(57)【要約】【課題】ヒドロキシラジカルを高濃度に含んだ過熱水蒸気により効率的に処理対象物の表面を親水化処理することができる親水化処理装置及びフィルムの製造方法を提供する。【解決手段】親水化処理装置は、飽和水蒸気を誘導加熱して過熱水蒸気を発生する誘導加熱装置４と、誘導加熱装置４が発生した過熱水蒸気が導入される処理チャンバ５と、処理チャンバ５内に配置され、導入された過熱水蒸気に放電処理を行う放電処理装置６とを備える。放電処理装置６は、当該放電処理装置の支持体となるフレームと、フレームの上部に配置され、中心導体の周囲を絶縁体で覆った放電電極と、放電電極の下方に配置されたメッシュ状の対向電極と、放電電極と対向電極との間に高周波高電圧の電源を供給してバリア放電を生じさせる高周波電源とを有し、対向電極の直下に位置する処理対象物の表面を、放電によりヒドロキシラジカルの濃度が高まった過熱水蒸気によって親水化処理する。【選択図】図１
2015124343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飽和水蒸気を誘導加熱して過熱水蒸気を発生する誘導加熱装置と、
前記誘導加熱装置が発生した過熱水蒸気が導入される処理チャンバと、
前記処理チャンバ内に配置され、導入された過熱水蒸気に放電処理を行う放電処理装置と
を備える親水化処理装置であって、
前記放電処理装置は、
当該放電処理装置の支持体となるフレームと、
フレームの上部に配置された放電電極と、
前記放電電極の下方に配置されるメッシュ状の対向電極と、
前記放電電極と前記対向電極との間に高周波高電圧の電源を供給して放電を生じさせる高周波電源と、
を有し、前記対向電極の直下に位置する処理対象物の表面を、放電によりヒドロキシラジカルの濃度が高まった過熱水蒸気によって親水化することを特徴とする親水化処理装置。
【請求項２】
前記処理対象物を、前記処理チャンバの外部から内部に搬入し、前記放電処理装置における前記対向電極の直下を通過させ、前記処理チャンバの外部に搬出する搬送手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の親水化処理装置。
【請求項３】
前記搬送手段は、前記処理チャンバの内部における前記放電処理装置よりも上流部分において、前記処理チャンバに導入された過熱水蒸気に前記処理対象物を晒すことにより前処理を行うよう前記処理対象物を搬送することを特徴とする請求項２に記載の親水化処理装置。
【請求項４】
前記搬送手段は、ロール状の前記処理対象物を引き出して前記処理チャンバ内に引き込み、処理後の前記処理対象物をロール状に巻き取る巻き上げ部を有する請求項２または３に記載の親水化処理装置。
【請求項５】
前記処理対象物は前記放電処理装置の前記対向電極の直下に載置され、
前記高周波電源は、前記処理チャンバに過熱水蒸気が導入されてから所定時間に渡り、前記放電処理装置に電源を供給せず、
当該所定時間において前記処理チャンバ内の過熱水蒸気により前記処理対象物が前処理され、
当該所定時間の経過後に、前記高周波電源が前記放電処理装置に電源を供給して放電を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の親水化処理装置。
【請求項６】
前記放電処理装置は、放電が生じる領域に気体を供給するためのガス供給口を有し、
処理チャンバに過熱水蒸気を導入するときに、前記ガス供給口からアルゴンガス、ヘリウムガス、またはこれらの混合気体を、過熱水蒸気１００重量部に対し２０〜４００重量部の割合で供給することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の親水化処理装置。
【請求項７】
前記放電電極と前記対向電極との間に配置される絶縁体部材をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の親水化処理装置。
【請求項８】
前記絶縁体部材は、前記放電電極の周囲を覆う被覆として設けられることを特徴とする請求項７に記載の親水化処理装置。
【請求項９】
前記誘導加熱装置は、複数の隔壁により内部が複数の空間に仕切られた筒状の容器であり、
前記隔壁のそれぞれは、１または複数の開口部を有し、隣接する隔壁における開口部同士が対向しないように設けられることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の親水化処理装置。
【請求項１０】
前記開口部の最大径が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の親水化処理装置。
【請求項１１】
前記隔壁で仕切られた空間に、球状もしくは不定形の磁性粒子が充填され、前記容器の内部の空隙率が３０％以下とされることを特徴とする請求項９または１０に記載の親水化処理装置。
【請求項１２】
前記誘導加熱装置に供給される飽和水蒸気の圧力は、１．１〜１．５気圧であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の親水化処理装置。
【請求項１３】
前記対向電極の直下に設けられた冷却部材をさらに備え、
前記処理対象物を前記冷却部材に接触させた状態で前記過熱水蒸気によって前記処理対象物の表面を親水化することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の親水化処理装置。
【請求項１４】
前記冷却部材は、ぺルチェ方式、パイプを用いた水冷式、オイル式よりなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする請求項１３に記載の親水化処理装置。
【請求項１５】
前記冷却部材は、５０〜１００℃の範囲で温度制御されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の親水化処理装置。
【請求項１６】
飽和水蒸気を誘導過熱して過熱水蒸気を発生させる工程と、
前記過熱水蒸気を処理チャンバ内に導入する工程と、
前記処理チャンバ内に導入された前記過熱水蒸気に放電処理を行う工程と、
前記処理チャンバ内にフィルム材料を配置し、前記放電処理によりヒドロキシラジカルの濃度が高まった前記過熱水蒸気によって前記フィルム材料の表面を親水化する工程と、
を備えたことを特徴とするフィルムの製造方法。
【請求項１７】
親水化された前記フィルム材料の表面にコート材料を取り付ける工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１６に記載のフィルムの製造方法。
【請求項１８】
前記フィルム材料の表面を親水化する工程では、前記フィルム材料を冷却部材に接触させた状態で親水化することを含むことを特徴とする請求項１６または１７に記載のフィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性な過熱水蒸気によってフィルム材料などの処理対象物の表面を処理する親水化処理装置および親水化処理されたフィルムの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、様々なフィルム材料が実用化されている。多くの場合、フィルムの積層、表面の印刷、コ一ティングが施されて、機能や性能が向上してきている。フィルムの表面には親水化処理が施されていることが多い。代表的な処理方法として、コロナ放電による処理、サンドブラスト、微細な凹凸が施された金属ロ一ルによる圧着賦形等が挙げられる。
【０００３】
現在では、様々なフィルム表面を、印刷の下地処理、ハ一ドコ一トの下地処理、フィルムの貼り合わせの下地処理などの目的で、コロナ放電による表面処理が広く使用されている。しかしながら、大気中でのコロナ放電においては高濃度のオゾンの発生が避けられないため、安全性の確保に課題がある。
【０００４】
ここで、オゾンに代わる技術として、ヒドロキシラジカルを利用した処理が提案されている。ヒドロキシラジカルは、水蒸気の存在下で放電を掛けることで発生する。このような状況下において、近年では過熱水蒸気技術の開発が盛んに行われ、過熱水蒸気の発生効率も大幅に向上している。例えば、高周波磁界中に誘導加熱部材を配置して、誘導加熱部材内での渦電流損やヒステリシス損により熱を供給して過熱水蒸気を発生させる電磁誘導型の過熱水蒸気装置の登場で、比較的低温（概ね４００℃以下）で活性な無酸素状態の過熱水蒸気が得られるようになった（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
このようにして得られた過熱水蒸気に対して放電処理を行うことで、比較的容易にオゾンを含まないヒドロキシラジカルを発生させることができる。例えば、低温（概ね３００℃以下）の過熱水蒸気にヒドロキシラジカルを効率よく発生させるべく、発生した過熱水蒸気に対して放電処理を行うことが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１９１３３８号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／１４８０００号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
気相でヒドロキシラジカルを発生させるには、ボイラー等で生成した水蒸気（スチ一ム）中で高圧放電をさせれば良い。しかし、通常の水蒸気における水分子は大きなクラスターを形成していることから、ヒドロキシラジカルの発生効率が著しく低い。
【０００８】
特許文献２に記載の活性水蒸気発生装置の構成では、電磁誘導加熱器の中で、更に低温度で水蒸気のクラスターが崩壊していると考えられる。すなわち、特許文献２に記載の活性水蒸気発生装置では、誘導加熱装置で得た飽和水蒸気を筒状の放電処理装置の一端に送給し、放電処理により低温プラズマ化した活性水蒸気を放電処理装置の他端に接続された排出管で処理対象物の近傍に導入し、処理に利用する。しかしながら、ヒドロキシラジカルは寿命がマイクロ秒のオーダー（約１００μ秒以下）と非常に短いので、活性水蒸気を排出管で処理対象物の近傍に導入するまでの間にヒドロキシラジカルの大部分が消滅してしまう。特に、３００℃以下でのヒドロキシラジカルの生成効率は極めて低いという問題がある。
【０００９】
ヒドロキシロジカルの濃度を高めるには、高温度にして１分子の水蒸気の濃度を高くすればよい。しかし、熱の放散によるエネルギーロスが極端に悪くなる。また、高温度では適用できるフィルム材料が大幅に制限される。
【００１０】
ヒドロキシラジカルを利用してフィルム状の対象物を表面処理する場合、例えば、３００℃を超えると、テフロン（登録商標）、ポリイミド等、かなり限定された材料にしか適用できず、更に、５００℃を超えると、有機高分子材料には全く適用できなくなる。
【００１１】
また、活性水蒸気発生装置の構成を考えても、３００℃を超えると、使用できる高周波高圧電気の絶縁材料が非常に限定され、更に、５００℃を超えると、使用できる金属材料も限定され、装置の製造コストが高くなり、実用的でなくなる。
【００１２】
本発明は上記課題を解決すべくなされたもので、低温度で反応性の高いヒドロキシラジカルを高濃度に含んだ過熱水蒸気を用いることにより、効果的にフィルム材料の表面を親水化処理することができる親水化処理装置およびフィルム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】
【００１３】
上記課題を解決すべく提供される本発明に係る親水化処理装置は、（１）飽和水蒸気を誘導加熱して過熱水蒸気を発生する誘導加熱装置と、誘導加熱装置が発生した過熱水蒸気が導入される処理チャンバと、処理チャンバ内に配置され、導入された過熱水蒸気に放電処理を行う放電処理装置とを備える。そして、放電処理装置は、当該放電処理装置の支持体となるフレームと、フレームの上部に配置され、中心導体の周囲を絶縁体で覆った放電電極と、放電電極の下方に配置されたメッシュ状の対向電極と、放電電極と対向電極との間に高周波高電圧の電源を供給してバリア放電を生じさせる高周波電源とを有し、対向電極の直下に位置する処理対象物の表面を、バリア放電によりヒドロキシラジカルの濃度が高まった過熱水蒸気によって親水化する。
【００１４】
（２）本発明の親水化処理装置では、処理対象物を、処理チャンバの外部から内部に搬入し、放電処理装置における対向電極の直下を通過させ、処理チャンバの外部に搬出する搬送手段をさらに備えるように構成するとよい。
【００１５】
（３）本発明の親水化処理装置では、搬送手段は、処理チャンバの内部における放電処理装置よりも上流部分において、処理チャンバに導入された過熱水蒸気に処理対象物を晒すことにより前処理を行うよう前記処理対象物を搬送するように構成するとよい。
【００１６】
（４）本発明の親水化処理装置では、搬送手段は、ロール状の前記処理対象物を引き出して前記処理チャンバ内に引き込み、処理後の前記処理対象物をロール状に巻き取る巻き上げ部を有するとよい。
【００１７】
（５）本発明の親水化処理装置では、処理対象物は放電処理装置の対向電極の直下に載置され、高周波電源は、処理チャンバに過熱水蒸気が導入されてから所定時間に渡り、放電処理装置に電源を供給せず、当該所定時間において処理チャンバ内の過熱水蒸気により処理対象物が前処理され、当該所定時間の経過後に、高周波電源が放電処理装置に電源を供給してバリア放電を生じさせるように構成するとよい。
【００１８】
（６）本発明の親水化処理装置では、放電処理装置は、バリア放電が生じる領域に気体を供給するためのガス供給口を有し、処理チャンバに過熱水蒸気を導入するときに、ガス供給口からアルゴンガス、ヘリウムガス、またはこれらの混合気体を、過熱水蒸気１００重量部に対し２０〜４００重量部の割合で供給するように構成するとよい。
【００１９】
（７）本発明の親水化処理装置では、放電電極と対向電極との間に配置される絶縁体部材をさらに備えるとよく、（８）絶縁体部材は、放電電極の周囲を覆う被覆として設けられると特によい。
【００２０】
（９）本発明の親水化処理装置では、誘導加熱装置は、複数の隔壁により内部が複数の空間に仕切られた筒状の容器であり、隔壁のそれぞれは１または複数の開口部を有し、隣接する隔壁における開口部同士が対向しないように設けられるように構成するとよい。（１０）また、開口部の最大径が５ｍｍ以下となるように構成するとさらによい。
【００２１】
（１１）本発明の親水化処理装置では、隔壁で仕切られた空間に、球状もしくは不定形の磁性粒子が充填され、容器の内部の空隙率が３０％以下となるように構成するとよい。
【００２２】
（１２）本発明の親水化処理装置では、誘導加熱装置に供給される飽和水蒸気の圧力が、１．１〜１．５気圧となるように構成するとよい。
【００２３】
（１３）本発明の親水化処理装置では、対向電極の直下に設けられた冷却部材をさらに備えており、処理対象物を冷却部材に接触された状態で過熱水蒸気によって処理対象物の表面を親水化するとよい。（１４）また、冷却部材は、ぺルチェ方式、パイプを用いた水冷式、オイル式よりなる群から選択された少なくとも１つであるとよい。（１５）また、冷却部材は、５０〜１００℃の範囲で温度制御されるとよい。
【００２４】
（１６）本発明のフィルム製造方法は、飽和水蒸気を誘導過熱して過熱水蒸気を発生させる工程と、前記過熱水蒸気を処理チャンバ内に導入する工程と、前記処理チャンバ内に導入された前記過熱水蒸気に放電処理を行う工程と、前記処理チャンバ内にフィルム材料を配置し、前記放電処理によりヒドロキシラジカルの濃度が高まった前記過熱水蒸気によって前記フィルム材料の表面を親水化する工程と、を備える。
【００２５】
（１７）本発明のフィルムの製造方法では、親水化されたフィルム材料の表面にコート材料を取り付ける工程をさらに備えているとよい。
【００２６】
（１８）本発明のフィルムの製造方法は、フィルム材料の表面を親水化する工程において、フィルム材料を冷却部材に接触させた状態で親水化するとよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る過熱水蒸気処理装置によれば、従来法より低温度で格段に活性な、ヒドロキシラジカルを高濃度に含んだ過熱水蒸気により効率的に処理対象物の表面を親水化処理する親水化処理装置およびフィルムの製造方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る親水化処理装置１の構成を示す模式図である。
【図２】誘導加熱装置４の構造を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は放電処理装置６を処理対象物１００の搬送方向に垂直な方向から見た断面の構造を示す模式図である。図３（ｂ）は放電処理装置６を処理対象物１００の搬送方向から見た断面の構造を示す模式図である。
【図４】放電管６３の構造を示す外観図である。
【図５】第１実施形態の親水化処理装置１による処理の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る親水化処理装置１の構成を示す模式図である。
【図７】第２実施形態の親水化処理装置１による処理の手順を示すフローチャートである
【図８】本発明の第３実施形態に係る親水化処理装置１の構成を示す模式図である。
【図９】実施例６にて用いた放電処理装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る親水化処理装置１を説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る親水化処理装置１の構成を示す模式図である。親水化処理装置１は、ボイラー２、バルブ３、誘導加熱装置４、処理チャンバ５、放電処理装置６、およびベルトコンベア７を備える。
【００３０】
ボイラー２は、例えば図示せぬ水道の蛇口から供給される水を加熱、沸騰させ、飽和水蒸気を発生させる。ボイラー２に供給される水は浄水器により浄化された清浄水とすることが好ましい。ボイラー２が発生する飽和水蒸気の圧力は、１．１〜１．６気圧、好ましくは１．２〜１．４気圧に調節される。飽和水蒸気の圧力が１．１気圧を下回ると、誘導加熱装置４による過熱水蒸気の発生量が低下しやすくなる。また、飽和水蒸気の圧力が１．６気圧を超えると、水分子のクラスターが分解されにくくなり、親水化処理装置１の最終出力におけるヒドロキシラジカルの濃度が十分に高まらない原因となる。ボイラー２と誘導加熱装置４とはパイプにより連結され、パイプの途中にバルブ３が設けられる。バルブ３は、ボイラー２が発生した水蒸気を、後段の誘導加熱装置４に供給するか否かを切り替える流路開閉手段である。
【００３１】
図２は、誘導加熱装置４の断面図である。誘導加熱装置４は、入口４０ａおよび出口４０ｂを有する筒状の容器４０と、その外周に断熱材４１を介して巻回された銅線または銅管からなる高周波誘導コイル４２と、高周波誘導コイル４２に高周波電流を供給する高周波電源４５と、容器４０内に収容され、水蒸気が流通するとともに高周波電流により誘導加熱される誘導加熱部材４３と、容器４０の出口４０ｂ近傍に設けられ、誘導加熱により得られた過熱水蒸気の温度を検出する温度センサ４６と、温度センサ４６の検出結果に基づいて高周波電源４５を制御するコントローラ４７とを有する。
【００３２】
容器４０は、高周波誘導コイル４２に流れる高周波電流により実質的に誘導加熱されず、かつ生成した過熱水蒸気により劣化しない材料からなるのが好ましい。このような材料として、非磁性ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４等）、アルミニウム、銅等の非磁性金属、セラミックス、耐熱ガラス、黒鉛等が挙げられる。非磁性金属を用いる場合、一層優れた耐食性を得るために、容器４０の内壁をガラスコーティングしてもよい。メンテナンスを容易にするために、容器４０を、フランジを有する複数の円筒体により脱着自在に構成してもよい。
【００３３】
容器４０の内部は、複数個の隔壁４８により仕切られており、それぞれの隔壁４８には水蒸気を流通させるべく１個または複数個の開口部が設けられる。隣り合う隔壁４８の開口部は、向き合うことがないように互いにずれた位置に設けられる。隔壁の表面に同心円状の溝を設け、該溝の底部に、開口部を設けるようにするとよい。この溝により、充填される誘導加熱部材４３によって開口部が塞がれるのを防ぐことができる。開口部の位置をずらすことにより流動抵抗が高まるので、導入された水蒸気を容器内部に留めて誘導加熱部材４３による加熱作用を効果的に受けることができる。また、粒子は下方にパックされ、上部には一定の空間が生ずるので、隔壁の上部には開口部を設けないようにするとよい。
【００３４】
隔壁４８の数は任意であるが、容器４０の寸法の制約で、５〜３０個が現実的である。例えば、板厚５ｍｍの隔壁を配置するとよい。隔壁４８に設ける開口部の最大径は５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下とし、各隔壁４８について１０〜１００個の範囲で設けることが好ましい。隔壁４８の材質は、渦電流の発生効率に優れた軟磁性金属が好ましく、実用的には磁性ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４４７Ｊ１、ＳＵＳＸＭ２７等）が好適であるが、これに限定されるものではない。
【００３５】
誘導加熱は、高周波磁界中に置かれた導電体に生ずる渦電流損または磁気ヒステリシス損により加熱する方法であるので、誘導加熱部材４３は優れた軟磁性を有する材料からなるのが好ましい。さらに、誘導加熱部材４３は過熱水蒸気により曝されるので、優れた耐食性を有するのが好ましい。このため、誘導加熱部材４３は優れた耐食性を有する軟磁性金属からなるのが好ましい。このような金属として実用的には磁性ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４０３、ＳＵＳ４４７Ｊ１、ＳＵＳＸＭ２７等）が好ましい。その他、例えば炭素とホウ珪酸ガラスとからなるカーボンセラミックス等の導電性セラミックスを用いてもよい。誘導加熱部材４３による加熱の作用を受けずに誘導加熱装置４を通過してしまう水蒸気の流束が無いよう、誘導加熱部材４３の空隙率を３０％以下として流動抵抗を高めることが好ましい。
【００３６】
隔壁４８により仕切られた空間を満たす誘導加熱部材４３によって、導入された飽和水蒸気の最大流速が減少し、方向も変化する。隔壁４８を通過して次の空間でも誘導加熱部材４３によって、水蒸気の運動方向はバラバラになる。このように、隔壁４８により仕切られた空間を通過していく度に、水蒸気の運動方向は完全にランダムになり、速度も均一化される。水蒸気は、電磁誘導で発生した渦電流によって均一に加熱される。そして、高周波の作用とあいまって、過熱水蒸気のクラスターは次第に小さく崩れて行く。
【００３７】
本発明の好ましい実施形態では、誘導加熱部材４３は、球状もしくは不定形の磁性粒子がよい。水蒸気との接触面積を増やすべく、不定形の粒子や異なる径の粒子を使用することが好ましい。また、粒子表面や壁面に凹凸を設けることも有効である。粒子径は特に限定されないが、直径３〜９ｍｍ程度が好適で、隔壁４８に設けた開口部を通過しない大きさとする。
【００３８】
誘導加熱装置４により加熱して得られた過熱水蒸気は、パイプ４ａを通って処理チャンバ５に供給される。処理チャンバ５に導入される過熱水蒸気の温度は１１０〜２５０℃の範囲とされることが好ましい。処理チャンバ５は、放電処理装置６およびベルトコンベア７による搬送経路の一部を覆う。処理チャンバ５は、処理室の内部と外部とを隔絶し、内部を過熱水蒸気の雰囲気とする。
【００３９】
放電処理装置６は、過熱水蒸気の雰囲気中に配置され、過熱水蒸気の雰囲気中でバリア放電を行うことで水分子をラジカル解離させ、過熱水蒸気中のヒドロキシラジカルの濃度を高める。図３（ａ）は放電処理装置６を処理対象物１００の搬送方向に垂直な方向から見た断面の構造を示す模式図である。また、図３（ｂ）は放電処理装置６を処理対象物１００の搬送方向から見た断面の構造を示す模式図である。放電処理装置６は、フレーム６１、放電管６３、放電管保持部６４、対向電極６５、高周波電源６６、高耐圧ケーブル６７、およびガス供給口６８を備える。
【００４０】
フレーム６１は、例えばアルミニウム合金製の４本の支柱と梁とにより構成される放電処理装置６の支持枠である。フレーム６１の天面は開放されている。フレーム６１の四方の側面は上部が耐熱ガラス製の上部側壁６２により囲まれている。上部側壁６２は、放電処理がなされた過熱水蒸気が四方に散逸するのを防ぐ。これにより、放電処理装置６の下部を通る処理対象物１００に効率よくヒドロキシロジカルが供給される。フレーム６１の四方の側面の下部には側壁が設けられていない。四方の側面の下部は、支柱を脚部として、ベルトコンベア７を跨いで配置される。
【００４１】
図４は、放電管６３の構造を示す外観図である。放電管６３は、放電電極となる中心導体６３１と、中心導体６３１の周囲を囲む絶縁体の管６３２と、を有する。絶縁体の管６３２は、２５０〜３００℃の高温雰囲気での高周波放電およびヒドロキシラジカルによる腐食に耐えなければならない。このような要求を満たすべく、例えば、外径３〜３０ｍｍφ、肉厚０．５〜３ｍｍの石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミナなどの、ガラスやセラミックが用いられる。放電管６３の長さに制約はないが、フレーム６１や処理チャンバ５のサイズ、強度等を勘案し、例えば１００〜５００ｍｍ程度とするとよい。なお、耐腐食性を求めずに、絶縁体による被服を備えない構成とすることも可能である。
【００４２】
中心導体６３１は直径０．１〜１０ｍｍφのタングステン、モリブデン、ステンレス合金（ＳＵＳ３０４など）、ニッケルクロム合金（インコネルなど）などの耐食性、加工性、コストの要件を満たす材料が使用される。電極の径が小さ過ぎると、たわみが生ずるので、たわみを防ぐべくテンションを掛ける必要があり、また放電で劣化し、耐久性に問題を生ずる。したがって、中心導体６３１の直径を長さの２００分の１程度以上とし、十分な強度を確保してたわみが生じにくくするとよい。中心導体６３１およびそこから引き出すリード線と対向電極６５との間での意図せぬ放電を抑制すべく、対向電極６５の端部、および中心導体６３１の端部は、管６３２の端部よりも２０ｍｍ程度内側になるよう配置される。なお、中心導体６３１（放電電極）の形状は上記に限らず、板状、角棒状、線状等であってもよいし、絶縁体の管６３２の内面に金属もしくは金属を分散した塗料が、メッキもしくは塗装して形成されてもよい。
【００４３】
放電管保持部６４は、放電管６３を、フレーム６１との間の絶縁を確保しつつ略水平に保持する。放電管保持部６４は、高周波高圧放電の絶縁部材としての要求を満たすべくフッ素樹脂製が好ましい。無酸素雰囲気中（０．５％以下、好ましくは０．２％以下）の使用に限定すれば、耐熱性のシリコーン樹脂製、またはゴム製のものを使用してもよい。また、処理対象物１００を均一に処理すべく、放電管保持部６４は、放電管６３の長手方向がベルトコンベア７による搬送方向と直交するように、放電管６３を保持する。
【００４４】
対向電極６５は、５〜１００メッシュ（１インチ当たりの目数）のステンレス合金（ＳＵＳ３０４など）などの金属製エッチング板、プレス板を用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。対向電極６５は、フレーム６１における上部側壁６２の下端よりもやや下側の位置に固定される。放電電極間距離（放電管６３と対向電極６５との距離）は１５ｍｍ以下とするのが好ましい。放電管６３と金属メッシュで形成された対向電極６５との間で放電が起こるので、処理対象物１００の形状や物性、フィード量による放電状態への影響がなく、負荷が一定となり、安定放電時の電圧を低く抑えることができる。ここで、処理対象物１００に直接放電照射すると、局部的に高エネルギー（高温）になり、処理対象物１００がダメージを受けるおそれがある。しかし、放電管６３と金属メッシュで形成された対向電極６５との間での放電を利用する本実施形態の手法では、処理対象物１００の損傷は生じない。対向電極６５がメッシュ状に形成されるため、放電処理により発生するヒドロキシラジカルが、対向電極６５を透過して、フレーム６１の下部の領域に容易に到達する。
【００４５】
高周波電源６６は、放電管６３と対向電極６５との間に印加する高周波高電圧を発生する電源である。印加周波数は５〜５０ｋＨｚの範囲で任意に選択できるが、適切な放電とヒドロキシラジカル濃度を得るためには、１０〜３０ｋＨｚの範囲内とすることが好ましい。周波数は高い方が小さな電力消費量でパワーが得られる。これより低い場合は、放電の回数が減少しヒドロキシラジカルの濃度が高くならない。周波数が高すぎる場合は、絶縁シールドが困難になり（漏洩磁束が大きくなり）、エネルギー効率が低下する。さらに、軟磁性金属の磁化が生じ、時計などの機械の故障の原因にもなる。
【００４６】
放電開始時の印加電圧は１〜１００ｋＶの範囲内で、安定な放電が得られる最適な条件を選択すればよいが、一般的には５〜２０ｋＶが好ましい。電圧がこれより低い場合は、電極とアース間の距離を小さくしないと安定した放電が得られないので、プラズマの発生面積が小さくなり、量産に向かない。反対に、電圧が高い場合は、絶縁シールドが困難になり、エネルギー効率が低下する。消費電力は０．１〜１０ｋＷで、処理対象物１００の処理目標に応じて任意に設定することができる。一例として、高周波電源６６は、±１０キロボルト、２５ｋＨｚ、６００Ｗの交流（正弦波）電圧を発生する。高周波電源６６により発生された電圧は高耐圧ケーブル６７を介して放電管６３に印加される。高耐圧ケーブル６７は、絶縁性を確保すべくフッ素樹脂製の被膜が中心導体の周りに施されることが好ましい。なお、無酸素雰囲気中（０．５％以下、好ましくは０．２％以下）の使用に限定すれば、耐熱性のシリコーン樹脂、またはゴムの被膜によるものを使用してもよい。
【００４７】
ガス供給口６８は、フレーム６１における上部側壁６２に囲まれた領域内の放電雰囲気にアルゴンガス、ヘリウムガス等の各種ガスを供給するためのガス供給口である。ガス供給口６８は、放電管６３よりも上部に配置され、処理チャンバ５の外部のガス供給源（図示しない）と配管により接続される。放電雰囲気中にアルゴンガス、ヘリウムガス、またはこれらの混合気体を導入することで、プラズマの寿命を延ばし、活性な空間を倍増できる。導入量は、過熱水蒸気の１００重量部に対して２０〜４００重量部が効果的である。導入量が多すぎると活性が低下する。また、導入する飽和水蒸気にアルゴンガスを５０体積％（２２２重量部）含ませると結露点を８１．８℃まで下げることが可能となり、９０℃で安定な活性な水蒸気プラズマを発生することができ、適用できる素材の範囲が大幅に広がる。さらに、必要に応じて、酸素、二酸化炭素、などを導入して、滅菌、親水化（水酸基の導入）、水酸基以外の極性基の導入などの作用効果を得ることが可能である。
【００４８】
放電処理装置６を上記のような構成とすることで、放電に要するエネルギーを最小化でき、放電処理のエネルギー効率が改善される。放電方法は、バリア放電以外にも、縁面放電、コロナ放電、アーク放電等が使用可能である。利用目的や照射条件・制約によって最適な放電方法を選択すればよいが、安定して大きな出力が得られる点でバリア放電が優れる。
【００４９】
ベルトコンベア７は、処理対象物１００を搬送する搬送手段である。ベルトコンベア７は、処理チャンバ５の外部から内部に処理対象物１００を搬入し、処理チャンバ５の内部での搬送中に過熱水蒸気雰囲気による前処理および活性度が高められた過熱水蒸気による処理を受けさせ、処理を終えた処理対象物１００を処理チャンバ５の外部に搬出する。処理チャンバ５内の搬送経路では、上流部において処理チャンバ５内部の過熱水蒸気雰囲気に晒して前処理を行う。この前処理では、処理対象物１００の予熱、水分乾燥、残留溶剤等の除去および脱酸素が行われる。また、搬送経路の下流部では、放電処理装置６における対向電極６５の直下を通過させてヒドロキシラジカルが高濃度に含まれた活性な過熱水蒸気による処理を行う。
【００５０】
放電処理装置６の下方には冷却部材９が設けられていてもよい。冷却部材９には、ぺルチェ方式、パイプを用いた水冷式、オイル式などが用いられる。冷却部材９の形態としては、板状、ロール状、パイプ状などが採用される。冷却部材９は、ベルトコンベア７に組み込まれていてもよい。ベルトコンベア７によって搬送される処理対象物１００は、冷却部材９と接触する。これにより、処理対象物１００の温度が例えば５０〜１００℃の範囲で制御される。処理対象物１００は、温度制御された状態で親水化処理される。
【００５１】
本実施形態において、処理対象物１００はフィルム材料である。本実施形態によって処理されるフィルムの主な材料は、セルロース系、オレフィン系、ビニル系、アクリル系、ポリエステル系、ポリカーボネート系、ポリエーテル系、ボリアミド系、ポリイミド系、シリコーン系等の高分子材料、更には、これらの水素原子の一部もしくは大部分をフッ素、臭素、塩素等で置換した材料が単独もしくは、混合、共重合された材料である。なお、融点または軟化点に応じて処理条件を設定する必要がある。
ここで、フィルム材料の一例および物性の一例を示す。
ＰＢＩ（ポリベンゾイミダゾール）…使用可能温度：３４５℃
ＰＩ（ポリイミド）…熱分解温度５００℃以上
ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）…融点：３２７℃、ガラス転移転：１５〜２０℃、使用可能温度：２６０℃
ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）４５Ｇ…使用可能温度：２５０℃
ＰＡＩ（ポリアミドイミド）…使用可能温度：２５０℃
ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）…融点：２８２℃、使用可能温度：２２０℃
ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン）４１００Ｇ…使用可能温度：１８０℃
ＰＥＩ（ポリエチレンイミン）…使用可能温度：１７０℃
ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）…使用可能温度：１５０℃
ＰＣ（ポリカーボネート）…融点：約２５０℃、使用可能温度：−１００〜１８０℃
ＣＮ（キャストナイロン）…使用可能温度：１２０℃
ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）…融点：２４３℃、ガラス転移転：７８℃
ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）…使用可能温度：１００℃
アクリル（カネカ社：ＳＤ００１）…ガラス転移転：８５℃、使用可能温度：１０５℃
アクリル（カネカ社：ＳＤ００７）…ガラス転移転：１０３℃
アクリル（カネカ社：ＳＤ００９）…ガラス転移転：１２５℃
ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）…使用可能温度：８０℃
ＰＰ（ポリプロピレン）…使用可能温度：６５℃
【００５２】
フィルムの製法としては、熱融解して、ロールで厚みを規制しつつ、進行方向に巻き取る方法（巻き取りながら、適当な強度で引っ張る、一軸延伸法、横方向にも引っ張る、二軸延伸法がある）、押し出し成形法（直線Ｔダイから押し出すフィルム状、円形ダイスから押し出すシームレス状がある）、ブロー法、溶剤キャスト法が挙げられる。
【００５３】
フィルム材料としては、２種類以上の材料を同時に成形する多色成形法、延伸フィルム上に、別の材料を直線Ｔダイから押し出す方法、延伸フィルム上に別の材料を、溶剤キャスト法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、インクジェット法、スパッタ法等で塗工した複合フィルムも用いられる。この場合に塗工する材料は、高分子材料に限定されるものではなく、オリゴマー材料、低分子材料を含む。
【００５４】
続いて、図５に示すフローチャートを参照して、第１実施形態に係る親水化処理装置１による処理の手順を説明する。この処理の手順によって親水化処理されたフィルムが製造される。
まず、ボイラー２により１００℃以上、例えば１１０〜１４０℃の飽和水蒸気を発生させる（Ｓ１）。この飽和水蒸気の圧力は１．１〜１．６気圧の範囲とする。バルブ３を開放して、飽和水蒸気を誘導加熱装置４に供給する（Ｓ２）。続いて、誘導加熱装置４にて、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生させる（Ｓ３）。過熱水蒸気の温度は、２００〜３５０℃の範囲で所望の温度となるように制御される。発生した過熱水蒸気は、パイプ４ａを介して処理チャンバ５に供給される。処理チャンバ５の内部は、過熱水蒸気が充満し、供給される過熱水蒸気の温度や流量に応じて例えば、１９０〜３５０℃の範囲内の所望の温度とされる。
【００５５】
処理チャンバ５内に過熱水蒸気が導入されると、放電処理装置６には、ガス供給口６８からアルゴンガスが供給される（Ｓ４）。アルゴンガスは飽和水蒸気が誘導加熱装置４に供給されるタイミングで供給されるようにしてもよい。また、このステップを省き、アルゴンガスを供給しない態様としても構わない。放電処理装置６は、供給される過熱水蒸気をバリア放電によって処理し、ヒドロキシラジカルを高濃度に含む過熱水蒸気を生成する（Ｓ５）。
【００５６】
放電処理装置６による放電処理と並行して、処理チャンバ５にはベルトコンベア７により、処理対象物１００であるフィルム材料が搬入される（Ｓ６）。処理対象物１００は、処理チャンバ５内に搬入されてから放電処理装置６の下部に搬送されるまでの間、処理チャンバ５内に充満する過熱水蒸気によって予熱、水分乾燥、残留溶剤等の除去および脱酸素といった前処理が行われる（Ｓ７）。前処理の時間は処理チャンバ５内での放電処理装置までの搬送距離と搬送速度によって定まる。その後、処理対象物１００が放電加熱装置６の下部に到達すると、放電処理装置６によるバリア放電により生成したヒドロキシラジカルを高濃度に含む過熱水蒸気によって処理対象物１００に対し、親水化処理が行われる（Ｓ８）。処理時間は放電処理装置６の長さと搬送速度とによって定まる。放電処理装置６の下部を通過した処理対象物１００は、処理チャンバ５から搬出され（Ｓ９）、一連の処理が終了する。これにより、表面が親水化処理されたフィルムが完成する。なお、フィルム材料の表面を親水化した後、その表面にコート材料を取り付ける工程を追加してもよい。
【００５７】
上述の親水化処理装置１によれば、低温度で反応性の高いヒドロキシラジカルを高濃度に含んだ過熱水蒸気により、効率的に処理対象物１００を、連続的に親水化処理することができる。
【００５８】
〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態に係る親水化処理装置１の構成を示す。本実施形態の特徴は、第１実施形態におけるベルトコンベア７を備えず、処理対象物１００が放電処理装置６における対向電極６５の直下に載置される点にある。放電処理装置６の直下には、冷却部材９を設けてもよい。なお、ベルトコンベア７を備えない構成としたことに伴う変更点以外については、上述した第１実施形態と同様なので、ここでの説明を省略する。
【００５９】
以下、図７に示すフローチャートを参照して、第２実施形態に係る親水化処理装置１による処理の手順を説明する。この処理の手順によって親水化処理されたフィルムが製造される。
処理に先立ち、処理対象物１００であるフィルム材料を放電処理装置６における対向電極６５の直下に載置しておく。処理を開始すると、ボイラー２により１００℃以上、例えば１１０〜１４０℃の飽和水蒸気を発生させる（Ｓ１０１）。この飽和水蒸気の圧力は１．１〜１．６気圧の範囲とする。バルブ３を開放して、飽和水蒸気を誘導加熱装置４に供給する（Ｓ１０２）。続いて、誘導加熱装置４にて、飽和水蒸気を加熱して過熱水蒸気を発生させる（Ｓ１０３）。過熱水蒸気の温度は、２００〜３５０℃の範囲で所望の温度となるように制御される。発生した過熱水蒸気は、パイプ４ａを介して処理チャンバ５に供給される。処理チャンバ５の内部は、過熱水蒸気が充満し、供給される過熱水蒸気の温度や流量に応じて例えば、１９０〜３５０℃の範囲内の所望の温度とされる。
【００６０】
処理チャンバ５内に過熱水蒸気が導入されると、放電処理装置６には、ガス供給口６８からアルゴンガスが供給される（Ｓ１０４）。アルゴンガスは飽和水蒸気が誘導加熱装置４に供給されるタイミングで供給されるようにしてもよい。処理チャンバ５内に過熱水蒸気が供給されてから所定時間（例えば１５分間）に渡って放電処理装置６に電源を供給せず、予熱、水分乾燥、残留溶剤等の除去および脱酸素といった前処理が行われる（Ｓ１０５）。
【００６１】
所定時間が経過後、放電処理装置６の電源を投入し、過熱水蒸気をバリア放電によって処理して、ヒドロキシラジカルを高濃度に含む過熱水蒸気を生成する。処理対象物１００には、ヒドロキシラジカルを高濃度に含む過熱水蒸気によって、親水化処理が行われる。放電処理を所定時間（例えば５分間）行う（Ｓ１０６）。その後、放電処理装置６への電源供給を終了して一連の処理が終了する。そして、処理後に処理対象物１００を処理チャンバ５から搬出する。これにより、表面が親水化処理されたフィルムが完成する。なお、フィルム材料の表面を親水化した後、その表面にコート材料を取り付ける工程を追加してもよい。
【００６２】
第２実施形態の親水化処理装置１によれば、低温度で反応性の高いヒドロキシラジカルを高濃度に含んだ過熱水蒸気により効率的に処理対象物１００をバッチ処理により親水化処理することができる。
【００６３】
〔第３実施形態〕
図８は、本発明の第３実施形態に係る親水化処理装置１の構成を示す。本実施形態の特徴は、第１実施形態におけるベルトコンベア７の代わりに、ロール状の処理対象物１００を引き出し、さらに巻き取りながら搬送させる巻き上げ部７０を備えている点にある。放電処理装置６の直下には、冷却部材９を設けてもよい。これ以外の構成は、上述した第１実施形態と同様なので、ここでの説明を省略する。
【００６４】
第３実施形態に係る親水化処理装置１による処理の手順は、上述した図７に示すフローチャートの処理と同様であるが、ロール状に巻かれた処理対象物１００であるフィルム材料を巻き上げ部７０で引き出し、および巻き取りながらこれらの処理を行う。
【００６５】
すなわち、ロール状に巻かれた処理前の処理対象物１００は、ロールから引き出されて処理チャンバ５内に引き込まれる。処理対象物１００は、処理チャンバ５内に引き込まれてから放電処理装置６の下部に搬送されるまでの間、処理チャンバ５内に充満する過熱水蒸気によって予熱、水分乾燥、残留溶剤等の除去および脱酸素といった前処理が行われる。続けて、処理対象物１００が放電加熱装置６の下部に到達すると、放電処理装置６によるバリア放電により生成したヒドロキシラジカルを高濃度に含む過熱水蒸気によって処理対象物１００の表面に親水化処理が施される。その後、処理対象物１００は処理チャンバ５の外へ送り出され、再びロール状に巻き取られる。
【００６６】
上述の親水化処理装置１によれば、低温度で反応性の高いヒドロキシロジカルを高濃度に含んだ過熱水蒸気により、ロール・ツー・ロール方式で効率的に処理対象物１００を親水化処理することができる。
【００６７】
以上、本発明の複数の実施形態について、フィルムの表面を処理する親水化処理装置１を例に説明してきたが、親水化処理装置１による処理対象物はフィルムに限定されず、放電処理装置６の下部に配置できるものであれば、処理温度に耐えられる限りにおいていかなる物であっても構わない。例えば、高分子で形成され板、ブロック、繊維、粒子、容器などを処理対象物としても構わない。
【実施例】
【００６８】
次に、実施例および比較例を示す。
【００６９】
［実施例１］
誘導加熱装置に用いられる容器は、ＳＵＳ４３０製である。容器は、外径１２０ｍｍφ、肉厚５ｍｍ、長さ２５０ｍｍである。誘導過熱装置には、飽和水蒸気の進行方向に１０ｍｍの空間が設けられ、その先に第１番目の隔壁が設けられる。誘導過熱装置には、更に飽和水蒸気の進行方向に沿って１０ｍｍ間隔で隔壁が設けられる。各隔壁の板圧は、５ｍｍである。各隔壁の表面には、円の外周に沿って幅２ｍｍ、深さ２ｍｍ、半径９０ｍｍ、７０ｍｍ、５０ｍｍの同心円状の溝が設けられる。該溝の底部には、２ｍｍφの貫通口が等間隔に設けられる。ペレット（誘導加熱部材４３）は、５ｍｍφのＳＵＳ４３０粒子であり、各空間一杯に充填される。誘導加熱装置に用いられる高周波電源の入力電圧は、２００ＶＡＣ、６０Ｈｚ、２０ｋＷの商用電源である。入力電圧は、インバータによって２０ｋＨｚの高周波電圧に変換される。高周波電圧は、二次側の誘導コイル（１０ｍｍφの純銅線１０巻き）に印加される。
【００７０】
放電処理装置に用いる放電管は、絶縁体として人工石英ガラスパイプと、中心導体としての電極と、を有する。人工石英ガラスパイプは、外径１０ｍｍφ、内径６ｍｍφ、長さ２５０ｍｍである。電極は、外径５ｍｍφ、長さ２８０ｍｍ、のＳＵＳ３０４製である。放電管保持部には、５本の放電管が吊り下げ式でセットされる。隣接する放電管の中心距離は３０ｍｍである。放電処理装置においては、ベルトコンベアの搬送方向に沿って概ね１５０ｍｍに渡り放電雰囲気を発生させるように放電管が配置される。対向電極は、ＳＵＳ３０４製の２０メッシュのエッチング板である。印加電圧は±１０ｋＶＡＣ、２０ｋＨｚ、６００Ｗである。放電処理装置は、幅５０ｃｍ、高さ５０ｃｍのベルトコンベアをまたぐ形で設置される。処理チャンバ内で前処理のための搬送距離は６００ｍｍである。ベルトコンベアの搬送速度は１５０ｍｍ／分である。これにより、５分間の前処理と、１分間の放電雰囲気による処理が行われる。
【００７１】
発熱体の温度は２８０℃である。処理チャンバ７内の温度は１７０℃である。これらの条件で処理を行う場合、機器の外部においてオゾン臭は認められない。実施例１の処理対象物は、幅３００ｍｍ、厚さ２００μｍの押し出し成形法で作成したビスフェノールＡ型ポリカーボネートフィルムである。上述の条件によって、処理対象物に処理を施す。
【００７２】
この処理対象物の処理前の純水に対する接触は５０度である。この処理対象物の処理後の純水に対する接触角は１０度である。更に、処理したフィルム上にハ一ドコ一ト層として、アクリル変性シリコーン塗料（信越化学工業製）を２μｍ設けて、中心発光波長３６５ｎｍの超高圧水銀灯で３０秒間照射し、ＵＶ硬化させる。
【００７３】
比較例１として、無処理のビスフェノールＡ型ポリカーボネートフィルムの表面にハ一ドコ一トしたフィルムを用意する。また、比較例２として、ビスフェノールＡ型ポリカーボネートフィルムの表面に、−１０ｋＶＤＣ、１分間のコロナ放電処理（春日電機製）をした後に、表面にハ一ドコ一トしたフィルムを用意する。比較例２に係るフィルムの純水に対する接触角は、２４度である。
【００７４】
これら３種類のフィルムを、ユアサシステム機器製屈曲試験機にかけて、ハ一ドコ一ト層の耐久性能を比較する。耐久性能試験の条件は、±１８０度、９０ｒｐｍの条件で、時間を１０分、３０分、１２０分とする。結果を表１に示す。
【００７５】
【表１】
2015124343.tif 000003
【００７６】
［実施例２］
実施例２においては、実施例１における放電開始の１分前から、８Ｌ／分の流量でアルゴンガスを混合する。この時の過熱水蒸気１００重量部に対するアルゴンガスの供給量は５０重量部である。他の条件は実施例１と同様である。実施例１と同じフィルムを処理すると、処理チャンバ内１２０℃、１分の処理で、実施例１と同等の結果が得られる。より低温度で処理ができる事で、アクリルなどの軟化点もしくは融点がより低いフィルムにも適用できるようになる。アクリルフィルムの処理前の純水に対する接触角は７３度である。このアクリルフィルムに実施例２の処理を施すと、処理後の純水に対する接触角は２９度になる。このように、処理後のアクリルフィルムにおいては、フィルムとアクリル変性シリコーン塗料との親和性が高まるため、良好な接着強度が得られる。
【００７７】
［実施例３］
実施例３においては、実施例１における過熱水蒸気の温度を１２０℃に設定し、放電開始の１分前から、３２Ｌ／分の流量でアルゴンガスを混合する。この時の過熱水蒸気１００重量部に対するアルゴンガスの供給量は２００重量部である。
【００７８】
対向電極の直下にステンレス製の基板を設置し、ぺルチェ方式の冷却部材で８５℃に設定する。処理対象物であるフィルム材料を冷却部材に直接接触させてフィルム材料の表面の温度が融点以上に高くならないようにする。実施例３では、フィルム材料として塩化ビニールフィルムを用いる。他の条件は実施例１と同様である。
【００７９】
実施例３では、処理チャンバ内１２０℃、塩化ビニールフィルムの表面温度９０℃、１分の処理で、処理前８３度だった接触角が５１．４度になる。このように、実施例１と同等の結果が得られる。このように、軟化点もしくは融点が１００℃より低いフィルムにも適用できるようになる。これは、通常の過熱水蒸気では結露を生ずるため、全く考えられない効果である。実施例３に係る処理では、装置内での結露は認められない。
【００８０】
［実施例４］ 
実施例４においては、実施例１における誘導加熱装置に代えて、市販の過熱水蒸気発生装置（野村技工製、ジェネシス）を、２５ｋＨｚ、２０ｋＷ、の条件で使用する。実施例４では、過熱水蒸気発生装置の温度を、２８０℃〜４００℃、処理チャンバ内の温度を１７０℃〜２５０℃の間で変化させて処理を行う。実施例１と同じフィルムを処理すると、処理チャンバ内２３０℃、１分の処理で、実施例１と同等の効果が得られる。この時の過熱水蒸気発生装置の温度は、３３０℃である。少し処理温度が高くなるものの、評価に値する結果が得られる。
【００８１】
［実施例５］
実施例５においては、実施例３におけるベルトコンベアを取り除き、放電処理装置の直下に処理対象物を載置するバッチ処理式の親水化処理装置を用いる。実施例５では、実施例３と同じ処理対象物を３分間過熱水蒸気のみで処理し、しかる後に、放電処理装置の電源を投入し、さらに１分間の放電処理を行う。これにより、実施例３と同等の結果が得られる。
【００８２】
［実施例６］
実施例６においては、誘導加熱装置として実施例１と同じものを用いる。一方、放電処理装置として、実施例１のものとは異なり、図９に示した構造の放電処理装置８に過熱水蒸気を導入して放電処理を行い、これにより得られた放電処理済みの過熱水蒸気を配管を通して処理対象物の近傍に吐出する形式のものを用いる。具体的には、放電処理装置８は、石英ガラスの管である放電管８１と、中心導体８２と、を有する。石英ガラスの管としては、外径１０ｍｍ〜４０ｍｍ、好ましくは１５ｍｍ〜３０ｍｍ、より好ましくは２０ｍｍφ、肉厚１ｍｍ〜４ｍｍ、好ましくは２ｍｍ〜３ｍｍ、より好ましくは２ｍｍ、長さは機械的強度の範囲内で例えば１００ｍｍ〜３００ｍｍ、好ましくは１００ｍｍ〜２００ｍｍ、より好ましくは１１０ｍｍである。中心導体８２としては、直径０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜２ｍｍ、より好ましくは２ｍｍφのＳＵＳ３０４である。放電管８１のフランジには、ヒートショックによるガラスの割れを防ぐために、約３００℃に耐えるフッ素樹脂製の栓が用いられる。過熱水蒸気吐出口のフランジに接合される過熱水蒸気導入口のフランジには、耐熱性のシリコーンゴムが用いられる。放電管８１の中央付近の外周に２０メッシュ、幅５０ｍｍのステンレス合金（ＳＵＳ３０４）製の対向電極８３が設けられる。対向電極８３は接地される。放電管８１の両端のそれぞれには、直径約３０ｍｍの開口が設けられる。高周波電源８４による印加電圧は±５ｋＶＡＣ〜±３０ｋＶＡＣ、好ましくは±７ｋＶＡＣ〜±１５ｋＶＡＣ、より好ましくは±１０ｋＶＡＣ、１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ、好ましくは１５ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ、より好ましくは２５ｋＨｚ、２００Ｗ〜２０００Ｗ、好ましくは６００Ｗである。
【００８３】
実施例６においては、誘導加熱装置と放電処理装置をシリコーンゴムで接合し、放電管の長手方向が垂直になるように配置する。この装置を用い、誘導加熱装置の温度を、２３０℃〜３５０℃、処理チャンバ内の温度を１５０℃〜２５０℃の間で変化させて処理を行う。実施例６では、実施例１と同じフィルムを放電管の過熱水蒸気吐出口から５ｍｍ離れた位置に静置する。このフィルムに対して処理チャンバ内２２０℃で１０分バリア放電を掛けつつ過熱水蒸気照射する。これにより、フィルムにおける吐出口直下の部分で良好な密着性が得られる。この時の発熱体の温度は、３１０℃である。
【００８４】
以上で説明したとおり、改良された誘導加熱装置を用いている比較例においても従来のコロナ処理と比べ良好な接着性が実現されているが、実施例１〜６では、その比較例１〜２と比べ、さらに処理温度を低温度化し、時間も大幅に短縮される。
【００８５】
[比較例３]
従来の、パイプヒーター等を使用した直接加熱式過熱水蒸気中でバリア放電を施した技術では、２５０℃、１０分の処理で、コロナ放電処理と同等な結果が得られる。さらに良好な接着性を得ようとすると、３００℃にする必要がある。実施例１と同じフィルムを２００℃、２５０℃、３００℃の処理温度で処理した場合の結果を表２に示す。しかし、この際、フィルムが高温により歪み、接着強度は向上したものの、実用には耐えられない。パイプヒーター等を使用した直接加熱式過熱水蒸気中でバリア放電を施した技術では、高温にならないと、ヒドロキシラジカルの発生効率が上がらないと考えられる。
【００８６】
【表２】
2015124343.tif 000004
【００８７】
ここで、高分子フィルムの一例についての処理結果を表３に示す。
【００８８】
【表３】
2015124343.tif 000005
【００８９】
表３に示したように、本発明によれば、いずれのフィルム材料についても良好な親水性を得られることが分かる。
【００９０】
本発明によって、実験室レベルの大きさであれば、２２０℃１０分の処理で、良好な接着性が得られる。この時の発熱体の温度は、３１０℃である。
【００９１】
また、過熱水蒸気の処理チャンバ内にビルトインされた放電処理装置を下流側に置き、上流側で過熱水蒸気によって前処理をすることで、これまでは達成されなかった工業生産レベルでの、オゾンの発生を伴わない、ヒドロキシラジカルを利用した、低温度での親水化処理が可能になる。
【００９２】
すなわち、本発明では、例えば２２０℃以下の低温でヒドロキシラジカルを効率よく発生させ、フィルムの表面を親水化させることができる。このような低温の処理条件では、過熱水蒸気発生装置の発熱体の温度が３００℃以下となり、材料の選択肢が大幅に拡大し、さらに、放電部分では、使用可能な絶縁材料の選択肢が広がる。結果的に、装置の耐久寿命が大幅に延び、メンテナンスを含めた維持費用も大幅に削減される効果がある。
本発明は、コロナ放電に代わる、オゾンを発生せず、接着性を大幅に向上できる表面処理方法を提供するものであり、様々な複合フィルムの製造、印刷、ラベルの分野に適用できる。
【００９３】
以上のように、本発明は、親水化処理装置およびフィルムの製造方法に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００９４】
１  親水化処理装置
２  ボイラー
３  バルブ
４  誘導加熱装置
５  処理チャンバ
６  放電処理装置
９  冷却部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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