(57)【要約】【課題】離型性および防汚性を発揮するシラン剤層を少ない工数で形成し、長期の使用を経ても急激な性能の低下を抑制し、積層の際にクラックを生じにくい金型および金型の製造方法を提供する。【解決手段】成形用の金型と、前記金型の表面に形成された二酸化ケイ素層とを有し、前記二酸化ケイ素層は、アルキル基およびパーフルオロポリエーテル基で置換されている金型。また、成形用の金型の表面に、パーフルオロポリエーテルシランと、テトラアルコキシシランと、テトラアルコキシシランのアルコキシ基のうち少なくとも１つがアルキル基で置換された少なくとも１種のアルコキシアルキルシランとを含有するシラン化合物溶剤を塗布し、金型の表面に、アルキル基およびパーフルオロポリエーテル基を有する二酸化ケイ素層を形成する金型の製造方法。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形用の金型と、
前記金型の表面に形成された二酸化ケイ素層とを有し、
前記二酸化ケイ素層は、アルキル基およびパーフルオロポリエーテル基で置換されていることを特徴とする金型。
【請求項２】
前記金型表面は、金属メッキされていることを特徴とする請求項１に記載の金型。
【請求項３】
成形用の金型の表面に、パーフルオロポリエーテルシランと、テトラアルコキシシランと、前記テトラアルコキシシランのアルコキシ基のうち少なくとも１つがアルキル基で置換された少なくとも１種のアルコキシアルキルシランとを含有するシラン化合物溶剤を塗布し、
前記金型の表面に、アルキル基およびパーフルオロポリエーテル基を有する二酸化ケイ素層を形成することを特徴とする金型の製造方法。
【請求項４】
前記シラン化合物溶剤を塗布するに先立って、前記金型の表面を金属メッキすることを特徴とする請求項３に記載の金型の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂等の型を成形するための金型に係り、特に、耐久性の高い金型の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂等を成形するための金型には、金型上に成形された樹脂等の被成形物の金型からの離型性や、金型表面の防汚性の向上が要求されている。そのような目的のために、例えばシラン系の単分子撥水撥油コートを離型剤として使用することが知られている。
【０００３】
このコートにより金型表面に形成された単分子膜は、高い撥水角のため、離型性、防汚性を向上させ、ひいては、被成形物の物理的な繰り返し接触に対する耐久性を向上させることが知られている。
【０００４】
しかしながら、繰り返しの使用に伴って、離型剤が金型から剥がれる耐久性の問題があった。金型と離型剤層との密着性を向上させる技術として、Ｎｉ、Ｔａ、Ｗ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＤＬＣ、セラミックス、樹脂のうちの１つの材料により形成された金型の表面に二酸化ケイ素の膜を形成する成膜工程と、前記二酸化ケイ素の膜の表面にシランカップリング剤を塗布する離型剤形成工程とを含む樹脂成形用金型の製造方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５３０９５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示す金型の製造方法では、金型表面にまず二酸化ケイ素層を形成し、続いてシランカップリング剤層を形成するといった、工数が多いという問題があった。また、二酸化ケイ素層は無機化合物であるので、硬化の際に収縮が生じ、積層厚さによってはクラックが生じやすいという問題があった。さらに、長期の使用を経てシランカップリング剤が分解・脱落すると、二酸化ケイ素層が露出し、離型性および防汚性が急激に低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、離型性および防汚性を発揮するシラン剤層を少ない工数で形成し、長期の使用を経ても急激な性能の低下を抑制し、積層の際にクラックを生じにくい金型および金型の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決する請求項１に記載の発明は、成形用の金型と、金型の表面に形成された二酸化ケイ素層とを有し、二酸化ケイ素層は、アルキル基およびパーフルオロポリエーテル基で置換されていることを特徴とする金型である。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、成形用の金型の表面に、パーフルオロポリエーテルシランと、テトラアルコキシシランと、テトラアルコキシシランのアルコキシ基のうち少なくとも１つがアルキル基で置換された少なくとも１種のアルコキシアルキルシランとを含有するシラン化合物溶剤を塗布し、金型の表面に、アルキル基およびパーフルオロポリエーテル基を有する二酸化ケイ素層を形成することを特徴とする金型の製造方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、金型の表面に直接的に本発明のシラン化合物溶剤を塗布することにより、離型性および防汚性を発揮するアルキル基およびパーフルオロポリエーテル基を有する二酸化ケイ素層を形成しているので、従来と比較して工数が少ない。また、二酸化ケイ素層は完全な無機化合物ではなく、アルキル基やパーフルオロポリエーテル基といった有機基で置換されており、緩衝性能を発揮するから、積層の際にクラックを生じにくい。さらに、長期の使用を経てパーフルオロポリエーテル基が分解・脱落しても、二酸化ケイ素層にはアルキル基が残存しており、ある程度の離型性および防汚性を有するから、急激な性能の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の金型を示す断面図である。
【図２】本発明のシラン化合物溶剤の構成を示す説明図である。
【図３】本発明のアルキル基およびパーフルオロポリエーテル基を有する二酸化ケイ素層を形成した金型を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（金型の構成）
図１は、本発明の実施形態に係る樹脂等の被成形物を成形する用途に用いられる金型を示す。符号１０は、金型本体である。金型本体１０の表面には、被成形物に転写すべき所定の凹凸形状が逆になった状態で形成されている。
【００１３】
金型本体１０の表面には、アルキル基およびパーフルオロポリエーテル基を有する二酸化ケイ素層１１（以下、単に二酸化ケイ素層１１、離型層１１と略称する場合がある）が積層されている。この二酸化ケイ素層１１は、離型層として機能するものであり、被成形物に所定の凹凸形状を転写した後、被成形物を速やかに金型１より離間させる離型性と、その際に被成形物材料が金型１に残存しない防汚性を有する。
【００１４】
図３は、図１の金型の表面を拡大した模式図である。図３に示すように、本発明の金型１の離型性および防汚性といった性能は、離型層１１の表面に突出しているパーフルオロポリエーテル基のフッ素原子によるものである。パーフルオロポリエーテル基により、二酸化ケイ素層１１の表面エネルギーが低くなり、被成形物の付着を抑制する。
【００１５】
長期に亘り被成形物の繰り返すと、パーフルオロポリエーテル基のエーテル基が分解し、パーフルオロポリエーテル基の脱落が進行する。しかしながら、本発明の離型層１１にはアルキル基も存在しているため、完全な無機化合物である二酸化ケイ素と比較して、離型性および防汚性をある程度有することから、さらに長期に亘って金型の使用を継続することができる。
【００１６】
（金型の製造）
金型本体１０の表面にアルキル基およびパーフルオロポリエーテル基を有する二酸化ケイ素層１１を形成するために、本発明のシラン化合物溶剤を塗布するか、または、金型本体をシラン化合物溶剤中に浸漬する。そのような本発明のシラン化合物溶剤の構成を図２に示す。
【００１７】
図２に示すように、シラン化合部溶剤は、まず、必須成分として、二酸化ケイ素層１１にパーフルオロポリエーテル基を形成するためのパーフルオロポリエーテルシランを含む。また、他の必須成分として、二酸化ケイ素層１１にアルキル基を形成するためのテトラアルコキシシランと、このテトラアルコキシシランのアルコキシ基がアルキル置換された、トリアルコキシモノアルキルシラン、ジアルコキシジアルキルシラン、モノアルコキシトリアルキルシランのうち少なくとも１種とを含む。
【００１８】
このような必須成分を、可溶な溶媒に溶解させて、本発明のシラン化合物溶剤を調製する。この他に、界面活性剤等、必要に応じて添加成分を加えても良い。
【００１９】
本発明のシラン化合物溶剤におけるパーフルオロポリエーテルシランとしては、シランの一つの置換基がパーフルオロポリエーテル基であり、他の三つの置換基がアルコキシ基であるものが好ましい。
【００２０】
パーフルオロポリエーテルシランのパーフルオロポリエーテル基としては、直鎖状あるいは分枝炭化水素基の水素原子の少なくとも一部がフッ素原子に置換され、さらに、該炭化水素基の少なくとも一部にエーテル基が導入された構造を有するものが挙げられ、限定されないが、直鎖状のものが立体障害が少なくて好ましい。例えば、Ｃ（ＣＦ３）３〜（ＣＦ２Ｏ）ｎ〜（ＣＦ２）２−Ｓｉ（ＯＲ）３のような構造を有するものが好ましく、本出願の図面ではこの構造を有する化合物を代表させて図示している。
【００２１】
また、パーフルオロポリエーテルシランのアルコキシ基としては、ＣＨ３Ｏ−、Ｃ２Ｈ５Ｏ−、Ｃ３Ｈ７Ｏ−等、限定されず、適宜選択される。さらに、アルコキシ基以外にも、Ｃｌ等、加水分解してＯＨ基を生成するものも選択することができる。
【００２２】
具体的な化合物としては、例えば、特表２００５−５２７６７７号公報、特開２００４−２２５００９号公報、特許第３２７５４０２号、特許第３４３３０２４号等に開示されているように、各種の脂肪族エーテル、芳香族エーテル等の化合物が知られており、官能基がフッ素置換されたものが好ましい。
【００２３】
本発明のシラン化合物溶剤におけるテトラアルコキシシラン、トリアルコキシモノアルキルシラン、ジアルコキシジアルキルシラン、モノアルコキシトリアルキルシランのアルコキシ基としては、上記と同様に、官能基は適宜選択される。アルコキシ基以外にも、Ｃｌ等、加水分解してＯＨ基を生成するものも選択することができる。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等、適宜選択される。なお、テトラアルキルシランは本発明の条件で加水分解および縮合重合しないので、選択されない。
【００２４】
金型本体１０の材質は、金型として使用できる材料であれば限定されないが、具体的には金属や樹脂等が挙げられる。金属としては鉄、ニッケル、クロム、銅、アルミニウムや、ニッケルリン、ステンレス合金、アルミニウム合金といった合金とすることが好ましい。また、樹脂や金属に、異種の金属メッキを施して形成したものであってもよい。一般的には、安価な鉄・鉄基合金の表面にニッケルメッキを施したものが用いられる。
【００２５】
塗布または浸漬により、図２に示すシラン化合物溶剤を金型本体１０に接触させると、パーフルオロポリエーテルシラン、テトラアルコキシシラン、アルコキシアルキルシランのアルコキシ基が大気中の湿気で加水分解されてＯＨ基を生じる。続いて、金型本体１０の表面に存在するＯＨ基とこれらシラン化合物のＯＨ基の間や、シラン化合物のＯＨ基どうしで縮合重合反応が進行し、図３に示すような、金型本体１０の表面のＯＨ基とシラン化合物との間にＳｉ−Ｏ−Ｓｉ（シロキサン）結合を生じ、これが二酸化ケイ素構造を構成し、この二酸化ケイ素構造からパーフルオロポリエーテル基およびアルキル基が表面方向に配向した離型層１１が形成される。
【００２６】
このように、本発明では、シラン化合物溶剤を湿式条件で金型表面に塗布し、乾燥させることにより、容易に離型層１１を形成することができる。
【００２７】
本発明においては、シラン化合物溶剤を塗布するに先立ち、金型本体１０の表面を改質してもよい。これは、金型本体１０の表面へのプラズマ照射などによる。また、エキシマレーザー光を照射し、活性化させることもできる。エキシマレーザー光を照射する場合、その時間は３０秒から１分程度である。なお、成形型の材質のうち、鉄、銅、アルミニウムについては、成形型の表面を活性化させなくてもよい場合がある。このように金型表面を活性化させると、金型表面のＯＨが増加するので、金型本体１０と離型層１１の結合がより強固になる。
【００２８】
本発明に係る成形金型を用いた成形物の製造においては、金型本体１０に離型層１１が形成された成形金型１を用いて、合成樹脂等の成型材料により成形物を成形する。成型の方法は、公知の手法による。
【００２９】
本発明に係る表面改質剤で表面を改質した成形型は、成形物、例えば自動車の燃料電池のセパレータを製造する場合に適用することができる。一般には、樹脂を用いた燃料電池のセパレータの作製には、成形型を使用する。この例では、生産性を向上させるため、セパレータの成形型からの離型性を良好なものとする。なお、成型物は上記燃料電池のセパレータに限定されず、リチウムイオン電池、太陽電池等の部品であっても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１：成形金型
１０：金型本体
１１：アルキル基およびパーフルオロポリエーテル基を有する二酸化ケイ素層（離型層）
【産業上の利用可能性】
【００３１】
樹脂等の成形金型の耐久性を向上させるので、金型を用いた製造技術において、信頼性の向上、コストダウンに寄与する。  
【図１】
2018140600.tif 000003
【図２】
2018140600.tif 000004
【図３】
2018140600.tif 000005