大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ２Ｏレベルの考慮に関連する方法、システム、およびポリマー物質
【課題】大気圧窒素誘電体−バリア放電を利用してポリマー物質の表面を処理する方法を提供。
【解決手段】大気圧窒素誘電体−バリア放電処理装置内のＨ2Ｏを測定および制御することによって、大気圧窒素誘電体−放電が、予め定められた量よりも低いＨ2Ｏのレベルを有するように維持され、望ましい特性を生じるポリマー物質のための表面処理をもたらすことができる。Ｈ2Ｏレベルは、予め定められた量によってまたは得られたポリマー表面の分析などの別のパラメータによって測定および制御されてもよい。例えば、ポリマー表面には、処理されたポリマーのこれらの分析に基づいて処理装置内のＨ2Ｏレベルを制御するなどによって、添加された窒素対添加された酸素の最適な比および／または洗浄後の前進接触角および未洗浄の前進接触角に基づいた最適な安定性が得られる。
【解決手段】大気圧窒素誘電体−バリア放電処理装置内のＨ2Ｏを測定および制御することによって、大気圧窒素誘電体−放電が、予め定められた量よりも低いＨ2Ｏのレベルを有するように維持され、望ましい特性を生じるポリマー物質のための表面処理をもたらすことができる。Ｈ2Ｏレベルは、予め定められた量によってまたは得られたポリマー表面の分析などの別のパラメータによって測定および制御されてもよい。例えば、ポリマー表面には、処理されたポリマーのこれらの分析に基づいて処理装置内のＨ2Ｏレベルを制御するなどによって、添加された窒素対添加された酸素の最適な比および／または洗浄後の前進接触角および未洗浄の前進接触角に基づいた最適な安定性が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー物質の表面を処理するために用いられた大気圧窒素誘電体−バリア放電に関する。より詳しくは、本発明は、処理装置の大気圧窒素誘電体−バリア放電のＨ2Ｏレベルの作用の考慮に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー物質への大気圧窒素誘電体−バリア放電の印加は、ポリマー物質の表面特性を改良する公知の費用効果が高い方法である。本明細書中で用いられるとき、ポリマー物質は、フィルム、フォーム、不織材料、三次元物体などのいずれのポリマー材料をも含める。本明細書中で用いられるとき、大気圧窒素誘電体−バリア放電は概して、活性窒素種（フリーラジカル、イオン、または電気または振動励起状態など）が窒素含有分子による電子衝撃によって生み出される、いずれかの方法を指す。
【０００３】
また、本明細書中で用いられるとき、大気圧窒素誘電体−バリア放電は多くの他の用語によって公知である。これらの用語には、窒素コロナ、窒素コロナ放電、窒素バリア放電、大気圧窒素プラズマ、大気圧窒素グロー放電、大気圧非平衡窒素プラズマ、静音窒素放電、大気圧部分イオン化窒素ガス、窒素フィラメント放電、直接または遠隔大気圧窒素放電、外部保持または自己保持大気圧窒素放電などがあるがそれらに限定されない。
【０００４】
大気誘電体−バリア放電によって達成される改良には、ポリマー物質の表面への窒素の付着が挙げられる。表面の湿潤性が大幅に改善され、それによって、表面が処理されないままである場合よりもポリマー物質をより多くの用途に有用にする。
【０００５】
しかしながら、大気圧窒素誘電体−バリア放電の従来の印加には欠点がある。例えば、ポリマーの表面の添加された窒素対添加された酸素の比が、望ましいよりも小さいことがある。この比において用いられるときの添加された窒素および添加された酸素は、特に放電プロセスによってポリマー表面に付着される、それぞれ、原子窒素および原子酸素を指す。別の欠点として、処理されたポリマー表面上の水または別の液体の接触角が、望ましいよりも大きいことがある。さらに、ポリマーの表面は、水または他の液体への暴露に敏感性であることがあり、それによって水または他の液体は、ポリマーの湿潤性を低減させる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、処理装置内に存在するＨ2Ｏレベルを考慮することによってこれらの問題および他の問題に対処する。処理装置内のＨ2Ｏレベルを最小にすることによって、放電によって付着される窒素の量を増加させること、水への暴露に対する表面特性の過敏性を減少させること、および湿潤性を改良することなどによって、処理された表面の特性を改良することが発見された。必要に応じてポリマーの表面特性を生じさせるためにＨ2Ｏレベルを測定および制御してもよい。さらに、Ｈ2Ｏレベルは、予め定められた量以下に維持されてもよく、および／または処理装置を出るポリマー物質の分析に応じて調節されてもよい。
【０００７】
１つの実施形態は、大気圧窒素誘電体−バリア放電によって処理された表面を有するポリマー物質である。表面は、１．５以上の、添加された窒素対添加された酸素の比を有する。また、表面は、洗浄後の前進水接触角と５度以下異なる未洗浄の前進水接触角を有する。
【０００８】
別の実施形態は、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法である。前記方法は、大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程を含む。前記方法は、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを測定および制御する工程をさらに含む。大気圧窒素誘電体−バリア放電がポリマー物質の表面に印加される。
【０００９】
別の実施形態は、以下の工程から得られる処理された表面を含むポリマー物質である。大気圧窒素誘電体−バリア放電が発生される。大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルが測定および制御され、大気圧窒素誘電体−バリア放電がポリマー物質の表面に印加される。
【００１０】
別の実施形態は、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法である。前記方法は、大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程を含む。前記方法は、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを予め定められた量よりも少なく維持する工程をさらに含む。大気圧窒素誘電体−バリア放電がポリマー物質の表面に印加される。
【００１１】
別の実施形態は、以下の工程から得られる処理された表面を含むポリマー物質である。大気圧窒素誘電体−バリア放電が発生される。大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルが、予め定められた量よりも少なく維持され、大気圧窒素誘電体−バリア放電がポリマー物質の表面に印加される。
【００１２】
別の実施形態は、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法である。前記方法は、大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加して、処理された表面を形成する工程とを含む。前記方法は、前記処理された表面の未洗浄の前進接触角と洗浄後の前進接触角との間の差を決定する工程をさらに含む。前記差が予め定められた差より大きいとき、次いで前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを減少させ、次いで、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を後続のポリマー物質の表面に印加する。
【００１３】
別の実施形態は、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法である。前記方法は、大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加して、処理された表面を形成する工程とを含む。前記方法は、前記処理された表面の添加された窒素対添加された酸素の比を決定する工程をさらに含む。前記比が予め定められた比より小さいとき、大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを減少させ、次いで、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を後続のポリマー物質の表面に印加する。
【００１４】
別の実施形態は、大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質に印加するためのシステムである。前記システムは、窒素ガス入力部と、前記窒素ガス入力部に接続された内部を有する処理装置筐体とを備える。前記内部は、大気圧窒素誘電体−バリア放電を含有し、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電と接触しているポリマー物質を含有する。処理装置筐体は、窒素ガス入力部を通って窒素ガスの連続した流れを受容する。前記システムは、処理装置筐体の内部のＨ2Ｏレベルを測定するために配置されたＨ2Ｏセンサーをさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】存在するＨ2Ｏレベルに対して考慮がなされている、大気圧窒素誘電体−バリア放電を利用するポリマー表面処理方法およびシステムの１つの例の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態は、大気圧窒素誘電体−バリア放電によって処理されたポリマー物質の表面特性を改良するためにＨ2Ｏレベルを考慮する。本明細書中で用いられるとき、Ｈ2Ｏレベルという用語は、Ｈ2Ｏの体積濃度を指す。これらの実施形態は、Ｈ2Ｏレベルの測定および制御によっておよびＨ2Ｏレベルを予め定められた量よりも低く維持することによってなど、様々な方法でＨ2Ｏレベルを考慮する。Ｈ2Ｏレベルの考慮は、ほかの場合なら可能でない特定の範囲内の表面特性を有するポリマー物質の製造を可能にする。
【００１７】
図１は、大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏレベルを考慮するために使用されてもよいポリマー物質処理方法およびシステム１００の例を図表で示す。図１の方法は、処理装置筐体１０６内に大気圧窒素誘電体−バリア放電を生じさせる工程と、この放電をポリマー物質１０２に印加して表面特性を改良する工程とを含む。前記方法は、処理装置筐体１０６内の付加的な物質、すなわち酸素およびＨ2Ｏの存在をモニタする工程と、必要なときにこれらの物質のレベルを変えることによって対応する工程とをさらに含む。
【００１８】
処理装置筐体の設計は変わってもよい。しかしながら、処理装置筐体１０６は前記方法への入力を受容することができるべきであり、大気の漏れを最小にしながら、処理されたポリマー物質を出力として提供できるのがよいことは理解されよう。この漏れを最小にすることによって、処理装置１０６内の酸素およびＨ2Ｏなどの物質の制御を可能にする。
【００１９】
窒素ガスは窒素ガス供給源１０４から提供され、前記方法は、窒素ガスを１つの入力として受容する。窒素供給源１０４は典型的に、極低温によって誘導された窒素ガスを前記方法に提供する。この窒素供給源１０４は、処理装置筐体１０６の内部へ入力部を通って窒素ガス流量の制御を可能にする弁を設けられてもよい。窒素ガスを用いて処理装置１０６の内部をパージし、酸素およびＨ2Ｏなどの物質の制御を可能にする。処理装置１０６内の窒素パージガスの体積の増加は、他の物質のレベルの減少をもたらす。従って、Ｈ2Ｏのレベルを減少させることが必要であるとき、１つの選択肢は、窒素供給源１０４の弁をさらに開けて処理装置１０６への流量を増加させ、および／または付加的な量の窒素パージガスが処理装置１０６に入るまで処理方法の開始を遅らせることである。
【００２０】
窒素ガスは、処理装置１０６に入る前に窒素乾燥システム１１０に通されてもよい。窒素乾燥システム１１０は、窒素ガスに存在するＨ2Ｏ含有量を低減する。窒素乾燥システム１１０の例には、活性化炭素トラップ、分子篩、および標準商用脱水装置などがある。処理装置１０６内に存在するＨ2Ｏのレベルを制御する代替のまたは付加的な方法として所望の場合に窒素乾燥システム１１０が窒素ガス１１０に適用されてもよい。
【００２１】
また、プロセスは、別の入力として、典型的に処理されていない、ポリマー物質１０２を受容する。このプロセスのポリマー物質１０２は、ポリオレフィン、例えばポリプロピレンおよびポリエチレン、およびエチレンとポリプロピレンとのコポリマー、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレートなどがあるがそれらに限定されない任意の様々なものであってもよい。大気圧窒素誘電体−バリア放電に暴露するためにポリマー物質１０２を処理装置１０６の内部に充填する。放電がポリマー物質１０２の表面と相互作用して窒素を表面に付着させ、湿潤性を改良する。具体的には、処理された表面上の液体の接触角は大幅に低減される。
【００２２】
ポリマー物質１０２は外部位置から処理装置１０６内に充填または移されるので、ポリマー物質１０２自体は、処理装置１０６の内部に導入されるＨ2Ｏの供給源である。したがって、ポリマー物質１０２は、処理装置１０６に入る前に物質乾燥システム１０８を通過されてもよい。ポリマー物質乾燥システム１０８の例には、赤外線加熱ランプ、乾燥空気または乾燥窒素環境を有する付属チャンバ、または熱風炉などがある。この物質乾燥システム１０８は、処理装置１０６内に存在するＨ2Ｏのレベルを制御する代替のまたは付加的な方法として所望の場合にポリマー物質１０２に適用されてもよい。
【００２３】
処理装置１０６は、酸素センサー１１２とＨ2Ｏセンサー１１４との両方によってこの例においてモニタされる。たいていのポリマー処理プロセスにおいて、両方の物質をモニタすることと、処理装置１０６内の各々のレベルを制御することもまた、望ましいことが見出されている。酸素センサー１１２の例は、マサチューセッツ州、ノーウッドのサーヴォメックス（Ｓｅｒｖｏｍｅｘ，Ｎｏｒｗｏｏｄ，ＭＡ）製のモデル４１００ガス純度分析器である。Ｈ2Ｏセンサー１１４の例は、コネチカット州、ウェザーフィールドのカーン・インストルメンツ（Ｋａｈｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｗｅｔｈｅｒｓｆｉｅｌｄ，ＣＴ）のサーメットＩＩ（Ｃｅｒｍｅｔ ＩＩ）湿度計である。これらの分析器は、体積による百万分率（「ｐｐｍ」）の出力を提供する。
【００２４】
酸素センサー１１２およびＨ2Ｏセンサー１１４の出力は、制御装置１１６に中継されてもよい。制御装置１１６は、プログラム可能型論理デバイスなどの自動化電子制御装置あるいは人間のオペレーターなど、様々な形で例示することができる。制御装置１１６は、酸素およびＨ2Ｏレベルを分析して低減が必要であるかどうか決定する。例えば、与えられた処理プロセスが、Ｈ2Ｏのレベルが特定の範囲内にあるかまたは特定のレベルより低く維持されることを必要とする場合がある。Ｈ2Ｏのレベルが範囲の上限に近づいているかまたは特定のレベルを超えようとしているとき、制御装置１１６は、Ｈ2Ｏレベルの低減を行うことができる。
【００２５】
Ｈ2Ｏレベルの低減を行う例には、供給源１０４の弁をさらに開けることによって窒素ガス流量を増加させること、窒素乾燥システム１１０を設置またはさらに作動させることによって窒素ガス乾燥の量を増加させること、および／または物質乾燥システム１０８を設置またはさらに作動させることによって行われたポリマー物質乾燥の量を増加させることなどがあるがそれらに限定されない。おそらくより関わりが深いが、処理装置１０６への大気漏れの低減は、Ｈ2Ｏレベルの低減の別の例である。
【００２６】
処理装置１０６から出力される処理されたポリマー物質１１８を検査システム１２０によって分析することができ、Ｈ2Ｏレベルの作用を考慮することができる。検査システム１２０は、酸素および炭素などの他の元素に対して窒素の存在を決定するためのＸ線光電子分光法（すなわち、ＸＰＳまたはＥＣＳＡ）などの様々な試験を含んでもよい。検査システム１２０は、処理された物質１１８を水または別の液体で洗浄する前および後の両方に行われた前進および／または後退接触角についての水または別の液体の接触角の測定など、さらに別の試験も含んでよい。
【００２７】
次に、検査システム１２０からの試験の結果を制御装置１１６にフィードバックしてもよく、そこで、処理されたポリマー物質１１８が望ましい表面特性を有するかどうかに基づいてＨ2Ｏおよび／または酸素のレベルを制御する処置をとることができる。例えば、分光分析法によって測定されたときの添加された窒素対添加された酸素の比が望ましいよりも小さい場合、それは、湿潤性および接着力が良好でない可能性が高いことを示すが、Ｈ2Ｏのレベルが上述の様々な方法の１つまたは複数によって低減されてもよい。別の例として、前進または後退接触角が大きすぎる場合、それは、湿潤性および接着力が不十分であることを直接に示すが、Ｈ2Ｏのレベルが低減されてもよい。さらに、未洗浄の前進接触角（すなわち、物質が洗浄される前に測定された前進接触角）と洗浄後の前進接触角（すなわち、物質が洗浄された後に測定された前進接触角）との間の差が大きすぎる場合、それは、表面が水などの液体への暴露に過度に敏感性であることを示すが、Ｈ2Ｏのレベルが低減されてもよい。
【００２８】
ポリマー物質の処理時のＨ2Ｏの様々なレベルの作用が検討され、これらの作用は、以下に記載された表１に提供されるように挙げられている。ポリプロピレンフィルムが、処理される当該ポリマー物質として選択された。特に、幅３０ｃｍ、厚さ０．０５ｍｍのポリプロピレンフィルムが、３６０，０００の重量平均分子量および１６３℃のピーク融点を有するホモポリマー樹脂を用いて熱押出および後続の配向によって製造された。次に、フィルムに大気圧窒素誘電体−放電を印加した。
【００２９】
大気圧窒素誘電体−放電による処理の間、ポリプロピレンフィルムは、ウィスコンシン州、ユニオングローブのアメリカンローラー（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｒｏｌｌｅｒ，Ｕｎｉｏｎ Ｇｒｏｖｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）によって製造されたＣＬ５００セラミック誘電体の厚さ２ｍｍの層でコーティングされた直径２５ｃｍ、面幅５０ｃｍの鋼接地ロールと接触保持された。この「被覆ロール」電極配置において、印加された電極は、１．５ｍｍの電極間隙によって接地ロールから隔てられた２つの２００ｃｍ2、３３ｃｍ面幅ステンレス鋼シューから成った。規準化放電エネルギーは１．７Ｊ／ｃｍ2に固定されたが、それは９４０Ｗの放電パワーおよび１０ｍ／分のフィルム速度に相当した。
【００３０】
処理装置筐体を、極低温によって誘導された窒素ガスの約１５００リットル／分で連続的にフラッシし、処理装置内の分子状酸素の濃度を１０ｐｐｍ未満に維持した。処理装置内に存在する酸素の微量は、主に、処理装置筐体内への大気漏れの結果であった。処理装置内のＨ2Ｏの濃度は、液体の水の制御量を処理装置筐体内に入れることによって変化された。Ｈ2Ｏは２０ｐｐｍから４０００ｐｐｍ超まで変化され、非常に広い範囲にわたって作用の決定を可能にした。
【００３１】
処理されたポリプロピレンフィルムの試料は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳまたはＥＣＳＡ）によって分析された。ＥＣＳＡスペクトルは、９０度の表面に対する電子放出極角においてモノクロＡｌ Ｋα光子供給源を用いてクラトス・アクシス・ウルトラ（Ｋｒａｔｏｓ Ａｘｉｓ Ｕｌｔｒａ）スペクトロメータで得られた。スペクトルは、炭化水素について観察された２８４．６ｅＶ炭素１ｓレベルに対して参照された。未処理のポリプロピレン上に酸素は検出されず、いずれの処理されたポリプロピレン上にも窒素、炭素、および酸素以外の元素は検出されなかった。添加された酸素対添加された炭素、添加された窒素対添加された炭素、および添加された窒素対添加された酸素などの原子比を高解像度ＥＳＣＡスペクトルから決定した。
【００３２】
また、処理されたポリプロピレンの試料を水接触角の測定のために分析した。脱イオン濾過水の空気中での前進および後退接触角の測定をサーモ・カーン（Ｔｈｅｒｍｏ Ｃａｈｎ）ＤＣＡ−３２２動的接触角計測器でウィルヘルミー（Ｗｉｌｈｅｌｍｙ）プレート法を用いて実施した。接触角を測定するためのウィルヘルミープレート法の詳細は公知であり、Ｃ・Ｍ・チャン（Ｃ−Ｍ Ｃｈａｎ）著の「Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ」（１９９４年）またはＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｄｈｅｓｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第１７巻、第５号、６４３〜６５３ページ（２００３年）などの様々な文献に見出される。サーモ・カーン（Ｔｈｅｒｍｏ Ｃａｈｎ）計測器を用いて制御された方法で、処理されたフィルムを脱イオン濾過水で洗浄した。水以外の液体が接触角の測定のためにおよびポリマー物質の洗浄のために用いられてもよいことは理解されよう。しかしながら、以下の表１に示されたデータは、接触角の測定およびポリマー物質の洗浄の両方について水の使用に基づいている。
【００３３】
ウィルヘルミープレート法によって水接触角を測定する間、表面の洗浄は、ポリプロピレンフィルムを水槽に圧入し、フィルムを２分間そこに保持し、次いでフィルムを取り出すサイクルによって行われた。洗浄の約１分後、前進および後退水接触角の第２の測定が実施され、洗浄後の測定を行った。後退水接触角は常に、前進水接触角の測定の間に浸漬のために、洗浄された表面で測定されたので、洗浄後の後退水接触角と未洗浄の後退水接触角との間の差はない。
【００３４】
初期または未洗浄の前進接触角の測定（第１のウィルヘルミーサイクル）と洗浄後の前進接触角の測定（第２のウィルヘルミーサイクル）との間の差は、物質の処理された表面の、水への暴露に対する敏感性を定量化する。未洗浄の前進接触角と洗浄後の前進接触角との間にほとんどまたは全く差を示さない試料は、水への暴露に敏感性でないと考えられる。
【００３５】
以下の表１は、処理装置内のＨ2Ｏレベルを変えることの作用を示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
これらの測定について、比の標準偏差は０．０１〜０．０２である。水接触角の測定の標準偏差は２〜３度である。水レベルの標準偏差は１０％である。特定の値の前後の比への一切の言及または別の特定の値の前後の水接触角の差への一切の言及は、相応する標準偏差のプラスマイナスを伴って少なくとも表示された値を包含するように意図される。
【００３８】
このデータは、Ｈ2Ｏレベルが約２００ｐｐｍを上回るとき、窒素対炭素および窒素対酸素の比が減少することを示す。さらに、Ｈ2Ｏレベルがこの量を上回るとき、未洗浄の前進水接触角と洗浄後の前進水接触角の測定の間の差は、後退水接触角が増加する間、増加する。このため、放電においてのＨ2Ｏのレベルの増加は、ポリマー表面への有効な窒素の付着を減少させ、水への暴露に対してより敏感性にし、一般により好ましくない湿潤性をもたらす。
【００３９】
特に、２００ｐｐｍ以下のＨ2Ｏレベルについては、得られたフィルムは、５度未満の未洗浄の水接触角と洗浄後の水接触角の測定の間の差を有したまま、少なくとも１．５の添加された窒素対添加された酸素の比を有する、優れた特性を有した。さらに、Ｈ2Ｏのレベルが１００ｐｐｍに低減されたとき、後退水接触角がゼロに低下した。Ｈ2Ｏのレベルが５５ｐｐｍに維持されたとき、得られたフィルムは、未洗浄の水接触角と洗浄後の水接触角との差がないままで、２の添加された窒素対添加された酸素の比を有する、優れた特性を有した。
【００４０】
これらの結果に基づいて、図１の制御装置１１６によって論理を適用して処理されたポリマー表面のための所望の結果を達成することができる。特に、制御装置１１６は、２００ｐｐｍ以下など、予め定められたレベルにおいて処理装置１０６内のＨ2Ｏレベルを維持することによって多くの目的のために望ましい結果を達成することができる。特定の目的のためにより良い場合がある結果は、５０ｐｐｍ以下に処理装置内のＨ2Ｏレベルを維持することによって得られる場合がある。さらに、制御装置１１６は、特定の範囲にわたってＨ2Ｏレベルを制御および変化させて、その全体にわたってポリマー物質の特性の変化などの他の結果を達成することができる。さらに、制御装置１１６は、得られた物質が実際に所望の結果を達成しているかどうか、例えば添加された窒素対添加された酸素の比が少なくとも１．５など、十分に大きいかどうか、または洗浄後の接触角と未洗浄の接触角との間の差が、水接触角について５度以下など、十分に小さいかどうかの測定に基づいて、Ｈ2Ｏレベルを調節することができる。
【００４１】
本発明はその様々な実施形態を参照して特に示され、説明されたが、形態および詳細において様々な他の変更を本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく実施できることは当業者には理解されよう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー物質の表面を処理するために用いられた大気圧窒素誘電体−バリア放電に関する。より詳しくは、本発明は、処理装置の大気圧窒素誘電体−バリア放電のＨ2Ｏレベルの作用の考慮に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリマー物質への大気圧窒素誘電体−バリア放電の印加は、ポリマー物質の表面特性を改良する公知の費用効果が高い方法である。本明細書中で用いられるとき、ポリマー物質は、フィルム、フォーム、不織材料、三次元物体などのいずれのポリマー材料をも含める。本明細書中で用いられるとき、大気圧窒素誘電体−バリア放電は概して、活性窒素種（フリーラジカル、イオン、または電気または振動励起状態など）が窒素含有分子による電子衝撃によって生み出される、いずれかの方法を指す。
【０００３】
また、本明細書中で用いられるとき、大気圧窒素誘電体−バリア放電は多くの他の用語によって公知である。これらの用語には、窒素コロナ、窒素コロナ放電、窒素バリア放電、大気圧窒素プラズマ、大気圧窒素グロー放電、大気圧非平衡窒素プラズマ、静音窒素放電、大気圧部分イオン化窒素ガス、窒素フィラメント放電、直接または遠隔大気圧窒素放電、外部保持または自己保持大気圧窒素放電などがあるがそれらに限定されない。
【０００４】
大気誘電体−バリア放電によって達成される改良には、ポリマー物質の表面への窒素の付着が挙げられる。表面の湿潤性が大幅に改善され、それによって、表面が処理されないままである場合よりもポリマー物質をより多くの用途に有用にする。
【０００５】
しかしながら、大気圧窒素誘電体−バリア放電の従来の印加には欠点がある。例えば、ポリマーの表面の添加された窒素対添加された酸素の比が、望ましいよりも小さいことがある。この比において用いられるときの添加された窒素および添加された酸素は、特に放電プロセスによってポリマー表面に付着される、それぞれ、原子窒素および原子酸素を指す。別の欠点として、処理されたポリマー表面上の水または別の液体の接触角が、望ましいよりも大きいことがある。さらに、ポリマーの表面は、水または他の液体への暴露に敏感性であることがあり、それによって水または他の液体は、ポリマーの湿潤性を低減させる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態は、処理装置内に存在するＨ2Ｏレベルを考慮することによってこれらの問題および他の問題に対処する。処理装置内のＨ2Ｏレベルを最小にすることによって、放電によって付着される窒素の量を増加させること、水への暴露に対する表面特性の過敏性を減少させること、および湿潤性を改良することなどによって、処理された表面の特性を改良することが発見された。必要に応じてポリマーの表面特性を生じさせるためにＨ2Ｏレベルを測定および制御してもよい。さらに、Ｈ2Ｏレベルは、予め定められた量以下に維持されてもよく、および／または処理装置を出るポリマー物質の分析に応じて調節されてもよい。
【０００７】
１つの実施形態は、大気圧窒素誘電体−バリア放電によって処理された表面を有するポリマー物質である。表面は、１．５以上の、添加された窒素対添加された酸素の比を有する。また、表面は、洗浄後の前進水接触角と５度以下異なる未洗浄の前進水接触角を有する。
【０００８】
別の実施形態は、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法である。前記方法は、大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程を含む。前記方法は、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを測定および制御する工程をさらに含む。大気圧窒素誘電体−バリア放電がポリマー物質の表面に印加される。
【０００９】
別の実施形態は、以下の工程から得られる処理された表面を含むポリマー物質である。大気圧窒素誘電体−バリア放電が発生される。大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルが測定および制御され、大気圧窒素誘電体−バリア放電がポリマー物質の表面に印加される。
【００１０】
別の実施形態は、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法である。前記方法は、大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程を含む。前記方法は、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを予め定められた量よりも少なく維持する工程をさらに含む。大気圧窒素誘電体−バリア放電がポリマー物質の表面に印加される。
【００１１】
別の実施形態は、以下の工程から得られる処理された表面を含むポリマー物質である。大気圧窒素誘電体−バリア放電が発生される。大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルが、予め定められた量よりも少なく維持され、大気圧窒素誘電体−バリア放電がポリマー物質の表面に印加される。
【００１２】
別の実施形態は、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法である。前記方法は、大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加して、処理された表面を形成する工程とを含む。前記方法は、前記処理された表面の未洗浄の前進接触角と洗浄後の前進接触角との間の差を決定する工程をさらに含む。前記差が予め定められた差より大きいとき、次いで前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを減少させ、次いで、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を後続のポリマー物質の表面に印加する。
【００１３】
別の実施形態は、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法である。前記方法は、大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加して、処理された表面を形成する工程とを含む。前記方法は、前記処理された表面の添加された窒素対添加された酸素の比を決定する工程をさらに含む。前記比が予め定められた比より小さいとき、大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを減少させ、次いで、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を後続のポリマー物質の表面に印加する。
【００１４】
別の実施形態は、大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質に印加するためのシステムである。前記システムは、窒素ガス入力部と、前記窒素ガス入力部に接続された内部を有する処理装置筐体とを備える。前記内部は、大気圧窒素誘電体−バリア放電を含有し、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電と接触しているポリマー物質を含有する。処理装置筐体は、窒素ガス入力部を通って窒素ガスの連続した流れを受容する。前記システムは、処理装置筐体の内部のＨ2Ｏレベルを測定するために配置されたＨ2Ｏセンサーをさらに備える。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】存在するＨ2Ｏレベルに対して考慮がなされている、大気圧窒素誘電体−バリア放電を利用するポリマー表面処理方法およびシステムの１つの例の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態は、大気圧窒素誘電体−バリア放電によって処理されたポリマー物質の表面特性を改良するためにＨ2Ｏレベルを考慮する。本明細書中で用いられるとき、Ｈ2Ｏレベルという用語は、Ｈ2Ｏの体積濃度を指す。これらの実施形態は、Ｈ2Ｏレベルの測定および制御によっておよびＨ2Ｏレベルを予め定められた量よりも低く維持することによってなど、様々な方法でＨ2Ｏレベルを考慮する。Ｈ2Ｏレベルの考慮は、ほかの場合なら可能でない特定の範囲内の表面特性を有するポリマー物質の製造を可能にする。
【００１７】
図１は、大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏレベルを考慮するために使用されてもよいポリマー物質処理方法およびシステム１００の例を図表で示す。図１の方法は、処理装置筐体１０６内に大気圧窒素誘電体−バリア放電を生じさせる工程と、この放電をポリマー物質１０２に印加して表面特性を改良する工程とを含む。前記方法は、処理装置筐体１０６内の付加的な物質、すなわち酸素およびＨ2Ｏの存在をモニタする工程と、必要なときにこれらの物質のレベルを変えることによって対応する工程とをさらに含む。
【００１８】
処理装置筐体の設計は変わってもよい。しかしながら、処理装置筐体１０６は前記方法への入力を受容することができるべきであり、大気の漏れを最小にしながら、処理されたポリマー物質を出力として提供できるのがよいことは理解されよう。この漏れを最小にすることによって、処理装置１０６内の酸素およびＨ2Ｏなどの物質の制御を可能にする。
【００１９】
窒素ガスは窒素ガス供給源１０４から提供され、前記方法は、窒素ガスを１つの入力として受容する。窒素供給源１０４は典型的に、極低温によって誘導された窒素ガスを前記方法に提供する。この窒素供給源１０４は、処理装置筐体１０６の内部へ入力部を通って窒素ガス流量の制御を可能にする弁を設けられてもよい。窒素ガスを用いて処理装置１０６の内部をパージし、酸素およびＨ2Ｏなどの物質の制御を可能にする。処理装置１０６内の窒素パージガスの体積の増加は、他の物質のレベルの減少をもたらす。従って、Ｈ2Ｏのレベルを減少させることが必要であるとき、１つの選択肢は、窒素供給源１０４の弁をさらに開けて処理装置１０６への流量を増加させ、および／または付加的な量の窒素パージガスが処理装置１０６に入るまで処理方法の開始を遅らせることである。
【００２０】
窒素ガスは、処理装置１０６に入る前に窒素乾燥システム１１０に通されてもよい。窒素乾燥システム１１０は、窒素ガスに存在するＨ2Ｏ含有量を低減する。窒素乾燥システム１１０の例には、活性化炭素トラップ、分子篩、および標準商用脱水装置などがある。処理装置１０６内に存在するＨ2Ｏのレベルを制御する代替のまたは付加的な方法として所望の場合に窒素乾燥システム１１０が窒素ガス１１０に適用されてもよい。
【００２１】
また、プロセスは、別の入力として、典型的に処理されていない、ポリマー物質１０２を受容する。このプロセスのポリマー物質１０２は、ポリオレフィン、例えばポリプロピレンおよびポリエチレン、およびエチレンとポリプロピレンとのコポリマー、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレートなどがあるがそれらに限定されない任意の様々なものであってもよい。大気圧窒素誘電体−バリア放電に暴露するためにポリマー物質１０２を処理装置１０６の内部に充填する。放電がポリマー物質１０２の表面と相互作用して窒素を表面に付着させ、湿潤性を改良する。具体的には、処理された表面上の液体の接触角は大幅に低減される。
【００２２】
ポリマー物質１０２は外部位置から処理装置１０６内に充填または移されるので、ポリマー物質１０２自体は、処理装置１０６の内部に導入されるＨ2Ｏの供給源である。したがって、ポリマー物質１０２は、処理装置１０６に入る前に物質乾燥システム１０８を通過されてもよい。ポリマー物質乾燥システム１０８の例には、赤外線加熱ランプ、乾燥空気または乾燥窒素環境を有する付属チャンバ、または熱風炉などがある。この物質乾燥システム１０８は、処理装置１０６内に存在するＨ2Ｏのレベルを制御する代替のまたは付加的な方法として所望の場合にポリマー物質１０２に適用されてもよい。
【００２３】
処理装置１０６は、酸素センサー１１２とＨ2Ｏセンサー１１４との両方によってこの例においてモニタされる。たいていのポリマー処理プロセスにおいて、両方の物質をモニタすることと、処理装置１０６内の各々のレベルを制御することもまた、望ましいことが見出されている。酸素センサー１１２の例は、マサチューセッツ州、ノーウッドのサーヴォメックス（Ｓｅｒｖｏｍｅｘ，Ｎｏｒｗｏｏｄ，ＭＡ）製のモデル４１００ガス純度分析器である。Ｈ2Ｏセンサー１１４の例は、コネチカット州、ウェザーフィールドのカーン・インストルメンツ（Ｋａｈｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｗｅｔｈｅｒｓｆｉｅｌｄ，ＣＴ）のサーメットＩＩ（Ｃｅｒｍｅｔ ＩＩ）湿度計である。これらの分析器は、体積による百万分率（「ｐｐｍ」）の出力を提供する。
【００２４】
酸素センサー１１２およびＨ2Ｏセンサー１１４の出力は、制御装置１１６に中継されてもよい。制御装置１１６は、プログラム可能型論理デバイスなどの自動化電子制御装置あるいは人間のオペレーターなど、様々な形で例示することができる。制御装置１１６は、酸素およびＨ2Ｏレベルを分析して低減が必要であるかどうか決定する。例えば、与えられた処理プロセスが、Ｈ2Ｏのレベルが特定の範囲内にあるかまたは特定のレベルより低く維持されることを必要とする場合がある。Ｈ2Ｏのレベルが範囲の上限に近づいているかまたは特定のレベルを超えようとしているとき、制御装置１１６は、Ｈ2Ｏレベルの低減を行うことができる。
【００２５】
Ｈ2Ｏレベルの低減を行う例には、供給源１０４の弁をさらに開けることによって窒素ガス流量を増加させること、窒素乾燥システム１１０を設置またはさらに作動させることによって窒素ガス乾燥の量を増加させること、および／または物質乾燥システム１０８を設置またはさらに作動させることによって行われたポリマー物質乾燥の量を増加させることなどがあるがそれらに限定されない。おそらくより関わりが深いが、処理装置１０６への大気漏れの低減は、Ｈ2Ｏレベルの低減の別の例である。
【００２６】
処理装置１０６から出力される処理されたポリマー物質１１８を検査システム１２０によって分析することができ、Ｈ2Ｏレベルの作用を考慮することができる。検査システム１２０は、酸素および炭素などの他の元素に対して窒素の存在を決定するためのＸ線光電子分光法（すなわち、ＸＰＳまたはＥＣＳＡ）などの様々な試験を含んでもよい。検査システム１２０は、処理された物質１１８を水または別の液体で洗浄する前および後の両方に行われた前進および／または後退接触角についての水または別の液体の接触角の測定など、さらに別の試験も含んでよい。
【００２７】
次に、検査システム１２０からの試験の結果を制御装置１１６にフィードバックしてもよく、そこで、処理されたポリマー物質１１８が望ましい表面特性を有するかどうかに基づいてＨ2Ｏおよび／または酸素のレベルを制御する処置をとることができる。例えば、分光分析法によって測定されたときの添加された窒素対添加された酸素の比が望ましいよりも小さい場合、それは、湿潤性および接着力が良好でない可能性が高いことを示すが、Ｈ2Ｏのレベルが上述の様々な方法の１つまたは複数によって低減されてもよい。別の例として、前進または後退接触角が大きすぎる場合、それは、湿潤性および接着力が不十分であることを直接に示すが、Ｈ2Ｏのレベルが低減されてもよい。さらに、未洗浄の前進接触角（すなわち、物質が洗浄される前に測定された前進接触角）と洗浄後の前進接触角（すなわち、物質が洗浄された後に測定された前進接触角）との間の差が大きすぎる場合、それは、表面が水などの液体への暴露に過度に敏感性であることを示すが、Ｈ2Ｏのレベルが低減されてもよい。
【００２８】
ポリマー物質の処理時のＨ2Ｏの様々なレベルの作用が検討され、これらの作用は、以下に記載された表１に提供されるように挙げられている。ポリプロピレンフィルムが、処理される当該ポリマー物質として選択された。特に、幅３０ｃｍ、厚さ０．０５ｍｍのポリプロピレンフィルムが、３６０，０００の重量平均分子量および１６３℃のピーク融点を有するホモポリマー樹脂を用いて熱押出および後続の配向によって製造された。次に、フィルムに大気圧窒素誘電体−放電を印加した。
【００２９】
大気圧窒素誘電体−放電による処理の間、ポリプロピレンフィルムは、ウィスコンシン州、ユニオングローブのアメリカンローラー（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｒｏｌｌｅｒ，Ｕｎｉｏｎ Ｇｒｏｖｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）によって製造されたＣＬ５００セラミック誘電体の厚さ２ｍｍの層でコーティングされた直径２５ｃｍ、面幅５０ｃｍの鋼接地ロールと接触保持された。この「被覆ロール」電極配置において、印加された電極は、１．５ｍｍの電極間隙によって接地ロールから隔てられた２つの２００ｃｍ2、３３ｃｍ面幅ステンレス鋼シューから成った。規準化放電エネルギーは１．７Ｊ／ｃｍ2に固定されたが、それは９４０Ｗの放電パワーおよび１０ｍ／分のフィルム速度に相当した。
【００３０】
処理装置筐体を、極低温によって誘導された窒素ガスの約１５００リットル／分で連続的にフラッシし、処理装置内の分子状酸素の濃度を１０ｐｐｍ未満に維持した。処理装置内に存在する酸素の微量は、主に、処理装置筐体内への大気漏れの結果であった。処理装置内のＨ2Ｏの濃度は、液体の水の制御量を処理装置筐体内に入れることによって変化された。Ｈ2Ｏは２０ｐｐｍから４０００ｐｐｍ超まで変化され、非常に広い範囲にわたって作用の決定を可能にした。
【００３１】
処理されたポリプロピレンフィルムの試料は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳまたはＥＣＳＡ）によって分析された。ＥＣＳＡスペクトルは、９０度の表面に対する電子放出極角においてモノクロＡｌ Ｋα光子供給源を用いてクラトス・アクシス・ウルトラ（Ｋｒａｔｏｓ Ａｘｉｓ Ｕｌｔｒａ）スペクトロメータで得られた。スペクトルは、炭化水素について観察された２８４．６ｅＶ炭素１ｓレベルに対して参照された。未処理のポリプロピレン上に酸素は検出されず、いずれの処理されたポリプロピレン上にも窒素、炭素、および酸素以外の元素は検出されなかった。添加された酸素対添加された炭素、添加された窒素対添加された炭素、および添加された窒素対添加された酸素などの原子比を高解像度ＥＳＣＡスペクトルから決定した。
【００３２】
また、処理されたポリプロピレンの試料を水接触角の測定のために分析した。脱イオン濾過水の空気中での前進および後退接触角の測定をサーモ・カーン（Ｔｈｅｒｍｏ Ｃａｈｎ）ＤＣＡ−３２２動的接触角計測器でウィルヘルミー（Ｗｉｌｈｅｌｍｙ）プレート法を用いて実施した。接触角を測定するためのウィルヘルミープレート法の詳細は公知であり、Ｃ・Ｍ・チャン（Ｃ−Ｍ Ｃｈａｎ）著の「Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ」（１９９４年）またはＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｄｈｅｓｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、第１７巻、第５号、６４３〜６５３ページ（２００３年）などの様々な文献に見出される。サーモ・カーン（Ｔｈｅｒｍｏ Ｃａｈｎ）計測器を用いて制御された方法で、処理されたフィルムを脱イオン濾過水で洗浄した。水以外の液体が接触角の測定のためにおよびポリマー物質の洗浄のために用いられてもよいことは理解されよう。しかしながら、以下の表１に示されたデータは、接触角の測定およびポリマー物質の洗浄の両方について水の使用に基づいている。
【００３３】
ウィルヘルミープレート法によって水接触角を測定する間、表面の洗浄は、ポリプロピレンフィルムを水槽に圧入し、フィルムを２分間そこに保持し、次いでフィルムを取り出すサイクルによって行われた。洗浄の約１分後、前進および後退水接触角の第２の測定が実施され、洗浄後の測定を行った。後退水接触角は常に、前進水接触角の測定の間に浸漬のために、洗浄された表面で測定されたので、洗浄後の後退水接触角と未洗浄の後退水接触角との間の差はない。
【００３４】
初期または未洗浄の前進接触角の測定（第１のウィルヘルミーサイクル）と洗浄後の前進接触角の測定（第２のウィルヘルミーサイクル）との間の差は、物質の処理された表面の、水への暴露に対する敏感性を定量化する。未洗浄の前進接触角と洗浄後の前進接触角との間にほとんどまたは全く差を示さない試料は、水への暴露に敏感性でないと考えられる。
【００３５】
以下の表１は、処理装置内のＨ2Ｏレベルを変えることの作用を示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
これらの測定について、比の標準偏差は０．０１〜０．０２である。水接触角の測定の標準偏差は２〜３度である。水レベルの標準偏差は１０％である。特定の値の前後の比への一切の言及または別の特定の値の前後の水接触角の差への一切の言及は、相応する標準偏差のプラスマイナスを伴って少なくとも表示された値を包含するように意図される。
【００３８】
このデータは、Ｈ2Ｏレベルが約２００ｐｐｍを上回るとき、窒素対炭素および窒素対酸素の比が減少することを示す。さらに、Ｈ2Ｏレベルがこの量を上回るとき、未洗浄の前進水接触角と洗浄後の前進水接触角の測定の間の差は、後退水接触角が増加する間、増加する。このため、放電においてのＨ2Ｏのレベルの増加は、ポリマー表面への有効な窒素の付着を減少させ、水への暴露に対してより敏感性にし、一般により好ましくない湿潤性をもたらす。
【００３９】
特に、２００ｐｐｍ以下のＨ2Ｏレベルについては、得られたフィルムは、５度未満の未洗浄の水接触角と洗浄後の水接触角の測定の間の差を有したまま、少なくとも１．５の添加された窒素対添加された酸素の比を有する、優れた特性を有した。さらに、Ｈ2Ｏのレベルが１００ｐｐｍに低減されたとき、後退水接触角がゼロに低下した。Ｈ2Ｏのレベルが５５ｐｐｍに維持されたとき、得られたフィルムは、未洗浄の水接触角と洗浄後の水接触角との差がないままで、２の添加された窒素対添加された酸素の比を有する、優れた特性を有した。
【００４０】
これらの結果に基づいて、図１の制御装置１１６によって論理を適用して処理されたポリマー表面のための所望の結果を達成することができる。特に、制御装置１１６は、２００ｐｐｍ以下など、予め定められたレベルにおいて処理装置１０６内のＨ2Ｏレベルを維持することによって多くの目的のために望ましい結果を達成することができる。特定の目的のためにより良い場合がある結果は、５０ｐｐｍ以下に処理装置内のＨ2Ｏレベルを維持することによって得られる場合がある。さらに、制御装置１１６は、特定の範囲にわたってＨ2Ｏレベルを制御および変化させて、その全体にわたってポリマー物質の特性の変化などの他の結果を達成することができる。さらに、制御装置１１６は、得られた物質が実際に所望の結果を達成しているかどうか、例えば添加された窒素対添加された酸素の比が少なくとも１．５など、十分に大きいかどうか、または洗浄後の接触角と未洗浄の接触角との間の差が、水接触角について５度以下など、十分に小さいかどうかの測定に基づいて、Ｈ2Ｏレベルを調節することができる。
【００４１】
本発明はその様々な実施形態を参照して特に示され、説明されたが、形態および詳細において様々な他の変更を本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく実施できることは当業者には理解されよう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が、
約１．５以上の、添加された窒素対添加された酸素の比と、
洗浄後の前進水接触角と約５度以下異なる未洗浄の前進水接触角とを有する、大気圧窒素誘電体−バリア放電によって処理された表面を含むポリマー物質。
【請求項２】
前記表面が約０度の後退水接触角をさらに有する、請求項１に記載のポリマー物質。
【請求項３】
ポリプロピレンをさらに含む、請求項１に記載のポリマー物質。
【請求項４】
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電が、予め定められた量よりも低く維持されたＨ2Ｏレベルを含有する、請求項１に記載のポリマー物質。
【請求項５】
大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを測定および制御する工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加する工程とを含む、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法。
【請求項６】
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を印加する工程が、前記表面に約１．５以上の、添加された窒素対添加された酸素の比をもたせる工程を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ポリマー物質がポリプロピレンフィルムである、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
Ｈ2Ｏの前記レベルを測定および制御する工程が、Ｈ2Ｏレベルが予め定められた量を超えるかどうか測定する工程と、前記Ｈ2Ｏレベルが前記予め定められた量を超えるとき、Ｈ2Ｏレベルの低減を実施する工程とをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記予め定められた量が２００ｐｐｍ以下である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｈ2Ｏレベルの低減を実施する工程が、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電への窒素パージガス流を増加させる工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記Ｈ2Ｏレベルの低減を実施する工程が、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に供給されている窒素パージガスに行われた乾燥の量を増加させる工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記Ｈ2Ｏレベルの低減を実施する工程が、処理前に前記ポリマー物質に行われている乾燥の量を増加させる工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを測定および制御する工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加する工程とから得られた処理された表面、を含むポリマー物質。
【請求項１４】
前記処理された表面が、約１．５以上の、添加された窒素対添加された酸素の比および洗浄後の前進水接触角と約５度以下異なる未洗浄の前進水接触角を有する、請求項１３に記載のポリマー物質。
【請求項１５】
前記表面が約０度の後退水接触角をさらに有する、請求項１３に記載のポリマー物質。
【請求項１６】
ポリプロピレンをさらに含む、請求項１３に記載のポリマー物質。
【請求項１７】
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電が、２００ｐｐｍよりも低く維持されたＨ2Ｏレベルを有する、請求項１３に記載のポリマー物質。
【請求項１８】
大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを予め定められた量よりも少なく維持する工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加する工程とを含む、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法。
【請求項１９】
前記予め定められた量が２００ｐｐｍ以下である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記予め定められた量が５０ｐｐｍ以下である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を印加する工程が、前記表面に約１．５以上の、添加された窒素対添加された酸素の比をもたせる工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記ポリマー物質がポリプロピレンフィルムである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
Ｈ2Ｏの前記レベルを前記予め定められた量よりも低く維持する工程が、Ｈ2Ｏレベルが前記予め定められた量を超えるとき、Ｈ2Ｏレベルの低減を実施する工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを予め定められた量よりも少なく維持する工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加する工程とから得られた処理された表面、を含むポリマー物質。
【請求項２５】
前記処理された表面が、１．５以上の、添加された窒素対添加された酸素の比および洗浄後の前進水接触角と約５度以下異なる未洗浄の前進水接触角を有する、請求項２４に記載のポリマー物質。
【請求項２６】
前記表面が約０度の後退水接触角をさらに有する、請求項２４に記載のポリマー物質。
【請求項２７】
ポリプロピレンをさらに含む、請求項２４に記載のポリマー物質。
【請求項２８】
前記予め定められた量が２００ｐｐｍ以下である、請求項２４に記載のポリマー物質。
【請求項２９】
大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加して、処理された表面を形成する工程と、
前記処理された表面の未洗浄の前進接触角と洗浄後の前進接触角との間の差を決定する工程と、
前記差が予め定められた差より大きいとき、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを減少させ、次いで、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を後続のポリマー物質の表面に印加する工程とを含む、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法。
【請求項３０】
前記未洗浄の前進接触角が未洗浄の前進水接触角であり、前記洗浄後の前進接触角が洗浄後の前進水接触角であり、前記予め定められた差が約５度以下である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記処理された表面の後退水接触角が０より大きいかどうか決定する工程と、前記後退水接触角が約０より大きいとき、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏの前記レベルを減少させる工程とをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を前記ポリマー物質の前記表面に印加するときにＨ2Ｏレベルを予め定められた量よりも低く維持して、前記処理された表面を形成する工程をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加して、処理された表面を形成する工程と、
前記処理された表面の添加された窒素対添加された酸素の比を決定する工程と、
前記比が予め定められた比より小さいとき、大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを減少させ、次いで、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を後続のポリマー物質の表面に印加する工程とを含む、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法。
【請求項３４】
前記予め定められた比が約１．５である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を前記ポリマー物質の前記表面に印加するときにＨ2Ｏレベルを予め定められた量よりも低く維持して、前記処理された表面を形成する工程をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
窒素ガス入力部と、
前記窒素ガス入力部に接続された内部を有する処理装置筐体であって、前記内部が、大気圧窒素誘電体−バリア放電を含有し、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電と接触しているポリマー物質を含有する、前記窒素ガス入力部を通って窒素ガスの連続した流れを受容する処理装置筐体と、
前記処理装置筐体の前記内部のＨ2Ｏレベルを測定するために配置されたＨ2Ｏセンサーと、を含む、大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質に印加するためのシステム。
【請求項３７】
前記Ｈ2Ｏセンサーによって決定されたときの前記処理装置筐体内のＨ2Ｏの前記レベルを制御するための手段をさらに含む、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
Ｈ2Ｏの前記レベルを制御するための前記手段が窒素ガス供給源と処理装置との間の弁を含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
Ｈ2Ｏの前記レベルを制御するための前記手段が窒素ガス乾燥システムを含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
前記窒素ガス乾燥システムが活性化炭素トラップを含む、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記窒素ガス乾燥システムが脱水システムを含む、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４２】
前記窒素ガス乾燥システムが分子篩を含む、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４３】
Ｈ2Ｏの前記レベルを制御するための前記手段がポリマー物質乾燥システムを含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４４】
前記ポリマー物質乾燥システムが赤外ランプを含む、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記ポリマー物質乾燥システムが、乾燥環境を含有する付属チャンバを含む、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４６】
前記ポリマー物質乾燥システムが熱風炉を含む、請求項４３に記載のシステム。
【請求項１】
表面が、
約１．５以上の、添加された窒素対添加された酸素の比と、
洗浄後の前進水接触角と約５度以下異なる未洗浄の前進水接触角とを有する、大気圧窒素誘電体−バリア放電によって処理された表面を含むポリマー物質。
【請求項２】
前記表面が約０度の後退水接触角をさらに有する、請求項１に記載のポリマー物質。
【請求項３】
ポリプロピレンをさらに含む、請求項１に記載のポリマー物質。
【請求項４】
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電が、予め定められた量よりも低く維持されたＨ2Ｏレベルを含有する、請求項１に記載のポリマー物質。
【請求項５】
大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを測定および制御する工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加する工程とを含む、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法。
【請求項６】
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を印加する工程が、前記表面に約１．５以上の、添加された窒素対添加された酸素の比をもたせる工程を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記ポリマー物質がポリプロピレンフィルムである、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
Ｈ2Ｏの前記レベルを測定および制御する工程が、Ｈ2Ｏレベルが予め定められた量を超えるかどうか測定する工程と、前記Ｈ2Ｏレベルが前記予め定められた量を超えるとき、Ｈ2Ｏレベルの低減を実施する工程とをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記予め定められた量が２００ｐｐｍ以下である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｈ2Ｏレベルの低減を実施する工程が、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電への窒素パージガス流を増加させる工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記Ｈ2Ｏレベルの低減を実施する工程が、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に供給されている窒素パージガスに行われた乾燥の量を増加させる工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記Ｈ2Ｏレベルの低減を実施する工程が、処理前に前記ポリマー物質に行われている乾燥の量を増加させる工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを測定および制御する工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加する工程とから得られた処理された表面、を含むポリマー物質。
【請求項１４】
前記処理された表面が、約１．５以上の、添加された窒素対添加された酸素の比および洗浄後の前進水接触角と約５度以下異なる未洗浄の前進水接触角を有する、請求項１３に記載のポリマー物質。
【請求項１５】
前記表面が約０度の後退水接触角をさらに有する、請求項１３に記載のポリマー物質。
【請求項１６】
ポリプロピレンをさらに含む、請求項１３に記載のポリマー物質。
【請求項１７】
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電が、２００ｐｐｍよりも低く維持されたＨ2Ｏレベルを有する、請求項１３に記載のポリマー物質。
【請求項１８】
大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを予め定められた量よりも少なく維持する工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加する工程とを含む、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法。
【請求項１９】
前記予め定められた量が２００ｐｐｍ以下である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記予め定められた量が５０ｐｐｍ以下である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を印加する工程が、前記表面に約１．５以上の、添加された窒素対添加された酸素の比をもたせる工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記ポリマー物質がポリプロピレンフィルムである、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
Ｈ2Ｏの前記レベルを前記予め定められた量よりも低く維持する工程が、Ｈ2Ｏレベルが前記予め定められた量を超えるとき、Ｈ2Ｏレベルの低減を実施する工程を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを予め定められた量よりも少なく維持する工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加する工程とから得られた処理された表面、を含むポリマー物質。
【請求項２５】
前記処理された表面が、１．５以上の、添加された窒素対添加された酸素の比および洗浄後の前進水接触角と約５度以下異なる未洗浄の前進水接触角を有する、請求項２４に記載のポリマー物質。
【請求項２６】
前記表面が約０度の後退水接触角をさらに有する、請求項２４に記載のポリマー物質。
【請求項２７】
ポリプロピレンをさらに含む、請求項２４に記載のポリマー物質。
【請求項２８】
前記予め定められた量が２００ｐｐｍ以下である、請求項２４に記載のポリマー物質。
【請求項２９】
大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加して、処理された表面を形成する工程と、
前記処理された表面の未洗浄の前進接触角と洗浄後の前進接触角との間の差を決定する工程と、
前記差が予め定められた差より大きいとき、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを減少させ、次いで、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を後続のポリマー物質の表面に印加する工程とを含む、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法。
【請求項３０】
前記未洗浄の前進接触角が未洗浄の前進水接触角であり、前記洗浄後の前進接触角が洗浄後の前進水接触角であり、前記予め定められた差が約５度以下である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記処理された表面の後退水接触角が０より大きいかどうか決定する工程と、前記後退水接触角が約０より大きいとき、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏの前記レベルを減少させる工程とをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を前記ポリマー物質の前記表面に印加するときにＨ2Ｏレベルを予め定められた量よりも低く維持して、前記処理された表面を形成する工程をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
大気圧窒素誘電体−バリア放電を発生させる工程と、
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質の表面に印加して、処理された表面を形成する工程と、
前記処理された表面の添加された窒素対添加された酸素の比を決定する工程と、
前記比が予め定められた比より小さいとき、大気圧窒素誘電体−バリア放電に存在するＨ2Ｏのレベルを減少させ、次いで、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を後続のポリマー物質の表面に印加する工程とを含む、ポリマー物質の表面を大気圧窒素誘電体−バリア放電で処理する方法。
【請求項３４】
前記予め定められた比が約１．５である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記大気圧窒素誘電体−バリア放電を前記ポリマー物質の前記表面に印加するときにＨ2Ｏレベルを予め定められた量よりも低く維持して、前記処理された表面を形成する工程をさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
窒素ガス入力部と、
前記窒素ガス入力部に接続された内部を有する処理装置筐体であって、前記内部が、大気圧窒素誘電体−バリア放電を含有し、前記大気圧窒素誘電体−バリア放電と接触しているポリマー物質を含有する、前記窒素ガス入力部を通って窒素ガスの連続した流れを受容する処理装置筐体と、
前記処理装置筐体の前記内部のＨ2Ｏレベルを測定するために配置されたＨ2Ｏセンサーと、を含む、大気圧窒素誘電体−バリア放電をポリマー物質に印加するためのシステム。
【請求項３７】
前記Ｈ2Ｏセンサーによって決定されたときの前記処理装置筐体内のＨ2Ｏの前記レベルを制御するための手段をさらに含む、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
Ｈ2Ｏの前記レベルを制御するための前記手段が窒素ガス供給源と処理装置との間の弁を含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】
Ｈ2Ｏの前記レベルを制御するための前記手段が窒素ガス乾燥システムを含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４０】
前記窒素ガス乾燥システムが活性化炭素トラップを含む、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記窒素ガス乾燥システムが脱水システムを含む、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４２】
前記窒素ガス乾燥システムが分子篩を含む、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４３】
Ｈ2Ｏの前記レベルを制御するための前記手段がポリマー物質乾燥システムを含む、請求項３７に記載のシステム。
【請求項４４】
前記ポリマー物質乾燥システムが赤外ランプを含む、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記ポリマー物質乾燥システムが、乾燥環境を含有する付属チャンバを含む、請求項４３に記載のシステム。
【請求項４６】
前記ポリマー物質乾燥システムが熱風炉を含む、請求項４３に記載のシステム。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−５２１２０（Ｐ２０１２−５２１２０Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２２２１２８（Ｐ２０１１−２２２１２８）
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【分割の表示】特願２００７−５２０４２０（Ｐ２００７−５２０４２０）の分割
【原出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２２１２８（Ｐ２０１１−２２２１２８）
【出願日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【分割の表示】特願２００７−５２０４２０（Ｐ２００７−５２０４２０）の分割
【原出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（５０５００５０４９）スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Ｆターム（参考）】
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