(57)【要約】【課題】  安全、かつ簡便にポリマー材料表面上に窒素官能基であるアミノアルキル基を導入する方法を提供すること、また、ポリマー材料表面上に、基材を加熱することなく、光照射による基材劣化を起こすことなく、アミノアルキル基を導入する方法を提供すること。【解決手段】  ポリマー材料と下記一般式（１）で表される脂肪族ニトリルに紫外線を照射することにより、ポリマー材料の表面にアミノアルキル基を化学結合させることを特徴とするポリマー材料の表面処理方法。      ＣＨ3(ＣＨ2)nＣＮ                    （１）（式中、ｎは０〜４の整数を示す。）【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アミノアルキル基がその表面に化学結合していることを特徴とするポリマー材料。
【請求項２】
ポリマー材料と下記一般式（１）で表される脂肪族ニトリルに紫外線を照射することにより、ポリマー材料の表面にアミノアルキル基を化学結合させることを特徴とするポリマー材料の表面処理方法。
ＣＨ3(ＣＨ2)nＣＮ                    （１）
（式中、ｎは０〜４の整数を示す。）
【請求項３】
波長１７０〜３００ｎｍの紫外光を照射することを特徴とする、請求項２に記載のポリマー材料の表面処理方法。
【請求項４】
光量を０．１〜１００ｍＷ／ｃｍ2の範囲で照射することを特徴とする、請求項２又は３に記載のポリマー材料の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー材料の表面改質の技術、具体的には、ポリマー表面に親水性を付与し、また金属との親和性を高めることで、親水性部材、異種材料接合、電池用部材、回路基板、導電性部材、無電解めっきの基材等として適切なポリマー材料を提供する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ポリマー材料表面にアミノ基などの窒素官能基を導入し、親水性を付与し、また金属との親和性を高める方法として、基材表面上への窒素プラズマによる処理（特許文献１）、アンモニアプラズマによる処理（特許文献２）、アンモニア水溶液を用いたレーザー照射処理（特許文献３）、ヒドラジン共存下でのレーザー照射処理（特許文献４）等が知られている。
しかしながら、これらの方法においては大型装置が必要である、或いは、有毒であって、その取り扱いが困難であるアンモニアガスやヒドラジンを使用する必要がある等の課題がある。また、このようなガスや薬剤を使用する場合、特殊な反応容器が必要となり、操作も煩雑となる。
脂肪族ニトリルの光反応を利用した表面改質法として、本発明者はカーボン系材料表面のアミノアルキル化に関する手法を開発している（特許文献５）が、当該手法が加熱や光照射に敏感なポリマー材料表面改質に適用可能かどうかは不明であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３６４７８５２号公報
【特許文献２】特許第６１３２１０６号公報
【特許文献３】特許第３３３８８７５号公報
【特許文献４】特許第２７８２５９５号公報
【特許文献５】特許第４８５３９１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来この種の方法に用いられてきたアンモニア等の有毒ガスを使用することなく、プラズマ処理のための大型装置を使用することなく、また取り扱いに注意が必要な薬剤を使用することなく、安全、かつ簡便にポリマー材料表面上に窒素官能基であるアミノアルキル基を導入する方法を提供することを課題とし、また、種類によっては耐熱性、耐光性に劣るポリマー材料表面上に、基材を加熱することなく、光照射による基材劣化を起こすことなく、アミノアルキル基を導入する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、ポリマー材料に、脂肪族ニトリル存在下に紫外線を照射すると、ポリマー材料表面上にアミノアルキル基を化学的に結合させることができることを見いだし、本発明を完成させた。
【０００６】
すなわち、本出願は、以下の発明を提供するものである。
〈１〉アミノアルキル基がその表面に化学結合していることを特徴とするポリマー材料。
〈２〉ポリマー材料と下記一般式（１）で表される脂肪族ニトリルに紫外線を照射することにより、ポリマー材料の表面にアミノアルキル基を化学結合させることを特徴とするポリマー材料の表面処理方法。
ＣＨ3(ＣＨ2)nＣＮ                    （１）
（式中、ｎは０〜４の整数を示す。）
〈３〉波長１７０〜３００ｎｍの紫外光を照射することを特徴とする、〈２〉に記載のポリマー材料の表面処理方法。
〈４〉光量を０．１〜１００ｍＷ／ｃｍ2の範囲で照射することを特徴とする、〈２〉又は〈３〉に記載のポリマー材料の表面処理方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、脂肪族ニトリルに紫外線照射をするだけの簡便な反応操作により、ポリマー材料表面上にアミノアルキル基を導入することができるという優れた効果を有する。本発明によれば、従来用いられてきた有毒ガスを使用することがなく、安全に、煩雑さを伴うことなく、ポリマー材料の表面に、前記アミノアルキル基を結合させることができるという著しい効果がある。
本発明の反応は室温下で可能であり、本発明の反応手法を用いることにより、種類によっては耐熱性、耐薬品性、耐光性に劣る広範囲のポリマー材料に対し、光照射による基材劣化を起こすことなく、ポリマー材料表面上にアミノアルキル基を導入することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】各種ポリマー材料（ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル）にアセトニトリルを塗布した後、キセノンエキシマランプを照射して得られる、表面処理を施されたポリマー材料のＸＰＳスペクトルである。
【図２】シート状ポリエチレンテレフタレートにアセトニトリルを塗布した後、キセノンエキシマランプを照射して得られる、表面処理を施されたポリエチレンテレフタレートの紫外可視スペクトルである。
【図３】各種ポリマー材料（ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂）にアセトニトリル水溶液を塗布した後、キセノンエキシマランプを照射して得られる、表面処理を施されたポリマー材料のＸＰＳスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の方法で用いられるポリマー材料は、各種汎用性ポリマーおよび機能性ポリマーを使用することができる。ポリマー材料の形状には特に制限はなく、板状、膜状、粉末状、ペレット状等広く使用することができる。
【００１０】
前記ポリマー材料表面にアミノアルキル基を化学結合させるために用いる脂肪族ニトリルは、下記一般式（１）で表される化合物である。
ＣＨ3(ＣＨ2)nＣＮ                    （１）
（式中、ｎは０〜４の整数を示す。）
前記アミノアルキル基の炭素数はその炭素数が２〜６、好ましくは、２〜４のものである。
本発明方法の反応においては、これらの脂肪族ニトリルの鎖長による反応性の差はない。上記の脂肪族ニトリルは例示であり、他の脂肪族ニトリルを使用することもできる。
【００１１】
本発明の方法に際しては、原料物質である前記脂肪族ニトリルを液体としてポリマー材料に接触させる手法、脂肪族ニトリルを気体として反応容器に導入する手法、などドライプロセスおよびウェットプロセスの双方を利用することができる。
【００１２】
反応に際しては、前記脂肪族ニトリルのラジカル解離反応により発生した水素ラジカルによってニトリル基がアミノ基に変換されることが必要であることから、このために紫外線照射下に行う。波長は１７０ｎｍ〜３００ｎｍとするのが好適である。
光源としては公知のものが用いることができる。その例を挙げると、低圧水銀灯、高圧水銀灯、ＡｒＦまたはＸｅＣｌエキシマレーザー、エキシマランプ等である。このように、本発明は、広範囲の波長の光を利用できる。
反応の高効率化のためには、２００ｎｍ以下の波長を有する紫外線照射下に反応を行うことが好ましい。
照射される光量の好ましい範囲は、０．１〜１００ｍＷ／ｃｍ2の範囲である。また、照射時間は、１〜３０分程度とするのが望ましい。これらの条件は、前記範囲外の条件を使用することも可能である。前記は好ましい範囲であり、必ずしもこれに特に制限されるものではない。
【００１３】
本発明の反応は、室温下で容易に進行する。これは、本発明の大きな特徴の一つでもある。しかし、加熱を否定するものではない。必要に応じて加熱することも可能である。
【００１４】
このようにして得られるアミノアルキル化ポリマー材料を分析機器により、表面に前記アミノアルキル基が化学結合しているかどうかを確認する。各種の分析機器を用いることができるが、ＸＰＳなどによりアミノ基の存在を確認することができ、水に対する接触角測定によってアミノ基導入による親水性を確認することができる。また、アミノアルキル基はポリマー材料表面上にのみ化学結合しており、基材であるポリマー材料のバルク特性には影響を与えないことから、透明性を有するポリマー材料に本発明の手法を適用した場合には、ポリマー材料基材の透明度を保持することが可能である。
【００１５】
本発明では、ポリマー材料にアミノアルキル基を化学結合させることができる結果、窒素原子を含んだ官能基をその表面に結合させることで、ポリマー材料に親水性、金属との親和性を付与することができる。
【実施例】
【００１６】
以下、実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１７】
（実施例１）
シート状のポリマー材料（ポリイミド、ポリエチレンテレフタレート  各５０μｍ厚）、および板状のポリマー材料（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル  各１ｍｍ厚）にアセトニトリルを塗布し、これにキセノンエキシマランプ（エム・ディ・コム製  光量１００ｍＷ／ｃｍ2）を室温で、シート状基材には３分間、板状基材には２分間、照射した。紫外線照射の波長は１７２ｎｍである。
その後、ポリマー材料を純水で洗浄し、減圧下で乾燥を行った。反応後のポリマー材料のＸＰＳ測定を行ったところ、非窒素含有ポリマー材料においては新規に窒素に由来するピークが観測され、含窒素ポリマー材料については窒素ピークの強度が増加し、表面上にアミノアルキル基が導入されたことが確認された（図１）。また、水に対する接触角が２３〜４３°を示し、親水性が付与された（表１）。さらに、透明性ポリマー材料（ポリエチレンテレフタレート）について紫外可視分光光度計を用いて透過度を測定したところ、アミノアルキル化ポリマー材料の透過度は反応処理前と比較してほぼ変化がなく、アミノアルキル基導入の基材への影響は少ないことが確認された（図２）。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
（実施例２）
板状のポリマー材料（ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ABS樹脂  各１ｍｍ厚）に１０％アセトニトリル水溶液を塗布し、これにキセノンエキシマランプ（エム・ディ・コム製  光量１００ｍＷ／ｃｍ2）を室温で１分間照射した。紫外線照射の波長は１７２ｎｍである。
その後、ポリマー材料を純水で洗浄し、減圧下で乾燥を行った。反応後のポリマー材料のＸＰＳ測定を行ったところ、非窒素含有ポリマー材料においては新規に窒素に由来するピークが観測され、含窒素ポリマー材料については窒素ピークの強度が増加し、表面上にアミノアルキル基が導入されたことが確認された（図３）。また、水に対する接触角が２６〜３８°を示し、親水性が付与された（表２）。
【００２０】
【表２】
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【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明により表面に親水性が付与され、また金属との親和性が高められたポリマー材料は、親水性部材、異種材料接合、電池用部材、回路基板、導電性部材、無電解めっきの基材等として、各種用途に使用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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