フィルムの表面を改質する方法及び装置
【課題】 水、水溶液又は水分散液の帯電微粒子を衝突させることによりフィルムの表面を改質する方法及び装置を提供する。
【解決手段】 フィルムの表面改質装置は、フィルム10aを搬送するロール２と、水、水溶液又は水分散液４を収容するとともに超音波振動子６を浸漬させた容器４と、フィルム10aと水、水溶液又は水分散液４との間に電位差を設ける手段８とを具備し、もって水、水溶液又は水分散液４の超音波振動により発生した帯電微粒子4aをロール２上のフィルム10aに衝突させることにより強固に付着させる。
【解決手段】 フィルムの表面改質装置は、フィルム10aを搬送するロール２と、水、水溶液又は水分散液４を収容するとともに超音波振動子６を浸漬させた容器４と、フィルム10aと水、水溶液又は水分散液４との間に電位差を設ける手段８とを具備し、もって水、水溶液又は水分散液４の超音波振動により発生した帯電微粒子4aをロール２上のフィルム10aに衝突させることにより強固に付着させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水、水溶液又は水分散液の帯電微粒子をフィルムに衝突させることによりフィルム表面を改質する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックフィルムに接着性、耐汚染性、易剥離性、反射防止性、防曇性等の機能を付与したり、金属フィルムに耐食性、接着性、耐汚染性、易剥離性等の機能を付与したりするために、樹脂や無機物を塗布法や蒸着法等によりコートすることが行われている。しかし、塗布法では薄膜を形成することができず、また蒸着法は薄膜の形成に優れているが、真空装置を必要とするので高コストである。
【０００３】
特開2005-281679号（特許文献１）は、導電板上にプラスチックフィルムを載置し、導電板との間に電位差を設けた噴射ノズルから、樹脂組成物の溶液又は分散液を噴霧し、静電気力によりプラスチックフィルムに付着させる方法を記載している。しかし、噴射ノズルからサブミクロンオーダーの帯電微粒子を発生させることはできないので、この方法では薄膜を形成することができない。
【０００４】
【特許文献１】特開2005-281679号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の目的は、水、水溶液又は水分散液の帯電微粒子を衝突させることによりフィルムの表面を改質する低コストな方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、水、水溶液又は水分散液の帯電微粒子を電場によりフィルムに衝突させると、水、水溶液又は水分散液の分子がフィルム表面に強固に付着することを発見し、本発明に想到した。
【０００７】
すなわち、フィルムの表面を改質する本発明の方法は、前記フィルムと水、水溶液又は水分散液との間に電位差を設け、水、水溶液又は水分散液を超音波振動させて帯電微粒子を発生させ、前記フィルムに衝突させることにより、前記帯電微粒子を前記フィルムに付着させることを特徴とする。
【０００８】
フィルムの表面を改質する本発明の装置は、前記フィルムを搬送するロールと、水、水溶液又は水分散液を収容するとともに超音波振動子を浸漬させた容器と、前記フィルムと水、水溶液又は水分散液との間に電位差を設ける手段とを具備し、もって水、水溶液又は水分散液の超音波振動により発生した帯電微粒子が前記ロール上の前記フィルムに衝突することにより付着することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
水、水溶液又は水分散液の帯電微粒子を電場中でプラスチック等のフィルム表面に衝突させることにより、大気中でも帯電微粒子をフィルム表面に強固に付着させることができる。これにより、帯電微粒子はあたかも蒸着されたようにフィルム表面に付着する。得られた表面改質フィルムは、微粒子の成分に応じて優れた接着性、耐汚染性、易剥離性、反射防止性、防曇性等を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
[1] フィルム
表面改質するフィルムは、プラスチックフィルム、金属フィルム、及び金属薄膜を有するプラスチックフィルムのいずれでもよい。プラスチックフィルムは限定的ではなく、例えばポリエステル（ポリエチレンテレフタレート等）、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリ塩化ビニル等からなるものを使用できる。金属フィルムも限定的ではなく、例えばアルミニウム、銅、ステンレススチール等からなるものを使用できる。金属薄膜はアルミニウム、銅等の蒸着又はめっきにより形成することができる。水等の帯電微粒子を強固に付着させるために、フィルム表面に親水性樹脂（例えばポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体）等のプライマー層を設けてもよい。
【００１１】
帯電微粒子を強固に付着させるために、プラスチックフィルムの表面にコロナ放電処理又はプラズマ放電処理により水酸基、カルボキシル基等の極性官能基を形成しておいてもよい。またフィルムに多数の微細な線状痕及び／又は穴を形成しておいてもよい。線状痕の深さはフィルムの厚さの１〜40％であるのが好ましく、平均幅は１〜10μmが好ましく、平均間隔は１〜100μmが好ましい。線状痕は、例えばWO2003/091003号に記載されている方法により形成することができる。微細穴の平均開口径は0.5〜20μmが好ましく、平均密度は500個／cm2以上が好ましい。
【００１２】
[2] 水、水溶液又は水分散液
水溶液又は水分散液に含有させる物質は樹脂、金属微粒子、無機微粒子、無機塩等であり、用途に応じて適宜選択する。樹脂は、プラスチックフィルム又はプライマー層の樹脂と同じであるのが好ましい。無機微粒子は金属酸化物、カーボン、ダイヤモンド等からなる。無機微粒子はコロイド状であるのが好ましい。水溶液及び水分散液の粘度は超音波振動子で霧化可能である限り制限されない。
【００１３】
[3] フィルムの表面改質
図１〜３はフィルムの表面改質装置の一例を示す。この装置は、フィルム10aの巻出機1aと、フィルム10aを帯電させる誘電体（プラスチック又はセラミックス）からなるロール２と、ロール２の内部に配置された電極2aと、ロール２の下側に配置された水、水溶液又は水分散液（以下単に水等という）４を入れた容器５と、容器５内で水等４に浸漬された電極5a及び複数の超音波振動子６と、ロール２及び容器５を覆うカバー７と、フィルム10aと水等４との間に電位差を設けるために電極３及び電極5aに接続した直流電源８と、乾燥炉９と、表面改質したフィルム10bの巻取機1bとを有する。
【００１４】
ロール２用のプラスチックは耐食性に優れたポリ塩化ビニル及びフッ素樹脂が好ましい。ロール２の周速は10〜500 m/分が好ましく、10〜300 m/分がより好ましい。
【００１５】
超音波振動子６の振動数は１〜10 MHzであるのが好ましい。極力小さな帯電微粒子4aを発生させるため、図４に例示するように複数の超音波振動子６を用いるのが好ましい。水等４は室温でよいが、必要に応じて加熱してもよい。
【００１６】
電極３と電極5aとの間に直流電圧（この例では、電極３にマイナス電圧、電極5aにプラス電圧）を印加すると、ロール２に接するフィルム10aは水等４と逆極性に帯電する。サブミクロンオーダーの帯電微粒子4aを得るために、ロール２と水等４との間隔Dは電界強度が200〜1,200 V/mmとなるように設定するのが好ましく、300〜1,000 V/mmがより好ましい。間隔Dは３〜10 cmとするのが好ましい。
【００１７】
この状態で水等４を超音波振動子６で振動させると、帯電した水等４の帯電微粒子4aが発生する。90％以上の帯電微粒子4aの粒子径は好ましくは１μm以下であり、より好ましくは500 nm以下であり、例えば１〜100 nmである。帯電微粒子4aの粒子径は、微分型電気移動度分析器を用いて計測した電気移動度からストークスの法則により求めることができる。電場中での超音波振動により、水等４の粒子はレイリー分裂により微細化すると考えられる。
【００１８】
帯電微粒子4aは水等４とフィルム10aとの間の電場を高速で移動し、フィルム10aの表面に衝突する。衝突により帯電微粒子4aはさらに微細化すると考えられる。帯電微粒子4aの微細化はフィルム10aの表面への強固な付着に寄与していると考えられる。電場を除去した後でもフィルム10aの表面改質は失われないので、帯電微粒子4aはフィルム10aの表面に化学的に結合しているものと推測される。乾燥炉９での乾燥により、表面改質フィルム10bに吸着しただけの水を除去する。
【００１９】
誘電体製ロール２の代わりにステンレススチール等の金属製ロールを用いても良い。その場合、金属製ロールに電極2aを接触させる。金属製ロールをプラスチック、セラミックス等の誘電体でコーティングしても良い。この例では水等４が正に帯電し、フィルム10aが負に帯電するが、逆でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のフィルムの表面改質装置の一例を示す概略図である。
【図２】図１の表面改質装置の要部を示す部分拡大断面図である。
【図３】容器中の超音波振動子の配置の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２１】
1a・・・巻出機
1b・・・巻取機
２・・・ロール
2a・・・電極
４・・・水等
4a・・・帯電微粒子
５・・・容器
5a・・・電極
６・・・超音波振動子
７・・・カバー
８・・・直流電源
９・・・乾燥炉
10a・・・フィルム
10b・・・表面改質フィルム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水、水溶液又は水分散液の帯電微粒子をフィルムに衝突させることによりフィルム表面を改質する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックフィルムに接着性、耐汚染性、易剥離性、反射防止性、防曇性等の機能を付与したり、金属フィルムに耐食性、接着性、耐汚染性、易剥離性等の機能を付与したりするために、樹脂や無機物を塗布法や蒸着法等によりコートすることが行われている。しかし、塗布法では薄膜を形成することができず、また蒸着法は薄膜の形成に優れているが、真空装置を必要とするので高コストである。
【０００３】
特開2005-281679号（特許文献１）は、導電板上にプラスチックフィルムを載置し、導電板との間に電位差を設けた噴射ノズルから、樹脂組成物の溶液又は分散液を噴霧し、静電気力によりプラスチックフィルムに付着させる方法を記載している。しかし、噴射ノズルからサブミクロンオーダーの帯電微粒子を発生させることはできないので、この方法では薄膜を形成することができない。
【０００４】
【特許文献１】特開2005-281679号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明の目的は、水、水溶液又は水分散液の帯電微粒子を衝突させることによりフィルムの表面を改質する低コストな方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者は、水、水溶液又は水分散液の帯電微粒子を電場によりフィルムに衝突させると、水、水溶液又は水分散液の分子がフィルム表面に強固に付着することを発見し、本発明に想到した。
【０００７】
すなわち、フィルムの表面を改質する本発明の方法は、前記フィルムと水、水溶液又は水分散液との間に電位差を設け、水、水溶液又は水分散液を超音波振動させて帯電微粒子を発生させ、前記フィルムに衝突させることにより、前記帯電微粒子を前記フィルムに付着させることを特徴とする。
【０００８】
フィルムの表面を改質する本発明の装置は、前記フィルムを搬送するロールと、水、水溶液又は水分散液を収容するとともに超音波振動子を浸漬させた容器と、前記フィルムと水、水溶液又は水分散液との間に電位差を設ける手段とを具備し、もって水、水溶液又は水分散液の超音波振動により発生した帯電微粒子が前記ロール上の前記フィルムに衝突することにより付着することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
水、水溶液又は水分散液の帯電微粒子を電場中でプラスチック等のフィルム表面に衝突させることにより、大気中でも帯電微粒子をフィルム表面に強固に付着させることができる。これにより、帯電微粒子はあたかも蒸着されたようにフィルム表面に付着する。得られた表面改質フィルムは、微粒子の成分に応じて優れた接着性、耐汚染性、易剥離性、反射防止性、防曇性等を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
[1] フィルム
表面改質するフィルムは、プラスチックフィルム、金属フィルム、及び金属薄膜を有するプラスチックフィルムのいずれでもよい。プラスチックフィルムは限定的ではなく、例えばポリエステル（ポリエチレンテレフタレート等）、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリ塩化ビニル等からなるものを使用できる。金属フィルムも限定的ではなく、例えばアルミニウム、銅、ステンレススチール等からなるものを使用できる。金属薄膜はアルミニウム、銅等の蒸着又はめっきにより形成することができる。水等の帯電微粒子を強固に付着させるために、フィルム表面に親水性樹脂（例えばポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル共重合体）等のプライマー層を設けてもよい。
【００１１】
帯電微粒子を強固に付着させるために、プラスチックフィルムの表面にコロナ放電処理又はプラズマ放電処理により水酸基、カルボキシル基等の極性官能基を形成しておいてもよい。またフィルムに多数の微細な線状痕及び／又は穴を形成しておいてもよい。線状痕の深さはフィルムの厚さの１〜40％であるのが好ましく、平均幅は１〜10μmが好ましく、平均間隔は１〜100μmが好ましい。線状痕は、例えばWO2003/091003号に記載されている方法により形成することができる。微細穴の平均開口径は0.5〜20μmが好ましく、平均密度は500個／cm2以上が好ましい。
【００１２】
[2] 水、水溶液又は水分散液
水溶液又は水分散液に含有させる物質は樹脂、金属微粒子、無機微粒子、無機塩等であり、用途に応じて適宜選択する。樹脂は、プラスチックフィルム又はプライマー層の樹脂と同じであるのが好ましい。無機微粒子は金属酸化物、カーボン、ダイヤモンド等からなる。無機微粒子はコロイド状であるのが好ましい。水溶液及び水分散液の粘度は超音波振動子で霧化可能である限り制限されない。
【００１３】
[3] フィルムの表面改質
図１〜３はフィルムの表面改質装置の一例を示す。この装置は、フィルム10aの巻出機1aと、フィルム10aを帯電させる誘電体（プラスチック又はセラミックス）からなるロール２と、ロール２の内部に配置された電極2aと、ロール２の下側に配置された水、水溶液又は水分散液（以下単に水等という）４を入れた容器５と、容器５内で水等４に浸漬された電極5a及び複数の超音波振動子６と、ロール２及び容器５を覆うカバー７と、フィルム10aと水等４との間に電位差を設けるために電極３及び電極5aに接続した直流電源８と、乾燥炉９と、表面改質したフィルム10bの巻取機1bとを有する。
【００１４】
ロール２用のプラスチックは耐食性に優れたポリ塩化ビニル及びフッ素樹脂が好ましい。ロール２の周速は10〜500 m/分が好ましく、10〜300 m/分がより好ましい。
【００１５】
超音波振動子６の振動数は１〜10 MHzであるのが好ましい。極力小さな帯電微粒子4aを発生させるため、図４に例示するように複数の超音波振動子６を用いるのが好ましい。水等４は室温でよいが、必要に応じて加熱してもよい。
【００１６】
電極３と電極5aとの間に直流電圧（この例では、電極３にマイナス電圧、電極5aにプラス電圧）を印加すると、ロール２に接するフィルム10aは水等４と逆極性に帯電する。サブミクロンオーダーの帯電微粒子4aを得るために、ロール２と水等４との間隔Dは電界強度が200〜1,200 V/mmとなるように設定するのが好ましく、300〜1,000 V/mmがより好ましい。間隔Dは３〜10 cmとするのが好ましい。
【００１７】
この状態で水等４を超音波振動子６で振動させると、帯電した水等４の帯電微粒子4aが発生する。90％以上の帯電微粒子4aの粒子径は好ましくは１μm以下であり、より好ましくは500 nm以下であり、例えば１〜100 nmである。帯電微粒子4aの粒子径は、微分型電気移動度分析器を用いて計測した電気移動度からストークスの法則により求めることができる。電場中での超音波振動により、水等４の粒子はレイリー分裂により微細化すると考えられる。
【００１８】
帯電微粒子4aは水等４とフィルム10aとの間の電場を高速で移動し、フィルム10aの表面に衝突する。衝突により帯電微粒子4aはさらに微細化すると考えられる。帯電微粒子4aの微細化はフィルム10aの表面への強固な付着に寄与していると考えられる。電場を除去した後でもフィルム10aの表面改質は失われないので、帯電微粒子4aはフィルム10aの表面に化学的に結合しているものと推測される。乾燥炉９での乾燥により、表面改質フィルム10bに吸着しただけの水を除去する。
【００１９】
誘電体製ロール２の代わりにステンレススチール等の金属製ロールを用いても良い。その場合、金属製ロールに電極2aを接触させる。金属製ロールをプラスチック、セラミックス等の誘電体でコーティングしても良い。この例では水等４が正に帯電し、フィルム10aが負に帯電するが、逆でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のフィルムの表面改質装置の一例を示す概略図である。
【図２】図１の表面改質装置の要部を示す部分拡大断面図である。
【図３】容器中の超音波振動子の配置の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２１】
1a・・・巻出機
1b・・・巻取機
２・・・ロール
2a・・・電極
４・・・水等
4a・・・帯電微粒子
５・・・容器
5a・・・電極
６・・・超音波振動子
７・・・カバー
８・・・直流電源
９・・・乾燥炉
10a・・・フィルム
10b・・・表面改質フィルム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルムの表面を改質する方法であって、前記フィルムと水、水溶液又は水分散液との間に電位差を設け、水、水溶液又は水分散液を超音波振動させて帯電微粒子を発生させ、前記フィルムに衝突させることにより、前記帯電微粒子を前記フィルムに付着させることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載のフィルムの表面改質方法において、前記帯電微粒子の90％以上が１μm以下の粒子径を有することを特徴とするフィルムの表面改質方法。
【請求項３】
フィルムの表面を改質する装置であって、前記フィルムを搬送するロールと、水、水溶液又は水分散液を収容するとともに超音波振動子を浸漬させた容器と、前記フィルムと水、水溶液又は水分散液との間に電位差を設ける手段とを具備し、もって水、水溶液又は水分散液の超音波振動により発生した帯電微粒子が前記ロール上の前記フィルムに衝突することにより付着することを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載のフィルムの表面改質装置において、前記帯電微粒子の90％以上が１μm以下の粒子径を有することを特徴とするフィルムの表面改質装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のフィルムの表面改質装置において、前記容器内に複数の超音波振動子が浸漬していることを特徴とするフィルムの表面改質装置。
【請求項１】
フィルムの表面を改質する方法であって、前記フィルムと水、水溶液又は水分散液との間に電位差を設け、水、水溶液又は水分散液を超音波振動させて帯電微粒子を発生させ、前記フィルムに衝突させることにより、前記帯電微粒子を前記フィルムに付着させることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載のフィルムの表面改質方法において、前記帯電微粒子の90％以上が１μm以下の粒子径を有することを特徴とするフィルムの表面改質方法。
【請求項３】
フィルムの表面を改質する装置であって、前記フィルムを搬送するロールと、水、水溶液又は水分散液を収容するとともに超音波振動子を浸漬させた容器と、前記フィルムと水、水溶液又は水分散液との間に電位差を設ける手段とを具備し、もって水、水溶液又は水分散液の超音波振動により発生した帯電微粒子が前記ロール上の前記フィルムに衝突することにより付着することを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項３に記載のフィルムの表面改質装置において、前記帯電微粒子の90％以上が１μm以下の粒子径を有することを特徴とするフィルムの表面改質装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のフィルムの表面改質装置において、前記容器内に複数の超音波振動子が浸漬していることを特徴とするフィルムの表面改質装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−９５５９９（Ｐ２０１０−９５５９９Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６６９１３（Ｐ２００８−２６６９１３）
【出願日】平成２０年１０月１５日（２００８．１０．１５）
【出願人】（３９１００９４０８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１５日（２００８．１０．１５）
【出願人】（３９１００９４０８）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]