JP7042278B2 - A synthetic polymer membrane having a surface having a bactericidal action and a sterilization method using the surface of the synthetic polymer membrane - Google Patents
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Description
本発明は、殺菌作用を備えた表面を有する合成高分子膜および合成高分子膜の表面を用いた殺菌方法に関する。 The present invention relates to a synthetic polymer membrane having a surface having a bactericidal action and a sterilization method using the surface of the synthetic polymer membrane.
最近、ブラックシリコン、セミやトンボの羽が有するナノ表面構造が殺菌作用を有することが発表された(非特許文献1)。ブラックシリコン、セミやトンボの羽が有するナノピラーの物理的な構造が、殺菌作用を発現するとされている。 Recently, it has been announced that the nanosurface structure of black silicon, cicadas and dragonfly wings has a bactericidal action (Non-Patent Document 1). The physical structure of the nanopillars of black silicon, cicadas and dragonfly wings is said to exert a bactericidal action.
非特許文献1によると、グラム陰性菌に対する殺菌作用は、ブラックシリコンが最も強く、トンボの羽、セミの羽の順に弱くなる。ブラックシリコンは、高さが500nmのナノピラーを有し、セミやトンボの羽は、高さが240nmのナノピラーを有している。また、これらの表面の水に対する静的接触角(以下、単に「接触角」ということがある。)は、ブラックシリコンが80°であるのに対し、トンボの羽は153°、セミの羽は159°である。また、ブラックシリコンは主にシリコンから形成され、セミやトンボの羽はキチン質から形成されていると考えられる。非特許文献1によると、ブラックシリコンの表面の組成はほぼ酸化シリコン、セミおよびトンボの羽の表面の組成は脂質である。 According to Non-Patent Document 1, the bactericidal action against Gram-negative bacteria is strongest in black silicon, and weakens in the order of dragonfly feathers and cicada feathers. Black silicon has nanopillars with a height of 500 nm, and cicada and dragonfly wings have nanopillars with a height of 240 nm. The static contact angle of these surfaces with water (hereinafter, may be simply referred to as "contact angle") is 80 ° for black silicon, 153 ° for dragonfly wings, and 153 ° for cicada wings. It is 159 °. It is considered that black silicon is mainly formed of silicon, and the wings of cicadas and dragonflies are formed of chitin. According to Non-Patent Document 1, the composition of the surface of black silicon is almost silicon oxide, and the composition of the surface of the wings of cicadas and dragonflies is lipid.
非特許文献1に記載の結果からは、ナノピラーによって細菌が殺されるメカニズムは明らかではない。さらに、ブラックシリコンがトンボやセミの羽よりも強い殺菌作用を有する理由が、ナノピラーの高さや形状の違いにあるのか、表面自由エネルギー(接触角で評価され得る)の違いにあるのか、ナノピラーを構成する物質にあるのか、表面の化学的性質にあるのか、不明である。 From the results described in Non-Patent Document 1, the mechanism by which bacteria are killed by nanopillars is not clear. Furthermore, the reason why black silicon has a stronger bactericidal action than the wings of dragonflies and cicadas is whether it is due to the difference in the height and shape of the nanopillar, or the difference in the surface free energy (which can be evaluated by the contact angle). It is unknown whether it is in the constituent substances or in the chemical properties of the surface.
また、ブラックシリコンの殺菌作用を利用するにしても、ブラックシリコンは、量産性に乏しく、また、硬く脆いので、形状加工性が低いという問題がある。 Further, even if the bactericidal action of black silicon is utilized, there is a problem that black silicon has poor mass productivity and is hard and brittle, so that shape processability is low.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その主な目的は、殺菌作用を備えた表面を有する合成高分子膜および合成高分子膜の表面を用いた殺菌方法を提供することにある。本発明はさらに、耐水性および/または量産性に優れた、殺菌作用を備えた表面を有する合成高分子膜を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and a main object thereof is to provide a synthetic polymer membrane having a surface having a bactericidal action and a sterilization method using the surface of the synthetic polymer membrane. To do. Another object of the present invention is to provide a synthetic polymer membrane having a surface having a bactericidal action, which is excellent in water resistance and / or mass productivity.
本発明のある実施形態の合成高分子膜は、複数の第1の凸部を有する表面を備える合成高分子膜であって、前記合成高分子膜の法線方向から見たとき、前記複数の第1の凸部の2次元的な大きさは20nm超500nm未満の範囲内にあり、架橋構造を有し、前記架橋構造は、窒素およびフッ素を含まず、エチレンオキサイド単位および/または水溶性モノマー単位を有し、ガラス転移温度を超える温度範囲における動的貯蔵弾性率E'の最小値をEr’(Pa)とし、Er’を与える最低温度をTr(K)とし、気体定数Rを8.3J/mol・Kとして、n=Er’/(3・R・Tr)の式から求められる架橋密度nが、2.8×10-3mol/cc以上9.5×10-3mol/cc以下の範囲にある。The synthetic polymer film of an embodiment of the present invention is a synthetic polymer film having a surface having a plurality of first convex portions, and when viewed from the normal direction of the synthetic polymer film, the plurality of synthetic polymer films. The two-dimensional size of the first convex portion is in the range of more than 20 nm and less than 500 nm, and has a crosslinked structure, wherein the crosslinked structure does not contain nitrogen and fluorine, and is an ethylene oxide unit and / or a water-soluble monomer. The minimum value of the dynamic storage polymer E'in the temperature range exceeding the glass transition temperature is Er'(Pa), the minimum temperature that gives Er'is Tr (K), and the gas constant R is 8. As 3J / mol · K, the crosslink density n obtained from the formula n = Er'/ (3 · R · Tr) is 2.8 × 10 -3 mol / cc or more and 9.5 × 10 -3 mol / cc. It is in the following range.
ここで、動的貯蔵弾性率Er’(Pa)およびTr(K)は、DMA(動的機械分析、動的粘弾性測定ともいう。)で求められる。 Here, the dynamic storage elastic moduli Er'(Pa) and Tr (K) are obtained by DMA (also referred to as dynamic mechanical analysis or dynamic viscoelasticity measurement).
ある実施形態において、前記架橋密度nは、8.4×10-3mol/cc以下である。In certain embodiments, the crosslink density n is 8.4 × 10 -3 mol / cc or less.
ある実施形態において、前記架橋密度nは、5.8×10-3mol/cc以下である。In certain embodiments, the crosslink density n is 5.8 × 10 -3 mol / cc or less.
ある実施形態において、前記架橋密度nは、3.7×10-3mol/cc以上である。In certain embodiments, the crosslink density n is 3.7 × 10 -3 mol / cc or more.
ある実施形態において、前記合成高分子膜の全体に対する、前記架橋構造に含まれるエチレンオキサイド単位および水溶性モノマー単位の合計の含有率は、40質量%超である。 In one embodiment, the total content of ethylene oxide units and water-soluble monomer units contained in the crosslinked structure with respect to the entire synthetic polymer membrane is more than 40% by mass.
ある実施形態において、前記合成高分子膜の全体に対する、前記架橋構造に含まれるエチレンオキサイド単位および水溶性モノマー単位の合計の含有率は、70質量%以下である。 In one embodiment, the total content of ethylene oxide units and water-soluble monomer units contained in the crosslinked structure with respect to the entire synthetic polymer membrane is 70% by mass or less.
ある実施形態において、前記動的貯蔵弾性率Er’は20MPa超90MPa未満である。 In certain embodiments, the dynamic storage modulus Er'is greater than 20 MPa and less than 90 MPa.
ある実施形態において、前記動的貯蔵弾性率Er’は75MPa未満である。 In certain embodiments, the dynamic storage modulus Er'is less than 75 MPa.
ある実施形態において、前記架橋構造は、シロキサン結合を有するモノマー単位を含む。 In certain embodiments, the crosslinked structure comprises a monomer unit having a siloxane bond.
本発明のある実施形態による液体を殺菌する方法は、上記のいずれかに記載の合成高分子膜の前記表面に、水を含む液体を接触させることによって、前記液体を殺菌する方法である。 The method for sterilizing a liquid according to an embodiment of the present invention is a method for sterilizing the liquid by contacting the surface of the synthetic polymer membrane according to any one of the above with a liquid containing water.
本発明の実施形態によると、殺菌作用を備えた表面を有する合成高分子膜および合成高分子膜の表面を用いた殺菌方法が提供される。本発明の実施形態によると、耐水性および/または量産性に優れた、殺菌作用を備えた表面を有する合成高分子膜が提供される。 According to an embodiment of the present invention, a synthetic polymer membrane having a surface having a bactericidal action and a sterilization method using the surface of the synthetic polymer membrane are provided. According to an embodiment of the present invention, there is provided a synthetic polymer membrane having a surface having a bactericidal action, which is excellent in water resistance and / or mass productivity.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態による、表面が殺菌効果を有する合成高分子膜および合成高分子膜の表面を用いた殺菌方法を説明する。 Hereinafter, a sterilization method using a synthetic polymer membrane having a bactericidal effect on the surface and the surface of the synthetic polymer membrane according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、本明細書においては、以下の用語を用いることにする。 In this specification, the following terms will be used.
「殺菌(sterilization(microbicidal))」は、物体や液体といった対象物や、限られた空間に含まれる、増殖可能な微生物(microorganism)の数を、有効数減少させることをいう。 "Sterilization (microbicidal)" refers to reducing the number of proliferative microorganisms (microorganisms) contained in objects such as objects and liquids and in a limited space.
「微生物」は、ウィルス、細菌(バクテリア)、真菌(カビ)を包含する。 "Microorganisms" include viruses, bacteria (bacteria) and fungi (molds).
「抗菌(antimicrobial)」は、微生物の繁殖を抑制・防止することを広く含み、微生物に起因する黒ずみやぬめりを抑制することを含む。 "Antibacterial" broadly includes suppressing and preventing the growth of microorganisms, and also includes suppressing darkening and slimming caused by microorganisms.
本出願人は、陽極酸化ポーラスアルミナ層を用いて、モスアイ構造を有する反射防止膜(反射防止表面)を製造する方法を開発した。陽極酸化ポーラスアルミナ層を用いることによって、反転されたモスアイ構造を有する型を高い量産性で製造することができる。 The present applicant has developed a method for producing an antireflection film (antireflection surface) having a moth-eye structure using an anodized porous alumina layer. By using the anodized porous alumina layer, a mold having an inverted moth-eye structure can be manufactured with high mass productivity.
本発明者は、上記の技術を応用することによって、表面が殺菌効果を有する合成高分子膜を開発するに至った(例えば、特許文献5、6および7参照)。参考のために、上記特許文献5、6および7の開示内容の全てを本明細書に援用する。 The present inventor has developed a synthetic polymer membrane having a bactericidal effect on the surface by applying the above technique (see, for example, Patent Documents 5, 6 and 7). For reference, all of the disclosures of Patent Documents 5, 6 and 7 are incorporated herein by reference.
図1(a)および(b)を参照して、本発明の実施形態による合成高分子膜の構造を説明する。 The structure of the synthetic polymer membrane according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b).
図1(a)および(b)は、本発明の実施形態による合成高分子膜34Aおよび34Bの模式的な断面図をそれぞれ示す。ここで例示する合成高分子膜34Aおよび34Bは、いずれもベースフィルム42Aおよび42B上にそれぞれ形成されているが、もちろんこれに限られない。合成高分子膜34Aおよび34Bは、任意の物体の表面に直接形成され得る。
1 (a) and 1 (b) show schematic cross-sectional views of
図1(a)に示すフィルム50Aは、ベースフィルム42Aと、ベースフィルム42A上に形成された合成高分子膜34Aとを有している。合成高分子膜34Aは、表面に複数の凸部34Apを有しており、複数の凸部34Apは、モスアイ構造を構成している。合成高分子膜34Aの法線方向から見たとき、凸部34Apの2次元的な大きさDpは20nm超500nm未満の範囲内にある。ここで、凸部34Apの「2次元的な大きさ」とは、表面の法線方向から見たときの凸部34Apの面積円相当径を指す。例えば、凸部34Apが円錐形の場合、凸部34Apの2次元的な大きさは、円錐の底面の直径に相当する。また、凸部34Apの典型的な隣接間距離Dintは20nm超1000nm以下である。図1(a)に例示するように、凸部34Apが密に配列されており、隣接する凸部34Ap間に間隙が存在しない(例えば、円錐の底面が部分的に重なる)場合には、凸部34Apの2次元的な大きさDpは隣接間距離Dintと等しい。凸部34Apの典型的な高さDhは、50nm以上500nm未満である。後述するように、凸部34Apの高さDhが150nm以下であっても殺菌作用を発現する。合成高分子膜34Aの厚さtsに特に制限はなく、凸部34Apの高さDhより大きければよい。The
図1(a)に示した合成高分子膜34Aは、特許文献1~4に記載されている反射防止膜と同様のモスアイ構造を有している。反射防止機能を発現させるためには、表面に平坦な部分がなく、凸部34Apが密に配列されていることが好ましい。また、凸部34Apは、空気側からベースフィルム42A側に向かって、断面積(入射光線に直交する面に平行な断面、例えばベースフィルム42Aの面に平行な断面)が増加する形状、例えば、円錐形であることが好ましい。また、光の干渉を抑制するために、凸部34Apを規則性がないように、好ましくはランダムに、配列することが好ましい。しかしながら、合成高分子膜34Aの殺菌作用をもっぱら利用する場合には、これらの特徴は必要ではない。例えば、凸部34Apは密に配列される必要はなく、また、規則的に配列されてもよい。ただし、凸部34Apの形状や配置は、微生物に効果的に作用するように選択されることが好ましい。
The
図1(b)に示すフィルム50Bは、ベースフィルム42Bと、ベースフィルム42B上に形成された合成高分子膜34Bとを有している。合成高分子膜34Bは、表面に複数の凸部34Bpを有しており、複数の凸部34Bpは、モスアイ構造を構成している。フィルム50Bは、合成高分子膜34Bが有する凸部34Bpの構造が、フィルム50Aの合成高分子膜34Aが有する凸部34Apの構造と異なっている。フィルム50Aと共通の特徴については説明を省略することがある。
The
合成高分子膜34Bの法線方向から見たとき、凸部34Bpの2次元的な大きさDpは20nm超500nm未満の範囲内にある。また、凸部34Bpの典型的な隣接間距離Dintは20nm超1000nm以下であり、かつ、Dp<Dintである。すなわち、合成高分子膜34Bでは、隣接する凸部34Bpの間に平坦部が存在する。凸部34Bpは、空気側に円錐形の部分を有する円柱状であり、凸部34Bpの典型的な高さDhは、50nm以上500nm未満である。また、凸部34Bpは、規則的に配列されていてもよいし、不規則に配列されていてもよい。凸部34Bpが規則的に配列されている場合、Dintは配列の周期をも表すことになる。このことは、当然ながら、合成高分子膜34Aについても同じである。When viewed from the normal direction of the
なお、本明細書において、「モスアイ構造」は、図1(a)に示した合成高分子膜34Aの凸部34Apの様に、断面積(膜面に平行な断面)が増加する形状の凸部で構成される、優れた反射機能を有するナノ表面構造だけでなく、図1(b)に示した合成高分子膜34Bの凸部34Bpの様に、断面積(膜面に平行な断面)が一定の部分を有する凸部で構成されるナノ表面構造も包含する。なお、微生物の細胞壁および/または細胞膜を破壊するためには、円錐形の部分を有することが好ましい。ただし、円錐形の先端は、ナノ表面構造である必要は必ずしもなく、セミの羽が有するナノ表面構造を構成するナノピラー程度の丸み(約60nm)を有していてもよい。
In the present specification, the "moss-eye structure" is a convex portion having a shape in which the cross-sectional area (cross section parallel to the membrane surface) increases, like the convex portion 34Ap of the
図1(a)および(b)に例示したようなモスアイ構造を表面に形成するための型(以下、「モスアイ用型」という。)は、モスアイ構造を反転させた、反転されたモスアイ構造を有する。反転されたモスアイ構造を有する陽極酸化ポーラスアルミナ層をそのまま型として利用すると、モスアイ構造を安価に製造することができる。特に、円筒状のモスアイ用型を用いると、ロール・ツー・ロール方式によりモスアイ構造を効率良く製造することができる。このようなモスアイ用型は、特許文献2~4に記載されている方法で製造することができる。 The mold for forming the moth-eye structure on the surface as illustrated in FIGS. 1 (a) and 1 (b) (hereinafter referred to as “moth-eye mold”) is an inverted moth-eye structure obtained by reversing the moth-eye structure. Have. If the anodized porous alumina layer having an inverted moth-eye structure is used as it is as a mold, the moth-eye structure can be manufactured at low cost. In particular, when a cylindrical moth-eye mold is used, a moth-eye structure can be efficiently manufactured by a roll-to-roll method. Such a mold for moth eye can be manufactured by the method described in Patent Documents 2 to 4.
図2(a)~(e)を参照して、合成高分子膜34Aを形成するための、モスアイ用型100Aの製造方法を説明する。
With reference to FIGS. 2 (a) to 2 (e), a method for manufacturing the moth-
まず、図2(a)に示すように、型基材として、アルミニウム基材12と、アルミニウム基材12の表面に形成された無機材料層16と、無機材料層16の上に堆積されたアルミニウム膜18とを有する型基材10を用意する。
First, as shown in FIG. 2A, as the mold base material, the
アルミニウム基材12としては、アルミニウムの純度が99.50mass%以上99.99mass%未満である比較的剛性の高いアルミニウム基材を用いる。アルミニウム基材12に含まれる不純物としては、鉄(Fe)、ケイ素(Si)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、鉛(Pb)、スズ(Sn)およびマグネシウム(Mg)からなる群から選択された少なくとも1つの元素を含むことが好ましく、特にMgが好ましい。エッチング工程におけるピット(窪み)が形成されるメカニズムは、局所的な電池反応であるので、理想的にはアルミニウムよりも貴な元素を全く含まず、卑な金属であるMg(標準電極電位が-2.36V)を不純物元素として含むアルミニウム基材12を用いることが好ましい。アルミニウムよりも貴な元素の含有率が10ppm以下であれば、電気化学的な観点からは、当該元素を実質的に含んでいないと言える。Mgの含有率は、全体の0.1mass%以上であることが好ましく、約3.0mass%以下の範囲であることがさらに好ましい。Mgの含有率が0.1mass%未満では十分な剛性が得られない。一方、含有率が大きくなると、Mgの偏析が起こり易くなる。モスアイ用型を形成する表面付近に偏析が生じても電気化学的には問題とならないが、Mgはアルミニウムとは異なる形態の陽極酸化膜を形成するので、不良の原因となる。不純物元素の含有率は、アルミニウム基材12の形状、厚さおよび大きさに応じて、必要とされる剛性に応じて適宜設定すればよい。例えば圧延加工によって板状のアルミニウム基材12を作製する場合には、Mgの含有率は約3.0mass%が適当であるし、押出加工によって円筒などの立体構造を有するアルミニウム基材12を作製する場合には、Mgの含有率は2.0mass%以下であることが好ましい。Mgの含有率が2.0mass%を超えると、一般に押出加工性が低下する。
As the
アルミニウム基材12として、例えば、JIS A1050、Al-Mg系合金(例えばJIS A5052)、またはAl-Mg-Si系合金(例えばJIS A6063)で形成された円筒状のアルミニウム管を用いる。
As the
アルミニウム基材12の表面は、バイト切削が施されていることが好ましい。アルミニウム基材12の表面に、例えば砥粒が残っていると、砥粒が存在する部分において、アルミニウム膜18とアルミニウム基材12との間で導通しやすくなる。砥粒以外にも、凹凸が存在するところでは、アルミニウム膜18とアルミニウム基材12との間で局所的に導通しやすくなる。アルミニウム膜18とアルミニウム基材12との間で局所的に導通すると、アルミニウム基材12内の不純物とアルミニウム膜18との間で局所的に電池反応が起こる可能性がある。
It is preferable that the surface of the
無機材料層16の材料としては、例えば酸化タンタル(Ta2O5)または二酸化シリコン(SiO2)を用いることができる。無機材料層16は、例えばスパッタ法により形成することができる。無機材料層16として、酸化タンタル層を用いる場合、酸化タンタル層の厚さは、例えば、200nmである。As the material of the
無機材料層16の厚さは、100nm以上500nm未満であることが好ましい。無機材料層16の厚さが100nm未満であると、アルミニウム膜18に欠陥(主にボイド、すなわち結晶粒間の間隙)が生じることがある。また、無機材料層16の厚さが500nm以上であると、アルミニウム基材12の表面状態によって、アルミニウム基材12とアルミニウム膜18との間が絶縁されやすくなる。アルミニウム基材12側からアルミニウム膜18に電流を供給することによってアルミニウム膜18の陽極酸化を行うためには、アルミニウム基材12とアルミニウム膜18との間に電流が流れる必要がある。円筒状のアルミニウム基材12の内面から電流を供給する構成を採用すると、アルミニウム膜18に電極を設ける必要がないので、アルミニウム膜18を全面にわたって陽極酸化できるとともに、陽極酸化の進行に伴って電流が供給され難くなるという問題も起こらず、アルミニウム膜18を全面にわたって均一に陽極酸化することができる。
The thickness of the
また、厚い無機材料層16を形成するためには、一般的には成膜時間を長くする必要がある。成膜時間が長くなると、アルミニウム基材12の表面温度が不必要に上昇し、その結果、アルミニウム膜18の膜質が悪化し、欠陥(主にボイド)が生じることがある。無機材料層16の厚さが500nm未満であれば、このような不具合の発生を抑制することもできる。
Further, in order to form the thick
アルミニウム膜18は、例えば、特許文献3に記載されているように、純度が99.99mass%以上のアルミニウムで形成された膜(以下、「高純度アルミニウム膜」ということがある。)である。アルミニウム膜18は、例えば、真空蒸着法またはスパッタ法を用いて形成される。アルミニウム膜18の厚さは、約500nm以上約1500nm以下の範囲にあることが好ましく、例えば、約1μmである。
The
また、アルミニウム膜18として、高純度アルミニウム膜に代えて、特許文献4に記載されている、アルミニウム合金膜を用いてもよい。特許文献4に記載のアルミニウム合金膜は、アルミニウムと、アルミニウム以外の金属元素と、窒素とを含む。本明細書において、「アルミニウム膜」は、高純度アルミニウム膜だけでなく、特許文献4に記載のアルミニウム合金膜を含むものとする。
Further, as the
上記アルミニウム合金膜を用いると、反射率が80%以上の鏡面を得ることができる。アルミニウム合金膜を構成する結晶粒の、アルミニウム合金膜の法線方向から見たときの平均粒径は、例えば、100nm以下であり、アルミニウム合金膜の最大表面粗さRmaxは60nm以下である。アルミニウム合金膜に含まれる窒素の含有率は、例えば、0.5mass%以上5.7mass%以下である。アルミニウム合金膜に含まれるアルミニウム以外の金属元素の標準電極電位とアルミニウムの標準電極電位との差の絶対値は0.64V以下であり、アルミニウム合金膜中の金属元素の含有率は、1.0mass%以上1.9mass%以下であることが好ましい。金属元素は、例えば、TiまたはNdである。但し、金属元素はこれに限られず、金属元素の標準電極電位とアルミニウムの標準電極電位との差の絶対値が0.64V以下である他の金属元素(例えば、Mn、Mg、Zr、VおよびPb)であってもよい。さらに、金属元素は、Mo、NbまたはHfであってもよい。アルミニウム合金膜は、これらの金属元素を2種類以上含んでもよい。アルミニウム合金膜は、例えば、DCマグネトロンスパッタ法で形成される。アルミニウム合金膜の厚さも約500nm以上約1500nm以下の範囲にあることが好ましく、例えば、約1μmである。 When the aluminum alloy film is used, a mirror surface having a reflectance of 80% or more can be obtained. The average particle size of the crystal grains constituting the aluminum alloy film when viewed from the normal direction of the aluminum alloy film is, for example, 100 nm or less, and the maximum surface roughness Rmax of the aluminum alloy film is 60 nm or less. The content of nitrogen contained in the aluminum alloy film is, for example, 0.5 mass% or more and 5.7 mass% or less. The absolute value of the difference between the standard electrode potential of the metal element other than aluminum contained in the aluminum alloy film and the standard electrode potential of aluminum is 0.64 V or less, and the content of the metal element in the aluminum alloy film is 1.0 mass. It is preferably% or more and 1.9 mass% or less. The metal element is, for example, Ti or Nd. However, the metal element is not limited to this, and other metal elements (for example, Mn, Mg, Zr, V and others) in which the absolute value of the difference between the standard electrode potential of the metal element and the standard electrode potential of aluminum is 0.64 V or less are used. It may be Pb). Further, the metal element may be Mo, Nb or Hf. The aluminum alloy film may contain two or more of these metal elements. The aluminum alloy film is formed, for example, by the DC magnetron sputtering method. The thickness of the aluminum alloy film is also preferably in the range of about 500 nm or more and about 1500 nm or less, for example, about 1 μm.
次に、図2(b)に示すように、アルミニウム膜18の表面18sを陽極酸化することによって、複数の凹部(細孔)14pを有するポーラスアルミナ層14を形成する。ポーラスアルミナ層14は、凹部14pを有するポーラス層と、バリア層(凹部(細孔)14pの底部)とを有している。隣接する凹部14pの間隔(中心間距離)は、バリア層の厚さのほぼ2倍に相当し、陽極酸化時の電圧にほぼ比例することが知られている。この関係は、図2(e)に示す最終的なポーラスアルミナ層14についても成立する。
Next, as shown in FIG. 2B, the
ポーラスアルミナ層14は、例えば、酸性の電解液中で表面18sを陽極酸化することによって形成される。ポーラスアルミナ層14を形成する工程で用いられる電解液は、例えば、蓚酸、酒石酸、燐酸、硫酸、クロム酸、クエン酸、リンゴ酸からなる群から選択される酸を含む水溶液である。例えば、アルミニウム膜18の表面18sを、蓚酸水溶液(濃度0.3mass%、液温10℃)を用いて、印加電圧80Vで55秒間陽極酸化を行うことにより、ポーラスアルミナ層14を形成する。
The
次に、図2(c)に示すように、ポーラスアルミナ層14をアルミナのエッチャントに接触させることによって所定の量だけエッチングすることにより凹部14pの開口部を拡大する。エッチング液の種類・濃度、およびエッチング時間を調整することによって、エッチング量(すなわち、凹部14pの大きさおよび深さ)を制御することができる。エッチング液としては、例えば10mass%の燐酸や、蟻酸、酢酸、クエン酸などの有機酸や硫酸の水溶液やクロム酸燐酸混合水溶液を用いることができる。例えば、燐酸水溶液(10mass%、30℃)を用いて20分間エッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 2C, the
次に、図2(d)に示すように、再び、アルミニウム膜18を部分的に陽極酸化することにより、凹部14pを深さ方向に成長させるとともにポーラスアルミナ層14を厚くする。ここで凹部14pの成長は、既に形成されている凹部14pの底部から始まるので、凹部14pの側面は階段状になる。
Next, as shown in FIG. 2D, the
さらにこの後、必要に応じて、ポーラスアルミナ層14をアルミナのエッチャントに接触させることによってさらにエッチングすることにより凹部14pの孔径をさらに拡大する。エッチング液としては、ここでも上述したエッチング液を用いることが好ましく、現実的には、同じエッチング浴を用いればよい。
Further, after this, if necessary, the
このように、上述した陽極酸化工程およびエッチング工程を交互に複数回(例えば5回:陽極酸化を5回とエッチングを4回)繰り返すことによって、図2(e)に示すように、反転されたモスアイ構造を有するポーラスアルミナ層14を有するモスアイ用型100Aが得られる。陽極酸化工程で終わることによって、凹部14pの底部を点にできる。すなわち、先端が尖った凸部を形成することができる型が得られる。
As described above, by alternately repeating the above-mentioned anodizing step and etching step a plurality of times (for example, 5 times: anodizing 5 times and etching 4 times), the process was inverted as shown in FIG. 2 (e). A mold for moth-
図2(e)に示すポーラスアルミナ層14(厚さtp)は、ポーラス層(厚さは凹部14pの深さDdに相当)とバリア層(厚さtb)とを有する。ポーラスアルミナ層14は、合成高分子膜34Aが有するモスアイ構造を反転した構造を有するので、その大きさを特徴づける対応するパラメータに同じ記号を用いることがある。The porous alumina layer 14 (thickness t p ) shown in FIG. 2 (e) has a porous layer (thickness corresponds to the depth D d of the
ポーラスアルミナ層14が有する凹部14pは、例えば円錐形であり、階段状の側面を有してもよい。凹部14pの二次元的な大きさ(表面の法線方向から見たときの凹部の面積円相当径)Dpは20nm超500nm未満で、深さDdは50nm以上1000nm(1μm)未満程度であることが好ましい。また、凹部14pの底部は尖っている(最底部は点になっている)ことが好ましい。凹部14pは密に充填されている場合、ポーラスアルミナ層14の法線方向から見たときの凹部14pの形状を円と仮定すると、隣接する円は互いに重なり合い、隣接する凹部14pの間に鞍部が形成される。なお、略円錐形の凹部14pが鞍部を形成するように隣接しているときは、凹部14pの二次元的な大きさDpは隣接間距離Dintと等しい。ポーラスアルミナ層14の厚さtpは、例えば、約1μm以下である。The
なお、図2(e)に示すポーラスアルミナ層14の下には、アルミニウム膜18のうち、陽極酸化されなかったアルミニウム残存層18rが存在している。必要に応じて、アルミニウム残存層18rが存在しないように、アルミニウム膜18を実質的に完全に陽極酸化してもよい。例えば、無機材料層16が薄い場合には、アルミニウム基材12側から容易に電流を供給することができる。
Under the
ここで例示したモスアイ用型の製造方法は、特許文献2~4に記載の反射防止膜を作製するための型を製造することができる。高精細な表示パネルに用いられる反射防止膜には、高い均一性が要求されるので、上記のようにアルミニウム基材の材料の選択、アルミニウム基材の鏡面加工、アルミニウム膜の純度や成分の制御を行うことが好ましいが、殺菌作用に高い均一性は求められないので、上記の型の製造方法を簡略化することができる。例えば、アルミニウム基材の表面を直接、陽極酸化してもよい。また、このときアルミニウム基材に含まれる不純物の影響でピットが形成されても、最終的に得られる合成高分子膜34Aのモスアイ構造に局所的な構造の乱れが生じるだけで、殺菌作用に与える影響はほとんどないと考えられる。
The method for producing a mold for moth-eye exemplified here can produce a mold for producing the antireflection film described in Patent Documents 2 to 4. Since the antireflection film used for high-definition display panels is required to have high uniformity, selection of the material of the aluminum base material, mirror finishing of the aluminum base material, control of the purity and components of the aluminum base material as described above are required. However, since high uniformity is not required for the bactericidal action, the above-mentioned method for producing a mold can be simplified. For example, the surface of the aluminum substrate may be directly anodized. Further, even if pits are formed due to the influence of impurities contained in the aluminum base material at this time, the moth-eye structure of the finally obtained
また、上述の型の製造方法によると、反射防止膜の作製に好適な、凹部の配列の規則性が低い型を製造することができる。モスアイ構造の殺菌性を利用する場合には、凸部の配列の規則性は影響しないと考えられる。規則的に配列された凸部を有するモスアイ構造を形成するための型は、例えば、以下のようにして製造することができる。 Further, according to the above-mentioned method for manufacturing a mold, it is possible to manufacture a mold having a low regularity of arrangement of recesses, which is suitable for manufacturing an antireflection film. When utilizing the bactericidal properties of the moth-eye structure, it is considered that the regularity of the arrangement of the convex portions does not affect. A mold for forming a moth-eye structure having regularly arranged protrusions can be manufactured, for example, as follows.
例えば厚さが約10μmのポーラスアルミナ層を形成した後、生成されたポーラスアルミナ層をエッチングにより除去してから、上述のポーラスアルミナ層を生成する条件で陽極酸化を行えばよい。厚さが10μmのポーラスアルミナ層は、陽極酸化時間を長くすることによって形成される。このように比較的厚いポーラスアルミナ層を生成し、このポーラスアルミナ層を除去すると、アルミニウム膜またはアルミニウム基材の表面に存在するグレインによる凹凸や加工ひずみの影響を受けることなく、規則的に配列された凹部を有するポーラスアルミナ層を形成することができる。なお、ポーラスアルミナ層の除去には、クロム酸と燐酸との混合液を用いることが好ましい。長時間にわたるエッチングを行うとガルバニック腐食が発生することがあるが、クロム酸と燐酸との混合液はガルバニック腐食を抑制する効果がある。 For example, after forming a porous alumina layer having a thickness of about 10 μm, the formed porous alumina layer may be removed by etching, and then anodizing may be performed under the conditions for forming the porous alumina layer described above. The porous alumina layer having a thickness of 10 μm is formed by increasing the anodizing time. When such a relatively thick porous alumina layer is generated and the porous alumina layer is removed, the porous alumina layer is regularly arranged without being affected by the unevenness and processing strain due to the grains existing on the surface of the aluminum film or the aluminum substrate. It is possible to form a porous alumina layer having recesses. For removing the porous alumina layer, it is preferable to use a mixed solution of chromic acid and phosphoric acid. Galvanic corrosion may occur if etching is performed for a long period of time, but a mixed solution of chromic acid and phosphoric acid has the effect of suppressing galvanic corrosion.
図1(b)に示した合成高分子膜34Bを形成するためのモスアイ用型も、基本的に、上述した陽極酸化工程とエッチング工程とを組み合わせることによって製造することができる。図3(a)~(c)を参照して、合成高分子膜34Bを形成するための、モスアイ用型100Bの製造方法を説明する。
The moth-eye mold for forming the
まず、図2(a)および(b)を参照して説明したのと同様に、型基材10を用意し、アルミニウム膜18の表面18sを陽極酸化することによって、複数の凹部(細孔)14pを有するポーラスアルミナ層14を形成する。
First, a plurality of recesses (pores) are prepared by preparing the
次に、図3(a)に示すように、ポーラスアルミナ層14をアルミナのエッチャントに接触させることによって所定の量だけエッチングすることにより凹部14pの開口部を拡大する。このとき、図2(c)を参照して説明したエッチング工程よりも、エッチング量を少なくする。すなわち、凹部14pの開口部の大きさを小さくする。例えば、燐酸水溶液(10mass%、30℃)を用いて10分間エッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 3A, the
次に、図3(b)に示すように、再び、アルミニウム膜18を部分的に陽極酸化することにより、凹部14pを深さ方向に成長させるとともにポーラスアルミナ層14を厚くする。このとき、図2(d)を参照して説明した陽極酸化工程よりも、凹部14pを深く成長させる。例えば、蓚酸水溶液(濃度0.3mass%、液温10℃)を用いて、印加電圧80Vで165秒間陽極酸化を行う(図2(d)では55秒間)。
Next, as shown in FIG. 3B, the
その後、図2(e)を参照して説明したのと同様に、エッチング工程および陽極酸化工程を交互に複数回くり返す。例えば、エッチング工程を3回、陽極酸化工程を3回、交互に繰り返すことによって、図3(c)に示すように、反転されたモスアイ構造を有するポーラスアルミナ層14を有するモスアイ用型100Bが得られる。このとき、凹部14pの二次元的な大きさDpは隣接間距離Dintより小さい(Dp<Dint)。After that, the etching step and the anodizing step are alternately repeated a plurality of times in the same manner as described with reference to FIG. 2 (e). For example, by alternately repeating the etching step three times and the anodizing step three times, as shown in FIG. 3C, a moss-
微生物の大きさはその種類によって異なる。例えば緑膿菌の大きさは約1μmであるが、細菌には、数100nm~約5μmの大きさのものがあり、真菌は数μm以上である。例えば、2次元的な大きさが約200nmの凸部は、約0.5μm以上の大きさの微生物に対しては殺菌作用を有すると考えられるが、数100nmの大きさの細菌に対しては、凸部が大きすぎるために十分な殺菌作用を発現しない可能性がある。また、ウィルスの大きさは数10nm~数100nmであり、100nm以下のものも多い。なお、ウィルスは細胞膜を有しないが、ウィルス核酸を取り囲むカプシドと呼ばれるタンパク質の殻を有している。ウィルスは、この殻の外側に膜状のエンベロープを有するウィルスと、エンベロープを有しないウィルスとに分けられる。エンベロープを有するウィルスにおいては、エンベロープは主として脂質からなるので、エンベロープに対して凸部が同様に作用すると考えられる。エンベロープを有するウィルスとして、例えば、インフルエンザウィルスやエボラウィルスが挙げられる。エンベロープを有しないウィルスにおいては、このカプシドと呼ばれるタンパク質の殻に対して凸部が同様に作用すると考えられる。凸部が窒素元素を有すると、アミノ酸から構成されるタンパク質との親和性が強くなり得る。 The size of microorganisms depends on the type. For example, Pseudomonas aeruginosa has a size of about 1 μm, but some bacteria have a size of several hundred nm to about 5 μm, and fungi have a size of several μm or more. For example, a convex portion having a two-dimensional size of about 200 nm is considered to have a bactericidal action against microorganisms having a size of about 0.5 μm or more, but has a bactericidal action against bacteria having a size of several hundred nm. , The convex part may not exhibit sufficient bactericidal action because it is too large. The size of the virus ranges from several tens of nm to several 100 nm, and many of them have a size of 100 nm or less. Although the virus does not have a cell membrane, it has a protein shell called a capsid that surrounds the viral nucleic acid. Viruses are divided into viruses having a membranous envelope on the outside of the shell and viruses having no envelope. In a virus with an envelope, since the envelope is mainly composed of lipids, it is considered that the convex portion acts on the envelope in the same manner. Examples of the enveloped virus include influenza virus and Ebola virus. In viruses that do not have an envelope, it is thought that the protrusions act similarly on the shell of this protein called capsid. When the convex portion has an element of nitrogen, the affinity with the protein composed of amino acids can be strengthened.
そこで、数100nm以下の微生物に対しても殺菌作用を発現し得る凸部を有する合成高分子膜の構造およびその製造方法を以下に説明する。 Therefore, the structure of a synthetic polymer membrane having a convex portion capable of exhibiting a bactericidal action against a microorganism having a diameter of several hundred nm or less and a method for producing the same will be described below.
以下では、上記で例示した合成高分子膜が有する、2次元的な大きさが20nm超500nm未満の範囲にある凸部を第1の凸部という。また、第1の凸部に重畳して形成された凸部を第2の凸部といい、第2の凸部の2次元的な大きさは、第1の凸部の2次元的な大きさよりも小さく、かつ、100nmを超えない。なお、第1の凸部の2次元的な大きさが100nm未満、特に50nm未満の場合には、第2の凸部を設ける必要はない。また、第1の凸部に対応する型の凹部を第1の凹部といい、第2の凸部に対応する型の凹部を第2の凹部という。 Hereinafter, the convex portion having the two-dimensional size of more than 20 nm and less than 500 nm of the synthetic polymer film exemplified above is referred to as a first convex portion. Further, the convex portion formed by superimposing on the first convex portion is referred to as a second convex portion, and the two-dimensional size of the second convex portion is the two-dimensional size of the first convex portion. It is smaller than the halfbeak and does not exceed 100 nm. When the two-dimensional size of the first convex portion is less than 100 nm, particularly less than 50 nm, it is not necessary to provide the second convex portion. Further, the concave portion of the mold corresponding to the first convex portion is referred to as a first concave portion, and the concave portion of the mold corresponding to the second convex portion is referred to as a second concave portion.
上述の陽極酸化工程とエッチング工程とを交互に行うことによって、所定の大きさおよび形状の第1の凹部を形成する方法をそのまま適用しても、第2の凹部を形成することができない。 Even if the method of forming the first recess of a predetermined size and shape by alternately performing the above-mentioned anodizing step and the etching step is applied as it is, the second recess cannot be formed.
図4(a)にアルミニウム基材(図2中の参照符号12)の表面のSEM像を示し、図4(b)にアルミニウム膜(図2中の参照符号18)の表面のSEM像を示し、図4(c)にアルミニウム膜(図2中の参照符号18)の断面のSEM像を示す。これらのSEM像からわかるように、アルミニウム基材の表面およびアルミニウム膜の表面に、グレイン(結晶粒)が存在している。アルミニウム膜のグレインは、アルミニウム膜の表面に凹凸を形成している。この表面の凹凸は、陽極酸化時の凹部の形成に影響を与えるので、DpまたはDintが100nmよりも小さい第2の凹部の形成を妨げる。FIG. 4A shows an SEM image of the surface of the aluminum base material (
そこで、本発明の実施形態による合成高分子膜の製造に用いられる型を製造する方法は、(a)アルミニウム基材または支持体の上に堆積されたアルミニウム膜を用意する工程と、(b)アルミニウム基材またはアルミニウム膜の表面を電解液に接触させた状態で、第1のレベルの電圧を印加することによって、第1の凹部を有するポーラスアルミナ層を形成する陽極酸化工程と、(c)工程(b)の後に、ポーラスアルミナ層をエッチング液に接触させることによって、第1の凹部を拡大させるエッチング工程と、(d)工程(c)の後に、ポーラスアルミナ層を電解液に接触させた状態で、第1のレベルよりも低い第2のレベルの電圧を印加することによって、第1の凹部内に、第2の凹部を形成する工程とを包含する。例えば、第1のレベルは、40V超であり、第2のレベルは、20V以下である。 Therefore, the method for producing the mold used for producing the synthetic polymer film according to the embodiment of the present invention includes (a) a step of preparing an aluminum film deposited on an aluminum base material or a support, and (b). Anodizing step of forming a porous alumina layer having a first recess by applying a first level voltage while the surface of an aluminum base material or an aluminum film is in contact with an electrolytic solution, and (c). After the step (b), the porous alumina layer was brought into contact with the etching solution to enlarge the first recess, and after the step (d) step (c), the porous alumina layer was brought into contact with the electrolytic solution. In the state, it includes a step of forming a second recess in the first recess by applying a second level voltage lower than the first level. For example, the first level is above 40V and the second level is below 20V.
すなわち、第1のレベルの電圧での陽極酸化工程で、アルミニウム基材またはアルミニウム膜のグレインの影響を受けない大きさを有する第1の凹部を形成し、その後、エッチングによってバリア層の厚さを小さくしてから、第1のレベルよりも低い第2のレベルの電圧での陽極酸化工程で、第1の凹部内に第2の凹部を形成する。このような方法で、第2の凹部を形成すると、グレインによる影響が排除される。 That is, in the anodizing step at the first level voltage, a first recess having a size not affected by the grain of the aluminum substrate or the aluminum film is formed, and then the thickness of the barrier layer is reduced by etching. After making it smaller, a second recess is formed within the first recess in the anodizing step at a second level voltage lower than the first level. Forming the second recess in this way eliminates the effects of grain.
図5を参照して、第1の凹部14paと、第1の凹部14pa内に形成された第2の凹部14pbとを有する型を説明する。図5(a)は型のポーラスアルミナ層の模式的な平面図であり、図5(b)は模式的な断面図であり、図5(c)は試作した型のSEM像を示す。 With reference to FIG. 5, a mold having a first recess 14pa and a second recess 14pb formed in the first recess 14pa will be described. 5 (a) is a schematic plan view of the porous alumina layer of the mold, FIG. 5 (b) is a schematic cross-sectional view, and FIG. 5 (c) shows an SEM image of the prototype mold.
図5(a)および(b)に示すように、本実施形態による型の表面は、2次元的な大きさは20nm超500nm未満の範囲内にある複数の第1の凹部14paと、複数の第1の凹部14paに重畳して形成された複数の第2の凹部14pbをさらに有している。複数の第2の凹部14pbの2次元的な大きさは、複数の第1の凹部14paの2次元的な大きさよりも小さく、かつ、100nmを超えない。第2の凹部14pbの高さは、例えば、20nm超100nm以下である。第2の凹部14pbも、第1の凹部14paと同様に、略円錐形の部分を含むことが好ましい。 As shown in FIGS. 5A and 5B, the surface of the mold according to the present embodiment has a plurality of first recesses 14pa having a two-dimensional size within a range of more than 20 nm and less than 500 nm. It further has a plurality of second recesses 14pb formed so as to be superimposed on the first recess 14pa. The two-dimensional size of the plurality of second recesses 14pa is smaller than the two-dimensional size of the plurality of first recesses 14pa and does not exceed 100 nm. The height of the second recess 14pb is, for example, more than 20 nm and 100 nm or less. It is preferable that the second recess 14pb also includes a substantially conical portion like the first recess 14pa.
図5(c)に示すポーラスアルミナ層は、以下の様にして製造した。 The porous alumina layer shown in FIG. 5 (c) was manufactured as follows.
アルミニウム膜として、Tiを1mass%含むアルミニウム膜を用いた。陽極酸化液には蓚酸水溶液(濃度0.3mass%、温度10℃)を使用して、エッチング液には、燐酸水溶液(濃度10mass%、温度30℃)を使用した。電圧80Vにおける陽極酸化を52秒間行った後、エッチングを25分間、続いて、電圧80Vにおける陽極酸化を52秒間、エッチング25分間を行った。この後、20Vにおける陽極酸化を52秒間、エッチングを5分間、さらに、20Vにおける陽極酸化を52秒間行った。
As the aluminum film, an aluminum film containing 1 mass% of Ti was used. An oxalic acid aqueous solution (concentration 0.3 mass%,
図5(c)からわかるように、Dpが約200nmの第1の凹部の中に、Dpが約50nmの第2の凹部が形成されている。上記の製造方法において、第1のレベルの電圧を80Vから45Vに変更して、ポーラスアルミナ層を形成したところ、Dpが約100nmの第1の凹部の中に、Dpが約50nmの第2の凹部が形成された。As can be seen from FIG. 5 (c), a second recess having a D p of about 50 nm is formed in the first recess having a D p of about 200 nm. In the above manufacturing method, when the voltage of the first level was changed from 80V to 45V to form the porous alumina layer, the first recess having a D p of about 100 nm was contained in the first recess having a D p of about 50 nm. Two recesses were formed.
このような型を用いて合成高分子膜を作製すると、図5(a)および(b)に示した第1の凹部14paおよび第2の凹部14pbの構造を反転した凸部を有する合成高分子膜が得られる。すなわち、複数の第1の凸部に重畳して形成された複数の第2の凸部をさらに有する合成高分子膜が得られる。 When a synthetic polymer film is produced using such a mold, a synthetic polymer having a convex portion obtained by reversing the structure of the first concave portion 14pa and the second concave portion 14pb shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). A membrane is obtained. That is, a synthetic polymer film having a plurality of second convex portions formed by superimposing on the plurality of first convex portions can be obtained.
このように第1の凸部と、第1の凸部に重畳して形成された第2の凸部を有する合成高分子膜は、100nm程度の比較的小さな微生物から、5μm以上の比較的大きな微生物に対して殺菌作用を有し得る。 The synthetic polymer film having the first convex portion and the second convex portion formed so as to be superimposed on the first convex portion is relatively large, 5 μm or more, from a relatively small microorganism of about 100 nm. It may have a bactericidal action against microorganisms.
もちろん、対象とする微生物の大きさに応じて、2次元的な大きさが20nm超100nm未満の範囲内にある凹部だけを形成してもよい。このような凸部を形成するための型は、例えば、以下の様にして作製することができる。 Of course, depending on the size of the target microorganism, only recesses having a two-dimensional size within the range of more than 20 nm and less than 100 nm may be formed. A mold for forming such a convex portion can be produced, for example, as follows.
酒石酸アンモニウム水溶液などの中性塩水溶液(ホウ酸アンモニウム、クエン酸アンモニウムなど)や、イオン解離度の小さい有機酸(マレイン酸、マロン酸、フタル酸、クエン酸、酒石酸など)を用いて陽極酸化を行い、バリア型陽極酸化膜を形成し、バリア型陽極酸化膜をエッチングによって除去した後、所定の電圧(上記の第2のレベルの電圧)で陽極酸化することによって、2次元的な大きさが20nm超100nm未満の範囲内にある凹部を形成することができる。 Anodization is performed using a neutral salt solution (ammonium borate, ammonium citrate, etc.) such as an aqueous solution of ammonium tartrate, or an organic acid (maleic acid, malonic acid, phthalic acid, citric acid, tartrate, etc.) having a small degree of ion dissociation. A barrier-type anodic oxide film is formed, the barrier-type anodic oxide film is removed by etching, and then anodized at a predetermined voltage (the second level voltage described above) to obtain a two-dimensional size. Recesses within the range of more than 20 nm and less than 100 nm can be formed.
例えば、アルミニウム膜として、Tiを1mass%含むアルミニウム膜を用い、酒石酸水溶液(濃度0.1mol/l、温度23℃)を用いて、100Vにおいて2分間、陽極酸化を行うことによってバリア型陽極酸化膜を形成する。この後、燐酸水溶液(濃度10mass%、温度30℃)を用いて25分間、エッチングすることによって、バリア型陽極酸化膜を除去する。その後、上記と同様に、陽極酸化液には蓚酸水溶液(濃度0.3mass%、温度10℃)を使用し、20Vにおける陽極酸化を52秒間、上記エッチング液を用いたエッチングを5分間、交互に、陽極酸化を5回、エッチングを4回繰り返すことによって、2次元的な大きさが約50nmの凹部を均一に形成することができる。
For example, as the aluminum film, an aluminum film containing 1 mass% of Ti is used, and a barrier type anodized film is anodized at 100 V for 2 minutes using an aqueous tartaric acid solution (concentration 0.1 mol / l, temperature 23 ° C.). To form. After that, the barrier type anodized film is removed by etching with an aqueous phosphoric acid solution (concentration: 10 mass%, temperature: 30 ° C.) for 25 minutes. Then, in the same manner as above, an oxalic acid aqueous solution (concentration 0.3 mass%,
上述のようにして、種々のモスアイ構造を形成することができるモスアイ用型を製造することができる。 As described above, molds for moth-eyes capable of forming various moth-eye structures can be manufactured.
次に、図6を参照して、モスアイ用型100を用いた合成高分子膜の製造方法を説明する。図6は、ロール・ツー・ロール方式により合成高分子膜を製造する方法を説明するための模式的な断面図である。以下では、上記のロール型を用い、被加工物としてのベースフィルムの表面に合成高分子膜を製造する方法を説明するが、本発明の実施形態による合成高分子膜を製造する方法は、これに限られず、他の形状の形を用いて種々の被加工物の表面上に合成高分子膜を製造することができる。
Next, with reference to FIG. 6, a method for producing a synthetic polymer membrane using the moth-
まず、円筒状のモスアイ用型100を用意する。なお、円筒状のモスアイ用型100は、例えば図2を参照して説明した製造方法で製造される。
First, a cylindrical moth-
図6に示すように、紫外線硬化樹脂34'が表面に付与されたベースフィルム42を、モスアイ用型100に押し付けた状態で、紫外線硬化樹脂34'に紫外線(UV)を照射することによって紫外線硬化樹脂34'を硬化する。紫外線硬化樹脂34'としては、例えばアクリル系樹脂を用いることができる。ベースフィルム42は、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムまたはTAC(トリアセチルセルロース)フィルムである。ベースフィルム42は、図示しない巻き出しローラから巻き出され、その後、表面に、例えばスリットコータ等により紫外線硬化樹脂34'が付与される。ベースフィルム42は、図6に示すように、支持ローラ46および48によって支持されている。支持ローラ46および48は、回転機構を有し、ベースフィルム42を搬送する。また、円筒状のモスアイ用型100は、ベースフィルム42の搬送速度に対応する回転速度で、図6に矢印で示す方向に回転される。
As shown in FIG. 6, the
その後、ベースフィルム42からモスアイ用型100を分離することによって、モスアイ用型100の反転されたモスアイ構造が転写された合成高分子膜34がベースフィルム42の表面に形成される。表面に合成高分子膜34が形成されたベースフィルム42は、図示しない巻き取りローラにより巻き取られる。
Then, by separating the moth-
合成高分子膜34の表面は、モスアイ用型100のナノ表面構造を反転したモスアイ構造を有する。用いるモスアイ用型100のナノ表面構造に応じて、図1(a)および(b)に示した合成高分子膜34Aおよび34Bを作製することができる。合成高分子膜34を形成する材料は、紫外線硬化性樹脂に限られず、可視光で硬化可能な光硬化性樹脂を用いることもできるし、熱硬化性樹脂を用いることもできる。
The surface of the
表面にモスアイ構造を有する合成高分子膜の殺菌性は、合成高分子膜の物理的構造のみならず、合成高分子膜の化学的性質とも相関関係を有する。例えば、本願出願人は、化学的な性質として、合成高分子膜の表面の接触角(特許文献5)、表面に含まれる窒素元素の濃度(特許文献6)、窒素元素の濃度に加えさらにエチレンオキサイド単位(-CH2CH2O-)の含有率(特許文献7)との相関関係を見出した。The bactericidal property of a synthetic polymer membrane having a moth-eye structure on its surface has a correlation not only with the physical structure of the synthetic polymer membrane but also with the chemical properties of the synthetic polymer membrane. For example, the applicant of the present application has, as chemical properties, the contact angle of the surface of the synthetic polymer film (Patent Document 5), the concentration of nitrogen element contained in the surface (Patent Document 6), the concentration of nitrogen element, and further ethylene. We found a correlation with the content of oxide units (-CH 2 CH 2 O-) (Patent Document 7).
図7に上記特許文献6(図8)に示されているSEM像を示す。図7(a)および(b)は、図1(a)に示したモスアイ構造を有する表面で死に至った緑膿菌をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察したSEM像を示す図である。 FIG. 7 shows an SEM image shown in Patent Document 6 (FIG. 8). 7 (a) and 7 (b) are views showing SEM images of Pseudomonas aeruginosa that died on the surface having the moth-eye structure shown in FIG. 1 (a) observed with an SEM (scanning electron microscope).
これらのSEM像を見ると、凸部の先端部分が緑膿菌の細胞壁(外膜)内に侵入している様子が見て取れる。また、図7(a)および図7(b)を見ると、凸部が細胞壁を突き破ったように見えず、凸部が細胞壁に取り込まれたかのように見える。これは、非特許文献1のSupplemental Informationにおいて示唆されているメカニズムで説明されるかもしれない。すなわち、グラム陰性菌の外膜(脂質二重膜)が凸部と近接して変形することによって、脂質二重膜が局所的に1次の相転移に似た転移(自発的な再配向)を起こし、凸部に近接する部分に開口が形成され、この開口に凸部が侵入したのかもしれない。あるいは、細胞が有する、極性を有する物質(栄養源を含む)を取り込む機構(エンドサイトーシス)によって、凸部が取り込まれたのかもしれない。 Looking at these SEM images, it can be seen that the tip of the convex part has invaded the cell wall (adventitia) of Pseudomonas aeruginosa. Further, looking at FIGS. 7 (a) and 7 (b), it does not appear that the convex portion has penetrated the cell wall, but it appears that the convex portion has been incorporated into the cell wall. This may be explained by the mechanism suggested in the Supplemental Information of Non-Patent Document 1. That is, the outer membrane (lipid bilayer) of Gram-negative bacteria deforms in close proximity to the convex part, so that the lipid bilayer locally undergoes a transition similar to the first-order phase transition (spontaneous reorientation). It is possible that an opening was formed in a portion close to the convex portion, and the convex portion invaded this opening. Alternatively, the convex part may have been taken up by a mechanism (endocytosis) that takes in a polar substance (including a nutrient source) possessed by the cell.
本発明者が、水を含む液体を殺菌するために好適に用いられる合成高分子膜をさらに検討したところ、特許文献5から7に記載された合成高分子膜は、量産性(転写性)および/または耐水性において、改善の余地が残されていることがわかった。 When the present inventor further investigated a synthetic polymer membrane suitably used for sterilizing a liquid containing water, the synthetic polymer membranes described in Patent Documents 5 to 7 have mass productivity (transferability) and / Or it was found that there was room for improvement in water resistance.
特許文献5から7に記載の合成高分子膜は、窒素元素および/またはフッ素元素を含むアクリレートを用いていた。転写性および/または耐水性が低下する原因として、窒素元素を含む、4級アンモニウム塩やアミノ基、アミド基、ウレタン結合の寄与が考えられる。4級アンモニウム塩やアミノ基、アミド基を含有した化合物は離型剤への浸透性が高いため、離型性を低下させることが懸念される。また、ウレタン結合を有する化合物は粘度が比較的高いので、離型性を低下させる傾向にある。したがって、ロール・ツー・ロール方式で量産する際に生産性の低下を招く。また、窒素元素を含む化合物は極性が高いので、耐水性に対して不利に作用する。一方、フッ素元素を含むアクリレートを用いると、離型性には有利に作用するが、撥水性が高く、水が浸透しにくくなる。その結果、水を含む液体を殺菌する効果が弱まることが懸念される。 The synthetic polymer membranes described in Patent Documents 5 to 7 used acrylates containing an element of nitrogen and / or an element of fluorine. A quaternary ammonium salt containing a nitrogen element, an amino group, an amide group, and a urethane bond may contribute to the decrease in transferability and / or water resistance. Since a compound containing a quaternary ammonium salt, an amino group, or an amide group has high permeability to a mold release agent, there is a concern that the mold release property may be lowered. Further, since the compound having a urethane bond has a relatively high viscosity, it tends to reduce the releasability. Therefore, when mass-produced by the roll-to-roll method, the productivity is lowered. In addition, since the compound containing an element of nitrogen has high polarity, it has a disadvantageous effect on water resistance. On the other hand, when an acrylate containing a fluorine element is used, it has an advantageous effect on releasability, but it has high water repellency and makes it difficult for water to permeate. As a result, there is concern that the effect of sterilizing liquids containing water will be weakened.
そこで、本発明者は、窒素元素およびフッ素元素のいずれも含まないアクリレート(メタクリレートを含む)を用いて、種々の合成高分子膜を作製し、殺菌性とともに、転写性および耐水性を評価した。合成高分子膜に含まれる水溶性モノマーおよび/またはエチレンオキサイド単位(-CH2CH2O-、以下「EO単位」ということがある。)の含有率および架橋密度の異なる試料フィルムを作製した。Therefore, the present inventor prepared various synthetic polymer films using acrylates (containing methacrylate) containing neither nitrogen element nor fluorine element, and evaluated transferability and water resistance as well as bactericidal property. Sample films having different contents and cross-linking densities of water-soluble monomers and / or ethylene oxide units (-CH 2 CH 2 O-, hereinafter sometimes referred to as "EO units") contained in the synthetic polymer film were prepared.
ここで、水溶性モノマーとは、1gまたは1mlのモノマーを溶解させるのに必要な水(約20℃)の量が100ml未満のものをいう。水溶性モノマーとしては、1gまたは1mlのモノマーを溶解させるのに必要な水(約20℃)の量が30ml未満のものが好ましい。 Here, the water-soluble monomer means that the amount of water (about 20 ° C.) required to dissolve 1 g or 1 ml of the monomer is less than 100 ml. As the water-soluble monomer, those in which the amount of water (about 20 ° C.) required to dissolve 1 g or 1 ml of the monomer is less than 30 ml are preferable.
水溶性モノマーは、水酸基、カルボニル基および/またはカルボキシル基を有する。水酸基を有するモノマーとしては、2-ヒドロキシエチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-ヒドロキシブチルアクリレート、4-ヒドロキシブチルアクリレート等が挙げられる。カルボニル基を有するモノマーとしては、2-アセトアセトキシエチルメタクリレート等が挙げられる。カルボキシル基を有するモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、2-メタクリロイロキシエチルコハク酸等が挙げられる。 The water-soluble monomer has a hydroxyl group, a carbonyl group and / or a carboxyl group. Examples of the monomer having a hydroxyl group include 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 2-hydroxybutyl acrylate, 4-hydroxybutyl acrylate and the like. Examples of the monomer having a carbonyl group include 2-acetoacetoxyethyl methacrylate and the like. Examples of the monomer having a carboxyl group include acrylic acid, methacrylic acid, 2-methacrylyloxyethyl succinic acid and the like.
[合成高分子膜]
組成の異なる紫外線硬化性樹脂を用いて、図1(a)に示したフィルム50Aと同様の構造を有する試料フィルムを作製した。使用した原材料を表1に示す。[Synthetic polymer membrane]
Using ultraviolet curable resins having different compositions, a sample film having the same structure as the
合成高分子膜の試料フィルムとしては、特許文献5~7に記載の合成高分子膜の様に、窒素元素および/またはフッ素元素を含む参考例1~4、転写性および/または耐水性が改善された実施例1~9、および比較例1~9を作製した。参考例1~4の組成を表2に、実施例1~9の組成を表3に、比較例1~9の組成を表4にそれぞれ示す。表2において、アクリルモノマーの略号の後の(N)は窒素元素を含むこと、(F)はフッ素元素を含むことを示している。なお、比較例1は、実施例1と同じ紫外線硬化性樹脂を用い、モスアイ構造を形成しなかった。すなわち、比較例1の試料フィルムは、平坦な表面を有するフィルム(平板)である。 As the sample film of the synthetic polymer film, like the synthetic polymer films described in Patent Documents 5 to 7, Reference Examples 1 to 4 containing a nitrogen element and / or a fluorine element, transferability and / or water resistance are improved. Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 9 were prepared. The compositions of Reference Examples 1 to 4 are shown in Table 2, the compositions of Examples 1 to 9 are shown in Table 3, and the compositions of Comparative Examples 1 to 9 are shown in Table 4. In Table 2, (N) after the abbreviation of the acrylic monomer indicates that it contains a nitrogen element, and (F) indicates that it contains a fluorine element. In Comparative Example 1, the same ultraviolet curable resin as in Example 1 was used, and the moth-eye structure was not formed. That is, the sample film of Comparative Example 1 is a film (flat plate) having a flat surface.
ベースフィルム42Aとしては、厚さが50μmのPETフィルム(東洋紡株式会社製A4300)を用いた。合成高分子膜の製造方法は、図6を参照して説明したのと同様の方法で、モスアイ用型100Aを用いて、表面にモスアイ構造を有する合成高分子膜34Aを作製した。露光量は約200mJ/cm2(波長が375nmの光を基準)とした。各試料フィルムにおけるDpは約200nm、Dintは約200nm、Dhは約150nmであった。いずれも無溶剤で合成高分子膜を作製した。As the
各試料フィルムについて、殺菌性、転写性および耐水性の評価結果、ならびに水溶性モノマー単位および/またはエチレンオキサイド単位(EO単位)の含有率を下記の表5~7に示す。表5は参考例1~4、表6は実施例1~9、表7は比較例1~9について示す。 For each sample film, the evaluation results of bactericidal property, transferability and water resistance, and the content of water-soluble monomer unit and / or ethylene oxide unit (EO unit) are shown in Tables 5 to 7 below. Table 5 shows Reference Examples 1 to 4, Table 6 shows Examples 1 to 9, and Table 7 shows Comparative Examples 1 to 9.
[殺菌性の評価]
試料フィルム上に飛散した菌液(水)に対する殺菌性を評価した。菌液を付与した試料フィルムを室温・大気中に放置した際の殺菌性を評価したので、乾燥による影響が加わっている。ここでは、黄色ブドウ球菌に対する殺菌性を評価した。具体的な評価方法は以下の通りである。各試料フィルムについて、N=3で実験を行った。
(1)初期菌数が1E+06CFU/mLとなるように、黄色ブドウ球菌を含む菌液を1/500NB培地を用いて調製した。
(2)各試料フィルム(5cm角)の上に、上記菌液10μLを滴下した。
(3)室温(約25℃)、大気中に、15分間、放置した後、SCDLP培地を試料フィルムにかけ流し、菌を洗い出した(洗い出し液)。
(4)洗い出し液を適宜PBSで希釈を行い、標準寒天培地等で培養し、菌数をカウントした。[Evaluation of bactericidal properties]
The bactericidal property against the bacterial solution (water) scattered on the sample film was evaluated. Since the bactericidal property of the sample film to which the bacterial solution was applied was evaluated when it was left at room temperature and in the air, the influence of drying was added. Here, the bactericidal property against Staphylococcus aureus was evaluated. The specific evaluation method is as follows. An experiment was conducted with N = 3 for each sample film.
(1) A bacterial solution containing Staphylococcus aureus was prepared using 1/500 NB medium so that the initial number of bacteria was 1E + 06CFU / mL.
(2) 10 μL of the above bacterial solution was dropped onto each sample film (5 cm square).
(3) After leaving the sample in the air at room temperature (about 25 ° C.) for 15 minutes, the SCDLP medium was poured over the sample film to wash out the bacteria (washout solution).
(4) The wash-out solution was appropriately diluted with PBS, cultured on a standard agar medium or the like, and the number of bacteria was counted.
殺菌性は、参照フィルムの殺菌性を基準に評価した。参照フィルムとして、ベースフィルムとして用いた、厚さが50μmのPETフィルム(東洋紡株式会社製A4300)を用いた。PETフィルムについて、上記の手順で菌数をカウントし、このPETフィルムついて得られた菌数に対する、各試料フィルムの菌数の比率(%)で、各試料フィルムの殺菌性を評価した。具体的には、下記の式に従って、生菌率を求めた。
生菌率(%)=各試料フィルムの菌数(N=3の合計)/PETフィルムの菌数(N=3の合計)×100The bactericidal property was evaluated based on the bactericidal property of the reference film. As a reference film, a PET film having a thickness of 50 μm (A4300 manufactured by Toyobo Co., Ltd.) used as a base film was used. For the PET film, the number of bacteria was counted by the above procedure, and the bactericidal property of each sample film was evaluated by the ratio (%) of the number of bacteria of each sample film to the number of bacteria obtained for this PET film. Specifically, the viable cell rate was determined according to the following formula.
Viability rate (%) = number of bacteria in each sample film (total of N = 3) / number of bacteria in PET film (total of N = 3) x 100
殺菌性の判定基準は、生菌率に基づいて、◎:0%、〇:0%超10%未満、△:10%以上50%未満、×:50%以上とした。すなわち、生菌率が50%未満であれば使用可とした。 The criteria for determining the bactericidal property were: ⊚: 0%, 〇: more than 0% and less than 10%, Δ: 10% or more and less than 50%, ×: 50% or more, based on the viable cell rate. That is, if the viable cell rate is less than 50%, it can be used.
[転写性の評価]
転写性を評価するために、ガラス基板(約5cm×約5cm)上にアルミニウム膜(厚さ:約1μm)を形成し、このアルミニウム膜に陽極酸化とエッチングとを交互に繰り返すことによって、上記同様のポーラスアルミナ層(Dpは約200nm、Dintは約200nm、Dhは約150nm)を形成した。得られたポーラスアルミナ層の表面に酸素プラズマ洗浄(100W、25秒)を施し、水に対する接触角を100°~110°に調整した。これは、紫外線硬化性樹脂に対する型の表面の離型性を低下させるためである。[Evaluation of transferability]
In order to evaluate the transferability, an aluminum film (thickness: about 1 μm) is formed on a glass substrate (about 5 cm × about 5 cm), and anodizing and etching are alternately repeated on the aluminum film in the same manner as described above. Porous alumina layer (D p is about 200 nm, D int is about 200 nm, D h is about 150 nm) was formed. The surface of the obtained porous alumina layer was washed with oxygen plasma (100 W, 25 seconds) to adjust the contact angle with water to 100 ° to 110 °. This is to reduce the mold releasability of the mold surface with respect to the UV curable resin.
紫外線硬化性樹脂を用いて、PETフィルム上に、合成高分子膜を10回作製した。PETフィルム上に合成高分子膜を形成することを、合成高分子膜をPETフィルム上に転写すると表現する。紫外線照射には、Fusion UV Systems社製のUVランプ(製品名:LIGHT HANMAR6J6P3)を用い、露光量は約200mJ/cm2(375nmの光を基準)とした。なお、転写は、手で行い、10回転写し、転写時の軽さ(型を合成高分子膜から引きはがすのに必要な力の程度)の感覚、および転写時の型の表面の状態を指標とした。
〇: 10回の転写で変化なし。
△: 10回の転写で、型を引きはがすときの重くなる傾向はあるが、型の表面に合成高分子膜(紫外線硬化樹脂)が残存する等の不具合の発生なし。
×: 10回の転写中に、型の表面に合成高分子膜が残存する不具合が発生。
××: 10回の転写中に、型の表面全体に合成高分子膜が残存する不具合が発生。
ここで、〇および△のものを使用可とした。A synthetic polymer film was formed 10 times on a PET film using an ultraviolet curable resin. Forming a synthetic polymer film on a PET film is expressed as transferring the synthetic polymer film onto the PET film. A UV lamp (product name: LIGHT HANMAR6J6P3) manufactured by Fusion UV Systems was used for ultraviolet irradiation, and the exposure amount was about 200 mJ / cm 2 (based on 375 nm light). The transfer is performed by hand, and the transfer is performed 10 times. The index is the feeling of lightness at the time of transfer (the degree of force required to peel the mold from the synthetic polymer membrane) and the state of the surface of the mold at the time of transfer. And said.
〇: No change after 10 transcriptions.
Δ: After 10 transfers, the mold tends to be heavier when peeled off, but there is no problem such as the synthetic polymer film (ultraviolet curable resin) remaining on the surface of the mold.
X: A problem occurred in which a synthetic polymer film remained on the surface of the mold during 10 transfers.
XX: A problem occurred in which a synthetic polymer film remained on the entire surface of the mold during 10 transfers.
Here, the ones of 〇 and △ can be used.
[耐水性の評価]
各試料フィルムを水中に浸漬し、37℃で72時間放置後、水中より取り出し、各試料フィルムの状態を目視観察した。
〇:浸漬前と変化がなかった。
△:白化はあるが合成高分子膜がベースフィルムから剥がれている部分がない。
×:合成高分子膜がベースフィルムから剥がれている部分がある。
××:合成高分子膜がほぼ全面でベースフィルムから剥がれている。
ここで、判定が○または△であるものを使用可とした。[Evaluation of water resistance]
Each sample film was immersed in water, left at 37 ° C. for 72 hours, then taken out of the water, and the state of each sample film was visually observed.
〇: There was no change from before immersion.
Δ: There is whitening, but there is no part where the synthetic polymer film is peeled off from the base film.
X: There is a part where the synthetic polymer film is peeled off from the base film.
XX: The synthetic polymer film is peeled off from the base film on almost the entire surface.
Here, the one whose judgment is ○ or Δ is considered to be usable.
[架橋密度]
ここで作製した合成高分子膜は、多官能アクリレートを含む紫外線硬化性樹脂から形成されているので、架橋構造(網目構造)を有している。架橋構造を有する高分子の架橋密度は、よく知られているように、ガラス転移温度を超える温度範囲における動的貯蔵弾性率E'の極小値をEr’(Pa)とし、Er’を与える温度をTr(K)とし、気体定数Rを8.3J/mol・Kとして、n=Er’/(3・R・Tr)の式から求められる。[Crosslink density]
Since the synthetic polymer film produced here is formed of an ultraviolet curable resin containing a polyfunctional acrylate, it has a crosslinked structure (mesh structure). As is well known, the crosslink density of a polymer having a crosslinked structure is a temperature that gives Er'with the minimum value of the dynamic storage elastic modulus E'in the temperature range exceeding the glass transition temperature as Er'(Pa). Is Tr (K), and the gas constant R is 8.3 J / mol · K, and is obtained from the equation of n = Er'/ (3 · R · Tr).
なお、ガラス転移温度を超える温度範囲における動的貯蔵弾性率E'の極小値を特定しがたい場合には、ガラス転移温度を超える温度範囲における動的貯蔵弾性率E'の最小値をEr’(Pa)とし、Er’を与える最低温度をTr(K)とすればよい。 When it is difficult to specify the minimum value of the dynamic storage elastic modulus E'in the temperature range exceeding the glass transition temperature, the minimum value of the dynamic storage elastic modulus E'in the temperature range exceeding the glass transition temperature is Er'. It may be (Pa), and the minimum temperature at which Er'is given may be Tr (K).
ここで、動的貯蔵弾性率Er’(Pa)は、DMA(Dynamic Mechanical Analysis:動的機械分析、または動的粘弾性測定といわれる。)によって求められる。ここでは、以下の様にして求めた。 Here, the dynamic storage elastic modulus Er'(Pa) is determined by DMA (Dynamic Mechanical Analysis: dynamic mechanical analysis or dynamic viscoelastic measurement). Here, it was obtained as follows.
日立ハイテクサイエンス社製の粘弾性測定装置(製品名:DMA7100)を用いて、引張モードで、測定温度範囲-50℃~250℃、昇温速度5℃/min、および、周波数10Hzの条件下で、動的貯蔵弾性率E’の温度変化を測定した。ガラス転移温度Tgを超えた温度領域における動的貯蔵弾性率E’の最小値(典型的には極小値)を動的貯蔵弾性率Er’とし、Er’を与える最低温度をTr(K)とした。ガラス転移温度Tgは、例えば、損失弾性率E’’が極大値(ピーク値)をとる温度として求めた。試験片は、長さ35mm、幅5mm、厚さ1mmで、クランプされていない部分の長さは20mmとした。 Using a viscoelasticity measuring device (product name: DMA7100) manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., in a tensile mode, under the conditions of a measurement temperature range of -50 ° C to 250 ° C, a heating rate of 5 ° C / min, and a frequency of 10 Hz. , The temperature change of the dynamic storage elastic modulus E'was measured. The minimum value (typically the minimum value) of the dynamic storage elastic modulus E'in the temperature region exceeding the glass transition temperature Tg is defined as the dynamic storage elastic modulus Er', and the minimum temperature giving Er'is Tr (K). did. The glass transition temperature Tg was determined as, for example, a temperature at which the loss elastic modulus E ″ has a maximum value (peak value). The test piece had a length of 35 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 1 mm, and the length of the unclamped portion was 20 mm.
図8に、実施例1の合成高分子膜の動的貯蔵弾性率E’の温度依存性を測定した結果を示す。ガラス転移温度(室温付近)を超えた温度範囲において、動的貯蔵弾性率E’は減少し、91℃(Tr=91+273K)で極小値を取っている。91℃における動的貯蔵弾性率Er’は53MPaである。これらの値から、上記の式に従うと、架橋密度nは、5.8×10-3mol/ccとなる。同様にして、参考例1~4、実施例1~9、比較例1~9について、架橋密度を求めた。FIG. 8 shows the results of measuring the temperature dependence of the dynamic storage elastic modulus E'of the synthetic polymer membrane of Example 1. In the temperature range exceeding the glass transition temperature (near room temperature), the dynamic storage elastic modulus E'decreases and takes a minimum value at 91 ° C. (Tr = 91 + 273K). The dynamic storage elastic modulus Er'at 91 ° C. is 53 MPa. From these values, according to the above formula, the crosslink density n is 5.8 × 10 -3 mol / cc. Similarly, the crosslink densities were determined for Reference Examples 1 to 4, Examples 1 to 9, and Comparative Examples 1 to 9.
表5~表7において、Trを摂氏(℃)で表しているが、架橋密度の計算には絶対温度(K)を用いる。また、表5~7における「水溶性m量」は、各紫外線硬化性樹脂の全体に対する水溶性モノマーの質量%を表し、「EO量」は、各紫外線硬化性樹脂の全体に対するエチレンオキサイド単位(EO単位)の質量%を表す。 In Tables 5 to 7, Tr is expressed in degrees Celsius (° C.), but the absolute temperature (K) is used for the calculation of the crosslink density. Further, the "water-soluble m amount" in Tables 5 to 7 represents the mass% of the water-soluble monomer with respect to the whole of each ultraviolet curable resin, and the "EO amount" is an ethylene oxide unit with respect to the whole of each ultraviolet curable resin (the amount of ethylene oxide). Represents the mass% of (EO unit).
表5を参照する。 See Table 5.
参考例1~4の合成高分子膜は、窒素元素および/またはフッ素元素を含むアクリルモノマーを用いて作製されたものであり、架橋構造に窒素元素および/またはフッ素元素を含む。また、これらの合成高分子膜は、水溶性モノマー単位およびEO単位を含む。「水溶性モノマー単位」とは、水溶性モノマーが重合した後の構造単位を指す。 The synthetic polymer films of Reference Examples 1 to 4 are prepared by using an acrylic monomer containing a nitrogen element and / or a fluorine element, and the crosslinked structure contains a nitrogen element and / or a fluorine element. In addition, these synthetic polymer membranes contain a water-soluble monomer unit and an EO unit. The "water-soluble monomer unit" refers to a structural unit after the water-soluble monomer is polymerized.
窒素元素を含む参考例1~3は、優れた殺菌性を有するものの、転写性が悪い。フッ素元素を含む参考例4は、転写性および耐水性には優れるものの、殺菌性が低い。これは、フッ素元素による撥水効果によって、水に含まれる菌が合成高分子膜の表面に近づきづらくなったためと推察される。 Reference Examples 1 to 3 containing an element of nitrogen have excellent bactericidal properties, but have poor transferability. Reference Example 4 containing a fluorine element is excellent in transferability and water resistance, but has low bactericidal property. It is presumed that this is because the water-repellent effect of the fluorine element makes it difficult for bacteria contained in water to approach the surface of the synthetic polymer film.
次に、表6を参照する。 Next, refer to Table 6.
実施例1~9の合成高分子膜は、架橋構造に、窒素元素およびフッ素元素のいずれも含まず、エチレンオキサイド単位および/または水溶性モノマー単位を有している。いずれの合成高分子膜も、架橋密度nが、2.8×10-3mol/cc以上9.5×10-3mol/cc以下の範囲にあり、殺菌性、転写性および耐水性のいずれも使用可のレベルにある。The synthetic polymer membranes of Examples 1 to 9 do not contain either a nitrogen element or a fluorine element in the crosslinked structure, and have an ethylene oxide unit and / or a water-soluble monomer unit. All synthetic polymer membranes have a crosslink density n in the range of 2.8 × 10 -3 mol / cc or more and 9.5 × 10 -3 mol / cc or less, and are either bactericidal, transferable or water resistant. Is also at a usable level.
殺菌性の観点からは、架橋密度nは、8.4×10-3mol/cc以下であることが好ましく、5.8×10-3mol/cc以下であることがさらに好ましい。From the viewpoint of bactericidal properties, the crosslink density n is preferably 8.4 × 10 -3 mol / cc or less, and more preferably 5.8 × 10 -3 mol / cc or less.
耐水性の観点からは、架橋密度nは、3.7×10-3mol/cc以上であることが好ましい。From the viewpoint of water resistance, the crosslink density n is preferably 3.7 × 10 -3 mol / cc or more.
架橋構造に含まれるエチレンオキサイド単位および水溶性モノマー単位の合計の含有率は、いずれも40質量%超である。実施例2、4および5の耐水性がやや劣ることから、架橋構造に含まれるエチレンオキサイド単位および水溶性モノマー単位の合計の含有率は70質量%以下であることが好ましいと考えられる。 The total content of the ethylene oxide unit and the water-soluble monomer unit contained in the crosslinked structure is more than 40% by mass. Since the water resistance of Examples 2, 4 and 5 is slightly inferior, it is considered that the total content of the ethylene oxide unit and the water-soluble monomer unit contained in the crosslinked structure is preferably 70% by mass or less.
動的貯蔵弾性率Er’は、いずれも20MPa超90MPa未満の範囲内にある。実施例6、7の殺菌性がやや劣ることから、動的貯蔵弾性率Er’は75MPa未満であることが好ましいと考えられる。 The dynamic storage elastic modulus Er'is in the range of more than 20 MPa and less than 90 MPa. Since the bactericidal properties of Examples 6 and 7 are slightly inferior, it is considered that the dynamic storage elastic modulus Er'is preferably less than 75 MPa.
実施例9は、実施例6の紫外線硬化性樹脂にシロキサン結合を有するアクリルモノマーを混合したものから作製されており、殺菌性が向上している。シロキサン結合を有する化合物(シリコーン化合物)は、フッ素系化合物と同様に、離型性を付与する材料としてよく用いられる。実施例9と実施例6との比較から、シロキサン結合を有するモノマーを用いると、殺菌性を犠牲にすることなく、離型性、すなわち転写性を改善することができると考えられる。 Example 9 is made of a mixture of the ultraviolet curable resin of Example 6 and an acrylic monomer having a siloxane bond, and has improved bactericidal properties. A compound having a siloxane bond (silicone compound) is often used as a material for imparting releasability, like a fluorine-based compound. From the comparison between Example 9 and Example 6, it is considered that the use of the monomer having a siloxane bond can improve the releasability, that is, the transferability, without sacrificing the bactericidal property.
次に、表7を参照する。 Next, refer to Table 7.
比較例1~9の合成高分子膜は、実施例の合成高分子膜と同様に、架橋構造に窒素元素およびフッ素元素のいずれも含まない。また、比較例1~7の合成高分子膜は、エチレンオキサイド単位および/または水溶性モノマー単位を有している。 Similar to the synthetic polymer membranes of Examples, the synthetic polymer membranes of Comparative Examples 1 to 9 do not contain either nitrogen element or fluorine element in the crosslinked structure. Further, the synthetic polymer membranes of Comparative Examples 1 to 7 have an ethylene oxide unit and / or a water-soluble monomer unit.
比較例1の合成高分子膜は、実施例1と同じ紫外線硬化性樹脂を用い、モスアイ構造を形成しなかった合成高分子膜であり、殺菌性が悪い。すなわち、合成高分子膜の表面がモスアイ構造を有していることによって、殺菌性が付与、または向上させられることがわかる。 The synthetic polymer film of Comparative Example 1 is a synthetic polymer film that uses the same ultraviolet curable resin as that of Example 1 and does not form a moth-eye structure, and has poor bactericidal properties. That is, it can be seen that the bactericidal property is imparted or improved by having the moth-eye structure on the surface of the synthetic polymer film.
比較例2~4の合成高分子膜は、優れた殺菌性を有しているが、耐水性が悪い。これらの合成高分子膜の架橋密度nは、2.3×10-3mol/cc以下である。実施例との比較から、架橋密度nが小さ過ぎると、耐水性が低下することがわかる。The synthetic polymer membranes of Comparative Examples 2 to 4 have excellent bactericidal properties, but have poor water resistance. The crosslink density n of these synthetic polymer membranes is 2.3 × 10 -3 mol / cc or less. From the comparison with the examples, it can be seen that if the crosslink density n is too small, the water resistance is lowered.
比較例5~7の合成高分子膜は、耐水性には優れるが、殺菌性が悪い。これらの合成高分子膜の架橋密度nは、11.0×10-3mol/cc以上である。図9に示す、実施例1~8および比較例2~7の合成高分子膜の架橋密度と生菌率との関係を示すグラフから明らかなように、架橋密度nが大き過ぎると、殺菌性が低下することがわかる。The synthetic polymer membranes of Comparative Examples 5 to 7 have excellent water resistance but poor bactericidal properties. The crosslink density n of these synthetic polymer membranes is 11.0 × 10 -3 mol / cc or more. As is clear from the graph showing the relationship between the crosslink density and the viable cell ratio of the synthetic polymer membranes of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 2 to 7 shown in FIG. 9, if the crosslink density n is too large, the bactericidal property It can be seen that
このことから、水が、合成高分子膜の表面と接触することによって殺菌されるためには、合成高分子膜の表面が水によって膨潤可能な程度な親水性および架橋密度を有していることが好ましいと考えられる。すなわち、合成高分子膜の表面の高分子鎖が水に含まれる菌と相互作用する確率が増加し、その結果、殺菌性が向上すると考えられる。 From this, in order for water to be sterilized by contacting with the surface of the synthetic polymer membrane, the surface of the synthetic polymer membrane must have sufficient hydrophilicity and crosslink density to be swollen by water. Is considered preferable. That is, it is considered that the probability that the polymer chain on the surface of the synthetic polymer membrane interacts with the bacteria contained in water increases, and as a result, the bactericidal property is improved.
比較例8および9の合成高分子膜は、エチレンオキサイド単位を含まず、殺菌性が悪い。このことから、エチレンオキサイド単位は、殺菌性に寄与していると考えられる。 The synthetic polymer membranes of Comparative Examples 8 and 9 do not contain ethylene oxide units and have poor bactericidal properties. From this, it is considered that the ethylene oxide unit contributes to the bactericidal property.
本発明の実施形態による合成高分子膜は、その表面に付着した水を短時間で殺菌することができる。したがって、ハンドドライヤの手挿入空間の内面に配置することによって、感染を抑制・防止することができる。 The synthetic polymer membrane according to the embodiment of the present invention can sterilize water adhering to the surface thereof in a short time. Therefore, infection can be suppressed / prevented by arranging the hand dryer on the inner surface of the manual insertion space.
本発明の実施形態による合成高分子膜は、短時間で水を殺菌することが望まれる用途に好適に用いられる。 The synthetic polymer membrane according to the embodiment of the present invention is suitably used for applications in which it is desired to sterilize water in a short time.
34A、34B 合成高分子膜
34Ap、34Bp 凸部
42A、42B ベースフィルム
50A、50B フィルム
100、100A、100B モスアイ用型34A, 34B Synthetic polymer film 34Ap,
Claims (10)
前記合成高分子膜の法線方向から見たとき、前記複数の第1の凸部の2次元的な大きさは20nm超500nm未満の範囲内にあり、
架橋構造を有し、前記架橋構造は、窒素元素およびフッ素元素を含まず、
前記架橋構造は、エチレンオキサイド単位および水溶性モノマー単位を有し、または、エチレンオキサイド単位を有し水溶性モノマー単位を含まず、
ガラス転移温度を超える温度範囲における動的貯蔵弾性率E’の最小値をEr’(Pa)とし、Er’を与える最低温度をTr(K)とし、気体定数Rを8.3J/mol・Kとして、n=Er’/(3・R・Tr)の式から求められる架橋密度nが、2.8×10-3mol/cc以上9.5×10-3mol/cc以下の範囲にある、合成高分子膜。 A synthetic polymer membrane having a surface with a plurality of first protrusions.
When viewed from the normal direction of the synthetic polymer film, the two-dimensional size of the plurality of first convex portions is in the range of more than 20 nm and less than 500 nm.
It has a cross-linked structure, and the cross-linked structure does not contain nitrogen elements and fluorine elements.
The crosslinked structure has ethylene oxide units and water-soluble monomer units, or has ethylene oxide units and does not contain water-soluble monomer units.
The minimum value of the dynamic storage elastic modulus E'in the temperature range exceeding the glass transition temperature is Er'(Pa), the minimum temperature that gives Er'is Tr (K), and the gas constant R is 8.3 J / mol · K. As a result, the cross-linking density n obtained from the equation of n = Er'/ (3 ・ R ・ Tr) is in the range of 2.8 × 10 -3 mol / cc or more and 9.5 × 10 -3 mol / cc or less. , Synthetic polymer film.
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