表面改質フィルムの製造方法
【課題】
短時間でフィルムとコーティング膜の密着性を高め、かつ装置のコンパクト化、省エネルギー化、操作の簡素化及び作業安全性の確保が可能な表面改質フィルムの製造方法を提供することにある。
【解決手段】
紫外線の波長が１２０〜２６０ｎｍの範囲内にメインピークを有する紫外線を照射し被処理フィルム表面に作用させることを特徴とし、特に、１７２ｎｍであるときにメインピークを持つ紫外線を発光するエキシマランプ、あるいは、１８５ｎｍ及び２５４ｎｍであるときにメインピークを持つ紫外線を発光する低圧水銀ランプを用いることを特徴とする表面改質フィルムの製造方法である。
短時間でフィルムとコーティング膜の密着性を高め、かつ装置のコンパクト化、省エネルギー化、操作の簡素化及び作業安全性の確保が可能な表面改質フィルムの製造方法を提供することにある。
【解決手段】
紫外線の波長が１２０〜２６０ｎｍの範囲内にメインピークを有する紫外線を照射し被処理フィルム表面に作用させることを特徴とし、特に、１７２ｎｍであるときにメインピークを持つ紫外線を発光するエキシマランプ、あるいは、１８５ｎｍ及び２５４ｎｍであるときにメインピークを持つ紫外線を発光する低圧水銀ランプを用いることを特徴とする表面改質フィルムの製造方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックの接着などが容易に行うことが出来るようにするための、表面改質フィルムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルム表面の活性化を行う表面改質方法として、特許文献１に述べられているように、アルカリ、酸、界面活性剤等の溶液および各種溶剤に浸漬する方法が用いられてきた。
【０００３】
たとえば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等に用いられる偏光板は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を両側からトリアセチルセルロースフィルムで挟みこむ構造となっているが、ＰＶＡに対して難接着であるトリアセチルセルロースフィルムの接着性を向上させるために、アルカリ溶液での鹸化処理を行っている。
【０００４】
以下に先行技術文献を示す。
【特許文献１】特開２００５−８８５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
まず、フィルムをアルカリ、酸、界面活性剤等の溶液および各種溶剤に浸漬する手法は、各々の浸漬時間が長く、枚葉処理には不向きなため、バッチ処理が一般的である。よって、透明プラスチック部材およびその固定部材の両方を浸漬できうる大型の浸漬槽が、乾燥工程を含め１０〜１５槽必要なため、必然的に装置は大型化し、コンパクト性が失われる。同時に、乾燥に関わる熱量やクリーン度を管理する多くの電力エネルギーも必要とする。また、揮発成分の補充等、繁雑な日常の液管理と、液の取り扱いに関する作業安全性の確保も必要となる。
【０００６】
また、極性樹脂組成物に対して難接着であるフィルム、例えばトリアセチルセルロースでは、アルカリ溶液で鹸化処理している。そのため、廃液の問題や、膨潤等により材料に光学的な欠陥が生じるという問題があり、ドライ化が求められていた。
【０００７】
ドライ化として、プラズマ照射による表面改質方法が行われているが、プラズマ照射による方法では改質効果の持続が短いなどの欠陥があり、十分な処理ができていなかった。
【０００８】
そこで本発明は、このような問題点を解決するもので、その目的とするところは、短時間でフィルムとコーティング膜の密着性を高め、かつ装置のコンパクト化、省エネルギー化、操作のシンプル化、および作業安全性の確保が可能な表面改質フィルムの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、被処理フィルム表面に波長１２０〜２６０ｎｍの範囲内にメインピークを有する紫外線を照射することを特徴とする表面改質フィルムの製造方法である。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記紫外線が、波長１７２ｎｍにメインピークを有しかつエキシマランプを用いて発生されること、または、波長１８５ｎｍおよび２５４ｎｍにメインピークを有しかつ低圧水銀ランプを用いて発生されることを特徴とする請求項１に記載の表面改質フィルムの製造方法である。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記紫外線により発生した活性酸素に曝されたフィルム表面の水に対する接触角が２５度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面改質フィルムの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
フィルム表面にエキシマ紫外線または低圧紫外線を照射処理することにより、均一な改質が可能であり、親水性基の導入によって、濡れ性が向上する。また、フィルム表面の改質効果が長く持続する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明においては、フィルム表面の少なくとも片面に、エキシマ紫外線または低圧紫外線を照射する。
このようなエキシマ紫外線または低圧紫外線を照射する方法には、バッチ式のほか、搬送系装置を用いる方法がある。
【００１４】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【００１５】
本発明は、紫外線、特にエキシマランプおよび低圧水銀ランプより放射される紫外線を照射することで、フィルム表面が改質されることを知見した。
【００１６】
キセノンガスが封入されたエキシマランプは、１７２ｎｍ付近にメインピークを持つ紫外線を放射する。１７５ｎｍより短波長の紫外線は、直接大気中の酸素に吸収され、活性酸素を生成する。
【００１７】
また、低圧水銀ランプは、主に１８５ｎｍ付近と２５４ｎｍ付近にメインピークを持つ紫外線を放射する。１８５ｎｍ付近の短波長紫外線は、大気中の酸素Ｏ２に吸収されてオゾンＯ３を発生する。さらに、このオゾンに２５４ｎｍ付近の紫外線が吸収されると、活性酸素Ｏが生成する。
【００１８】
活性酸素の酸化作用は、透明プラスチック部材表面の有機物をＨ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ２等の物質に分解して短時間で除去し、清浄化することが可能である。
【００１９】
また、光の持つ化学的エネルギーは、その光の波長が短いほど強いことは知られている。これら短波長領域の紫外線は、大抵の有機物の結合を切断しうるエネルギーを有している。よって、フィルムに直接作用することで、結合の切断、フリーラジカルの生成を経て上記活性酸素と反応し、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基等の親水性基を持った表面が形成され、表面が活性化される。ここで短波長とは、２６０ｎｍ以下の波長を言っている。
【００２０】
短波長領域の紫外線を短時間照射するだけで、フィルム表面の清浄化・活性化が可能なこの方法は、処理時間が非常に短く、処理による汚れの発生がなく、特別な洗浄工程も必要としないため、装置は非常にシンプルかつコンパクトであり、枚葉処理・インライン化に適した処理方法である。また、他の表面改質の方法に比べて電力エネルギーの使用量が少なく、有機溶剤や水も必要としないため、環境にやさしい処理方法であり、製造コストも削減できる。特に、エキシマ紫外線は１７２ｎｍ付近にのみメインピークを持つ単一波長であるため極めて効率がよい。
【００２１】
コーティング膜とフィルム表面が、不均一層に阻害されず十分に密着、結合できるため、密着性を高めることが可能となる。さらに、フィルム表面全体に対しても、均一な改質が可能であり、親水性基の導入によって濡れ性も向上する。
【００２２】
本発明におけるフィルムとしては、セルロース系高分子フィルム、ポリカーボネート系高分子フィルム、ポリエステル系高分子フィルム、アクリルエステル系高分子フィルム、紫外線硬化型のアクリル系樹脂等が挙げられる。特に好ましいフィルムとしては、ポリメチルメタクリレートフィルム、トリアセチルセルロースフィルムなどが挙げられる。
【００２３】
表面開始後に行うコーティングに使用するコーティング材料の種類としては、ＰＶＡ等の水溶系をはじめとする水系コーティング材の他、ゾルゲル法によるコーティング材、紫外線、電子ビーム硬化型のアクリル系、エポキシ系、エン−チオール系等が挙げられる。
【実施例１】
【００２４】
エキシマ紫外線照射装置（岩崎電気社製 ＵＥＥＸ２０４）を用いて、トリアセチルセルロースフィルム（富士写真フィルム製 ＴＤＹ８０ＵＬ）に、照射距離３ｍｍで９０〜１２０秒エキシマ紫外線を照射し、実施例１のサンプルを得た。
【実施例２】
【００２５】
低圧水銀灯紫外線照射装置（岩崎電気社製 ＯＣ−２５０６）を用いて、トリアセチルセルロースフィルム（富士写真フィルム製 ＴＤＹ８０ＵＬ）に、照射距離２５ｍｍで２５ワット×４灯の低圧水銀灯紫外線を４２０〜６００秒照射し、実施例２のサンプルを得た。
【００２６】
＜比較例１＞
リモート型プラズマ照射装置を用いて、トリアセチルセルロースフィルム（富士写真フィルム製 ＴＤＹ８０ＵＬ）に、照射距離２ｍｍで１キロワット２０ＫＨｚのプラズマを２．５〜８．３３秒照射し、比較例１のサンプルを得た。
【００２７】
（評価１：接触角）
実施例、比較例のサンプル及び未処理のフィルムの水との接触角を測定した。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
表１よりプラズマを照射したフィルムに比べ、エキシマ紫外線を照射したフィルムと低圧水銀灯紫外線を照射したフィルムの接触角は小さい。プラズマ照射ではイオンをフィルム表面にぶつけるためフィルム表面に凹凸ができ、濡れ性が減少するためである。
また、エキシマ紫外線を照射したフィルムは、低圧水銀灯紫外線を照射したフィルムに比べ表面改質速度が速い。これは、短波長であるため光の持つ化学的エネルギーが強く、また１７２ｎｍ付近にのみメインピークを持つ単一波長であるため、化学反応に必要な紫外線エネルギーだけを効率よく照射できることによる。
【００３０】
（評価２：密着性）
実施例のサンプル及び未処理のフィルムにＰＶＡをスピンコーティング法で塗布し、その後密着性を測定した。
密着性はフィルムとＰＶＡとの密着性はＪＩＳＫ５４００に準じてクロスカットテープ試験によって評価した。すなわち、ナイフを用い基盤表面に１ｍｍ感覚に切れ目を入れ１ｍｍ２マス目を１００個形成する。次にその上へセロハン粘着テープ（ＪＩＳ Ｚ１５２２に準ずる）を強く押しつけて、すばやく表面から９０°方向へ引っ張り剥離した後、コーティング被膜の残ったマス目をもって密着性評価指標とした。
【００３１】
この密着性試験の結果、実施例１のサンプルは残った個数が１００／１００であり、十分な密着性が得られた。
また、実施例２のサンプルは残った個数が１００／１００であり、十分な密着性が得られた。
また、紫外線による照射を行わない未処理フィルムでは、密着性が全くみられず、塗布が不可能であった。
【００３２】
（評価３：接触角の経時変化）
実施例１、比較例１の処理直後、１週間後、２週間後に水の接触角を測定し、図１の結果を得た。なお実施例１のサンプルは処理時間１２０秒のものを、比較例１のサンプルは処理時間８．３３秒のものを用いた。
【００３３】
実施例１のサンプルの場合、フィルム表面に直接作用することで、結合の切断、フリーラジカルの生成を経て活性酸素と反応し、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基等の親水性基を持った表面が形成され、表面が活性化される。そのため、比較例１のサンプルと比べて改質効果の持続が長い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】表面改質を行ったトリアセチルセルロースフィルムの水に対する接触角と時間との関係を表した図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックの接着などが容易に行うことが出来るようにするための、表面改質フィルムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィルム表面の活性化を行う表面改質方法として、特許文献１に述べられているように、アルカリ、酸、界面活性剤等の溶液および各種溶剤に浸漬する方法が用いられてきた。
【０００３】
たとえば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等に用いられる偏光板は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を両側からトリアセチルセルロースフィルムで挟みこむ構造となっているが、ＰＶＡに対して難接着であるトリアセチルセルロースフィルムの接着性を向上させるために、アルカリ溶液での鹸化処理を行っている。
【０００４】
以下に先行技術文献を示す。
【特許文献１】特開２００５−８８５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
まず、フィルムをアルカリ、酸、界面活性剤等の溶液および各種溶剤に浸漬する手法は、各々の浸漬時間が長く、枚葉処理には不向きなため、バッチ処理が一般的である。よって、透明プラスチック部材およびその固定部材の両方を浸漬できうる大型の浸漬槽が、乾燥工程を含め１０〜１５槽必要なため、必然的に装置は大型化し、コンパクト性が失われる。同時に、乾燥に関わる熱量やクリーン度を管理する多くの電力エネルギーも必要とする。また、揮発成分の補充等、繁雑な日常の液管理と、液の取り扱いに関する作業安全性の確保も必要となる。
【０００６】
また、極性樹脂組成物に対して難接着であるフィルム、例えばトリアセチルセルロースでは、アルカリ溶液で鹸化処理している。そのため、廃液の問題や、膨潤等により材料に光学的な欠陥が生じるという問題があり、ドライ化が求められていた。
【０００７】
ドライ化として、プラズマ照射による表面改質方法が行われているが、プラズマ照射による方法では改質効果の持続が短いなどの欠陥があり、十分な処理ができていなかった。
【０００８】
そこで本発明は、このような問題点を解決するもので、その目的とするところは、短時間でフィルムとコーティング膜の密着性を高め、かつ装置のコンパクト化、省エネルギー化、操作のシンプル化、および作業安全性の確保が可能な表面改質フィルムの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、被処理フィルム表面に波長１２０〜２６０ｎｍの範囲内にメインピークを有する紫外線を照射することを特徴とする表面改質フィルムの製造方法である。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記紫外線が、波長１７２ｎｍにメインピークを有しかつエキシマランプを用いて発生されること、または、波長１８５ｎｍおよび２５４ｎｍにメインピークを有しかつ低圧水銀ランプを用いて発生されることを特徴とする請求項１に記載の表面改質フィルムの製造方法である。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記紫外線により発生した活性酸素に曝されたフィルム表面の水に対する接触角が２５度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面改質フィルムの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
フィルム表面にエキシマ紫外線または低圧紫外線を照射処理することにより、均一な改質が可能であり、親水性基の導入によって、濡れ性が向上する。また、フィルム表面の改質効果が長く持続する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明においては、フィルム表面の少なくとも片面に、エキシマ紫外線または低圧紫外線を照射する。
このようなエキシマ紫外線または低圧紫外線を照射する方法には、バッチ式のほか、搬送系装置を用いる方法がある。
【００１４】
以下、本発明を更に詳細に説明する。
【００１５】
本発明は、紫外線、特にエキシマランプおよび低圧水銀ランプより放射される紫外線を照射することで、フィルム表面が改質されることを知見した。
【００１６】
キセノンガスが封入されたエキシマランプは、１７２ｎｍ付近にメインピークを持つ紫外線を放射する。１７５ｎｍより短波長の紫外線は、直接大気中の酸素に吸収され、活性酸素を生成する。
【００１７】
また、低圧水銀ランプは、主に１８５ｎｍ付近と２５４ｎｍ付近にメインピークを持つ紫外線を放射する。１８５ｎｍ付近の短波長紫外線は、大気中の酸素Ｏ２に吸収されてオゾンＯ３を発生する。さらに、このオゾンに２５４ｎｍ付近の紫外線が吸収されると、活性酸素Ｏが生成する。
【００１８】
活性酸素の酸化作用は、透明プラスチック部材表面の有機物をＨ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ２等の物質に分解して短時間で除去し、清浄化することが可能である。
【００１９】
また、光の持つ化学的エネルギーは、その光の波長が短いほど強いことは知られている。これら短波長領域の紫外線は、大抵の有機物の結合を切断しうるエネルギーを有している。よって、フィルムに直接作用することで、結合の切断、フリーラジカルの生成を経て上記活性酸素と反応し、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基等の親水性基を持った表面が形成され、表面が活性化される。ここで短波長とは、２６０ｎｍ以下の波長を言っている。
【００２０】
短波長領域の紫外線を短時間照射するだけで、フィルム表面の清浄化・活性化が可能なこの方法は、処理時間が非常に短く、処理による汚れの発生がなく、特別な洗浄工程も必要としないため、装置は非常にシンプルかつコンパクトであり、枚葉処理・インライン化に適した処理方法である。また、他の表面改質の方法に比べて電力エネルギーの使用量が少なく、有機溶剤や水も必要としないため、環境にやさしい処理方法であり、製造コストも削減できる。特に、エキシマ紫外線は１７２ｎｍ付近にのみメインピークを持つ単一波長であるため極めて効率がよい。
【００２１】
コーティング膜とフィルム表面が、不均一層に阻害されず十分に密着、結合できるため、密着性を高めることが可能となる。さらに、フィルム表面全体に対しても、均一な改質が可能であり、親水性基の導入によって濡れ性も向上する。
【００２２】
本発明におけるフィルムとしては、セルロース系高分子フィルム、ポリカーボネート系高分子フィルム、ポリエステル系高分子フィルム、アクリルエステル系高分子フィルム、紫外線硬化型のアクリル系樹脂等が挙げられる。特に好ましいフィルムとしては、ポリメチルメタクリレートフィルム、トリアセチルセルロースフィルムなどが挙げられる。
【００２３】
表面開始後に行うコーティングに使用するコーティング材料の種類としては、ＰＶＡ等の水溶系をはじめとする水系コーティング材の他、ゾルゲル法によるコーティング材、紫外線、電子ビーム硬化型のアクリル系、エポキシ系、エン−チオール系等が挙げられる。
【実施例１】
【００２４】
エキシマ紫外線照射装置（岩崎電気社製 ＵＥＥＸ２０４）を用いて、トリアセチルセルロースフィルム（富士写真フィルム製 ＴＤＹ８０ＵＬ）に、照射距離３ｍｍで９０〜１２０秒エキシマ紫外線を照射し、実施例１のサンプルを得た。
【実施例２】
【００２５】
低圧水銀灯紫外線照射装置（岩崎電気社製 ＯＣ−２５０６）を用いて、トリアセチルセルロースフィルム（富士写真フィルム製 ＴＤＹ８０ＵＬ）に、照射距離２５ｍｍで２５ワット×４灯の低圧水銀灯紫外線を４２０〜６００秒照射し、実施例２のサンプルを得た。
【００２６】
＜比較例１＞
リモート型プラズマ照射装置を用いて、トリアセチルセルロースフィルム（富士写真フィルム製 ＴＤＹ８０ＵＬ）に、照射距離２ｍｍで１キロワット２０ＫＨｚのプラズマを２．５〜８．３３秒照射し、比較例１のサンプルを得た。
【００２７】
（評価１：接触角）
実施例、比較例のサンプル及び未処理のフィルムの水との接触角を測定した。結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
【００２９】
表１よりプラズマを照射したフィルムに比べ、エキシマ紫外線を照射したフィルムと低圧水銀灯紫外線を照射したフィルムの接触角は小さい。プラズマ照射ではイオンをフィルム表面にぶつけるためフィルム表面に凹凸ができ、濡れ性が減少するためである。
また、エキシマ紫外線を照射したフィルムは、低圧水銀灯紫外線を照射したフィルムに比べ表面改質速度が速い。これは、短波長であるため光の持つ化学的エネルギーが強く、また１７２ｎｍ付近にのみメインピークを持つ単一波長であるため、化学反応に必要な紫外線エネルギーだけを効率よく照射できることによる。
【００３０】
（評価２：密着性）
実施例のサンプル及び未処理のフィルムにＰＶＡをスピンコーティング法で塗布し、その後密着性を測定した。
密着性はフィルムとＰＶＡとの密着性はＪＩＳＫ５４００に準じてクロスカットテープ試験によって評価した。すなわち、ナイフを用い基盤表面に１ｍｍ感覚に切れ目を入れ１ｍｍ２マス目を１００個形成する。次にその上へセロハン粘着テープ（ＪＩＳ Ｚ１５２２に準ずる）を強く押しつけて、すばやく表面から９０°方向へ引っ張り剥離した後、コーティング被膜の残ったマス目をもって密着性評価指標とした。
【００３１】
この密着性試験の結果、実施例１のサンプルは残った個数が１００／１００であり、十分な密着性が得られた。
また、実施例２のサンプルは残った個数が１００／１００であり、十分な密着性が得られた。
また、紫外線による照射を行わない未処理フィルムでは、密着性が全くみられず、塗布が不可能であった。
【００３２】
（評価３：接触角の経時変化）
実施例１、比較例１の処理直後、１週間後、２週間後に水の接触角を測定し、図１の結果を得た。なお実施例１のサンプルは処理時間１２０秒のものを、比較例１のサンプルは処理時間８．３３秒のものを用いた。
【００３３】
実施例１のサンプルの場合、フィルム表面に直接作用することで、結合の切断、フリーラジカルの生成を経て活性酸素と反応し、ヒドロキシル基、カルボキシル基、カルボニル基等の親水性基を持った表面が形成され、表面が活性化される。そのため、比較例１のサンプルと比べて改質効果の持続が長い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】表面改質を行ったトリアセチルセルロースフィルムの水に対する接触角と時間との関係を表した図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理フィルム表面に波長１２０〜２６０ｎｍの範囲内にメインピークを有する紫外線を照射することを特徴とする表面改質フィルムの製造方法。
【請求項２】
前記紫外線が、波長１７２ｎｍにメインピークを有しかつエキシマランプを用いて発生されること、または、波長１８５ｎｍおよび２５４ｎｍにメインピークを有しかつ低圧水銀ランプを用いて発生されることを特徴とする請求項１に記載の表面改質フィルムの製造方法。
【請求項３】
前記紫外線により発生した活性酸素に曝されたフィルム表面の水に対する接触角が２５度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面改質フィルムの製造方法。
【請求項１】
被処理フィルム表面に波長１２０〜２６０ｎｍの範囲内にメインピークを有する紫外線を照射することを特徴とする表面改質フィルムの製造方法。
【請求項２】
前記紫外線が、波長１７２ｎｍにメインピークを有しかつエキシマランプを用いて発生されること、または、波長１８５ｎｍおよび２５４ｎｍにメインピークを有しかつ低圧水銀ランプを用いて発生されることを特徴とする請求項１に記載の表面改質フィルムの製造方法。
【請求項３】
前記紫外線により発生した活性酸素に曝されたフィルム表面の水に対する接触角が２５度以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面改質フィルムの製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００７−１８２５０３（Ｐ２００７−１８２５０３Ａ）
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６５５（Ｐ２００６−１６５５）
【出願日】平成１８年１月６日（２００６．１．６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月１９日（２００７．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月６日（２００６．１．６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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