JPH08198984A - フッ素樹脂フィルムの表面改質法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フッ素樹脂フィルムの濡れ性を改良する。 【構成】 フッ素樹脂フィルムを特定条件下でコロナ放
電処理に付する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフッ素樹脂フィルムの表
面改質方法、表面改質されたフッ素樹脂フィルムおよび
フッ素樹脂フィルムの接着方法に関する。

【０００２】

【従来技術】フッ素樹脂フィルムはその表面特性を活か
して種々の分野で利用されているが、他の素材に対する
接着性が低いと言う問題点を有している。この問題を解
決するためフッ素樹脂フィルムの表面を改質してその接
着性を改良する試みが為されている。その中でもコロナ
放電やプラズマ処理と言ったドライプロセスは洗浄工程
が不要であることから特に注目されている。しかしなが
ら常圧下でのこれらの処理で十分な接着性を有するフッ
素樹脂フィルムはまだ得られていない。特開平６−２２
０２３１号公報は水素と窒素の混合ガス雰囲気でフッ素
樹脂表面をプラズマエッチング処理する方法を開示して
いる。特開平５−４３７２１号公報は希ガス、二酸化炭
素および飽和炭化水素の存在下でコロナ放電するフッ素
樹脂フィルムの表面改質方法が開示している。いずれの
方法も接着性に優れたフッ素樹脂フィルムを得ることが
できるが、いずれも空気以外の特殊なガス組成を必要と
し、加えて前者では減圧下で、後者は電極間の間隙の自
由度が低いなどの問題を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの工業
的に不利な条件を用いることなく、フッ素樹脂フィルム
の表面を改質して優れた接着性を付与する技術を提供し
ようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はフッ素樹脂フィ
ルムを放電電極と対向電極間に配置し、印加電圧／極間
距離で表される平均電界強度が４０〜２００kＶ／cm、
パルス幅が１〜５０μsおよびパルス頻度が１０〜１５
０ppsである高電圧を印加してコロナ放電を発生させる
ことにより、フッ素樹脂フィルム表面を改質する方法に
関する。更に本発明はその方法によって得られたフッ素
樹脂フィルムおよびこのフィルムの改質面と被接着素材
の被接着面との間に接着層を介在させてフッ素樹脂フィ
ルムを接着させる方法に関する。

【０００５】本発明により表面改質できるフッ素樹脂の
例はエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ＥＴ
ＦＥ)、ポリフッ化ビニル樹脂(ＰＶＦ)、テトラフルオ
ロエチレン−パーフルオロエーテル共重合体(ＰＦＡ)、
テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共
重合体(ＦＥＰ)、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦ
Ｅ)、フッ化ビニリデン樹脂(ＰＶｄＦ)、トリフルオロ
クロロエチレン樹脂(ＰＣＴＦＥ)、エチレン−トリフル
オロクロロエチレン共重合樹脂(ＥＣＴＦＥ)などが例示
される。

【０００６】本発明に用いるフッ素樹脂フィルムの厚さ
は特に限定されないが、５〜１００μm、より一般的に
は１０〜５０μmである。厚さが１００μmより厚い場合
には本発明の処理により、表面改質は可能であるが、フ
ィルムのコストが高くなり、一般的に用いられない。一
方５μmより薄いフィルムは現在の成型技術では得られ
にくい。フッ素樹脂フィルムはコロナ放電用電極から
０.１〜７cm、より好ましくは０.１〜２cm離して配置す
るのが好ましい。また対向電極の絶縁層からは密着〜１
cm、より好ましくは密着させて配置するのが好ましい。
フッ素樹脂フィルムは放電電極と対向電極のほぼ中央に
置いてもよいが、フィルムと放電極の距離を一定に保っ
て均一に処理を行うためには、絶縁層上に配置すること
が好ましい。本発明においてフッ素樹脂フィルムはコロ
ナ放電用放電電極と対向電極の間に挿入する。雰囲気は
空気でよく、特別の不活性ガスや炭酸ガスのごとき反応
性のガスは使用しない。フッ素樹脂フィルムの改質はコ
ロナ放電用放電電極側に於いて行なわれるので、反対面
はフッ素樹脂フィルム固有の特性がそのまま維持され
る。

【０００７】放電は高電圧パルスにより行うが、好まし
いパルス幅は１〜５０μsである。パルス幅が１μs未満
ではフッ素樹脂フィルムに対する表面処理効果が不十分
で、エネルギー効率が極端に低くなる。パルス幅が長く
なりすぎると有害なスパークを発生し易くなると共に、
必要以上に電力を消費する。

【０００８】コロナ放電用の印加電圧は平均電界強度
(印加電圧(波高値)／極間距離)で表して４０〜２００kv
／cm、好ましくは６０〜１５０kv／cm、より好ましくは
８０〜１２０kv／cmである。平均電界強度４０kv／cm未
満では、有効なコロナ放電が発生し難く、表面処理効果
が乏しくなる。平均電界強度が２００kv／cmを越える
と、スパークが発生しやすくなり、いずれも好ましくな
い。

【０００９】印加電圧は放電電極と対向電極の間に実際
に印加されている電圧の波形値で規定する。従って印加
電圧は放電電極と対向電極間の高電圧パルスの波形の波
高値で示される。

【００１０】極間距離は放電電極と対向電極との間の距
離を言い、具体的には１〜２００mmが好ましい。特に好
ましくは１〜１００μmである。１mm以下では絶縁層の
スペースが取りにくい。２００mmを上回ると、放電領域
がフィルム表面に到着せず、処理不可能である。パルス
頻度は１０〜１５０pps、より好ましくは５０〜１５０p
psである。パルス頻度が１０pps未満では単位時間当た
りの有効な処理エネルギーが不十分で、表面処理時間が
長くかかり好ましくない。１５０ppsを越えるパルス頻
度の高電圧パルスを前記のごときパルス幅と平均電界強
度で発生させるのは技術的に困難である。３００pps以
上のパルス頻度を得ようとすると、高電圧発生装置が非
常に大掛かりになり、設備コストが過大になり、工業的
に採算が採れなくなるので好ましくない。

【００１１】高電圧パルス発生装置は、基本的には従来
のコロナ放電処理方法における高電圧パルス発生装置を
使用することができる。

【００１２】対向電極とフッ素樹脂フィルムとの間には
誘電体を介在させる必要がある。このようにすると印加
電圧(波高値)が高く、かつ平均電界強度が高い場合で
も、有害なスパークの発生を防止できる。誘電体として
は塩化ビニル樹脂、テフロン樹脂、およびその他の一般
的な誘電体材料を任意に使用できる。誘電体の厚みは、
１mm以上、好ましくは５〜２０mmの範囲である。誘電体
の厚みが１mm未満ではスパーク防止効果は不十分であ
る。２０mmより厚くても処理の効果に差異は見られな
い。誘電体と対向電極とは密着していても良く、あるい
は１００mm程度離れていてもよい。対向電極の表面に比
較的薄い誘電体層を形成する場合、十分な機械的強度と
耐久性を得るために対向電極として０．１mm以上、望ま
しくは１．６mm以上の板材を用いるのが好ましい。誘電
体の裏面に銅やアルミニウムなどの導電材料の薄い膜や
箔を形成したものを対向電極として使用してもよい。こ
の場合は、機械的強度を持たせるために、誘電体の厚み
を厚めに、例えば約５mm以上にするのが好ましい。コロ
ナ放電処理を連続的かつ均一に行うため、フッ素樹脂フ
ィルムを一定速度で搬送することが好ましい。本発明に
用いることのできる対向電極の構造は、フィルムを一定
に搬送でき、かつ放電が誘電体の一部分に集中しないも
のであればよいが、誘電体の耐久性を維持するため、対
向電極はロール状とし、フィルムの搬送と同じ速度で回
転する構造が望ましい。

【００１３】本発明方法によりフッ素樹脂フィルムの表
面は改質され、水や有機溶剤などに対する濡性が著しく
改良される。例えば、水に対する接触角が８０度以下、
更に７０度から４０度程度にすることができる。従っ
て、従来、フッ素樹脂フィルムの欠点とされた他の物質
に対する接着性が改良さる。また放電処理されない他の
面はフッ素樹脂固有の特性が維持されるのでこのフィル
ムを接着した被接着素材の表面には優れた撥水性、防汚
性、対薬品性などフッ素樹脂特有の性質を付与すること
ができる。表面改質の程度は水との接触角を測定するこ
とによって行うことができる。

【００１４】表面改質したフッ素樹脂フィルムを接着す
ることのできる被接着素材は冷間圧延鋼板、ステンレス
鋼板、アルミニウム鋼板、亜鉛メッキ鋼板、亜鉛／ニッ
ケルメッキ鋼板、アルミニウム／亜鉛メッキ鋼板などの
金属板、ポリオレフィン、無水マレイン酸変性ポリオレ
フィン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニ
ルおよびエチレン−アクリル共重合体などの樹脂類、そ
の他、化粧板、ガラス、クロス、ノンウーブン、クッシ
ョン材などが例示される。

【００１５】接着剤としては限定的ではないが、シリコ
ーン変性ポリエステル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウ
レタン樹脂およびシリコーン樹脂などが例示される。本
発明表面改質フッ素樹脂フィルムと併用して特に好まし
い結果の得られる接着剤はポリエステル樹脂である。

【００１６】被接着素材とフッ素樹脂フィルムを接着す
るには、前記接着剤を被接着素材および／またはフッ素
樹脂フィルムの表面改質面に塗布し、両者を接合後、必
要により加熱する。塗布とは刷毛塗り、ロールがけ、ス
プレーなど常套のあらゆる適用手段を含む。なお、接合
直前に接着剤を塗布した材料を加熱してもよい。接着層
を塗布したものが、フッ素樹脂フィルムの場合は６０〜
１８０℃、金属板の場合は１４０〜２５０℃に加熱する
のが適している。

【００１７】フッ素樹脂フィルムの改質面に接着剤を塗
布した状態で市場に供することもできる。接着剤が柔質
で熱硬化性の場合はフッ素樹脂フィルムに塗布した後、
接着剤表面を剥離紙で被覆してもよい。あるいは剥離紙
無しで巻きとっても非改質面に粘着することがないので
そのまま市場に供しても良い。また接着剤は熱可塑性樹
脂であってもよく、あるいは粘着性の接着剤を用いて粘
着型の被覆材としても良い。

【００１８】以下実施例を挙げて本発明を説明する。 実施例 図１にその概要を示すコロナ放電処理装置を用いフッ素
樹脂フィルム１をコロナ放電処理した。図１中、２は高
電圧パルス発生装置、３はコロナ放電電極、４は対向電
極、５は絶縁層および６はハウジングを示す。

【００１９】フッ素樹脂フィルム１は対向電極４に密着
して用い、ハウジング内の空気は大気と流通させながら
行った。ここで絶縁層５として、誘電体である１mm厚の
シリコンゴムを用いた。処理時間は未処理の比較例を除
き全て５秒間であった。その他の処理条件は各実施例に
おいて示す。また得られたフッ素樹脂フィルムの処理表
面の水に対する接触角を同じく各実施例において示す。

【００２０】実施例１〜６および比較例１〜２ ＥＴＦＥフィルム(旭硝子社製、厚さ３８μm)を用い
て、極間距離、パルス幅、パルス頻度を一定として、パ
ルスの波高値を変えることにより平均電界強度を変えた
実施例を示した。結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表面改質を施していない比較例３の水接触
角は１１３°であるが、平均電界強度を大きくして行く
に従い、水接触角が低下して行く。平均電界強度が３０
ＫＶ／ｃｍの本発明の範囲外の条件では、処理効果は認
められるが実用上充分とは言えない。なお、本実施例で
用いた装置で得られる最大の平均電界強度は２００ＫＶ
／ｃｍであった。従って、充分な処理効果を得られる平
均電界強度としては、４０〜２００ＫＶ／ｃｍである。

【００２３】実施例７、８および比較例３ これらの例はパルスの波高値を一定として、極間距離を
変えることにより平均電界強度を変えた例である。結果
を表２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】本実施例で、波高値を一定として極間距離
を変えることにより平均電界強度をかえても、処理効果
が発現している。

【００２６】本実施例で明らかに、波高値／極間距離で
示される、平均電界強度により処理効果が変化している
ことから、変化電界強度を４０〜２００ＫＶ／ｃｍとす
ることで実用上充分な処理効果を得られることが判る。

【００２７】実施例９〜１２および比較例４〜５ これらの例は平均電界強度パルス頻度を一定としパルス
幅を変えた時の実施例である。

【００２８】

【表３】

【００２９】表３に示すごとくパルス幅を１〜１０μｍ
の範囲で変えた程度では接触角に大きな変化は見られな
い。また、パルス幅を広くすると当然必要な電力も大き
くなり経済性が低下する。従って有効なパルス幅として
は、１〜５０μｍである。

【００３０】実施例１３〜１８および比較例６〜７ これらの例は平均電界強度とパルス幅を一定とし、パル
ス頻度を変えた実験例である。

【００３１】

【表４】

【００３２】上記結果によれば、平均電界強度とパルス
幅を一定としパルス頻度を大きくししていくと、処理効
果は増大する。また、パルス頻度を１５０ｐｐｓ近辺か
ら処理効果は飽和状態となる。パルス頻度を増大させる
には必要な電力の増加を伴うため、最適な範囲は１０〜
１５０ｐｐｓである。

【００３３】実験例１９〜２２および比較例８〜９ これらの例は平均電界強度、パルス幅、パルス頻度を各
々変えた時の効果について説明する。結果を表５に示
す。

【００３４】

【表５】

【００３５】実験例２３〜２７および比較例１１〜１５ これらの例は本発明の処理装置を用い有機系高分子によ
って構成されるフィルムを処理した実験例である。結果
を表６に示す。

【００３６】

【表６】 以上の結果より、本発明により各種フッ素系フィルムが
処理できることが判る。

【００３７】実施例２８〜３４および比較例１６〜２２ これらの例はコロナ放電処理の程度と印刷適性および接
着性の関係を示す。試験方法は結果の表に示したフィル
ムに印刷インク(パラミック 大日精化(株)製)を約１μ
ｍとなるようにバーコーターで塗布し１日放置した後６
０℃で乾燥硬化させたものをセロテープで剥離試験をし
評価した。

【００３８】また、接着性の試験は厚さ０.３ｍｍの電
気亜鉛メッキ鋼板に接着剤(パワータイト Ｃ−２００
日本ペイント(株)製ポリエステル系接着剤)を乾燥膜
厚約１０μｍとなるようにバーコーターで塗布し板温が
２２０℃となるように強制乾燥し、直ちにフッ素系フィ
ルムの処理面を接着剤層と重ね合わせシリコンゴムロー
ラーで３ｋｇ／ｃｍ²の圧力で圧着し１日放置後試験し
た。接着性の評価は幅１ｃｍで１８０ピール強度を測定
した。結果を表７に示す。

【００３９】

【表７】 上記結果によれば、水接触角が８０°以下に改質された
場合に充分なインク付着性および接着性が得られている
ことがわかる。

【００４０】

【発明の効果】本発明方法によると常温大気条件下でフ
ッ素樹脂フィルムの濡れ性が改良できる。その結果、従
来接着困難であったフッ素樹脂フィルムの接着性を容易
に改良することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に用いたコロナ放電用装置の概要図で
ある。

【符号の説明】

１：フッ素樹脂フィルム、２：高電圧パルス発生装置、
３：コロナ放電用電極、４：対向電極、５：絶縁層、
６：ハウジング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 顕範 大阪府寝屋川市池田中町19番17号 日本ペ イント株式会社内 (72)発明者 阿久津 顯右 大阪府寝屋川市池田中町19番17号 日本ペ イント株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フッ素樹脂フィルムを放電電極と対向電
   極間に配置し、印加電圧／極間距離で表される平均電界
   強度が４０〜２００kＶ／cm、パルス幅が１〜５０μsお
   よびパルス頻度が１０〜１５０ppsである高電圧を印加
   してコロナ放電を発生させることにより、フッ素樹脂フ
   ィルム表面を改質する方法。
2. 【請求項２】 フッ素樹脂フィルムがエチレン−テトラ
   フルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニル、テトラ
   フルオロエチレン−パーフルオロエーテル共重合体、テ
   トラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重
   合体からなる群から選択される請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の方法によって表面改質さ
   れたフッ素樹脂フィルム。
4. 【請求項４】 水に対する接触角が８０度以下である請
   求項３記載の表面改質されたフッ素樹脂フィルム。
5. 【請求項５】 請求項１記載の方法によって得られた表
   面改質されたフッ素樹脂フィルムの改質面と被接着素材
   の被接着面との間に接着層を介在させてフッ素樹脂フィ
   ルムを接着させる方法。
6. 【請求項６】 接着層を介在させた後、加熱する請求項
   ５記載の方法。
7. 【請求項７】 接着層がシリコン変性ポリエステル樹
   脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂およびシリコ
   ン樹脂からなる群から選ばれる請求項５記載の接着方
   法。
8. 【請求項８】 被接着素材が冷間圧延鋼板、ステンレス
   鋼板、アルミ板、亜鉛メッキ鋼板、亜鉛／ニッケルメッ
   キ鋼板およびアルミ／亜鉛メッキ鋼板からなる群から選
   ばれる金属板である請求項５記載の方法。
9. 【請求項９】 被接着素材がポリオレフィン樹脂、無水
   マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂、エチレン−ビニル
   アルコール共重合体樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合
   体樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂およびエチレン−アクリル
   共重合体樹脂からなる群から選ばれる樹脂である請求項
   ５記載の方法。