JPH037209B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

Ａ 本発明の技術分野 本発明は高分子シート状物を低温プラズマ処理
する方法に関するものである。 Ｂ 従来技術とその問題点 高分子シート状物を低温プラズマ処理して、化
学的性質、物理的性質、あるいは力学的性質、光
学的性質、電気的性質、表面構造等を改質する検
討は近年盛んになつている。換言すると、接着
性、摩擦特性、風合、光沢、帯電防止、平面硬
化、粗面化、ブロツキング防止、染色物の濃色
化、染色堅牢度の向上等の目的で低温プラズマ処
理が検討されている。 しかし、設備費が高いこととランニングコスト
が非常にかかることなどから工業的にはあまり採
用されていないのが現状である。 低温プラズマ処理において設備費が高く、ラン
ニングコストがかかる理由を考えてみると １） 処理時間が数秒〜数百秒必要なため、生産
量を上げるために処理スピードを上げようとす
ると、長い処理長を必要とし、このために処理
装置がある程度以上大きくならざるを得ないこ
と、 ２） さらに放電に必要な電力が非常に大きいこ
と、ランニングコストの大部分はこの電力代で
ある。 などの理由による。 Ｃ 本発明の目的 本発明はこの放電に必要な電力を低下させるこ
とを目的とするもので、そのためにはプラズマを
ある程度閉じこめて不必要な部分への放電ロスを
少なくし被処理物に有効に作用させることが非常
に有効であることを見い出すと共に、設備費も安
く、しかもランニングコストが著しく低下する低
温プラズマ処理方法を見い出した。 Ｄ 本発明の構成 すなわち本発明は高分子シート状物を放電電極
が缶体の内部に存在する内部電極型の低温プラズ
マ発生装置を用いて低温プラズマ処理するに際し
て、放電電極及び放電回路を、接地された缶体よ
り絶縁し、かつ非接地状態に保つことを特徴とす
るプラズマ処理方法に関するものである。 本発明で言う高分子シート状物とは、合成高分
子、天然高分子等からなる樹脂、成型品、フイル
ム、布等のシート状物を言うが、必ずしも一種類
の高分子からなつている必要はなく、複合、バイ
メタル、はりあわせ、ブレンド、共重合、交撚、
交編、交織、混織等であつてもよく、さらには内
部に適当な可塑剤、練込物、無機物、艷消し剤等
を含むものでもよい。またシート状物表面に他の
高分子物質、有機物、無機物、あるいはこれらの
混合されたものが付着していてもかまわない。 プラズマは高温プラズマと低温プラズマの２つ
に分類されるが、本発明で言うプラズマは低温プ
ラズマをさす。低温プラズマは放電中で生成され
るプラズマが平均電子エネルギー10eV（10⁴〜
10⁵K）、電子密度10⁹〜10¹²cm^-3で特徴づけられる
と同時に、電子温度とガス温度との間に平衡が成
立しない由に、非平衡プラズマとも言われる。放
電では生成されるプラズマ中には電子、イオン、
原子、分子等が混在している。 低温プラズマは、真空度0.01〜10Torrの系の
中にガスとしてアルゴン、チツ素、水素、酸素、
空気、一酸化炭素、二酸化炭素等を連続的に系内
に導入し、電極間に電圧をかけることにより生ず
る。ガス種類は処理目的により選択される。電圧
をかける電源としては任意の周波数のものが使用
できる。放電の持続性及び均一性から言うと1K
Hz〜10GHzが望ましい。また電極の巾方向のプラ
ズマ均一性から言うと1KHz〜1MHzが好ましく、
1MHz以上になると電極の長さが１ｍをこえると
長さ方向に処理斑が生じやすい。また100Hz以下
は電極のエツヂ効果が生じやすく、エツヂ部分で
アーク放電が生じやすい。また電流としては交
流、直流、バイアスをかけた交流、パルス波等が
使用できる。電極は真空系内に配置された内部電
極方式と真空系外に配置された外部電極方式とに
わかれるが、外部電極方式は装置が大型化する
と、特に被処理物表面にプラズマが移動している
間に活性を失なつたり、プラズマが散乱しプラズ
マ濃度が希釈されるため処理効果が少ない。一方
内部電極方式は被処理物の近くに放電電極を設置
させることが可能なため、外部電極方式に比較す
ると処理効果は大きい。 電極形状は対称と非対称にわけられる。被処理
物の処理巾が大きく、従つて大きな電極が必要と
なる大型のプラズマ処理装置の場合は対称電極の
方がデメリツトが多い。例えば、大きな電極間に
ガスを均一に流すことはほとんど不可能に近く、
さらに大きな電極の端部が電界が乱れたりして、
処理斑が生じやすい。そのため大型のプラズマ処
理装置の場合は、非対称電極が好ましいことがわ
かつた。 被処理物が接触しない側の電極の形状としては
円柱状のもの、あるいは鋭角な断面を有する断面
多角形の棒状のもの等を１本以上任意に選定でき
るが、電極本数によつても処理効果は異なり、少
なすぎると処理効果は小さくなる。形状は円柱状
のものが好ましい。また被処理物が接触する側の
電極の形状としては、ドラム状のもの、あるいは
板状のもの、あるいはそれら変形形状のもの等を
用いることができるが、その形状もその組合せも
これらに限定されるものではない。また電極の材
質はステンレス、銅、鉄、アルミニウム等の金属
が使用でき、必要に応じてガラス、セラミツクス
等でコーテイングしてもよい。当然必要に応じて
これらの電極は水冷されてもよく、冷却温度は被
処理物によつて適宜選ばれる。冷却水は、できる
限り不純物の少ない水が望ましいが、これら不純
物による電気漏洩がさほど問題にならない場合に
は特にこの限りではない。 次に真空糸に導入するガスは、真空ポンプによ
る排気口より、なるべく遠くに供給口をつけて必
要に応じて分配しながら導入すべきである。これ
は真空系内でのガスのシヨートパスをさける意味
で重要であると同時に、被処理物の処理斑を生じ
させないためにも重要である。 低温プラズマを生じさせる真空度としては、通
常0.01〜10Torrが用いられるが、本発明者等の
検討結果によると0.05〜1.0Torrが望ましい。真
空度が0.05Torr以下になるとイオン、電子の平
均自由工程は大きくなり加速粒子のエネルギーは
増大するが、被処理物へ到達する加速粒子個数の
総数が少なく、処理効率はよくない。しかも大型
の処理室をガスを導入しながら0.05Torr以下に
保つには非常に排気量の大きい真空ポンプが必要
となり、設備コストから考えても望ましいもので
はい。真空度が1Torr以上になると、イオン、電
子等の平均自由工程は小さくなり、加速粒子のエ
ネルギーは小さくなり、加速粒子個数の総数は多
いにもかかわらず処理効率は悪くなる。 このように考えていくと、加速粒子の平均自由
工程、言いかえると荷電粒子が電界によつて加速
される距離及び加速粒子の個数を決定する真空度
Ｐと加速粒子がそのエネルギーあるいは活性を失
なうことなく被処理的に到達できる確率を決定す
る電極間距離ｄとの間には何らかの最適な関係が
存在することが考えられる。この点について検討
した結果、１≦ｄ≦10（cm）で、かつ0.05＜Ｐ・
ｄ＜５（Torr×cm）を満足する真空度と電極間距
離において、もつとも処理効率が良いことが判明
した。つまり圧力の高い場合はｄを小さく、圧力
が低くなるとｄを大きくとると処理効率は良好で
あつた。 さらに電極間に配置するシート状物の相対的な
位置については、一方の電極に接触して配置させ
るのがもつとも処理効率は良い。またシート状物
に張力をあまりかけたくない場合や、シート状物
にシワを入れたくない場合は、シート状物と電極
が一緒に移動できるタイプのもの、例えばドラム
電極上にシート状物を接触させて配置し、ドラム
を回転させながらシート状物を移動させるような
ものが望ましい。実際微少なシワが処理斑を引き
おこすことがよくある。張力やシワにあまり注意
をはらわなくてよい場合には、例えばプレート電
極上にシート状物を接触して配置し、シート状物
を電極上を滑らせて走行移動させてもよい。しか
し一方の電極に接触してシート状物を配置した場
合は、いずれにしろ電極面に接していない面のみ
の処理効果しか得られないというデメリツトを有
する。当然片面処理後さらに電極をシート物に対
して逆配置した所を通せば両面処理が可能とな
る。通常の場合、片面のみの処理効果が十分な場
合が多いのでこのタイプが処理効率から言つても
望ましい。しかしどうしても両面の処理効果を１
対の電極のみで得ようとすれば両電極間の間の位
置にシート状物を配置し、シート状物を走行移動
させればよい。この場合は、電極に接して配置し
た場合に比較して処理効果は一般的に小さくな
る。この現象を放電特性から考えてみると、両電
極間の電圧降下特性で説明できる。両電極間の電
圧降下特性は、電極付近がもつとも大きく、両電
極の中間付近の電圧降下は少ないと言われてお
り、この電圧降下がすなわち電界の強さに比例し
ており、電圧降下の大きい部分の方が荷電粒子に
より大きなエネルギーを与えることができるから
であろう。 次に処理の均一性の面から言うと、両電極は平
行に保持される必要があり、しかも被処理高分子
シート状物質の進行方向に直角に配置されなけれ
ばならない。この条件が満足されないと、シート
状物の巾方向に処理斑を生じさせることになる。 さらに両電極の巾は被処理高分子シート状物の
巾より少なくとも５cm以上長くしておく必要があ
る。これは電極の端部の電界不均一性を除くため
である。この長さが５cm以下になるとシート状物
の巾方向、特に両サイドが中央付近と比較して処
理効果が異なり好ましくない。 本発明で言うシート状物が移動するということ
は、この装置が連続的に大気にある高分子シート
状物を真空系内に移動し処理できるもの及び高分
子シート状物が予備真空系内に配置され処理室に
移動できるもの、さらには処理室内に高分子シー
ト状物が間仕切りして配置されてるもの等を言う
が、要するにシート状物が連続的に移動できるも
のであればよい。 Ｅ 本発明の作用機能 また放電電極及びその放電回路が接地された缶
体より絶縁され、しかも非接地状態であることに
ついて述べる。 従来の低温プラズマ発生装置を模式的に描くと
第１図のごとくになる。ここで１は高分子シート
状物、２，３は電極、４は電源、５は缶体（金
属）、６はトランスである。装置が大型化すると
缶体はステンレス等の金属になるが、この場合シ
ートと接触している電極電位及び缶体の電位が大
地の電位と同電位であるため、缶体も電極として
作用し放電は缶内全面に及ぶ。このためシートに
作用するプラズマは少なく、放電電力も非常に多
く必要となる。効率を上げるために放電電力を上
げれば上げるほど放電電流が缶体に流れ、シート
と接触している電極を通して流れる電流の割合は
減少してくる。このためプラズマは有効に利用で
きず、所定の処理効果を得るための放電電力費用
が非常にかかり、ランニングコストも高く、しか
も処理時間を長くする必要から装置の小型化は困
難で設備費用が高くなり、工業的に巾１ｍ以上の
高分子シート状物処理には採用されにくいもので
あつた。 本発明者らはプラズマの有効利用を長年にわた
り研究し模式的に描くと第２図のような装置を開
発した。符号は第１図の場合と同じである。即ち
本方式の特徴は放電電極及び放電回路が、接地さ
れた缶体から絶縁され、しかも非接地状態となつ
ていることである。この場合はシートと接触して
いる電極電位と缶体の電位（接地してあるので大
地電位）は異なり、缶体が電極として作用するこ
とはなく、放電は両電極間内で主におこる。その
ためプラズマは有効に希釈されることなくシート
に作用し処理効果は著しく上ると同時に、少ない
放電電力で処理効果は第１図の方式に比較して著
しく大きく、短時間の処理で所定の効果が得られ
るため、装置の小型化、言いかえると設備費用も
少なくてよく、しかも放電電力が少なくてすむた
めランニングコストも数分の１程度になる。 Ｆ 本発明の効果 以上のように、本発明は高分子シート状物の低
温プラズマ処理に際して、少ない放電電力で処理
効果を上げることができ、したがつてまたランニ
ングコストも格段と下げ得るものであり、実用上
極めて有効なものである。 本発明のプラズマ処理方法は、プラズマ処理の
中でも比較的処理時間が長く必要とされる粗面化
処理等には特に著しく有効な方法である。 以下実施例により説明する。 実施例及び比較例 プラズマ処理の中でもつとも長時間処理が必要
な粗面化処理（エツチング処理）について説明す
る。 高分子シート状物としてポリエステルフイラメ
ントよりなるパレスの黒染色物を通常の方法で得
たものにコロイダルシリカ15ｍμを0.05wt％デイ
ツプ・ニツプ方式により付着させ、100℃で乾燥
したものと、ポリエステル繊維中にシリカを３％
含有しアルカリ減量27％によりすでに粗面化した
チリメンジヨオーゼツトを使用した。 実施例１はプラズマ発生装置としては第３図に
示されるごとく内部電極型のバーとドラムからな
る非対称電極である。バーの直径は22mm、長さは
800mmのステンレスパイプで60本より構成されて
いるものを使用した。ドラムは直径1000mm、巾が
600mmのステンレス製でいずれの電極も30℃に水
冷によりコントロールされている。 高分子シート状物は放電処理室の中で巻出し巻
取りを行なうことができ、ドラムは回転できるよ
うになつているためドラム電極に接触して移動す
ることができる。 比較例１は、第３図で、上記実施例１がドラム
電極が非接地に保たれているのに対し、ドラム電
極を接地した場合の結果を示した。 また実施例２として第４図に示される装置を使
用した場合の結果を示す。第４図は内部電極型の
バーとプレートからなる非対称電極である。バー
の直径は20mm、長さは800mm、ステンレス製パイ
プで、プレートは長さ500mm、巾600mmのステンレ
ス製で、いずれの電極も30℃に水冷されコントロ
ールされている。高分子シート状物はプレート電
極に接触してプレート上を移動することができ
る。 比較例２、３は第４図で、実施例２とはプレー
ト電極を接地した点のみ異なる場合の結果を示し
た。 電源は実施例１、２、比較例１、２、３とも交
流の110KHzの40KVA交周波電源で、出力は
20KWまで加えることができる真空管方式のもの
を使用した。プラズマ放電条件は、酸素ガス30
／hr、真空度0.15Torr、電極間距離５cmによ
つてＰ×ｄ＝0.75Torrcmであつた。粗面化（エ
ツチング）処理の効果はL^*ab系のL^*にて評価し
た。放電電力原単位はプラズマ処理後のL^*を所
定の値にするために必要な電源入力電力より算出
した。

【表】 実施例１，２及び比較例１，２に使用した高分
子シート状物は比較例３の通常のポリエステル繊
維に比較して３倍程度エツチングしやすくしてあ
る素材であるが、それでも処理速度は比較例１，
２の場合で３ｍ／分と非常におそく、しかも放電
電力原単位が高い。 実施例１，２の場合は、処理速度は５ｍ前後と
約２倍のスピードで処理でき、しかも放電電力原
単位は比較例１，２の場合は1/3〜1/2となり、ラ
ンニングコストの低下、処理装置の小型化（約半
分の処理長でよい）が可能なことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の低温プラズマ発生装置の模式
図、第２図は本発明の方式の低温プラズマ発生装
置の模式図である。また第３図及び第４図は本発
明方法を実施する装置例の概略図である。 １…高分子シート状物、２，３…電極、４…電
源、５…缶体、６…トランス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高分子シート状物を放電電極が缶体の内部に
   存在する内部電極型の低温プラズマ発生装置を用
   いて低温プラズマ処理するに際して、放電電極及
   び放電回路を、接地された缶体より絶縁し、かつ
   非接地状態に保つことを特徴とするプラズマ処理
   方法。