JPH0768384B2 - 二酸化珪素被覆プラスチック成形体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラスチック成形体の表面硬度、耐候性、耐
薬品性などの表面状態を改善する方法に関し、特にプラ
スチック成形体表面に二酸化珪素被覆を行なう方法に関
する。

〔従来の技術〕

従来二酸化珪素の過飽和状態にある珪弗化水素酸溶液と
基材とを接触させて基材表面に二酸化珪素被膜を析出形
成する方法（以下析出法と略称する）が知られている。
（例えば特開昭62−20876など） 上記析出法は真空蒸着法、CVD法等他の二酸化珪素成膜
法に比較して、低温成膜が可能である異型表面への
均一成膜が可能である等の利点を有しており特にプラス
チック等の耐熱性の悪い基材への成膜には非常に有用な
手段であると考えられる。

ところが、プラスチック上にそのまま析出法で二酸化珪
素成膜を試みた場合、白濁したムラの多いものしか得ら
れない。これは、化学的には珪弗化水素酸溶液中の珪素
成分と基板表面との反応性がない事、物理的には珪弗化
水素酸溶液と基板との濡れ性が悪い事等が原因として考
えられる。

そこでこの対策としてプラスチック成形体に珪弗化水素
酸との反応性、濡れ性を向上する被膜を一層施す処理
（例えば特開昭61−12734）が知られている。

上記二酸化珪素被覆プラスチック成形体の製造方法は、
プラスチック成形体に有機珪素化合物、それらの加水分
解物及びコロイダルシリカ等の珪素化合物を被覆硬化さ
せて１次被膜とした後、析出法で１次被膜上に二酸化珪
素被膜を形成させる方法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この方法による１次被膜が0.5〜30μｍ
の厚膜となりやすくメガネレンズ程度の曲面を有するプ
ラスチック成形体には、その形状に追従して１次被膜を
均一に被覆できるが、それ以上に細い表面形状を持つプ
ラスチック（例えば精密機械部品、光ディスク基板な
ど）には形状に追従した均一な１次被膜を形成できな
い。従ってその形状に追従した二酸化珪素被膜を形成で
きないという問題点があった。

また上記問題を解決するためにプラスチック成形体の表
面に界面活性剤水溶液を塗布乾燥することにより、界面
活性剤を被着させた後、析出法で二酸化珪素被膜を形成
させる方法も考えられる。

この方法は、界面活性剤の希薄水溶液を使用できる事、
またプラスチック成形体表面に被着させた界面活性剤は
種類によってプラスチック内部への拡散が期待できる事
から、基材の表面形状を損なう事なく被着が可能であ
り、従って析出法によって形状追従性の良好な二酸化珪
素膜を得ることができる、利点を持っている。

しかし、界面活性剤の塗布乾燥の工程を要し、また特に
複雑に入り込んだ基材には余程巧みに塗布を行なわなけ
れば界面活性剤の塗布ムラが生じやすく、ひいては二酸
化珪素被膜の塗布ムラが生じやすいという問題点があっ
た。

本発明は、微細な凹凸を有する様なプラスチック成形体
であっても、該凹凸形状を反映した様な均一透明な二酸
化珪素被膜を低温で被覆成形することができる二酸化珪
素被膜の製造方法を提供するものである。

〔問題を解決するための手段〕

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであ
って、二酸化珪素の過飽和状態の珪弗化水素酸溶液とプ
ラスチック成形体とを接触させて、プラスチック成形体
表面に、二酸化珪素被膜を析出させる二酸化珪素被覆プ
ラスチック成形体の製造方法において、該珪弗化水素酸
溶液に界面活性剤を添加している。

上記界面活性剤は、珪弗化水素酸溶液に対して、安定で
かつ溶解し、珪弗化水素酸溶液の表面張力を低下できる
ものであれば、１種あるいは２種以上のイオン界面活性
剤１種あるいは２種以上の非イオン界面活性剤或いはこ
れらの混合物でもよい。

しかしながら、たとえば洗剤として利用される高級脂肪
酸塩は、珪弗化水素酸等の強酸溶液中では下記の平衡が
右へずれるため、高級脂肪酸が油層として RCOONa＋H⁺RCOOH＋Na⁺ 分離する。このような界面活性剤は、使用に適さない パーフルオロカルボン酸誘導体のようなフッ素系界面活
性剤は、耐薬品性が良好であり、少量でも溶液の表面張
力を低下できる利点を有しており、その使用或いは他の
界面活性剤との併用は効果的である。

使用する界面活性剤の最適濃度は、界面活性剤の種類、
析出法による成膜条件によって異なるため、その度調べ
る必要があるが、珪弗化水素酸溶液に対して臨界ミセル
濃度以上、さらに望ましくは0.01〜1wt％で添加される
ことが好ましい。

界面活性剤を添加した後の珪弗化水素酸溶液は、十分撹
拌を行なわれることが好ましい。撹拌が不十分な場合に
は、二酸化珪素成膜が行なわれなかったり、また行なわ
れても成膜中に剥離したりする恐れがある。

以上のように、処理液（二酸化珪素の過飽和状態の珪弗
化水素酸溶液）に界面活性剤を添加するだけで、析出法
によってプラスチック成形体表面に均一透明な二酸化珪
素被膜を形成できる。

これは物理的には、処理液とプラスチックの濡れ性向上
化学的には界面活性剤の疎水基によるプラスチック成形
体への吸着〜親水基と処理液中の珪素成分との反応が原
因として考えられる。

又、被覆直後の二酸化珪素被膜の付着力は、これを熱風
或いは高周波等の加熱処理を施す事により大巾に向上さ
せる事が可能である。これは熱風或いは高周波等の加熱
処理により酸化珪素被膜とプラスチック成形体とを結び
つけている界面活性剤が、その疎水基をプラスチック内
部に向けて拡散するためと考えられる。

〔実 施 例〕

実施例−１ 大きさがたて、横100mm,厚味1mmであり表面に微細な凹
凸を持ったポリカーボネート基板に第１図に示す二酸化
珪素被膜製造装置を用いて二酸化珪素被膜を作成した。

第１図において浸漬槽は外槽（１）と内槽（２）から成
り、内槽と外槽の間には水（３）が満たしてある。この
水は温度が40℃となるようヒーター（４）で加熱され、
かつ温度分布均一化のため撹拌されている。内槽は前部
（６）、中部（７）、後部（８）から成り各部には工業
用シリカゲル粉末を酸化珪素の供給源として二酸化珪素
を溶解飽和させた2.0モル／の珪弗化水素酸水溶液6.5
が満たしてある。ここでまず循環ポンプ（10）を作動
させて内槽後部（８）の反応液を一定づつ汲出してフィ
ルター（11）で濾過し内槽前部（６）へ戻す処理液循環
を開始した。

その後0.5モル／のホウ酸水溶液（12）を0.4ml/分の
速度で連続的に内槽後部（８）に滴下し10時間保持し
た。この状態で反応液は適度なSiO₂過飽和度を有する処
理液となった。

ここでフィルター（11）の絶対除去率を1.5μｍおよび
処理液循環流量を520ml/分（処理液全量が約6.5であ
るので循環量は８％／分である）と調整した。フッ素系
界面活性剤（サーフロンＳ−113,旭硝子（株）製、固形
分濃度30％）15gを内槽後部（８）に一気に加え、前記
条件（0.5モル／のホウ酸水溶液を0.4ml/分で添加
し、８％／分の循環をし、1.5μｍのフィルターで濾過
する）で１時間放置した。そして、前記ポリカーボネー
ト基板を内槽中部（７）に垂直に浸漬しそのまま７時間
保持した。

上記処理によりポリカーボネート基板上に均一透明な二
酸化珪素被膜（膜厚約200nm）が得られた。この上記付
着膜部をESCA（Electron Spectroscopy for Chemical A
nalysis）を用いて分析した結果殆んどがSiO₂からなる
ことが確認された上記実施例で得られた二酸化珪素被膜
はセロハン粘着テープをはりつけて引きはがすテストで
容易にはがれるが、これを600W2450MHzの高周波で１時
間処理したところ全くはがれなくなり付着力の強い二酸
化珪素被膜となった。又該被膜は基板の微細な凹凸にそ
った被膜であった。

比較例 界面活性剤の添加を行なわない他はすべて実施例１と同
様の方法で実施例−１同様のポリカーボネート基板上へ
の二酸化珪素成膜を試みた。

しかしモニターとし用いたガラス基板には均一な二酸化
珪素膜（約200nm）が形成されたポリカーボネート基板
上に得られた二酸化珪素は白濁したムラの多いものであ
り電子顕微鏡観察の結果、二酸化珪素が粒子状にまばら
に付着していることが判明した。

実施例−２ 300ccのポリプロピレン製のビーカーに二酸化珪素を飽
和した珪弗化水素酸溶液250cc及び0.5モル／のホウ酸
水溶液及び前記界面活性剤（サーフロンＳ−113）0.2g
をこの順で適下し撹拌後たて、横50mm,厚さ1mmのポリカ
ーボネート基板を浸漬した。これをあらかじめ35℃に保
った水槽中に浸し、そのまま15時間保持した。

上記処理によりポリカーボネート基板上に均一透明な二
酸化珪素被膜（膜厚約100nm）が得られた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複雑に入り込んだ表面形状を有するプ
ラスチック成形体でも前処理を施す事なしに均一な二酸
化珪素被膜を形成させる事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例および比較例に使用した二酸化
珪素被膜製造装置の系統説明図である。 （１）……外槽、（２）……内槽、（３）……水、
（４）……ヒーター （５）……撹拌器、（６）……内槽前部、（７）……内
槽中部 （８）……内槽後部、（９）……プラスチック成形体 （10）……循環ポンプ、（11）……フィルター （12）……ホウ酸水溶液

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プラスチック成形体と二酸化珪素が過飽和
   状態となった珪弗化水素酸溶液とを接触させて、プラス
   チック成形体表面に二酸化珪素被膜を析出させる二酸化
   珪素被覆プラスチック成形体の製造方法において、該珪
   弗化水素酸溶液に界面活性剤を添加しておくことを特徴
   とする二酸化珪素被覆プラスチック成形体の製造方法。
2. 【請求項２】該界面活性剤の珪弗化水素酸溶液に対する
   添加量が臨界ミセル濃度以上である特許請求の範囲第１
   項記載の二酸化珪素被覆プラスチック成形体の製造方
   法。
3. 【請求項３】該界面活性剤の珪弗化水素酸溶液に対する
   添加量が0.01〜1wt％である特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の二酸化珪素被覆プラスチック成形体の製造
   方法。
4. 【請求項４】該界面活性剤が、イオン界面活性剤および
   非イオン界面活性剤のどちらか又はこれらの混合物であ
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項記載の二酸化珪素
   プラスチック成形体の製造方法。