(57)【要約】【課題】簡単且つ経済的な工程で、金属表面を効率的且つ良好に親水化することを可能にする。【解決手段】被処理部品である金属部材１０は、ステンレス、鉄又はアルミニウムで構成される。金属部材１０の表面１０ａには、シロキサンを有する物質、例えば、シリコーン１２が設けられた後、前記シリコーン１２に紫外線（ＵＶ）が照射される。このため、金属部材１０の表面１０ａに付着しているシロキサンは、紫外線の照射によって化学結合が切断され、前記表面１０ａには、撥水性起因物質であるシロキサンが除去されて、親水性起因物質であるシラノール化皮膜１４が残存する。【選択図】図３
2008161806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属表面を親水化するための金属表面の処理方法であって、
前記金属表面にシロキサンを有する物質を設ける工程と、
前記物質が設けられた前記金属表面に、紫外線洗浄処理を施すことにより、前記金属表面にシラノール化皮膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする金属表面の処理方法。
【請求項２】
前記シロキサンを有する物質は、シリコーンであることを特徴とする金属表面の処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の処理方法において、前記紫外線洗浄処理は、大気雰囲気で行うことを特徴とする金属表面の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属表面を親水化するための金属表面の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、建物の外装部品等を構成する金属部材では、排水性を向上させるために、親水性を有することが望まれている。このため、例えば、特許文献１に開示されているように、被処理部品の表面にセラミック系水ガラス等の親水性コーティング材の塗布を施す工夫がなされている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１８２６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の親水化処理では、被処理部品の表面にセラミック系水ガラス等の親水性コーティング材が塗布されているが、この種の親水性コーティング材では、長期間にわたって所望の親水性を維持することができないおそれがある。これにより、効率的且つ良好な親水化処理が遂行されないという問題がある。
【０００５】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つ経済的な工程で、金属表面を効率的且つ良好に親水化することが可能な金属表面の処理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】
【０００６】
本発明は、金属表面を親水化するための金属表面の処理方法に関するものである。
【０００７】
この処理方法では、金属表面にシロキサンを有する物質を設ける工程と、前記物質が設けられた前記金属表面に、紫外線洗浄処理を施すことにより、前記金属表面にシラノール化皮膜を形成する工程とを有している。
【０００８】
また、シロキサンを有する物質は、シリコーンであることが好ましく、さらに紫外線洗浄処理は、大気雰囲気で行うことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、シロキサンを有する物質が設けられた金属表面に紫外線が照射されると、このシロキサンの化学結合が切断され、イオンやラジカルとなる。一方、紫外線の照射によりオゾンと共に活性酸素が生成される。従って、イオンやラジカルが活性酸素と結合し、揮発性の物質に分解変化して除去されるとともに、金属表面には、シロキサンがシラノール化され、親水性の高いシラノール化皮膜が存在する。
【００１０】
特に、紫外線洗浄処理では、撥水性を有する油分（有機物質）が効果的に除去されるため、従来のアルカリ処理による方法や溶媒を処理液等に溶出されて除去する方法に比べて、親水性が極めて向上する。
【００１１】
このため、簡単且つ経済的な工程で、金属表面を確実に親水化することが可能になり、長期間にわたって前記金属表面の排水性の向上を図ることができる。しかも、金属表面には、熱や摩耗等による損傷を与えることがない。なお、親水性は、水滴と金属表面との接触角により表わされており、親水化とは、例えば、８０度以下の接触角に設定された状態をいう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の実施形態に係る処理方法の概略説明図である。
【００１３】
被処理部品である金属部材１０は、ステンレス、鉄又はアルミニウムで構成される。金属部材１０の表面１０ａには、シロキサンを有する物質、例えば、シリコーン１２が設けられた後（図１Ｂ参照）、前記シリコーン１２に紫外線（ＵＶ）が照射されることにより、前記金属部材１０の表面１０ａには、親水性の高い物質、すなわち、シラノール化皮膜１４が存在している（図１Ｃ参照）。
【００１４】
図２は、金属部材１０の表面１０ａに存在するシリコーン１２に紫外線を照射するための紫外線洗浄装置２０の概略説明図である。
【００１５】
紫外線洗浄装置２０は、金属部材１０を矢印Ｄ方向に搬送するローラ搬送部２２を備えるとともに、前記ローラ搬送部２２の途上にケーシング２４が配置される。ケーシング２４内には、壁板２６によって紫外線照射室２８が形成され、前記紫外線照射室２８には、複数の紫外線照射用ランプ３０が金属部材１０の表面１０ａに対向して配置される。
【００１６】
次に、本実施形態に係る金属表面の処理方法について、説明する。
【００１７】
先ず、図１Ａに示すように、被処理物である金属部材１０が用意され、この金属部材１０の表面１０ａには、シリコーン１２が、例えば、シリコーンオイルの状態で設けられる（図１Ｂ参照）。
【００１８】
次いで、シリコーン１２が設けられた金属部材１０には、必要に応じて２次キュア（加熱処理）が施されると、前記シリコーンのモノマー成分であるシロキサンが飛散し、表面１０ａにシロキサンが付着する。その後、表面１０ａには、紫外線洗浄装置２０を介して紫外線（ＵＶ）が照射される。
【００１９】
紫外線洗浄装置２０の紫外線照射条件は、具体的に、以下のように設定される。すなわち、ランプ３０の出力は、例えば２００Ｗであり、紫外線照射室２８内は、大気雰囲気に設定されるとともに、紫外線の照射距離は、１０ｍｍ以下で、且つ、紫外線の照射時間は、２分間に設定される。
【００２０】
図２に示すように、金属部材１０は、ローラ搬送部２２を介して紫外線照射室２８に導入されると、この金属部材１０の表面１０ａには、ランプ３０を介して紫外線が照射される。この場合、図３に示すように、金属部材１０の表面１０ａに付着しているシリコーン１２の主成分であるシロキサンは、紫外線の照射によって化学結合が切断される一方、空気中の酸素に紫外線が照射されることにより、オゾン（Ｏ3）と活性酸素（Ｏ）とが生成される。
【００２１】
このため、図４に示すように、紫外線の照射によってシロキサンが分解され、有機基が水酸基に置換されることにより、シラノール化される。その際、分解されたシロキサンは、イオンやラジカルがオゾンや活性酸素によって酸化され、揮発性の物質である水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）となって蒸発する。
【００２２】
これにより、金属部材１０の表面１０ａには、撥水性起因物質であるシロキサンがシラノール化されて、親水性起因となる（先端にＯＨ基を持つ）シラノール化皮膜１４が残存することになる。
【００２３】
ここで、金属部材１０に対する紫外線の照射時間と表面１０ａの接触角（親水性）との関係を検出する実験を行った。その結果が、図５に示されている。洗浄条件としては、紫外線の照射距離が５０ｍｍで、酸素流量が５ｍｌ／ｍｉｎで、ランプ出力が１１０Ｗであった。
【００２４】
これにより、図５から了解されるように、紫外線洗浄を行わない金属部材１０では、水滴と表面１０ａとの接触角が８０度を超えており、撥水性を有していた。これに対し、紫外線洗浄を行うことによって、接触角が急激に低下し、表面１０ａが撥水性から親水性に変化するという結果が得られた。
【００２５】
次に、ランプ３０の出力の違いによる洗浄時間と表面１０ａの接触角との関係を検出する実験を行った。その結果が、図６に示されている。なお、洗浄条件としては、紫外線の照射距離が１０ｍｍで、紫外線照射室２８が大気雰囲気であり、ランプ３０の出力が１１０Ｗと２００Ｗとに設定された。図６に示すように、ランプ３０の出力を高めることにより、洗浄時間が短縮可能であるという結果が得られた。
【００２６】
また、紫外線の照射雰囲気中の酸素濃度の違いによる洗浄時間と表面１０ａの接触角との関係を検出する実験を行った。その結果が、図７に示されている。洗浄条件としては、紫外線の照射距離が１０ｍｍで、ランプ３０の出力が１１０Ｗに設定されるとともに、窒素雰囲気中（酸素なし）、酸素流量が５ｍｌ／ｍｉｎの酸素濃度及び大気酸素濃度の３パターンによる実験を行った。
【００２７】
この結果、図７に示すように、酸素なしの条件で紫外線の照射が行われると、表面１０ａの親水化がなされなかった。従って、実際上、表面１０ａの親水化には、酸素が必要であり、好適には、大気雰囲気であることが判明した。
【００２８】
さらにまた、紫外線の照射距離の違いによる洗浄時間と表面１０ａの接触角との関係を検出する実験を行った。その結果が、図８に示されている。洗浄条件としては、ランプ３０の出力が２００Ｗで、照射雰囲気が大気雰囲気であり、照射距離を５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ及び５０ｍｍに変更して実験を行った。
【００２９】
図８に示すように、紫外線の照射距離が長くなるのに従って、洗浄効果が低下した。一方、照射距離が短くなるのに従って、洗浄時間が短くなるものの、この照射距離が１０ｍｍ以内であれば、良好な洗浄性が得られるという結果が得られた。
【００３０】
これにより、例えば、ランプ３０の出力が２００Ｗで、照射雰囲気が大気雰囲気で、紫外線の照射距離が１０ｍｍ以下の洗浄条件に設定されることにより、２分の洗浄時間で接触角が１０°以下の表面１０ａを得ることができる。
【００３１】
このため、本実施形態では、簡単な工程で、金属部材１０の表面１０ａを確実且つ良好に親水化することが可能になるという効果が得られる。
【００３２】
ところで、表面１０ａの親水化を図るための処理として、一般的に、アルカリ洗浄が知られている。このアルカリ洗浄は、金属部材１０がアルカリ脱脂剤を加えた水溶液中に浸され、又は、前記金属部材１０に該水溶液を吹き付けて洗浄する表面処理法である。
【００３３】
そこで、本実施形態の紫外線洗浄処理と、通常のアルカリ洗浄処理とによる各表面１０ａの親水化状態を比較する実験を行った。その結果が、図９に示されている。
【００３４】
本実施形態の紫外線洗浄処理直後では、表面１０ａの接触角が１０°以下となったのに対し、アルカリ洗浄直後では、６０°程度にしか親水化が進まなかった。そして、洗浄後の時間の経過に伴って、表面１０ａの接触角が増加した。
【００３５】
その際、紫外線洗浄処理が施された表面１０ａでは、接触角が５０°〜６０°の範囲内に保持されており、良好な親水性が確保されていた。これに対して、アルカリ洗浄された表面１０ａでは、洗浄後に約１００時間を経過すると、接触角が８０°〜９０°まで高くなってしまい、親水性に変わって撥水性が顕著になっていた。従って、アルカリ洗浄では、洗浄直後に表面１０ａの親水化が図れるものの、短時間で撥水性に戻るという問題がある。
【００３６】
また、紫外線洗浄前後及びアルカリ洗浄前後における各表面１０ａを、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）により測定したところ、図１０及び図１１に示す正イオン及び負イオンが検出された。
【００３７】
具体的には、表面１０ａから８種類の有機シロキサンが検出された。紫外線洗浄後では、有機シロキサン量が洗浄前に比べて良好に減少する一方、シリコン酸化物が増加していた。これは、シロキサンが親水性を有する（先端にＯＨ基を持つ）シラノール化されたことによるからである。また、アルカリ洗浄後では、７種類の有機シロキサンに若干の減少があるものの、１種類の有機シロキサンでは、大幅に増加していた。
【００３８】
これにより、本実施形態の紫外線洗浄によるシロキサンに対する洗浄効果は、アルカリ洗浄に比べて大幅に向上するという結果が得られた。なお、アルカリ洗浄された表面１０ａでは、アルカリ洗浄液成分であるアミン系高分子の強度が洗浄前に比べて大幅に増加していた。このアルカリ洗浄液成分は、金属部材１０に残留することにより、他の部材に対して悪影響を及ぼす懸念がある。
【００３９】
次に、本実施形態の紫外線洗浄処理による濡れ性と、表面１０ａにシロキサンを設けずに紫外線洗浄処理を行った際の濡れ性とを比較する実験を行った。その結果が、図１２〜図１４に示されている。
【００４０】
図１２には、ステンレスで形成された金属部材１０において、シロキサンの有無による経過時間に対する接触角の変化が示されている。図１３には、鉄で形成された金属部材１０において、シロキサンの有無による経過時間に対する接触角の変化が示されており、さらに図１４には、アルミニウムで形成された金属部材１０において、シロキサンの有無による経過時間に対する接触角の変化が示されている。
【００４１】
これにより、図１２に示すように、ステンレス製の金属部材１０の表面１０ａにシロキサンが存在していない場合には、紫外線洗浄処理直後では、シロキサンが存在する場合と同様の接触角を有するものの、時間の経過に伴って接触角が増加してしまう。従って、シロキサンを用いない場合では、所望の接触角を長期間にわたって維持することができない。
【００４２】
一方、鉄製及びアルミニウム製の金属部材１０では、図１３及び図１４に示すように、シロキサンが存在しない場合、シロキサンが存在する場合に比べて初期の接触角が大きくなっており、比較的短期間で親水性から撥水性に変化している。
【００４３】
このため、ステンレス製、鉄製及びアルミニウム製の金属部材１０では、表面１０ａにシロキサンが存在することにより、シロキサンを設けない場合に比べて小さな接触角を有することができるとともに、長期間にわたって所望の親水性を確実に維持することが可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の実施形態に係る処理方法の概略説明図である。
【図２】前記処理方法に使用される紫外線洗浄装置の概略説明図である。
【図３】金属部材の表面に紫外線を照射される際の概略説明図である。
【図４】前記紫外線の照射により前記金属部材の表面が親水化された状態の説明図である。
【図５】紫外線の照射時間と前記金属部材の表面の接触角との関係図である。
【図６】ランプ出力の違いによる洗浄時間と前記金属部材の表面の接触角との関係図である。
【図７】照射雰囲気中の酸素濃度の違いによる洗浄時間と前記金属部材の表面の接触角との関係図である。
【図８】紫外線の照射距離の違いによる洗浄時間と前記金属部材の表面の接触角との関係図である。
【図９】紫外線洗浄処理後とアルカリ洗浄処理後とにおける経過時間と前記金属部材の表面の接触角との関係図である。
【図１０】紫外線洗浄前後及びアルカリ洗浄前後の前記金属部材の表面に残存する正イオン相対強度の説明図である。
【図１１】前記紫外線洗浄前後と前記アルカリ洗浄前後における前記金属部材の表面の負イオン相対強度の説明図である。
【図１２】ステンレスで形成された金属部材において、シロキサンの有無による経過時間に対する接触角の変化の説明図である。
【図１３】鉄で形成された金属部材において、シロキサンの有無による経過時間に対する接触角の変化の説明図である。
【図１４】アルミニウムで形成された金属部材において、シロキサンの有無による経過時間に対する接触角の変化の説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０…金属部材                      １０ａ…表面
１２…シリコーン                    １４…シラノール化皮膜
２０…紫外線洗浄装置                ２２…ローラ搬送部
２８…紫外線照射室                  ３０…ランプ
【図１】
2008161806.tif 000003
【図２】
2008161806.tif 000004
【図３】
2008161806.tif 000005
【図４】
2008161806.tif 000006
【図５】
2008161806.tif 000007
【図６】
2008161806.tif 000008
【図７】
2008161806.tif 000009
【図８】
2008161806.tif 000010
【図９】
2008161806.tif 000011
【図１０】
2008161806.tif 000012
【図１１】
2008161806.tif 000013
【図１２】
2008161806.tif 000014
【図１３】
2008161806.tif 000015
【図１４】
2008161806.tif 000016