロロシリル基を反応させて前記
物質を前記成形用部材表面に析出させる工程と、非水系
有機溶媒を用い前記成形用部材表面に残った余分なクロ
ロシリル基を複数個含む物質を洗浄除去し、前記成形用
部材上にクロロシリル基を複数個含む物質よりなるシロ
キサン系単分子膜を形成する工程と、一端にクロルシラ
ン基を有する直鎖状炭素鎖を含むシラン系界面活性剤を
成形用部材上に化学吸着し単分子吸着膜を累積する工程
とにより成形用部材表面にフッ化炭素系化学吸着単分子
累積膜を形成できる。

【００１６】以下に本発明に関する成形用部材として、
プレス成形用金型、注型成形用金型、射出成形用金型、
トランスファー成形用金型、真空成形用金型、吹き込み
成形用金型、押し出し成形用ダイ、インフレーション成
形用口金、繊維紡糸用口金、カレンダー加工用ロール等
で代表される離型性の高い高性能部材があるが、代表例
としてプレス用金型を取り上げ順に説明する。

【００１７】実施例１ まず、加工の終了した鋼鉄性金型（Ｃｒメッキしてあっ
ても同じ）１を用意し（図１）、有機溶媒で洗浄した後
、フッ化炭素基及びクロロシラン基を含む物質を混ぜた
非水系の溶媒、例えば、ＣＦ３　（ＣＦ２　）７　（Ｃ
Ｈ２　）２　ＳｉＣｌ３　を用い、１％程度の濃度で溶
かした８０％ｎ−ヘキサデカン（トルエン、キシレン、
ジシクロヘキシルでもよい）、１２％四塩化炭素、８％
クロロホルム溶液を調整し、前記金型を２時間程度浸漬
すると、金型の表面は自然酸化膜が形成されており、そ
の酸化膜表面には水酸基が多数含まれているので、フッ
化炭素基及びクロロシラン基を含む物質のＳｉＣｌ基と
前記水酸基が反応し脱塩酸反応が生じ金型表面全面に亘
り、ＣＦ３　（ＣＦ２　）７　（ＣＨ２　）２　Ｓｉ（
Ｏ−）３　の結合が生成され、フッ素を含む単分子膜２
が金型の表面と化学結合した状態でおよそ１５オングス
トロームの膜厚で形成できた。なお、単分子膜はきわめ
て強固に化学結合しているので全く剥離することがなか
った。なお、材質の異なる金型、例えばアルミニウムや
ステンレス製でも、表面は自然酸化膜でおおわれていた
ので当然水酸基が含まれおり、上述と同様の単分子膜を
吸着時間を調整するのみで同様の方法を用い形成できた
。

【００１８】この金型を用い実使用を試みたが、処理し
ないものに比べ汚物の付着を大幅に低減できた、またた
とえ付着した場合にもブラシでこする程度で簡単に除去
できた。また、離型剤を用い無くとも、離型性に全く問
題はなかった。さらにまた、傷は全く付かなかった。ま
た、油脂分汚れでも除去は水洗のみで可能であった。

【００１９】実施例２ 親水性ではあるが水酸基を含む割合が少ないステンレス
製金型の場合、トリクロロシリル基を複数個含む物質（
例えば、ＳｉＣｌ４　、またはＳｉＨＣｌ３　、ＳｉＨ
２　Ｃｌ２　、Ｃｌ−（ＳｉＣｌ２　Ｏ）ｎ　−ＳｉＣ
ｌ３　（ｎは整数）。特に、ＳｉＣｌ４　を用いれば、
分子が小さく水酸基に対する活性も大きいので、金型表
面を均一に親水化する効果が大きい）を混ぜた非水系溶
媒、例えばクロロホルム溶媒に１重量パーセント溶解し
た溶液に３０分間程度浸漬すると、ステンレス製金型表
面１１には親水性のＯＨ基１２が多少とも存在するので
（図３）、表面で脱塩酸反応が生じトリクロロシリル基
を複数個含む物質のクロロシラン単分子膜が形成される
。

【００２０】例えば、トリクロロシリル基を複数個含む
物質としてＳｉＣｌ４　を用いれば、金型１１表面には
少量の親水性のＯＨ基が露出されているので、表面で脱
塩酸反応が生じ、下記

【化１】や

【化２】のように分子が−ＳｉＯ−結合を介して表面に
固定される。

【００２１】

【化１】

【００２２】

【化２】 　　その後、非水系の溶媒例えばクロロホルムで洗浄し
て、さらに水で洗浄すると、金型表面と反応していない
ＳｉＣｌ４　分子は除去され、金型表面に

【化３】や

【化４】等のシロキサン単分子膜１３が得られる（図４
）。

【００２３】

【化３】

【００２４】

【化４】 　　なお、このときできた単分子膜１３は金型とは−Ｓ
ｉＯ−の化学結合を介して完全に結合されているので剥
がれることが全く無い。また、得られた単分子膜は表面
にＳｉＯＨ結合を数多く持つ。当初の水酸基のおよそ３
倍程度の数が生成される。

【００２５】そこでさらに、フッ化炭素基及びクロロシ
ラン基を含む物質を混ぜた非水系の溶媒、例えば、ＣＦ
３　（ＣＦ２　）９　（ＣＨ２　）２　ＳｉＣｌ３　を
用い、１％程度の濃度で溶かした８０％ｎ−ヘキサデカ
ン、１２％四塩化炭素、８％クロロホルム溶液を調整し
、前記表面にＳｉＯＨ結合を数多く持つ単分子膜の形成
された金型を１時間程度浸漬すると、金型表面にＣＦ３
　（ＣＦ２　）９　（ＣＨ２　）２　Ｓｉ（Ｏ−）３　
の結合が生成され、フッ素を含む単分子膜１４が下層の
シロキサン単分子膜と化学結合した状態で金型表面全面
に亘りおよそ１５オングストロームの膜厚で形成できた
（図５）。なお、単分子膜は剥離試験を行なっても全く
剥離することがなかった。

【００２６】さらにまた、上記実施例では、フッ化炭素
系界面活性剤としてＣＦ３　（ＣＦ２　）９　（ＣＨ２
　）２　ＳｉＣｌ３　を用いたが、アルキル鎖部分にエ
チレン基やアセチレン基を付加したり組み込んでおけば
、単分子膜形成後５メガラド程度の電子線照射で架橋で
きるのでさらに単分子膜の硬度を向上させることも可能
である。

【００２７】なお、フッ化炭素系界面活性剤として上記
のもの以外にもＣＦ３　ＣＨ２　Ｏ（ＣＨ２　）１５Ｓ
ｉＣｌ３　、ＣＦ３　（ＣＨ２　）２　Ｓｉ（ＣＨ３）
２　（ＣＨ２　）１５ＳｉＣｌ３　、Ｆ（ＣＦ２　）８
　（ＣＨ２　）２　Ｓｉ（ＣＨ３　）２　（ＣＨ２　）
９　ＳｉＣｌ３　、ＣＦ３　ＣＯＯ（ＣＨ２　）１５Ｓ
ｉＣｌ３　等が利用できる。

【００２８】以上実施例で説明した通り、きわめて薄い
ナノメータレベルの膜厚のフッ化炭素系単分子膜を成形
用部材表面に形成するため、成形用部材本来の形状を損
なうことがない。また、このフッ化炭素系単分子膜は撥
水撥油性にも優れており、表面の防汚効果を高めること
が可能となる。従って、きわめて離型効果の高い高性能
成形用部材を提供することができる。さらにこのことに
より、メンテナンスを大幅に削減できる効果も大きい。 また、耐熱性は、３００℃以上あり、１万回以上の使用
でも離型性は劣化することがなかった。さらに本発明に
おいては、適用できる成形用部材として、プレス成形用
金型、注型成形用金型、射出成形用金型、トランスファ
ー成形用金型、真空成形用金型、吹き込み成形用金型、
押し出し成形用ダイ、インフレーション成形用口金、繊
維紡糸用口金、カレンダー加工用ロールなどを例示した
が、離型性効果を利用するものであればいかなる部材に
も応用することができる。

【００２９】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、薄膜はフッ
素を含む化学吸着単分子膜を少なくとも含み、かつ前記
薄膜は基材と化学結合によって形成されているので、耐
久性に優れ、汚れが付着しないか、付着しても簡単に除
去されるような防汚効果の高い離型性能の優れた高性能
成形用部材とすることができる。また、きわめて薄いナ
ノメータレベルの膜厚のフッ化炭素系単分子膜を成形用
部材表面に形成するため、成形用部材本来の形状を損な
うことがない。さらに、この薄膜はフッ化炭素系単分子
膜は撥水撥油性にも優れており、表面の防汚効果を高め
ることが可能となる。また、耐熱性も３００℃以上有る
。従って、撥水撥油防汚効果が高く離型性能の優れた高
性能成形用部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成形用部材の代表的な例であるプレス
金型の斜視図である。

【図２】本発明のプレス金型の表面を分子レベルまで拡
大した断面概念図である。

【図３】本発明の金型の第２の実施例を説明するために
ステンレス製金型の表面を分子レベルまで拡大した断面
工程概念図である。

【図４】本発明の第２の実施例を説明するための金型の
表面のシロキサン系単分子膜を分子レベルまで拡大した
断面工程概念図である。

【図５】本発明の第２の実施例を説明するための金型の
表面のフッ素系単分子膜を分子レベルまで拡大した断面
工程概念図である。

【符号の説明】

１…プレス金型、　　２，１４…単分子膜、　　１１…
ステンレス製金型、　　１２…水酸基、　　１３…シロ
キサン単分子膜。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基材表面に薄膜が形成された成形用部
   材であって、前記薄膜はフッ素を含む化学吸着単分子膜
   からなり、かつ前記薄膜は基材と化学結合によって形成
   されてなることを特徴とする成形用部材。
2. 【請求項２】　　化学吸着単分子膜からなる薄膜が、基
   材側に少なくともシロキサン系単分子膜が介在して形成
   され、フッ素を含む基が表層側に位置している請求項１
   の成形用部材。
3. 【請求項３】　　成形用部材が、プレス成形用金型、注
   型成形用金型、射出成形用金型、トランスファー成形用
   金型、真空成形用金型、吹き込み成形用金型、押し出し
   成形用ダイ、インフレーション成形用口金、繊維紡糸用
   口金、カレンダー加工用ロールから選ばれる請求項１ま
   たは２記載の成形用部材。
4. 【請求項４】　　成形用部材を洗浄した後、一端にクロ
   ルシラン基（ＳｉＣｌｎ　Ｘ３−ｎ　基、ｎ＝１、２、
   ３、Ｘは官能基）を有し、他の一端にフッ化炭素基を有
   するクロロシラン系界面活性剤を溶かした有機溶媒を、
   前記部材と接触させ、前記活性剤よりなる化学吸着単分
   子膜を前記部材表面全体に亘り形成する工程を含むこと
   を特徴とする成形用部材の製造方法。
5. 【請求項５】　　成形用部材を洗浄した後、クロロシリ
   ル基を複数個含む物質を混ぜた非水系溶媒に接触させて
   、前記部材表面の水酸基と前記クロロシリル基を複数個
   含む物質のクロロシリル基とを反応させ、前記物質を前
   記部材表面に析出させる工程と、非水系有機溶媒を用い
   前記部材上に残った余分なクロロシリル基を複数個含む
   物質を洗浄除去した後、水と反応させて、前記部材上に
   シラノール基を複数個含む物質よりなる単分子膜を形成
   する工程と、一端にクロルシラン基（ＳｉＣｌｎ　Ｘ３
   −ｎ　基、ｎ＝１、２、３、Ｘは官能基）を有し他の一
   端に直鎖状フッ化炭素基を含むクロロシラン系界面活性
   剤を前記部材上に化学吸着し単分子吸着膜を累積する工
   程とを含むことを特徴とする成形用部材の製造方法。
6. 【請求項６】　　クロロシリル基を複数個含む物質とし
   てＳｉＣｌ４　、またはＳｉＨＣｌ３　、ＳｉＨ２　Ｃ
   ｌ２　、Ｃｌ−（ＳｉＣｌ２　Ｏ）ｎ　−ＳｉＣｌ３　
   （ｎは整数）を用いる請求項４または５記載の成形用部
   材の製造方法。
7. 【請求項７】　　一端にクロルシラン基を有し他の一端
   に直鎖状フッ化炭素基を含むクロロシラン系界面活性剤
   として、ＣＦ３　−（ＣＦ２　）ｎ　−Ｒ−ＳｉＸｐ　
   Ｃｌ３−ｐ　（ｎは０または整数、Ｒはアルキル基、エ
   チレン基、アセチレン基、Ｓｉ−基または酸素原子を含
   む置換基を表わすがなくとも良い、ＸはＨまたはアルキ
   ル基等の置換基、ｐは０または１または２）を用いる請
   求項４または５記載の成形用部材の製造方法。