JP4869013B2 - Multilayer film manufacturing method and film forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、長尺の被成膜基材を第1の機能性材料を含む溶液と第2の機能性材料を含む溶液とに交互に浸すことにより、前記被成膜基材の一方の面に均一な多層膜を効率よく製造する方法、及びこの製造方法の実施に好適な多層膜の成膜装置に関する。 According to the present invention, a long film-forming substrate is alternately immersed in a solution containing a first functional material and a solution containing a second functional material, whereby one surface of the film-forming substrate is The present invention relates to a method for efficiently manufacturing a uniform multilayer film, and a multilayer film forming apparatus suitable for carrying out this manufacturing method.
従来、複合有機薄膜を作成する方法として、交互吸着(Layer−by−Layer Electrostatic Self−Assembly)を利用した方法が知られている(非特許文献1)。
この方法では、正の電解質ポリマー(カチオン)の水溶液と、負の電解質ポリマー(アニオン)の水溶液とを別々の容器に用意し、これらの容器に、初期表面電荷を与えた基板(被成膜基材)を交互に浸すことにより、基板上に多層構造を有する複合有機超薄膜(交互吸着膜)が得られる。
Conventionally, as a method for producing a composite organic thin film, a method using alternating adsorption (Layer-by-Layer Electrostatic Self-Assembly) is known (Non-Patent Document 1).
In this method, an aqueous solution of a positive electrolyte polymer (cation) and an aqueous solution of a negative electrolyte polymer (anion) are prepared in separate containers, and an initial surface charge is applied to these containers (film formation substrate). By alternately immersing the material, a composite organic ultrathin film (alternate adsorption film) having a multilayer structure on the substrate is obtained.
例えば、被成膜基材としてガラス基板を用いた場合、このガラス基板の表面を親水処理して表面にOH−基を導入して、初期表面電荷として負の電荷を与える。そして、この表面が負に帯電した基板を、正の電解質ポリマー水溶液に浸せば、クーロン力により、少なくとも表面電荷が中和されるまで正の電解質ポリマーが表面に吸着し、1層の超薄膜が形成される。こうして形成された超薄膜の表面部分は、正に帯電していることになる。そこで、今度はこの基板を負の電解質ポリマー水溶液に浸せば、クーロン力により負の電解質ポリマーが吸着し、1層の超薄膜が形成されることになる。
このようにして、基板を2つの溶液に交互に浸すことにより、正の電解質ポリマーからなる超薄膜層と負の電解質ポリマーからなる超薄膜層とを交互に成膜することができ、多層構造をもった複合有機薄膜を形成することができる。
For example, when a glass substrate is used as the deposition target substrate, the surface of the glass substrate OH on the surface to hydrophilic treatment - by introducing a group, it has a negative charge as the initial surface charge. Then, when this negatively charged substrate is immersed in a positive electrolyte polymer aqueous solution, the positive electrolyte polymer is adsorbed on the surface by Coulomb force until at least the surface charge is neutralized. It is formed. The surface portion of the ultrathin film thus formed is positively charged. Therefore, this time, if this substrate is immersed in a negative electrolyte polymer aqueous solution, the negative electrolyte polymer is adsorbed by Coulomb force and a single ultrathin film is formed.
In this way, by alternately immersing the substrate in two solutions, an ultra thin film layer made of a positive electrolyte polymer and an ultra thin film layer made of a negative electrolyte polymer can be alternately formed, and a multilayer structure can be formed. A composite organic thin film can be formed.
また最近では、この交互吸着膜の製造を自動化する技術も提案されている。例えば、非特許文献2においては、交互吸着膜の自動製造装置の構成が提案されている。この装置を用いれば、被成膜基材となる基板がロボットアームにより2つの水槽に交互に浸されるので、基板上に交互吸着膜が自動的に成膜される。
Recently, a technique for automating the production of the alternating adsorption film has also been proposed. For example, Non-Patent
また、非特許文献3や特許文献1においては、長尺の被成膜基材を用いて、多層構造を有する交互吸着膜を成膜する方法、及び成膜装置が提案されている。すなわち、図8に示すように、水槽110に正の電解質ポリマー溶液を入れ、水槽130に負の電解質ポリマー溶液を入れ、残りの水槽120a,120b,140a,140bにはリンス浴用の水を入れる。ロール状の(長尺の)繊維材料100をロール保持部(図示を省略)にセットし、その一端を導入路Sに沿って引き出し、ロールR1〜R16に沿って引き回し、一巡したところで切断して両端を縫合し、循環路S(→)に沿った環状の構造体にする。環状の繊維材料を循環路S(→)に沿って回転駆動させると、繊維材料の表面上に、正の電解質ポリマーと負の電解質ポリマーとが交互に吸着し、多層構造をもった交互吸着膜が形成される。
Non-Patent
しかしながら、これらの文献に記載された形成方法においては、被成膜基材の両面ともがロールと接触するため、形成した電解質ポリマーの塗膜がロールにより損傷を受け、均一な多層膜が形成できない場合があった。 However, in the forming methods described in these documents, since both surfaces of the substrate to be deposited are in contact with the roll, the formed electrolyte polymer coating film is damaged by the roll, and a uniform multilayer film cannot be formed. There was a case.
また、特許文献1ではロールと塗膜との接触を回避するため、基材の両側面の一部分のみがロールと接触するような機構が記載されている。しかし、そのような機構では、幅のある基材には対応することが困難である。 Further, Patent Document 1 describes a mechanism in which only a part of both side surfaces of a base material is in contact with the roll in order to avoid contact between the roll and the coating film. However, it is difficult for such a mechanism to cope with a wide substrate.
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたものであり、長尺の被成膜基材を第1の荷電粒子を含む溶液と、第1の荷電粒子の電荷と反対の電荷を有する第2の荷電粒子を含む溶液とに交互に浸すことにより、幅の大小に関係なく種々の被成膜基材の一方の面に均一な多層膜を効率よく製造する方法、及びこの製造方法の実施に好適な多層膜の成膜装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the situation of the prior art as described above. A long film-forming substrate is formed of a solution containing first charged particles, and a charge opposite to the charge of the first charged particles. A method for efficiently producing a uniform multilayer film on one surface of various substrates to be deposited regardless of the width, by alternately immersing in a solution containing second charged particles having It is an object of the present invention to provide a multilayer film forming apparatus suitable for carrying out the method.
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、長尺のガラス繊維を、正の電解質ポリマーを含む溶液と負の電解質ポリマーを含む溶液とに交互に浸すことにより、前記ガラス繊維の一方の面に多層からなる交互吸着膜を形成する方法において、正の電解質ポリマーを含む溶液を収容する第1の溶液槽と、負の電解質ポリマーを含む溶液を収容する第2の溶液槽とを用意し、長尺のガラス繊維を横方向に螺旋状に搬送しながら、前記ウェブを、第1の溶液槽、第1のリンス槽、第2の溶液槽、第2のリンス槽の順に浸す操作を繰り返すことにより、基材の幅に関係なく、均一な多層からなる交互吸着膜を効率よく形成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventor alternately dipped a long glass fiber in a solution containing a positive electrolyte polymer and a solution containing a negative electrolyte polymer. In the method of forming an alternating adsorption film composed of multiple layers on one surface, a first solution tank containing a solution containing a positive electrolyte polymer and a second solution tank containing a solution containing a negative electrolyte polymer An operation of immersing the web in the order of a first solution tank, a first rinse tank, a second solution tank, and a second rinse tank while preparing and conveying a long glass fiber in a spiral shape in the lateral direction By repeating the above, it has been found that an alternating adsorption film composed of a uniform multilayer can be efficiently formed regardless of the width of the substrate, and the present invention has been completed.
かくして本発明の第1によれば、下記(1)〜(4)に記載の多層膜の製造方法が提供される。
(1)長尺の被成膜基材を、第1の荷電粒子を含む溶液と、前記第1の荷電粒子の電荷と反対の電荷を有する第2の荷電粒子を含む溶液とに交互に浸すことにより、前記被成膜基材の一方の面に多層膜を製造する方法であって、
前記第1の荷電粒子を含む溶液を収容する第1の溶液槽と、第2の荷電粒子を含む溶液を収容する第2の溶液槽とを用意し、
長尺の被成膜基材を第1の溶液槽から第2の溶液槽の方向に螺旋状に搬送しながら、前記被成膜基材を前記第1の溶液槽内に浸し、
前記被成膜基材を第1の溶液槽内に浸した後、第2の溶液槽に浸す前に、前記被成膜基材を第1のリンス液によりリンスを行い、
リンスした被成膜基材の表面を乾燥装置により乾燥し、
次いで、直接又はその他の槽を介して前記第2の溶液槽内に浸すことを特徴とする多層膜の製造方法。
(2)前記乾燥装置により、リンスした被成膜基材の塗工面を乾燥するものである(1)の多層膜の製造方法。
(3)前記被成膜基材を第2の溶液槽内に浸した後、前記被成膜基材を第2のリンス液によりリンスすることを特徴とする(2)に記載の多層膜の製造方法。
(4)前記被成膜基材を第1の溶液槽内に浸す前に、前記被成膜基材の多層膜を形成する面を表面処理することを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の多層膜の製造方法。
Thus, according to the first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a multilayer film according to the following (1) to (4).
(1) A long film-forming substrate is alternately immersed in a solution containing first charged particles and a solution containing second charged particles having a charge opposite to that of the first charged particles. A method for producing a multilayer film on one surface of the substrate to be deposited,
Preparing a first solution tank containing a solution containing the first charged particles and a second solution tank containing a solution containing second charged particles;
While the long film-forming substrate is spirally conveyed from the first solution tank toward the second solution tank, the film-forming substrate is immersed in the first solution tank,
After immersing the film-forming substrate in the first solution tank and before immersing in the second solution tank, the film-forming substrate is rinsed with a first rinsing liquid,
The surface of the substrate on which the film is formed is dried with a drying device,
Next, the multilayer film manufacturing method is characterized in that the film is immersed in the second solution tank directly or through another tank.
(2) The method for producing a multilayer film according to (1), wherein the coated surface of the film-forming substrate rinsed is dried by the drying device.
(3) The multilayer film according to (2), wherein the deposition target substrate is immersed in a second solution tank, and then the deposition target substrate is rinsed with a second rinse liquid. Production method.
(4) The surface on which the multilayer film of the film-forming substrate is formed is surface-treated before the film-forming substrate is immersed in the first solution tank. The manufacturing method of the multilayer film in any one of.
本発明の第2によれば、下記(5)〜(8)に記載の成膜装置が提供される。
(5)長尺の被成膜基材を、第1の荷電粒子を含む溶液と、前記第1の荷電粒子の電荷と反対電荷を有する第2の荷電粒子を含む溶液とに交互に浸すことにより、前記被成膜基材の一方の面に多層膜を形成する成膜装置であって、
長尺の被成膜基材を第1の槽外ロールへ送り出す被成膜基材送り出し部と、
第1の荷電粒子を含む溶液を収容する第1の溶液槽と、
第2の荷電粒子を含む溶液を収容する第2の溶液槽と、
前記第1の溶液槽上に設けられた第1の槽外ロールと、
前記第1の溶液槽内に設けられた第1の槽内ロールと、
前記第2の溶液槽上に設けられた第2の槽外ロールと、
前記第2の溶液槽内に設けられた第2の槽内ロールと、
前記第1の溶液槽と第2の溶液槽との間に設けられた、第1のリンス液が収容された第1のリンス槽と、
前記第1のリンス槽と第2の溶液槽との間に第3の槽外ロールが設けられ、
前記第1のリンス槽と前記槽外ロールとの間に設けられ、第1のリンス液によりリンスした被成膜基材の表面を乾燥装置により乾燥する乾燥装置と、
前記第2の溶液槽内に浸漬された長尺の被成膜基材を回収する被成膜基材回収部と
を少なくとも有し、
前記長尺の被成膜基材を、第1の槽外ロール、第1の槽内ロール、第3の槽外ロール、第2の槽外ロール、及び第2の槽内ロールの順に沿って螺旋状に搬送することにより、前記被成膜基材の一方の面に多層膜を形成する成膜装置。
(6)前記乾燥装置が、リンスした被成膜基材の塗工面を乾燥するものである(5)に記載の成膜装置。
(7)前記第2の溶液槽と被成膜基材の回収部との間に、第2のリンス液が収容された第2のリンス槽を設置し、前記被成膜基材を第2の溶液槽内に浸した後、第2のリンス槽内に浸すようにしたことを特徴とする(6)に記載の成膜装置。
(8)前記被成膜基材の送り出し部と第1の溶液槽との間に、前記被成膜基材の、多層膜を形成する面を表面処理する表面処理装置をさらに設置したことを特徴とする(5)〜(7)のいずれかに記載の成膜装置。
According to 2nd of this invention, the film-forming apparatus as described in following (5)-(8) is provided.
(5) A long film-forming substrate is alternately immersed in a solution containing first charged particles and a solution containing second charged particles having a charge opposite to that of the first charged particles. A film forming apparatus for forming a multilayer film on one surface of the film forming substrate,
A film-forming substrate feed-out portion for sending a long film-forming substrate to the first tank roll;
A first solution tank containing a solution containing first charged particles;
A second solution tank containing a solution containing second charged particles;
A first outer roll provided on the first solution tank;
A first tank roll provided in the first solution tank;
A second tank outer roll provided on the second solution tank;
A second tank roll provided in the second solution tank;
A first rinse tank provided between the first solution tank and the second solution tank and containing a first rinse liquid;
A third tank roll is provided between the first rinse tank and the second solution tank;
A drying device provided between the first rinsing tank and the roll outside the tank, and drying the surface of the film formation substrate rinsed with the first rinsing liquid with a drying device;
A film-forming substrate recovery unit for recovering a long film-forming substrate immersed in the second solution tank;
The long film-forming substrate is arranged in the order of a first tank roll, a first tank roll, a third tank roll, a second tank roll, and a second tank roll. A film forming apparatus for forming a multilayer film on one surface of the film forming substrate by carrying it in a spiral.
(6) The film forming apparatus according to (5), wherein the drying apparatus dries the coated surface of the rinsed film forming substrate.
(7) A second rinse tank containing a second rinse solution is installed between the second solution tank and the film-depositing substrate recovery unit, and the film-forming substrate is second (6) The film forming apparatus according to (6), wherein the film forming apparatus is immersed in the second rinsing tank after being immersed in the solution tank.
(8) A surface treatment apparatus for surface-treating the surface of the film-forming substrate on which the multilayer film is to be formed is further installed between the film-forming substrate feeding part and the first solution tank. The film forming apparatus according to any one of (5) to (7), which is characterized.
(6)前記第1の溶液槽と第2の溶液槽との間に、第1のリンス液が収容された第1のリンス槽を設置し、前記被成膜基材を第1の溶液槽内に浸した後、第2の溶液槽内に浸す前に、第1のリンス槽内に浸すようにしたことを特徴とする(5)に記載の成膜装置。
(7)前記第2の溶液槽と被成膜基材の回収部との間に、第2のリンス液が収容された第2のリンス槽を設置し、前記被成膜基材を第2の溶液槽内に浸した後、第2のリンス槽内に浸すようにしたことを特徴とする(6)に記載の成膜装置。
(8)前記被成膜基材の送り出し部と第1の溶液槽との間に、前記被成膜基材の、多層膜を形成する面を表面処理する表面処理装置をさらに設置したことを特徴とする(5)〜(7)のいずれかに記載の成膜装置。
(6) A first rinsing tank containing a first rinsing liquid is installed between the first solution tank and the second solution tank, and the film formation substrate is used as the first solution tank. The film forming apparatus according to (5), wherein the film forming apparatus is immersed in the first rinsing tank after being immersed in the second solution tank before being immersed in the second solution tank.
(7) A second rinse tank containing a second rinse solution is installed between the second solution tank and the film-depositing substrate recovery unit, and the film-forming substrate is second (6) The film forming apparatus according to (6), wherein the film forming apparatus is immersed in the second rinsing tank after being immersed in the solution tank.
(8) A surface treatment apparatus for surface-treating the surface of the film-forming substrate on which the multilayer film is to be formed is further installed between the film-forming substrate feeding part and the first solution tank. The film forming apparatus according to any one of (5) to (7), which is characterized.
本発明の多層膜の製造方法によれば、長尺の被成膜基材の一方の面に連続的に多層膜を形成する場合において、多層膜を形成する面側がロールと接触することがないため、第1又は第2の機能性材料を含む溶液の塗膜がロールとの接触により損傷を受けることがない。従って、本発明の多層膜の製造方法によれば、基材の幅に制限されることなく均一な多層膜を連続的に効率よく製造することができる。 According to the multilayer film manufacturing method of the present invention, when a multilayer film is continuously formed on one surface of a long film-forming substrate, the surface side on which the multilayer film is formed does not come into contact with the roll. Therefore, the coating film of the solution containing the first or second functional material is not damaged by contact with the roll. Therefore, according to the method for producing a multilayer film of the present invention, a uniform multilayer film can be produced continuously and efficiently without being limited by the width of the substrate.
本発明の製造方法により製造される多層膜は、有機EL(Electro−Luminescence)素子をはじめとする種々の電子デバイスへの利用が期待されており、更に、表面に交互吸着膜を形成することにより親水性を制御することが可能になるため、コンタクトレンズ表面へのコーティング技術への応用や生体関連材料への応用も注目を集めている。 The multilayer film produced by the production method of the present invention is expected to be used for various electronic devices including an organic EL (Electro-Luminescence) element, and further, by forming an alternate adsorption film on the surface. Since the hydrophilicity can be controlled, the application to the coating technology on the surface of contact lenses and the application to biomaterials are also attracting attention.
本発明の多層膜の成膜装置によれば、長尺の被成膜基材の一方の面に、連続的に多層膜を形成するに際し、多層膜を形成する面側がロールと接触しないため、第1又は第2の機能性材料を含む溶液の塗膜がロールとの接触により損傷を受けることがない。従って、本発明の多層膜の成膜装置によれば、均一な多層膜を連続的に効率よく形成することができる。 According to the multilayer film forming apparatus of the present invention, when the multilayer film is continuously formed on one surface of the long film-forming substrate, the surface side on which the multilayer film is formed does not come into contact with the roll. The coating film of the solution containing the first or second functional material is not damaged by contact with the roll. Therefore, according to the multilayer film forming apparatus of the present invention, a uniform multilayer film can be formed continuously and efficiently.
以下、本発明の多層膜の製造方法及び成膜装置について詳細に説明する。
1)多層膜の製造方法
本発明の多層膜の製造方法は、長尺の被成膜基材を、第1の荷電粒子を含む溶液と、前記第1の荷電粒子の電荷と反対の電荷を有する第2の荷電粒子を含む溶液とに交互に浸すことにより、前記被成膜基材の一方の面に多層膜を製造する方法であって、前記第1の荷電粒子を含む溶液を収容する第1の溶液槽と、第2の荷電粒子を含む溶液を収容する第2の溶液槽とを用意し、長尺の被成膜基材を第1の溶液槽から第2の溶液槽の方向に螺旋状に搬送しながら、前記被成膜基材を前記第1の溶液槽内に浸し、次いで、直接又はその他の槽を介して前記第2の溶液槽内に浸すことを特徴とする。
The multilayer film manufacturing method and film forming apparatus of the present invention will be described in detail below.
1) Multilayer Film Manufacturing Method In the multilayer film manufacturing method of the present invention, a long film-forming substrate is charged with a solution containing first charged particles and a charge opposite to the charge of the first charged particles. A method for producing a multilayer film on one surface of the substrate to be deposited by alternately immersing in a solution containing second charged particles having a solution containing the first charged particles. A first solution tank and a second solution tank containing a solution containing second charged particles are prepared, and the long film-forming substrate is directed from the first solution tank to the second solution tank. The substrate to be deposited is immersed in the first solution tank while being spirally conveyed, and then immersed in the second solution tank directly or via another tank.
(1)被成膜基材
本発明に用いる被成膜基材としては、長尺(ロール状)であって、浸漬法によりその表面に第1の荷電粒子又は第2の荷電粒子の層を形成することができるものであれば、特に制限されない。また、本発明に用いる成膜基材の大きさ(幅及び長さ)も、特に制限されず、用途等に応じて適宜なものを用いることができる。
(1) Film formation substrate The film formation substrate used in the present invention is long (roll-shaped), and a first charged particle layer or a second charged particle layer is formed on the surface by an immersion method. There is no particular limitation as long as it can be formed. In addition, the size (width and length) of the film-forming substrate used in the present invention is not particularly limited, and an appropriate one can be used according to the application.
本発明に用いる被成膜基材の材料としては、ポリエステル、ポリアミド、アクリル、絹、毛、ガラス繊維等の繊維類;ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、アクリル系樹脂、シクロオレフィン系ポリマー、芳香族系重合体等のプラスチック類;等が挙げられる。 Examples of the material for the film-forming substrate used in the present invention include fibers such as polyester, polyamide, acrylic, silk, hair, and glass fiber; polypropylene, polyurethane, polystyrene, polyimide, polyamide, polyamideimide, polyphenylene ether, polyetherketone And plastics such as polyether ether ketone, polyolefin, polyester, polycarbonate, polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyarylate, acrylic resin, cycloolefin polymer, aromatic polymer, and the like.
(2)多層膜
本発明の製造方法は、長尺の被成膜基材を、第1の荷電粒子を含む溶液と、前記第1の荷電粒子の電荷と反対の電荷を有する第2の荷電粒子を含む溶液とに交互に浸すことにより、前記被成膜基材の一方の面に多層膜を製造する方法である。本発明により製造される多層膜は、クーロン力等の分子間の相互作用を利用して形成される交互吸着膜である。
(2) Multilayer film In the production method of the present invention, a long film-formed substrate is formed by using a solution containing first charged particles and a second charge having a charge opposite to the charge of the first charged particles. In this method, a multilayer film is produced on one surface of the substrate to be deposited by alternately immersing in a solution containing particles. The multilayer film produced by the present invention is an alternating adsorption film formed by utilizing the interaction between molecules such as Coulomb force.
かかる交互吸着膜の具体例としては、光導波路、光吸収膜、反射防止膜、非線形光学膜、蛍光膜、エレクトロクロミック膜、光起電力・太陽電池、導電性膜、超撥水膜、親水性膜、フィルター、センサ等が挙げられる。 Specific examples of such alternating adsorption films include optical waveguides, light absorption films, antireflection films, nonlinear optical films, fluorescent films, electrochromic films, photovoltaic / solar cells, conductive films, superhydrophobic films, hydrophilicity A membrane, a filter, a sensor, etc. are mentioned.
本発明においては、第1の荷電粒子を含む溶液と、前記第1の荷電粒子の電荷と反対の電荷を有する第2の荷電粒子を含む溶液とを用いる。すなわち、第1の荷電粒子が正の荷電粒子であれば、第2の荷電粒子は負の荷電粒子である。 In the present invention, a solution containing first charged particles and a solution containing second charged particles having a charge opposite to that of the first charged particles are used. That is, if the first charged particle is a positive charged particle, the second charged particle is a negative charged particle.
本発明に用いる第1の荷電粒子を含む溶液と、第2の荷電粒子を含む溶液の組合せとしては、特に限定されないが、例えば、下記(a)に例示される正の電解質ポリマーを含む溶液と、下記(b)に例示される負の電解質ポリマーを含む溶液の組合せ、導電性電解質ポリマーを含む溶液と絶縁性電解質ポリマーを含む溶液の組合せ、ルテニウム錯体モノマー(例えば、Ru(bpy)3Cl2)の溶液(正に帯電したモノマー水溶液)とポリアクリル酸の水溶液(負に帯電したポリマー水溶液)の組合せ、フェライト微粒子等の無機微粒子を正の電荷を持った界面活性剤(両親媒性物質)を溶媒に分散した分散液、とフェライト微粒子等の無機微粒子を負の電荷を持った界面活性剤(両親媒性物質)を溶媒に分散した分散液の組合せ、等が挙げられる。ここで、bpyはビピリジルを表す。 The combination of the solution containing the first charged particles and the solution containing the second charged particles used in the present invention is not particularly limited, and for example, a solution containing a positive electrolyte polymer exemplified in (a) below: A combination of a solution containing a negative electrolyte polymer exemplified in (b) below, a combination of a solution containing a conductive electrolyte polymer and a solution containing an insulating electrolyte polymer, a ruthenium complex monomer (for example, Ru (bpy) 3 Cl 2 ) Solution (positively charged monomer aqueous solution) and polyacrylic acid aqueous solution (negatively charged polymer aqueous solution), inorganic fine particles such as ferrite fine particles, positively charged surfactant (amphiphile) A combination of a dispersion in which a surfactant is dispersed in a solvent and an inorganic fine particle, such as a ferrite fine particle, in which a surfactant (amphiphile) having a negative charge is dispersed in a solvent, etc. Can be mentioned. Here, bpy represents bipyridyl.
(a)正の電解質ポリマー (A) Positive electrolyte polymer
(b)負の電解質ポリマー (B) Negative electrolyte polymer
これらの溶液の調製に用いる溶媒としては、水;メタノール、エタノールなどのアルコール類;アセトン等のケトン類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;テトラヒドロフラン等のエーテル類;ピリジン等の有機アミン類;アセトニトリル等のニトリル類;および、これらの2種以上の組み合わせ;などが挙げられる。 Solvents used for the preparation of these solutions include water; alcohols such as methanol and ethanol; ketones such as acetone; amides such as dimethylformamide; ethers such as tetrahydrofuran; organic amines such as pyridine; Nitriles; and combinations of two or more thereof; and the like.
本発明においては、これらの第1の荷電粒子を含む溶液と、第2の荷電粒子を含む溶液の濃度やpH等を任意の値に設定することにより、得られる多層膜の膜厚や密度等を制御することができる。 In the present invention, the film thickness, density, etc. of the resulting multilayer film are set by setting the concentration, pH, etc. of the solution containing the first charged particles and the solution containing the second charged particles to an arbitrary value. Can be controlled.
本発明の多層膜の製造方法は、前記第1の荷電粒子を含む溶液を収容する第1の溶液槽と、第2の荷電粒子を含む溶液を収容する第2の溶液槽とを用意し、長尺の被成膜基材を第1の溶液槽から第2の溶液槽の方向に螺旋状に搬送しながら、前記被成膜基材を前記第1の溶液槽内に浸し、次いで、直接又はその他の槽を介して前記第2の溶液槽内に浸すことを特徴とする。 The multilayer film manufacturing method of the present invention prepares a first solution tank containing a solution containing the first charged particles and a second solution tank containing a solution containing second charged particles, While the long film-forming substrate is spirally conveyed from the first solution tank to the second solution tank, the film-forming substrate is immersed in the first solution tank, and then directly Or it is immersed in said 2nd solution tank through another tank, It is characterized by the above-mentioned.
前記「長尺の被成膜基材を第1の溶液槽から第2の溶液槽の方向に螺旋状に搬送」とは、長尺の被成膜基材を、第1の溶液槽から第2の溶液槽の方向に向かって、螺旋を描くように搬送することを意味する。 The above-mentioned “conveying the long film-forming substrate spirally from the first solution tank to the second solution tank” means that the long film-forming substrate is transferred from the first solution tank to the first solution tank. It means that it conveys in the direction of 2 solution tanks so that a spiral may be drawn.
長尺の被成膜基材を連続的に搬送しながら、前記第1の荷電粒子を含む溶液を収容する第1の溶液槽と、第2の荷電粒子を含む溶液を収容する第2の溶液槽とに交互に浸漬させるためには、第1の溶液槽及び第2の溶液槽中、並びに第1の溶液槽及び第2の溶液層の上部のそれぞれにガイドロール(槽内ロール及び槽外ロール)を設置し、該ガイドロールに沿って長尺の被成膜基材を一定方向に搬送すればよい。このとき、長尺の被成膜基材を第1の溶液槽から第2の溶液槽の方向に螺旋状に搬送すれば、被成膜基材のガイドロールと接触する部分は、常に一方の面のみとすることができる。従って、本発明の多層膜の製造方法によれば、均一な多層膜を連続的に効率よく製造することができる。
本発明の多層膜の製造方法は、後述する本発明の成膜装置を使用することにより、好適に実施することができる。
A first solution tank that contains a solution containing the first charged particles and a second solution that contains a solution containing second charged particles while continuously conveying a long film-forming substrate. In order to immerse alternately in the tank, guide rolls (inside the tank and outside the tank) are provided in the first solution tank and the second solution tank, and above the first solution tank and the second solution layer, respectively. Roll) and a long film-forming substrate may be conveyed in a certain direction along the guide roll. At this time, if the long film-forming substrate is transported spirally from the first solution tank to the second solution tank, the portion of the film-forming substrate that contacts the guide roll is always on one side. It can only be a surface. Therefore, according to the multilayer film manufacturing method of the present invention, a uniform multilayer film can be continuously and efficiently manufactured.
The method for producing a multilayer film of the present invention can be preferably carried out by using a film forming apparatus of the present invention described later.
2)成膜装置
本発明の第2は、長尺の被成膜基材を、第1の荷電粒子を含む溶液と、前記第1の荷電粒子の電荷と反対の電荷を有する第2の荷電粒子を含む溶液とに交互に浸すことにより、前記被成膜基材の一方の面に多層膜を形成する成膜装置であって、
長尺の被成膜基材を第1の槽外ロールへ送り出す被成膜基材送り出し部と、
第1の荷電粒子を含む溶液を収容する第1の溶液槽と、
第2の荷電粒子を含む溶液を収容する第2の溶液槽と、
前記第1の溶液槽上に設けられた第1の槽外ロールと、
前記第1の溶液槽内に設けられた第1の槽内ロールと、
前記第2の溶液槽上に設けられた第2の槽外ロールと、
前記第2の溶液槽内に設けられた第2の槽内ロールと、
前記第2の溶液槽内に浸漬された長尺の被成膜基材を回収する被成膜基材回収部と
を少なくとも有し、
前記長尺の被成膜基材を、第1の槽外ロール、第2の槽内ロール、第2の槽外ロール、及び第2の槽内ロールの順に沿って螺旋状に搬送することにより、前記被成膜基材の一方の面に多層膜を形成する成膜装置である。
2) Film formation apparatus The second aspect of the present invention is that a long film-forming substrate is formed by using a solution containing first charged particles and a second charge having a charge opposite to the charge of the first charged particles. A film forming apparatus for forming a multilayer film on one surface of the film forming substrate by alternately immersing in a solution containing particles,
A film-forming substrate feed-out portion for sending a long film-forming substrate to the first tank roll;
A first solution tank containing a solution containing first charged particles;
A second solution tank containing a solution containing second charged particles;
A first outer roll provided on the first solution tank;
A first tank roll provided in the first solution tank;
A second tank outer roll provided on the second solution tank;
A second tank roll provided in the second solution tank;
A film-forming substrate recovery unit for recovering a long film-forming substrate immersed in the second solution tank;
By conveying the long film-forming substrate spirally along the order of the first tank roll, the second tank roll, the second tank roll, and the second tank roll. A film forming apparatus for forming a multilayer film on one surface of the film forming substrate.
なお、槽外ロールをすべて一本の長尺なロールで兼ねることも可能である。そのようにした場合、成膜装置の小型化に有効である。また、槽内ロールを頂点とする三角形等の多角形状に槽外ロールを配置してもよい。これにより、槽内ロール部分での基材の溶液槽への進入及び脱出の角度を自由に設計することができる。 In addition, it is also possible to use all the rolls outside the tank as one long roll. In such a case, it is effective for downsizing the film forming apparatus. Moreover, you may arrange | position a roll outside a tank in polygonal shapes, such as a triangle which makes a roll in a tank a vertex. Thereby, the angle of entry into and exit from the solution tank of the base material at the roll portion in the tank can be freely designed.
本発明の成膜装置の一例を図1に示す。
図1に示す成膜装置は、ロール状に巻き取られた長尺の被成膜基材1を搬送路に送り出す被成膜基材送り出し部15、正の荷電粒子を含む溶液を収容する第1の溶液槽2、第1のリンス液を収容する第1のリンス槽3、負の荷電粒子を含む溶液を収容する第2の溶液槽4、第2のリンス液を収容する第2のリンス槽5と、前記第1の溶液槽2上に設けられた槽外ロール6と、前記第1の溶液槽2内に設けられた槽内ロール7と、前記第1のリンス槽3上に設けられた槽外ロール8と、前記第1のリンス槽3内に設けられた槽内ロール9と、前記第2の溶液槽4上に設けられた槽外ロール10と、前記第2の溶液槽4内に設けられた槽内ロール11と、前記第2のリンス槽5上に設けられた槽外ロール12と、前記第2のリンス槽5内に設けられた槽内ロール13と、第2のリンス槽5と被成膜基材回収部16との間に設けられた槽外ロール14と、多層膜が形成された長尺の被成膜基材1をロール状に巻き取る被成膜基材回収部16と、からなる。
An example of the film forming apparatus of the present invention is shown in FIG.
The film forming apparatus shown in FIG. 1 is a film forming
図1に示す成膜装置は、長尺の被成膜基材1を、槽外ロール6、槽内ロール7、槽外ロール8、槽内ロール9、槽外ロール10、槽内ロール11、槽外ロール12、槽内ロール13、及び槽外ロール14の順に沿って横方向に螺旋状に搬送しながら、長尺の被成膜基材1を、第1の溶液槽2、第1のリンス槽3、第2の溶液槽4、第2のリンス槽5内にこの順序で浸漬させることにより、長尺の被成膜基材1の一方の面に、2層からなる交互吸着膜を形成するものである。
The film forming apparatus shown in FIG. 1 includes a long film-forming substrate 1 that includes a
以下、図1に示す成膜装置を使用して、長尺の被成膜基材1の一方の面に、2層からなる交互吸着膜を形成する操作手順を詳細に説明する。 Hereinafter, an operation procedure for forming an alternating adsorption film composed of two layers on one surface of a long film-forming substrate 1 using the film forming apparatus shown in FIG. 1 will be described in detail.
まず、長尺の被成膜基材1を用意する。ここでは、被成膜基材1として長尺のガラス繊維を用いている。 First, a long film-forming substrate 1 is prepared. Here, a long glass fiber is used as the film formation substrate 1.
ロール状に巻き取られた長尺の被成膜基材1は、被成膜基材送り出し部2から、槽外ロール6を介して、第1の荷電粒子を含む溶液を収容する第1の溶液槽2内へ送られる。
The long film-forming substrate 1 wound up in a roll shape contains a first charged particle containing solution containing the first charged particles from the film-forming
この場合、図2に示すように、槽外ロール6の上部に、表面処理装置17を設置して、被成膜基材1の多層膜を形成する面の表面部を表面処理することが好ましい。これにより、被成膜基材1の多層膜を形成する面の表面部に、OH基等の親水性基が多数形成され、第1の荷電粒子が吸着しやすくなり、結果として均一で高品質な多層膜を形成することができる。
In this case, as shown in FIG. 2, it is preferable to install a
前記表面処理装置17としては、特に制限されないが、例えば、コロナ放電処理装置、プラズマ放電処理装置等が挙げられる。
Although it does not restrict | limit especially as said
第1の荷電粒子を含む溶液を収容する第1の溶液槽2内に送られた被成膜基材1は、槽内ロール7を介して、第1の荷電粒子を含む溶液中を潜り抜け、これにより、図3((a)→(b))に示すように、被成膜基材表面に第1の正の荷電粒子の層が形成される。
The film-forming substrate 1 sent into the
この場合、第1の荷電粒子の溶液がミセル溶液である場合におけるミセル形成を促進したい場合や、第1の荷電粒子が一様分散しにくい成分である場合においては、第1の溶液槽及び/又は第2の溶液槽に超音波による振動を与えるための超音波発生装置を設置してもよい。
また、溶液によっては、温度を高めることにより成分が一様分散しやすくなるものである場合等においては、第1の溶液槽2及び/又は第2の溶液槽4内の溶液を加熱するための加熱装置(図示を省略)を付加することもできる。
In this case, when it is desired to promote micelle formation when the first charged particle solution is a micelle solution, or when the first charged particles are components that are difficult to uniformly disperse, Or you may install the ultrasonic generator for giving the vibration by an ultrasonic wave to a 2nd solution tank.
In addition, depending on the solution, in the case where the components are easily dispersed uniformly by increasing the temperature, the solution in the
図4に、第1の溶液槽2の模式図を示す。図4(a)は第1の溶液槽2を横から見た断面図、(b)は上から見た上面図である。第1の溶液槽2の槽内には、第1の荷電粒子を含む溶液Aが収容されている。本実施例では、第1の荷電粒子を含む溶液Aとして、正の電解質ポリマーの水溶液を用いている。
In FIG. 4, the schematic diagram of the
第1の溶液槽2内には、被成膜基材を、槽外ロール6を介して、第1の溶液槽2内から槽外ロール8へ送るための槽内ロール7が設置されている。槽内ロール7の拡大図を図5に示す。槽内ロール7の両端には回転軸7aが設けられており、槽内に図示を省略する回転軸受に回動自在にはめ込まれて固定されている。
In the
なお、第1のリンス槽3、第2の溶液槽4、及び第2のリンス槽5は、収容される溶液の種類が異なるほかは、第1の溶液槽2と同様の構造を有している。また、槽内ロール7以外の槽内ロール及び槽外ロールは、槽内ロール7と同様な構造を有している。
In addition, the 1st rinse
次いで、表面に第1の荷電粒子の層が形成された被成膜基材1は、槽外ロール8を介して、第1のリンス槽3へ送られ、槽内ロール9を介して、第1のリンス液中を潜り抜け、これにより、被成膜基材1表面に余分に付着していた第1の荷電粒子を含む溶液が洗い流される。
Next, the deposition target substrate 1 having the first charged particle layer formed on the surface is sent to the
ここで、第1のリンス液としては、第1の荷電粒子を含む溶液の調製用いた溶媒と同じものが挙げられる。但し、リンス液として用いる溶媒は不純物の混入を防止する観点から、高純度のものが好ましい。例えば、溶媒が水であれば、超純水を使用するのが好ましい。 Here, as the first rinsing liquid, the same solvent as the solvent used for preparing the solution containing the first charged particles can be used. However, the solvent used as the rinse liquid is preferably a high-purity solvent from the viewpoint of preventing impurities from being mixed. For example, if the solvent is water, it is preferable to use ultrapure water.
また、この場合、例えば、図6に示すように、第1のリンス槽3と第3の槽外ロール10との間に乾燥装置18(例えば、窒素ガスを吹き付ける装置)を設置して、第1の荷電粒子の層が形成された被成膜基材表面を乾燥することも好ましい。なお、図6中、乾燥装置18は、裏面側の塗工面(図中、白色の面)を乾燥するものである。
In this case, for example, as shown in FIG. 6, a drying device 18 (for example, a device for blowing nitrogen gas) is installed between the
さらに本発明においては、乾燥を行うための専用槽(例えば、温風を吹き付ける機構を備えた乾燥室)を設け、被成膜基材1の表面に付着した水滴を十分に乾燥除去してから第2の荷電粒子の層を形成するようにしてもよい。 Further, in the present invention, a dedicated tank for drying (for example, a drying chamber equipped with a mechanism for blowing warm air) is provided, and water droplets adhering to the surface of the film formation substrate 1 are sufficiently dried and removed. A second charged particle layer may be formed.
なお、上記リンス工程は、必ずしも被成膜基材をリンス液中に浸漬させる方法だけではなく、リンス液によるシャワーを行う方法などでも構わない。 Note that the rinsing step is not limited to the method of immersing the film formation substrate in the rinsing liquid, but may be a method of performing a shower with the rinsing liquid.
次に、表面の余分に付着していた第1の荷電粒子を含む溶液を洗浄除去した被成膜基材1は、槽外ロール10を介して、第2の溶液槽4中に送り込まれる。
Next, the film formation target substrate 1 from which the solution containing the first charged particles adhering to the surface is removed is fed into the second solution tank 4 through the
第2の荷電粒子(負の荷電粒子)を含む溶液を収容する第2の溶液槽4内に送られた被成膜基材1は、槽内ロール11を介して、第2の荷電粒子を含む溶液中を潜り抜け、これにより、図3((b)→(c))に示すように、被成膜基材1の表面の第1の荷電粒子の層上に第2の荷電粒子の層が形成される。
The film-forming substrate 1 sent into the second solution tank 4 containing the solution containing the second charged particles (negative charged particles) receives the second charged particles through the
次いで、表面に第2の荷電粒子の層が形成された被成膜基材1は、槽外ロール12を介して、第2のリンス槽5内へ送られ、槽内ロール13を介して、第2のリンス液中を潜り抜け、これにより、被成膜基材1の表面に余分に付着していた第2の荷電粒子を含む溶液が洗い流される。
Next, the deposition target substrate 1 on which the layer of the second charged particles is formed on the surface is sent into the second rinse
また、この場合においても、前記第1のリンス槽3と槽外ロール10との間に乾燥装置を設置するのと同様に、前記第2のリンス槽5と槽外ロール14との間に乾燥装置を設置して、第2の荷電粒子の層が形成された被成膜基材表面を乾燥するようにすることができる。
Also in this case, drying is performed between the
以上のようにして、図3(c)に示すような2層からなる交互吸着膜を形成することができる。
なお、図1に示す成膜装置では、計2層からなる交互吸着膜を形成するものであるが、第2のリンス槽5と回収部16との間に、第1の荷電粒子を含む溶液を収容した第3の溶液槽、第3のリンス槽、第2の荷電粒子を含む溶液を収容した第4の溶液槽、第4のリンス槽を設置することで、計4層からなる交互吸着膜を形成するようにすることもできる。また、同様にして、6層以上の多層膜からなる交互吸着膜を形成するようにすることもできる。また、3層、5層といった奇数の層にすることも可能である。
As described above, an alternate adsorption film having two layers as shown in FIG. 3C can be formed.
The film forming apparatus shown in FIG. 1 forms an alternating adsorption film consisting of a total of two layers, but a solution containing the first charged particles between the second rinse
本発明においては、所望の層数の交互吸着膜を形成したのち、図7に示すように、第2のリンス槽5と回収部16の間に、電離硬化性樹脂を含む溶液を収容した溶液槽20を設置し、さらに、溶液槽20と槽外ロール22の間に、紫外線照射装置などの電離放射線照射装置19を設置してもよい。このような構成とすることにより、形成した交互吸着膜上に、電離硬化樹脂層(ハードコート層)を形成することができる。
なお、図7中、電離放射線照射装置19は、裏面側の塗工面(図中、白色の面)を電離放射線により硬化させるものである。
In the present invention, after forming an alternating adsorption film of a desired number of layers, as shown in FIG. 7, a solution containing a solution containing an ionizing curable resin between the second rinse
In FIG. 7, the ionizing
1…被成膜基材、2…第1の溶液槽、3…第1のリンス槽、4…第2の溶液槽、5…第2のリンス槽、6,8,10,12,14,22…槽外ロール、7,9,11,13,21…槽内ロール、15…被成膜基材送り出し部、16…被成膜基材回収部、17…表面処理装置、18…乾燥装置、19…電離放射線照射装置、20…電離放射線硬化性樹脂の溶液を収容した溶液槽、100…長尺の繊維材料、110,130…水槽、120a,120b,140a,140b…リンス浴、R1〜R16…ロール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Film-forming base material, 2 ... 1st solution tank, 3 ... 1st rinse tank, 4 ... 2nd solution tank, 5 ... 2nd rinse tank, 6, 8, 10, 12, 14, DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1の荷電粒子を含む溶液を収容する第1の溶液槽と、第2の荷電粒子を含む溶液を収容する第2の溶液槽とを用意し、
長尺の被成膜基材を第1の溶液槽から第2の溶液槽の方向に螺旋状に搬送しながら、前記被成膜基材を前記第1の溶液槽内に浸し、
前記被成膜基材を第1の溶液槽内に浸した後、第2の溶液槽に浸す前に、前記被成膜基材を第1のリンス液によりリンスを行い、
リンスした被成膜基材の表面を乾燥装置により乾燥し、
次いで、直接又はその他の槽を介して前記第2の溶液槽内に浸すことを特徴とする多層膜の製造方法。 By alternately immersing a long film-forming substrate in a solution containing first charged particles and a solution containing second charged particles having a charge opposite to that of the first charged particles, A method for producing a multilayer film on one surface of the substrate to be deposited,
Preparing a first solution tank containing a solution containing the first charged particles and a second solution tank containing a solution containing second charged particles;
While the long film-forming substrate is spirally conveyed from the first solution tank toward the second solution tank, the film-forming substrate is immersed in the first solution tank,
After immersing the film-forming substrate in the first solution tank and before immersing in the second solution tank, the film-forming substrate is rinsed with a first rinsing liquid,
The surface of the substrate on which the film is formed is dried with a drying device,
Next, the multilayer film manufacturing method is characterized in that the film is immersed in the second solution tank directly or through another tank.
長尺の被成膜基材を第1の槽外ロールへ送り出す被成膜基材送り出し部と、
第1の荷電粒子を含む溶液を収容する第1の溶液槽と、
第2の荷電粒子を含む溶液を収容する第2の溶液槽と、
前記第1の溶液槽上に設けられた第1の槽外ロールと、
前記第1の溶液槽内に設けられた第1の槽内ロールと、
前記第2の溶液槽上に設けられた第2の槽外ロールと、
前記第2の溶液槽内に設けられた第2の槽内ロールと、
前記第1の溶液槽と第2の溶液槽との間に設けられた、第1のリンス液が収容された第1のリンス槽と、
前記第1のリンス槽と第2の溶液槽との間に第3の槽外ロールが設けられ、
前記第1のリンス槽と前記槽外ロールとの間に設けられ、第1のリンス液によりリンスした被成膜基材の表面を乾燥装置により乾燥する乾燥装置と、
前記第2の溶液槽内に浸漬された長尺の被成膜基材を回収する被成膜基材回収部と
を少なくとも有し、
前記長尺の被成膜基材を、第1の槽外ロール、第1の槽内ロール、第3の槽外ロール、第2の槽外ロール、及び第2の槽内ロールの順に沿って螺旋状に搬送することにより、前記被成膜基材の一方の面に多層膜を形成する成膜装置。 By alternately immersing a long film-forming substrate in a solution containing first charged particles and a solution containing second charged particles having a charge opposite to that of the first charged particles, A film forming apparatus for forming a multilayer film on one surface of a film forming substrate,
A film-forming substrate feed-out portion for sending a long film-forming substrate to the first tank roll;
A first solution tank containing a solution containing first charged particles;
A second solution tank containing a solution containing second charged particles;
A first outer roll provided on the first solution tank;
A first tank roll provided in the first solution tank;
A second tank outer roll provided on the second solution tank;
A second tank roll provided in the second solution tank;
A first rinse tank provided between the first solution tank and the second solution tank and containing a first rinse liquid;
A third tank roll is provided between the first rinse tank and the second solution tank;
A drying device provided between the first rinsing tank and the roll outside the tank, and drying the surface of the film formation substrate rinsed with the first rinsing liquid with a drying device;
A film-forming substrate recovery unit for recovering a long film-forming substrate immersed in the second solution tank;
The long film-forming substrate is arranged in the order of a first tank roll, a first tank roll, a third tank roll, a second tank roll, and a second tank roll. A film forming apparatus for forming a multilayer film on one surface of the film forming substrate by carrying it in a spiral.
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