(57)【要約】【課題】親水化処理の効果持続時間を延長することにより、親水化処理後の素材の利用可能性を高めることができる親水化処理の終端処理方法および親水化処理方法を提供する。【解決手段】親水化処理工程Ａにおいて、コンベア２上を搬送される被処理体Ｗに対して、親水化を施すガスプラズマを被処理体Ｗに噴き付けて被処理体Ｗの表面を親水化させる。その後に、終端処理工程Ｂとして、被処理体Ｗに対して窒素ガスのみの処理ガスをプラズマ活性化させた窒素ガスプラズマを噴き付ける。これにより、親水化処理工程Ａで被処理体Ｗに施された親水化処理効果の持続時間を延長することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
親水化処理された被処理体を窒素ガスプラズマ雰囲気下に導入することを特徴とする親水化処理の終端処理方法。
【請求項２】
被処理体に対して親水化処理を施す親水化処理工程と、前記親水化処理工程で親水化処理された被処理体を窒素ガスプラズマ雰囲気下に導入する終端処理工程とを有することを特徴とする親水化処理方法。
【請求項３】
前記親水化処理工程はガスプラズマによる親水化処理とされ、
前記親水化処理工程用のガスプラズマを生成するプラズマ発生装置と、前記終端処理工程用の窒素ガスプラズマを生成するプラズマ発生装置とに共通のプラズマ発生装置を用い、前記親水化処理工程と前記終端処理工程とで前記プラズマ発生装置に供給する処理ガスを切り替えて各処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の親水化処理方法。
【請求項４】
前記プラズマ発生装置は、誘電体バリア放電によるガスプラズマを生成する装置で構成されることを特徴とする請求項３に記載の親水化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は親水化処理の終端処理方法および親水化処理方法に関し、より詳細には、親水化処理の処理効果の持続時間を延長する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、素材の親水性を向上させる技術として親水化処理が普及している。たとえば、炭素繊維を含有する樹脂（炭素繊維強化プラスチック）の製造工程では、サイジング処理された炭素繊維に対して、親水性向上を図る親水化処理を施した後に、樹脂を含侵させるといった製造方法が採用されている。また、成型品の製造に用いるマトリックス材（たとえば、熱可塑性樹脂など）と炭素繊維表面との密着性向上を図る場合などにも親水化処理が行われている。
【０００３】
親水化処理の方法としては、素材を所定の薬液に浸漬させて親水化を図る方法の他、最近では、素材を所定のガスプラズマ雰囲気下に導入する（素材をガスプラズマに晒す）ことによって親水化を図る方法などが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１９６７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の親水化処理方法には以下の問題があり、その改善が望まれていた。
【０００６】
すなわち、親水化処理された素材の表面は水や有機物との親和性が高いことから、親水化処理後の素材を放置すると、素材表面は短時間のうちに空気中の水分や有機成分などと結合し、親水化処理の効果が低下してしまうという問題がある。つまり、従来の親水化処理は、その効果持続時間が短いという問題がある。
【０００７】
そのため、親水化処理効果を維持しつつ素材を利用するには、親水化処理工程と親水化処理後の素材を利用する次工程とを時間的間隔を開けずに行う必要があり、親水化処理された素材の利用可能性が時間的な制約を受けることになっていた。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、親水化処理の効果持続時間を延長することにより、親水化処理後の素材の利用可能性を高めることができる親水化処理の終端処理方法および親水化処理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】
親水化処理された素材の親水化処理効果を持続させることについて試行錯誤の結果、出願人は、親水化処理された素材を窒素ガスプラズマに晒すことによって、表面処理効果の持続時間が延びることを発見した。
【００１０】
本発明は、この発見に基づくものであって、本発明に係る親水化処理の終端処理方法は、親水化処理された被処理体を窒素ガスプラズマ雰囲気下に導入することを特徴とする。ここで、窒素ガスプラズマ雰囲気下とは、被処理体に対して窒素ガスプラズマを噴き付けることや、被処理体を窒素ガスプラズマが充満する環境下に導入することを含んでおり、要は、被処理体が窒素ガスプラズマに晒される状況を意味している。
【００１１】
本発明に係る親水化処理方法は、被処理体に対して親水化処理を施す親水化処理工程と、上記親水化処理工程で親水化処理された被処理体を窒素ガスプラズマ雰囲気下に導入する終端処理工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
そして、本発明に係る親水化処理方法は、その好適な実施態様として、上記親水化処理工程はガスプラズマによる親水化処理とされ、上記親水化処理工程用のガスプラズマを生成するプラズマ発生装置と、上記終端処理工程用の窒素ガスプラズマを生成するプラズマ発生装置とに共通のプラズマ発生装置を用い、上記親水化処理工程と上記終端処理工程とで上記プラズマ発生装置に供給する処理ガスを切り替えて各処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、他の好適な実施態様として、上記プラズマ発生装置は、誘電体バリア放電によるガスプラズマを生成する装置で構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、親水化処理後に窒素ガスプラズマによる終端処理が施されるので、被処理体に付与された親水化処理効果の持続時間を延長することできる。そのため、本発明に係る終端処理が施された被処理体は、次工程に移行するまでに時間的な余裕を持つことができるので、被処理体の加工の自由度が向上する。
【００１５】
具体的には、終端処理後の被処理体を次工程での加工に適した態様に変更したり、あるいは、終端処理後の被処理体を次工程が行われる場所に移動させたりするなど、終端処理と次工程との間に時間のかかる工程を介在させることができる。たとえば、終端処理後の被処理体を一旦巻き取ってから次工程に移行したり、あるいは、次工程を行う別室に移動させたりすることできるようになる。
【００１６】
また、親水化処理工程をガスプラズマによって行う場合には、親水化処理工程と終端処理工程とに共通のプラズマ発生装置を用い、親水化処理工程と終端処理工程とでプラズマ発生装置に供給する処理ガスを切り替えて使用することで、１台のプラズマ発生装置で親水化処理と終端処理の双方を行うことができる。したがって、終端処理用に新たなプラズマ発生装置を追加することなく、安価に本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る親水化処理の終端処理方法の一例を模式的に示した説明図である。
【図２】同終端処理方法の他の一例を模式的に示した説明図である。
【図３】同終端処理方法の有無による接触角の経時変化の相違を示す説明図であり、図３（ａ）は同終端処理を行わなかった場合の測定値を、図３（ｂ）は同終端処理を行った場合の測定値を示している。
【図４】図３に示す接触角の経時変化の相違をグラフ化した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態１
図１は、本発明に係る終端処理方法を適用した親水化処理方法の手順を模式的に示している。本発明に係る親水化処理方法は、被処理体Ｗに対して親水化処理を施す親水化処理工程Ａと、親水化処理工程Ａで親水化処理された被処理体Ｗに対して終端処理を施す終端処理工程Ｂとを有している。
【００１９】
ここで、図示例では、被処理体Ｗとして板状の部材（たとえば、ガラス基板）を例示しているが、親水化処理の対象物であれば、被処理体Ｗの材質・形状は適宜変更可能である。たとえば、被処理体Ｗの材質としては、シリコン、天然繊維、合成繊維、炭素繊維などが例示される。また、各種の有機物や無機物が例示される。また、被処理体の形状としては、シート状、フィルム状、網状、不織布状、線状、紐状、塊状、粒状などのほか、表面に凹凸のある複雑な形状の物品などが例示される。
【００２０】
親水化処理工程Ａは、被処理体Ｗの親水性の向上を図る処理工程であって、本実施形態では、ガスプラズマによる親水化処理が用いられる。具体的には、コンベア（搬送手段）２によって所定の搬送方向Ｘ（図示例では水平方向）に搬送される被処理体Ｗに対して、その搬送経路上で親水化を図るガスプラズマを被処理体Ｗに噴き付けることによって、被処理体Ｗの表面に対して親水化処理が施される。
【００２１】
ここで、ガスプラズマを発生させるプラズマ発生装置１ａについて説明する。本実施形態では、プラズマ発生装置１ａとして、誘電体バリア放電によって処理ガスをプラズマ活性化（ガスプラズマ化）させる装置を用いている。
【００２２】
プラズマ発生装置１ａは、大気圧近傍の圧力下で処理ガスをプラズマ化させる装置であって、周知のとおり、対向配置された電圧印加電極と接地電極の少なくとも一方の電極対向面に誘電体を配置してなる電極構造を備えて構成され、両電極間に高周波電力を印加しつつ、電極間に形成される放電空間に処理ガスを導入することによって処理ガスをガスプラズマ化させるとともに、所定の噴出口から装置外部にガスプラズマを噴き出す構造を有している。なお、電圧印加電極は図示しない高周波電源に接続され、接地電極はグランドに接続されている。
【００２３】
電圧印加電極と接地電極の具体的な形状は、たとえば、電圧印加電極および接地電極の双方を平板電極で構成するいわゆる平行平板式でもよいが、本実施形態では、電圧印加電極として半円筒形の電極対向面を有する電極を用いるとともに、接地電極として電圧印加電極の電極対向面と一定間隔をもって対面する断面半円弧状の凹状溝を電極対向面とする略凹形状の電極を用いている。そして、接地電極の電極対向面（凹状溝）の最深部分（底部分）に細長いスリット状のガスプラズマの噴出口を形成している。なお、この噴出口は、たとえば、開口幅が１ｍｍ程度の細長いスリットとして形成される。
【００２４】
このように、接地電極の電極対向面を断面半円弧状の凹状溝で構成し、その最深部分にガスプラズマの噴出口を設けることによって、接地電極が電圧印加電極と被処理体Ｗとの間に配設されることになるので、接地電極を電磁シールドとして機能させることができる。そのため、本実施形態に係るプラズマ発生装置１ａによれば、被処理体Ｗとして導電性を有するものを用いたり、あるいは、ガスプラズマの噴出口の近くに被処理体Ｗを配置したりしても、電圧印加電極の電磁波等によって被処理体Ｗが損傷するおそれが低減され、被処理体Ｗの損傷を防止することができる。また、被処理体Ｗを噴出口に近づける（ガスプラズマの噴出口と被処理体Ｗとの距離を短くする）ことができるので、生存寿命の短いガスプラズマによる表面処理効果が低下する前に被処理体Ｗにガスプラズマを噴き付けることができ、ガスプラズマによる表面処理（親水化処理）を効果的に行うことが可能になる（なお、この点は後述する終端処理工程Ｂにおいても同様である）。
【００２５】
また、プラズマ発生装置１ａのガスプラズマの噴出口は、スリットの長さ方向が被処理体Ｗの搬送方向Ｘと直交するように配置される。これにより、コンベア２によって連続的に供給される被処理体Ｗは、プラズマ発生装置１ａの下を通過する際に噴出口から噴出されるガスプラズマに晒されることになり、被処理体Ｗはプラズマ発生装置１ａを通過することでガスプラズマによる表面処理（ここでは親水化処理）が施されるようになる。さらに、ガスプラズマの噴出口を被処理体Ｗの搬送方向と直交配置することにより、たとえば、被処理体Ｗの幅（搬送方向Ｘと直交する向きの幅寸法）が広いような場合には、被処理体Ｗの幅寸法に合わせて、電圧印加電極および接地電極の長手方向（スリット長）の寸法を長くすることで、幅広の被処理体Ｗの表面処理を行うことができるようになる。
【００２６】
そして、このプラズマ発生装置１ａでは、親水化処理を行うために、放電空間に供給する処理ガスとして、窒素、ヘリウム、アルゴン、または、これら窒素、ヘリウム、アルゴン等と他の気体（たとえば、ＣＤＡなどの空気や二酸化炭素など）との混合気体などが用いられる。これらの気体は図示しない処理ガス供給源（たとえば、ガスボンベ）から電極間に供給され、供給ガス圧を利用して噴出口から噴出されるようになっている。
【００２７】
次に、終端処理工程Ｂについて説明する。
終端処理工程Ｂは、親水化処理工程Ａで親水化処理された被処理体Ｗの親水化処理効果を維持するために行う処理工程であって、具体的には、親水化処理が施された被処理体Ｗを窒素ガスプラズマ雰囲気下に導入することによって行われる。
【００２８】
この終端処理において窒素ガスプラズマの生成は、親水化処理工程Ａに用いたプラズマ発生装置１ａと同様の構成を備えたプラズマ発生装置１ｂが用いられる。すなわち、プラズマ発生装置１ｂは、使用する処理ガスが窒素ガスであること以外は親水化処理工程Ａに用いるプラズマ発生装置１ａと同じである。したがって、プラズマ発生装置１ｂについての詳細な説明は省略する。
【００２９】
このプラズマ発生装置１ｂは、図１に示すように、親水化処理を行うプラズマ発生装置１ｂの搬送方向下流側に配置され、上流側から搬送される被処理体Ｗに対して順次窒素ガスプラズマを噴き付けて、被処理体Ｗの終端処理を行うようになっている。
【００３０】
なお、この終端処理は、親水化処理工程Ａで被処理体Ｗに施された親水化処理の処理効果の効果持続時間の延長を目的として行われる工程であるため、プラズマ発生装置１ａとプラズマ発生装置１ｂとの間隔は、親水化処理工程Ａで施された親水化処理の効果が低下する前に終端処理工程Ｂに移行できる距離、すなわち、コンベア２の搬送速度との関係で、プラズマ発生装置１ａを通過した被処理体Ｗが短時間でプラズマ発生装置１ｂに到達しうる距離とされる。
【００３１】
実施形態２
次に、本発明の第２の実施形態を図２に基づいて説明する。
この第２の実施形態では、親水化処理工程Ａと終端処理工程Ｂの双方を１台のプラズマ発生装置１で実施する場合を示している。
【００３２】
すなわち、第２の実施形態では、はじめにプラズマ発生装置１ａに親水化処理用の処理ガスを導入してガスプラズマを発生させ、この状態で被処理体Ｗを搬送方向Ｘに搬送して被処理体Ｗに親水化処理Ａを施す。
【００３３】
そして、被処理体Ｗがプラズマ発生装置１ａを通過し、所定の待機位置に到達した時点でコンベア２を停止させる。
【００３４】
被処理体Ｗの搬送が停止すると、次に、プラズマ発生装置１ａに対して供給している処理ガスを親水化処理用のガスから窒素ガスに切り替える（ガス種切替Ｃ参照）。これにより、プラズマ発生装置１ａの噴出口からは窒素ガスプラズマが噴出されるようになる。
【００３５】
噴出口から窒素ガスプラズマが噴出されるようになると、次に、コンベア２を反転させ、被処理体Ｗが上記搬送方向Ｘとは反対の方向Ｘｂに搬送されるようにし、プラズマ発生装置１ｂから噴出される窒素ガスプラズマに被処理体Ｗを晒して終端処理を行う。
【００３６】
このように、親水化処理工程Ａ用のプラズマ発生装置と、終端処理工程Ｂ用のプラズマ発生装置とに共通のプラズマ発生装置１ａを用い、親水化処理工程Ａと終端処理工程Ｂとでプラズマ発生装置１ａに供給する処理ガスを切り替えて各処理を行うことにより、１台のプラズマ発生装置１ａで親水化処理と終端処理の双方を実施することができる。したがって、終端処理用に新たなプラズマ発生装置１を追加することなく、安価に親水化処理の終端処理を行うことができるようになる。
【００３７】
図３および図４は、本発明に係る親水化処理の終端処理方法を適用しなかった場合と適用した場合とについての接触角の経時変化を比較した実験例を示している。
【００３８】
実験にあたり、プラズマ発生装置１には、株式会社イー・スクエア製の「ＡＤＭＡＳＴＥＲＩＩ−２００ｄ」を使用した。また、接触角の測定には、協和界面科学株式会社製の接触角計「ＣＡ−Ｘ１５０型」を使用し、蒸留水の接触角を測定した。
【００３９】
実験時の処理条件は、電圧印加電極への印加電力を１．２ｋＷ、コンベア２の搬送速度を５ｍ／分、噴出口と被処理体Ｗとの距離（ＧＡＰ）を３．０ｍｍとし、親水化処理工程Ａでは、処理ガスとして、窒素ガス（Ｎ2 ）を１００Ｌ／分およびＣＤＡ（Ｃｌｅａｎ Ｄｒｙ Ａｉｒ）を１００ｍＬ／分で供給し、終端処理工程Ｂでは、ＣＤＡの供給を停止し、窒素ガスのみをプラズマ発生装置１に供給した。また、被処理体Ｗには、素ガラス（ガラス基板）を使用した。実験は、終端処理方法を適用しなかった場合と適用した場合とについてそれぞれ３回行い、その平均値を測定した。
【００４０】
この実験の結果、親水化処理工程Ａのみを行った場合（終端処理工程Ｂを行わなかった場合）、図３（ａ）に示すように、親水化処理前に４０．１°あった接触角は、親水化処理によって４．４°となり、５分後には６．６°、６０分後には８．７°、１８０分後には１４．５°となった（いずれも平均値）。このように、終端処理工程Ｂを行わない場合、親水化処理Ａによる蒸留水の接触角は時間の経過に伴って比例的に増加し、親水化処理の効果は時間の経過に伴って大幅に低下していくことが確認された。
【００４１】
これに対して、親水化処理工程Ａに続いて終端処理工程Ｂを行った場合は、図３（ｂ）に示すように、親水化処理前に３８．３°あった接触角は、親水化処理によって４．３°になり、５分後には５．０°、６０分後には５．０°、１８０分後には６．８°となった（いずれも平均値）。このように、窒素ガスプラズマによる終端処理を行った場合、時間が経過しても蒸留水の接触角にはほとんど変化がなく、親水化処理の効果が長時間（数時間）持続することが確認された。
【００４２】
これらの実験結果からもわかるように、親水化処理工程Ａの後に、窒素ガスプラズマによる終端処理を施すことで、被処理体Ｗに付与された親水化処理効果の持続時間を延長することができる。
【００４３】
そのため、本発明に係る終端処理が施された被処理体Ｗは、次工程に移行するまでに時間的な余裕を持つことができ、たとえば、被処理体Ｗを次工程での加工に適した態様に変更したり、あるいは、被処理体Ｗを次工程が行われる場所に移動させたり、一時的に保管したりするなど、終端処理と次工程との間に時間のかかる工程を介在させることができる。
【００４４】
なお、上述した実施形態はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００４５】
たとえば、上述した実施形態では、ガスプラズマまたは窒素ガスプラズマを被処理体Ｗに直接吹き付けて親水化処理または終端処理を行った場合を示したが、親水化処理および終端処理はいずれもガスプラズマまたは窒素ガスプラズマが被処理体Ｗと接触可能な状況（ガスプラズマ雰囲気下または窒素ガスプラズマ雰囲気下）で行われればよい。したがって、たとえば、親水化処理工程Ａおよび終端処理工程Ｂのそれぞれについてガスプラズマ（窒素ガスプラズマ）の拡散を防止する処理室を形成し、この処理室内にガスプラズマまたは窒素ガスプラズマを充満させた状態で、被処理体Ｗを処理室内に導入するように構成すること可能である。要は、被処理体Ｗがガスプラズマまたは窒素ガスプラズマに晒される構造であれば、ガスプラズマまたは窒素ガスプラズマを噴き付ける構造は適宜変更可能である。
【００４６】
また、上述した実施形態では、被処理体Ｗの搬送手段としてコンベア２を用いた場合を示したが、搬送手段の形態は被処理体Ｗの形状等に応じて適宜変更可能である。たとえば、被処理体Ｗが線状や紐状などの長尺物でドラムなどに巻装されているような場合には、プラズマ発生装置１の後段に巻取ドラムなどの巻取手段を配置して、ドラムから繰り出される被処理体Ｗを巻取ドラムで巻き取りながらガスプラズマまたは窒素ガスプラズマに晒すといった手法を採用することも可能である。
【００４７】
また、上述した実施形態では、親水化処理工程Ａでは、被処理体Ｗの親水化処理にあたり、ガスプラズマにより親水化を行う場合を示したが、親水化処理工程Ａは被処理体Ｗを薬液に浸漬させることにより被処理体Ｗの親水化を図る親水化処理工程とすることも可能である。要は、親水化処理の終端処理の方法として、被処理体Ｗを窒素ガスプラズマ雰囲気下に導入する終端処理工程Ｂが行われるのであれば、親水化処理の方法は適宜可能である。
【００４８】
また、上述した実施形態では、親水化処理工程Ａおよび終端処理工程Ｂをいずれも１台のプラズマ発生装置１で行うように構成した場合を示したが、親水化処理用および／または終端処理用のプラズマ発生装置１として複数台のプラズマ発生装置１を用いることも可能である。たとえば、親水化処理用および終端処理用のプラズマ発生装置１をそれぞれ搬送方向Ｘにそって並列に複数台配置させたり、あるいは、コンベア２を挟んで上下（または左右）方向にプラズマ発生装置１を１台ずつ配置して被処理体Ｗに対して上下（または左右）方向からガスプラズマまたは窒素ガスプラズマを噴き付けたりするように構成することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１，１ａ，１ｂ  プラズマ発生装置
２              コンベア
Ａ              親水化処理工程
Ｂ              終端処理工程
Ｗ              被処理体
【図１】
2019171227.tif 000003
【図２】
2019171227.tif 000004
【図３】
2019171227.tif 000005
【図４】
2019171227.tif 000006