JP7640345B2 - Laminate and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本開示は、プラスチック材料の基材の表面にコーティングした層が形成された積層体及びその製造方法に関する。 This disclosure relates to a laminate in which a coating layer is formed on the surface of a plastic material substrate, and a method for manufacturing the same.
自動車、鉄道又は航空機などの車両用窓ガラスは、燃費向上及び安全性向上を目的とした軽量化のためにプラスチック製の窓材(以下、樹脂グレージングという)に置き換える開発が進められている。ガラスからプラスチックに変える際の大きな課題は、高い透明性を維持しながらガラス同様の硬度、耐擦傷性及び耐摩耗性を付与することである。これまで上記課題に対して、透明で強度に優れるポリカーボネート樹脂(PC)基材にシリコン系樹脂からなる硬質膜をコーティングする方法が広く実施されている(例えば、特許文献1又は特許文献2を参照。)。また、PC基材にアクリル系樹脂のプライマーを中間層として形成し、その上にプラズマCVD法によってシリカ膜層を形成し、透明な耐摩耗性の積層体を製造する方法も提案されている(例えば、特許文献3を参照。)。
Development is underway to replace window glass for vehicles such as automobiles, trains, and aircraft with plastic window materials (hereinafter referred to as resin glazing) in order to reduce weight and improve fuel efficiency and safety. A major challenge in changing from glass to plastic is to impart hardness, scratch resistance, and abrasion resistance similar to glass while maintaining high transparency. To address the above issue, a method of coating a hard film made of a silicone resin on a transparent and strong polycarbonate resin (PC) substrate has been widely used (see, for example,
また、低コストな大気圧下での成膜を、大面積、立体形状を有する自動車用グレージング材料に適用するには、一般に、プラズマ噴射口からの距離が大きくとれるリモート式大気圧プラズマ法が必要とされる(例えば、特許文献4又は特許文献5を参照。)。
In addition, to apply low-cost film formation under atmospheric pressure to automobile glazing materials with large areas and three-dimensional shapes, a remote atmospheric pressure plasma method that allows a large distance from the plasma nozzle is generally required (see, for example,
しかし、特許文献1又は特許文献2のように、シリコン系樹脂硬質膜を有する樹脂グレージングは、自動車用樹脂グレージングとしては硬度及び耐摩耗性が十分ではない。また、プラスチック基材が耐えられる温度で長時間の加熱硬化が必要であり、製造に要する時間及びコスト面でも大きな課題があった。また、特許文献3のように、プライマーを介して、プラズマCVD法によってシリカ薄膜を形成させた積層膜は、自動車用樹脂グレージングとしては耐摩耗性及び耐擦傷性が十分ではない。さらに、減圧を必要とするため、多大な設備コスト及び成膜時間を要する課題がある。また、特許文献4又は特許文献5のように、既存のリモート式大気圧プラズマ法では、自動車用グレージング材料としての耐摩耗性、耐擦傷性を満足するものは得られていなかった。
However, as in
本開示は、透明性、硬度及び耐摩耗性に優れる積層体を提供すること、およびその製造プロセスが減圧を必要とせず、短時間で製造でき、低コストである積層体の製造方法を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a laminate that is excellent in transparency, hardness, and abrasion resistance, and to provide a method for producing the laminate, the production process of which does not require reduced pressure, can be produced in a short time, and is low cost.
本発明に係る積層体は、プラスチック基材と積層膜とを有する積層体であって、前記積層膜は、樹脂硬化膜と該樹脂硬化膜の表面に設けられた酸化ケイ素系膜とを有し、該酸化ケイ素系膜の厚さは、0.05~1.00μmであり、前記樹脂硬化膜は、平均粒径10~100nmの無機結晶粒子を有し、該無機結晶粒子は、前記酸化ケイ素系膜側に局在して分散し、かつ、前記樹脂硬化膜と前記酸化ケイ素系膜との界面にさらに存在しており、前記界面に存在する無機結晶粒子は、前記酸化ケイ素系膜中に嵌入していることを特徴とする。 The laminate according to the present invention is a laminate having a plastic substrate and a laminate film, the laminate film comprising a cured resin film and a silicon oxide-based film provided on the surface of the cured resin film, the silicon oxide-based film having a thickness of 0.05 to 1.00 μm, the cured resin film comprising inorganic crystal particles having an average particle size of 10 to 100 nm, the inorganic crystal particles being locally dispersed on the silicon oxide-based film side and also present at the interface between the cured resin film and the silicon oxide-based film, the inorganic crystal particles present at the interface being embedded in the silicon oxide-based film.
本発明に係る積層体では、前記樹脂硬化膜は、シリコーンオイルを含むことが好ましい。無機結晶粒子が酸化ケイ素系膜側により局在しやすくなって、酸素ケイ素系膜中に嵌入する粒子がより多くなるため、樹脂硬化膜と酸化ケイ素系膜との密着性がより高まる。その結果、積層膜の硬度及び耐摩耗性をより高めることができる。 In the laminate according to the present invention, it is preferable that the cured resin film contains silicone oil. This makes it easier for inorganic crystal particles to be localized on the silicon oxide film side, and more particles are embedded in the silicon oxide film, which increases the adhesion between the cured resin film and the silicon oxide film. As a result, the hardness and abrasion resistance of the laminate film can be further increased.
本発明に係る積層体では、前記酸化ケイ素系膜は、常圧下でのプラズマ気相蒸着膜であることが好ましい。常圧下でのプラズマ気相蒸着によって、樹脂硬化膜がエッチングされ、樹脂硬化膜に含まれる無機結晶粒子が部分的に露出して、酸素ケイ素系膜中に嵌入する粒子がより多くなるため、樹脂硬化膜と酸化ケイ素系膜との密着性がより高まる。その結果、積層膜の硬度及び耐摩耗性をより高めることができる。 In the laminate according to the present invention, the silicon oxide-based film is preferably a plasma vapor deposition film formed under normal pressure. By plasma vapor deposition under normal pressure, the cured resin film is etched, partially exposing inorganic crystal particles contained in the cured resin film, and more particles are embedded in the silicon oxide-based film, which further increases the adhesion between the cured resin film and the silicon oxide-based film. As a result, the hardness and abrasion resistance of the laminate film can be further increased.
本発明に係る積層体では、前記酸化ケイ素系膜は、酸素原子及びケイ素原子を含有し、更に、炭素原子、水素原子及び窒素原子のうち少なくとも一種を含有していることが好ましい。樹脂硬化膜との密着性をより高めることができる。 In the laminate according to the present invention, it is preferable that the silicon oxide film contains oxygen atoms and silicon atoms, and further contains at least one of carbon atoms, hydrogen atoms, and nitrogen atoms. This can further improve adhesion with the cured resin film.
本発明に係る積層体では、前記樹脂硬化膜の樹脂は、アクリル系樹脂であることが好ましい。透明性をより高めることができる。 In the laminate according to the present invention, the resin of the cured resin film is preferably an acrylic resin. This can further increase transparency.
本発明に係る積層体では、前記酸化ケイ素系膜の表面は、JIS K 7204:1999「プラスチック-摩耗輪による摩耗試験方法」によるテーバー摩耗試験における加重500g、CS-10Fホイール、1000回転時において試験前後のヘイズ値の変化率が2.0%以下であり、かつ、JIS K 5600-5-4:1999「塗料一般試験方法-第5部:塗膜の機械的性質-第4節:引っかき硬度(鉛筆法)」による鉛筆硬度試験における鉛筆硬度が6H以上である形態を包含する。 In the laminate of the present invention, the surface of the silicon oxide film includes a form in which the change in haze value before and after the test is 2.0% or less when a Taber abrasion test is performed according to JIS K 7204:1999 "Plastics - Abrasion test method using abrasive wheels" using a CS-10F wheel with a load of 500 g at 1,000 revolutions, and the pencil hardness is 6H or more in the pencil hardness test according to JIS K 5600-5-4:1999 "General test methods for paints - Part 5: Mechanical properties of coatings - Section 4: Scratch hardness (pencil method)".
本発明に係る積層体の製造方法は、プラスチック基材と積層膜とを有する積層体の製造方法であって、前記積層膜は、樹脂硬化膜と該樹脂硬化膜の表面に設けられた酸化ケイ素系膜とを有し、平均粒径10~100nmの無機結晶粒子を含有する樹脂硬化膜用塗料を塗布して前記樹脂硬化膜を形成する工程と、互いに対向配置された一対の電極を、前記樹脂硬化膜の表面に対して垂直に配置し、前記電極間に高周波電圧を印加しながら、大気圧雰囲気下において前記両電極の間にアルゴンガスを供給することでアルゴンガスを大気圧グロー放電させてプラズマ化し、プラズマ化アルゴンガスを発生させ、前記両電極から前記プラズマ化アルゴンガスの噴出方向下流に前記樹脂硬化膜を表面とした前記プラスチック基材を配置して、前記両電極と前記プラスチック基材の前記樹脂硬化膜との間の電極外領域に成膜用の有機ケイ素化合物からなる原料ガスと酸素とを前記プラズマ化アルゴンガスの流れに交差する方向に供給することによって、前記原料ガス及び酸素の少なくとも一部をプラズマ化原料ガスとプラズマ化酸素ガスとし、前記プラズマ化アルゴンガスとともに前記樹脂硬化膜表面に向けて吹き付けることによって、前記樹脂硬化膜の表面上に前記酸化ケイ素系膜を形成する工程と、を有し、該酸化ケイ素系膜の厚さは、0.05~1.00μmであることを特徴とする。 The method for producing a laminate according to the present invention is a method for producing a laminate having a plastic substrate and a laminate film, the laminate film having a cured resin film and a silicon oxide-based film provided on the surface of the cured resin film, the method comprising the steps of: forming the cured resin film by applying a coating material for a cured resin film, the coating material containing inorganic crystal particles having an average particle size of 10 to 100 nm; and disposing a pair of electrodes arranged opposite to each other perpendicular to the surface of the cured resin film, applying a high-frequency voltage between the electrodes while supplying argon gas between the electrodes under an atmospheric pressure atmosphere to cause atmospheric pressure glow discharge to convert the argon gas into plasma, generating plasmatized argon gas, and then discharging the plasmatized argon gas from the electrodes. and a step of: disposing the plastic substrate having the cured resin film on its surface downstream of the direction of spraying of the argon gas; supplying a source gas consisting of an organosilicon compound for film formation and oxygen to an outer electrode region between the two electrodes and the cured resin film of the plastic substrate in a direction intersecting the flow of the plasmatized argon gas, thereby converting at least a portion of the source gas and oxygen into a plasmatized source gas and a plasmatized oxygen gas, which are then sprayed together with the plasmatized argon gas toward the surface of the cured resin film, thereby forming the silicon oxide-based film on the surface of the cured resin film, wherein the silicon oxide-based film has a thickness of 0.05 to 1.00 μm .
本発明に係る積層体の製造方法では、前記樹脂硬化膜用塗料は、シリコーンオイルを含むことが好ましい。無機結晶粒子が酸化ケイ素系膜側により局在しやすくなって、酸素ケイ素系膜中に嵌入する粒子がより多くなるため、樹脂硬化膜と酸化ケイ素系膜との密着性がより高まる。その結果、積層膜の硬度及び耐摩耗性をより高めることができる。 In the method for producing a laminate according to the present invention, the coating material for the cured resin film preferably contains silicone oil. This makes it easier for inorganic crystal particles to be localized on the silicon oxide film side, and more particles are embedded in the silicon oxide film, which improves the adhesion between the cured resin film and the silicon oxide film. As a result, the hardness and abrasion resistance of the laminate film can be further improved.
本発明に係る積層体の製造方法では、前記有機ケイ素化合物は、トリメチルシラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランおよび及びヘキサメチルジシロキサンの中から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。樹脂硬化膜との密着性をより高めることができる。 In the method for producing a laminate according to the present invention, it is preferable that the organosilicon compound is at least one selected from the group consisting of trimethylsilane, tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, and hexamethyldisiloxane. This can further improve adhesion to the cured resin film.
本開示によれば、透明性、硬度及び耐摩耗性に優れる積層体を提供すること、およびその製造プロセスが減圧を必要とせず、短時間で製造でき、低コストである積層体の製造方法を提供することができる。 The present disclosure provides a laminate that is excellent in transparency, hardness, and abrasion resistance, and a method for producing the laminate, which does not require reduced pressure, can be produced in a short time, and is low cost.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 The following describes in detail the embodiments of the present invention with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments shown below. These implementation examples are merely illustrative, and the present invention can be implemented in various forms with various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art. Note that components with the same reference numerals in this specification and drawings are considered to be identical to each other.
図1は、本実施形態に係る積層体の一例を示す概略断面図である。図2は、図1に示す積層体の積層膜の内部構造の一例を示す模式図である。本実施形態に係る積層体1は、図1に示すように、プラスチック基材10と積層膜20とを有する積層体であって、積層膜20は、樹脂硬化膜21と樹脂硬化膜21の表面に設けられた酸化ケイ素系膜22とを有し、樹脂硬化膜21は、図2に示すように、平均粒径10~100nmの無機結晶粒子30を有し、無機結晶粒子30は、酸化ケイ素系膜22側に局在して分散し、かつ、樹脂硬化膜21と酸化ケイ素系膜22との界面にさらに存在しており、界面に存在する無機結晶粒子30(30A)は、酸化ケイ素系膜22中に嵌入している。
Figure 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a laminate according to this embodiment. Figure 2 is a schematic diagram showing an example of the internal structure of the laminate film of the laminate shown in Figure 1. As shown in Figure 1, the
積層体1は、例えば、自動車、鉄道若しくは航空機などの車両用の窓ガラスの代用となる部材である。さらに詳しくは、積層体1は、ガラスに代わる車両などの窓用材料として、透明プラスチック材料の表面に透明性に優れ、高硬度で、かつ耐摩耗性及び耐擦傷性に優れたコーティング層を積層した樹脂グレージングである。
The
従来、ポリカーボネート(PC)基材は、自動車用樹脂グレージングとして好適に用いられている。しかし、PC基材の耐摩耗性は、テーバー摩耗試験験において、ヘイズ値の変化率が、50%程度であり、ガラスのヘイズ値変化率が1%であることに比べて曇りやすく窓材料としてそのままでは不適であった。そこで、PC基材上にアクリル系樹脂を紫外線硬化によって形成させてみたところ、その耐摩耗性は、2.5~10%のヘイズ変化率であり、依然窓材料として不十分であった。また、PC基材上に直接に常圧プラズマCVD法によって酸化ケイ素膜を形成させた場合であっても、その耐摩耗性は、2~10%程度のヘイズ変化率であり、まだ窓材料として不十分であった。この原因は、主として酸化ケイ素膜とPC基材との密着性が不十分であること、酸化ケイ素膜の厚さが薄いため摩耗試験時の加重が局所的にかかり、変形して剪断応力がかかりやすいことによると考えられる。そこで、本実施形態に係る積層体1では、基材上に、紫外線硬化性アクリル系樹脂などの主樹脂と無機結晶粒子30とを含む樹脂硬化膜と樹脂硬化膜の上に設けられた酸化ケイ素系膜とを備える積層膜1を形成させると、透明性、硬度、耐摩耗性、耐擦傷性を十分に満足する積層体が得られることを見出した。
Traditionally, polycarbonate (PC) substrates have been used as suitable resin glazing for automobiles. However, the abrasion resistance of the PC substrate was about 50% in the Taber abrasion test, which was more prone to fogging than glass, which had a haze change rate of 1%, making it unsuitable as a window material as is. When an acrylic resin was formed on the PC substrate by UV curing, the abrasion resistance was only 2.5-10% haze change rate, which was still insufficient for a window material. Even when a silicon oxide film was formed directly on the PC substrate by atmospheric pressure plasma CVD, the abrasion resistance was only about 2-10% haze change rate, which was still insufficient for a window material. This is thought to be mainly due to insufficient adhesion between the silicon oxide film and the PC substrate, and the fact that the silicon oxide film is thin, so that the load during the abrasion test is applied locally, causing deformation and shear stress. Therefore, in the
プラスチック基材10は、透明性を有することが好ましく、例えば、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂、又はポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂である。このうち、プラスチック基材10は、自動車用グレージング材料として好適である点で、ポリカーボネート樹脂であることが好ましい。
The
積層膜20は、基材上に設けられた中間層としての樹脂硬化膜21と、樹脂硬化膜の表面に設けられた最外層としての酸化ケイ素系膜22とを有することが好ましい。また、積層膜20は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、樹脂硬化膜21及び酸化ケイ素系膜22に加えて、その他の層を有していてもよい。
The laminated
樹脂硬化膜21は、耐候性向上及び酸化ケイ素系膜22の密着性向上の役割を持つ。樹脂硬化膜21を構成する主樹脂は、例えば、アクリル樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルシリコン樹脂又はオルガノシロキサン樹脂である。本実施形態に係る積層体1では、樹脂硬化膜21を構成する主樹脂は、アクリル系樹脂であることが好ましい。透明性をより高めることができる。
The resin cured film 21 serves to improve weather resistance and adhesion of the
樹脂硬化膜21は、主樹脂として光硬化性樹脂を含有する光硬化膜であることが好ましい。光硬化性樹脂は、紫外線硬化性アクリル系樹脂であることが好ましい。 The resin cured film 21 is preferably a photocured film containing a photocurable resin as the main resin. The photocurable resin is preferably an ultraviolet-curable acrylic resin.
本実施形態に係る積層体1では、樹脂硬化膜21は、シリコーンオイルを含むことが好ましい。無機結晶粒子30が酸化ケイ素系膜22側により局在しやすくなって、酸素ケイ素系膜22中に嵌入する粒子がより多くなるため、樹脂硬化膜21と酸化ケイ素系膜22との密着性がより高まる。その結果、積層膜20の硬度及び耐摩耗性をより高めることができる。シリコーンオイルは、例えば、無変性シリコーンオイル又は変性シリコーンオイルである。このうち、ポリエーテル変性シリコーンが好ましい。
In the
樹脂硬化膜21の厚さは、15~25μmであることが好ましく、18~23μmであることがより好ましい。樹脂硬化膜21の厚さが15μm未満では、耐候性能が不足する場合がある。樹脂硬化膜21の厚さが25μmを超えると、樹脂硬化膜21とプラスチック基材との密着性、ならびに樹脂硬化膜21と酸化ケイ素系膜22との密着性が低下し、剥離を生じる場合がある。
The thickness of the resin cured film 21 is preferably 15 to 25 μm, and more preferably 18 to 23 μm. If the thickness of the resin cured film 21 is less than 15 μm, the weather resistance may be insufficient. If the thickness of the resin cured film 21 exceeds 25 μm, the adhesion between the resin cured film 21 and the plastic substrate, as well as the adhesion between the resin cured film 21 and the
無機結晶粒子30は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム又は酸化ジルコニウムである。このうち、酸化ケイ素であることがより好ましい。酸化ケイ素系膜22との密着性をより高めることができる。また、透明性をより高めることができる。
The
無機結晶粒子30の平均粒径は、10~100nmである。無機結晶粒子30の平均粒径が10nm未満では、凝集しやすくなり分散が均一にならない場合がある。無機結晶粒子30の平均粒径が100nmを超えると、透明性が低下する場合がある。無機結晶粒子30の平均粒径は、20~80nmであることがより好ましく、30~70μmであることがより好ましい。
The
樹脂硬化膜21を構成する主樹脂の質量に対する無機結晶粒子30の含有量は、任意であるが、10~50質量%であることが好まししい。樹脂硬化膜21を構成する主樹脂の質量に対する無機結晶粒子30の含有量が10質量%未満では、樹脂硬化膜21に対する酸化ケイ素系膜22に対する密着性が不足する場合がある。樹脂硬化膜21を構成する主樹脂の質量に対する無機結晶粒子30の含有量が50質量%を超えても、樹脂硬化膜21に対する酸化ケイ素系膜22に対する密着性が不足する場合がある。また、積層膜20の耐候性が不足する場合がある。
The content of
酸化ケイ素系膜22は、透明性の付与及び硬度向上のための役割を持つ。本実施形態に係る積層体1では、酸化ケイ素系膜22は、常圧下でのプラズマ気相蒸着膜であることが好ましい。常圧下でのプラズマ気相蒸着膜は、例えば、常圧でのプラズマCVD法で十分な酸素を与えて有機ケイ素化合物をプラズマ化して形成した膜である。常圧下でのプラズマ気相蒸着によって、樹脂硬化膜21がエッチングされ、樹脂硬化膜21に含まれる無機結晶粒子30が部分的に露出して、酸素ケイ素系膜22中に嵌入する粒子がより多くなるため、樹脂硬化膜21と酸化ケイ素系膜22との密着性がより高まる。その結果、積層膜20の硬度及び耐摩耗性をより高めることができる。
The
本実施形態に係る積層体1では、酸化ケイ素系膜22は、酸素原子及びケイ素原子を含有し、更に、炭素原子、水素原子及び窒素原子のうち少なくとも一種を含有していることが好ましい。樹脂硬化膜21との密着性をより高めることができる。
In the
本実施形態に係る積層体1では、酸化ケイ素系膜22の表面は、JIS K 7204:1999「プラスチック-摩耗輪による摩耗試験方法」によるテーバー摩耗試験における加重500g、CS-10Fホイール、1000回転時において試験前後のヘイズ値の変化率が2.0%以下であり、かつ、JIS K 5600-5-4:1999「塗料一般試験方法-第5部:塗膜の機械的性質-第4節:引っかき硬度(鉛筆法)」による鉛筆硬度試験における鉛筆硬度が6H以上である形態を包含する。
In the
酸化ケイ素系膜22の厚さは、0.05~1μmであることが好ましく、0.05~0.8μmであることがより好ましく、0.05~0.3μmであることが更に好ましい。酸化ケイ素系膜22の厚さが0.05μm未満では、摩耗性能が大幅に低下する場合がある。酸化ケイ素系膜22の厚さが1μmを超えると剥離する場合がある。
The thickness of the
無機結晶粒子30は、図2に示すように、酸化ケイ素系膜22側に局在して分散している。図2において無機結晶粒子30は、断面形状を円形状で示したが、本発明において、無機結晶粒子30の断面形状はこれに限定されず、不定形状であってもよい。無機結晶粒子30は、樹脂硬化膜21を厚さ方向に2分割し、基材側を下層21a、酸化ケイ素系膜22側を上層21bとしたとき、下層21a中に存在する無機結晶粒子30の粒子数よりも上層21b中に存在する無機結晶粒子30の粒子数の方が多いことが好ましい。無機結晶粒子30が酸化ケイ素系膜22側に局在して分散していることは、例えば、樹脂硬化膜21の表面状態を、走査電子顕微鏡(SEM)を用いて倍率1,000~20,000倍で観察したとき、無機結晶粒子30が島となる海島構造が観察できることをもって予測してもよい。
As shown in FIG. 2, the
さらに、無機結晶粒子30は、酸化ケイ素系膜22側に局在して分散するとともに、樹脂硬化膜21と酸化ケイ素系膜22との界面にも存在しており、界面に存在する無機結晶粒子30(30A)は、酸化ケイ素系膜22中に嵌入している。無機結晶粒子30が樹脂硬化膜21と酸化ケイ素系膜22との界面に存在する形態は、例えば、無機結晶粒子30が、樹脂硬化膜21と酸化ケイ素系膜22とに跨って存在している形態であることが好ましい。酸化ケイ素系膜22中に嵌入している無機結晶粒子30は、一部分が酸化ケイ素系膜22に固着して一体化していることが好ましく、一部分が樹脂硬化膜21に固着し、残りの部分が酸化ケイ素系膜22に固着していることがより好ましい。無機結晶粒子30が酸化ケイ素系膜22に嵌入していることは、例えば、積層膜20の表面を摩耗試験機で摩耗させて酸化ケイ素系膜22の一部分又は全体を剥離させ、酸化ケイ素系膜22が剥離した部分を、SEMを用いて倍率1,000~20,000倍で観察したとき、無機結晶粒子30の海島構造が観察されないことをもって、無機結晶粒子30が酸化ケイ素系膜22に嵌入していたことを間接的に確認することができる。その理由は、嵌入によって、無機結晶粒子30が酸化ケイ素系膜22に嵌入することによって、酸化ケイ素系膜22が剥離される時、無機結晶粒子30も酸化ケイ素系膜22とともに剥離されているためと推測される。
Furthermore, the
図3は、成膜装置の一例を示す模式図である。本実施形態に係る積層体の製造方法は、図3に示すように、プラスチック基材10と積層膜20とを有する積層体の製造方法であって、積層膜20は、樹脂硬化膜21と樹脂硬化膜21の表面に設けられた酸化ケイ素系膜22とを有し、次の(1)と(2)との工程を有する。
(1)平均粒径10~100nmの無機結晶粒子30(図2に図示)を含有する樹脂硬化膜用塗料を塗布して樹脂硬化膜21を形成する工程。
(2)互いに対向配置された一対の電極51を、樹脂硬化膜21の表面に対して垂直に配置し、電極51間に高周波電圧を印加しながら、大気圧雰囲気下において両電極51の間にアルゴンガス56を供給することでアルゴンガス56を大気圧グロー放電させてプラズマ化し、プラズマ化アルゴンガスを発生させ、両電極51からプラズマ化アルゴンガスの噴出方向下流に樹脂硬化膜21を表面としたプラスチック基材10を配置して、両電極51とプラスチック基材10の樹脂硬化膜21との間の電極外領域に成膜用の有機ケイ素化合物からなる原料ガスと酸素とをプラズマ化アルゴンガスの流れに交差する方向に供給することによって、原料ガス及び酸素の少なくとも一部をプラズマ化原料ガスとプラズマ化酸素ガスとし、プラズマ化アルゴンガスとともに樹脂硬化膜21表面に向けて吹き付けることによって、樹脂硬化膜21の表面上に酸化ケイ素系膜22を形成する工程。
Fig. 3 is a schematic diagram showing an example of a film forming apparatus. As shown in Fig. 3, the method for producing a laminate according to this embodiment is a method for producing a laminate having a
(1) A step of forming a cured resin film 21 by applying a coating material for a cured resin film, which contains inorganic crystal particles 30 (shown in FIG. 2) having an average particle size of 10 to 100 nm.
(2) A step of arranging a pair of
樹脂硬化膜21を形成する工程において、樹脂硬化膜用塗料は、少なくとも、主樹脂と、無機結晶粒子30(図2に図示)とを含有することが好ましい。樹脂硬化膜21が光硬化膜であるとき、樹脂硬化膜用塗料は、主樹脂及び無機結晶粒子30(図3に図示)に加えて、紫外線吸収剤を含有することが好ましい。紫外線吸収剤は、例えば、ベンゾトリアゾール系又はトリアジン系などの有機系紫外線吸収剤であることが好ましい。また、樹脂硬化膜用塗料は、更に光安定剤などの各種助剤を含有していてもよい。 In the process of forming the resin cured film 21, the resin cured film coating preferably contains at least a main resin and inorganic crystal particles 30 (shown in FIG. 2). When the resin cured film 21 is a photocured film, the resin cured film coating preferably contains an ultraviolet absorber in addition to the main resin and inorganic crystal particles 30 (shown in FIG. 3). The ultraviolet absorber is preferably an organic ultraviolet absorber such as a benzotriazole-based or triazine-based ultraviolet absorber. The resin cured film coating may further contain various auxiliary agents such as a light stabilizer.
本実施形態に係る積層体の製造方法では、樹脂硬化膜用塗料は、シリコーンオイルを更に含むことが好ましい。無機結晶粒子30(図2に図示)が酸化ケイ素系膜22側により局在しやすくなって、酸素ケイ素系膜22中に嵌入する粒子がより多くなるため、樹脂硬化膜21と酸化ケイ素系膜22との密着性がより高まる。その結果、積層膜1の硬度及び耐摩耗性をより高めることができる。
In the method for manufacturing a laminate according to this embodiment, the coating material for the cured resin film preferably further contains silicone oil. This makes it easier for the inorganic crystal particles 30 (shown in FIG. 2) to be localized on the
樹脂硬化膜21の形成方法は、特に限定されず、例えば、基材10又は基材10上に設けられたプライマー層(不図示)上に、紫外線硬化膜用塗料を塗布して乾燥し、紫外線などの活性エネルギー線を照射して硬化させる方法である。塗布方法は、特に限定されず、ディップ法、フローコート法、スプレー法、バーコート法、グラビアコート法、ロールコート法、ブレードコート法、エアーナイフコート法、スピンコート法、スリットコート法、マイクログラビアコート法などの公知の方法を採用できる。
The method for forming the resin cured film 21 is not particularly limited, and may be, for example, a method in which a coating material for an ultraviolet cured film is applied to the
酸化ケイ素系膜22を形成する工程では、例えば、図3に示すような成膜装置50を用いることができる。図3に示す成膜装置50は、リモート式大気圧プラズマ装置である。成膜装置50は、互いに対向配置される一対の電極51と、両電極51間に交流電圧を印加する交流電源52と、不活性ガス56を供給する不活性ガス供給管53と、成膜用の原料ガスを供給する原料ガス供給管54とを備える。
In the process of forming the silicon oxide-based
電極51は、例えば矩形の平板状であり、銅などの導電性材料からなる。両電極51は、所定の距離をあけて互いに平行に配置され、被成膜体である樹脂硬化膜21を表面としたプラスチック基材10に対して垂直に配置されている。電極51間の距離は、0.1~5.0mmであることが好ましく、0.3~2.0mmであることがより好ましい。電極51の対向面側には、誘電体55が配置されている。誘電体55は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレートもしくはポリエチレンなどのプラスチック、ガラス、またはアルミナなどの金属酸化物である。
The
交流電源52は、高周波電圧の印加手段であり、両電極51に電気的に接続される。交流電源52は、例えば、高圧パルス電源又はRF電源である。高周波電圧は、1~100kVであることが好ましく、10~15kVであることがより好ましい。高周波電圧が1kV未満では、アルゴンガス56が電離しにくくなる場合がある。高周波電圧が100kVを超えると、アーク放電が発生する場合がある。また、高周波電圧の周波数は、1kHz以上であることが好ましい。交流電源52によって両電極51間に電圧が印加されると、両電極51間の領域は、高電界のプラズマ発生領域59となる。
The
不活性ガス供給管53は、噴出口をプラズマ発生領域59へ向けて配置される。不活性ガスは、アルゴンガスである。本実施形態では、本発明の効果を損なわない限りにおいて、アルゴンガスにヘリウムガスなどのその他の不活性ガスを混合させてもよい。不活性ガス供給管53の基端には、アルゴンガスボンベが連結されている。
The inert
原料ガス供給管54は、両電極51よりもアルゴンガス56の噴出方向下流であって、被成膜体の設置位置よりもアルゴンガス56の噴出方向上流側に設けられる。原料ガス供給管54は、両電極51の下面に沿って対向配置される。一対の原料ガス供給管54の噴出口の間隔は、1~10mmであることが好ましく、2~5mmであることがより好ましい。原料ガス供給管54の基端には、原料ガスボンベ及び酸素ガスボンベが連結されている。そして、原料ガスと酸素ガスとが混合した原料混合ガス57が、原料ガス供給管54から、両電極51とプラスチック基材10の樹脂硬化膜21との間の電極外領域であって、プラズマ化アルゴンガスの流れに交差する方向に供給される。
The raw material gas supply pipe 54 is provided downstream of both
本実施形態に係る積層体の製造方法では、有機ケイ素化合物は、トリメチルシラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシランおよび及びヘキサメチルジシロキサンの中から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。樹脂硬化膜21との密着性をより高めることができる。 In the method for manufacturing a laminate according to this embodiment, the organosilicon compound is preferably at least one selected from trimethylsilane, tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, and hexamethyldisiloxane. This can further improve adhesion to the cured resin film 21.
被成膜体は、樹脂硬化膜21を表面としたプラスチック基材10であり、樹脂硬化膜21側を電極51側に向けて、両電極51よりもアルゴンガス56の噴出方向下流のプラズマ発生領域59の外側の領域に設置される。このとき、両電極51と樹脂硬化膜21の表面との距離は、1~100mmであることが好ましく、2~50mmであることがより好ましい。1mm未満では、成膜範囲が狭くなりすぎて、成膜に多大な時間を要するおそれがある。100mmを超えると、成膜範囲は拡大されるが、成膜が不安定となる場合がある。
The object to be coated is a
被成膜体は、導電材料からなる導電体(不図示)上に載置されることが好ましい。導電体は、例えば、銅、銀若しくはアルミニウムなどの導電性金属、又はカーボンである。 The substrate is preferably placed on a conductor (not shown) made of a conductive material. The conductor is, for example, a conductive metal such as copper, silver, or aluminum, or carbon.
成膜装置50は、被成膜体を加熱するヒータ58を更に備えていてもよい。ヒータ58で被成膜体を加熱することで、成膜精度を向上させることができる。ヒータ58による加熱温度は、例えば、40~300℃であることが好ましく、50~250℃であることがより好ましい。
The
次に、成膜方法について説明する。 Next, we will explain the film formation method.
まず、両電極51間に交流電源52によって高周波電圧を印加しながら、大気圧雰囲気下において不活性ガス供給管53から不活性ガスガスとしてアルゴンガス56のみを高電界のプラズマ発生領域59へ供給する。これによって、グロー放電プラズマが発生し、アルゴンガス56がプラズマ化し、プラズマ化アルゴンガスが発生する。このとき、アルゴンガス56の流速は、100~5000mm/secであることが好ましく、300~4000mm/secであることがより好ましい。アルゴンガス56の流速が100mm/sec未満では、アルゴンガスの供給圧が小さいため、両電極51と被成膜体との距離を小さくする必要があり、成膜範囲が減少する場合がある。アルゴンガス56の流速が5000mm/secを超えると、ガス流の乱れが生じたり、異常放電が発生したりする場合がある。本明細書において、大気圧雰囲気下とは、成膜を大気圧開放環境下で行うことを意味し、0.5~2気圧であることが好ましい。
First, while applying a high-frequency voltage between the
アルゴンガス56を供給しながら、原料ガス供給ノズル54から原料ガスと酸素ガスとの原料混合ガス57を供給する。これによって、原料ガス及び酸素の少なくとも一部がプラズマ化原料ガスとプラズマ化酸素ガスとなる。原料ガス55と酸素ガスとの供給量の比は、体積比で、1:200~1:3000であることが好ましく、1:400~1:1000であることがより好ましい。また、原料ガス55及び酸素ガスの合計流速は、50~2000mm/secであることが好ましく、150~1000mm/secであることがより好ましい。原料ガス55及び酸素ガスの合計流速が50mm/sec未満では、膜原料不足により成膜がなされない場合がある。原料ガス55及び酸素ガスの合計流速が2000mm/secを超えると、プラズマ化せずに成膜がなされない場合がある。
While supplying argon gas 56, a raw material mixed
プラズマ化原料ガスとプラズマ化酸素ガスとは、アルゴンガス56の流動圧を受けて更に下流へと流動していき、被成膜体の表面(樹脂硬化膜21の表面)に酸化ケイ素系膜22が成膜される。被成膜体が大型である場合、被成膜体をスライド移動可能な載置台上にして、図3の黒色太字矢印のように載置台をスライドさせながら順次成膜していく。このとき、被成膜体の搬送速度は、0.01mm/sec以上であることが好ましく、0.10mm/sec以上であることがより好ましい。被成膜体の搬送速度の上限は特に限定されないが、例えば、5.00mm/secである。
The plasma source gas and the plasma oxygen gas flow further downstream under the flow pressure of the argon gas 56, and a
本実施形態に係る積層体の製造方法では、紫外線硬化性アクリル系樹脂などの主樹脂に酸化ケイ素結晶微粒子などの無機結晶粒子30を添加した樹脂硬化膜21を形成した後、大気圧でのリモート式プラズマCVD法で、不活性プラズマガスにアルゴンを使用し、十分な酸素を与えて有機ケイ素化合物をプラズマ化して酸化ケイ素膜を形成させることで、プラズマ化アルゴンガスが、高い運動エネルギーを有して、主樹脂の硬化物をエッチングする。このとき、樹脂硬化膜21の表面は、プラズマ化したアルゴンによってスパッタされて、原子レベルの凹凸が生じる(現象1)。さらに、樹脂硬化膜21に含まれる無機結晶粒子30を部分的に露出させる(現象2)。これらの現象1,2と同時に酸化ケイ素系膜22が成膜される。このプロセスによって、樹脂硬化膜と酸化ケイ素膜との接着面積が増加する。そして、成膜された酸化ケイ素系膜22のなかに非常に硬度の高い無機結晶粒子30が嵌入した積層膜構造を形成することができた。この結果、成膜された酸化ケイ素系膜22と樹脂硬化膜21とは非常に密着性が向上し、かつ嵌入した硬度の高い無機結晶粒子30が、酸化ケイ素系膜22の摩耗を低減する役割を持つことから、例えば自動車用グレージングとして、透明性、硬度、耐摩耗性、耐擦傷性を十分に満足する積層構造を、極めて低コストで作成することが可能となった。
In the manufacturing method of the laminate according to the present embodiment, a resin cured film 21 is formed by adding
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例に何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
ポリカーボネート製基材(縦100mm、横100mm、厚さ3.5mm、三菱化学社製)の表面に、アクリル樹脂原料としてアクリル樹脂用のモノマーを使用し、副原料として、UV吸収剤、光安定剤及びUV重合開始剤などの活性エネルギー線重合開始剤と界面活性剤などとを使用し、それにシリカ粒子(直径50μm程度)を分散した材料を、ダイキョーニシカワ(株)にて調整した樹脂硬化膜用塗料を塗布し、100℃で乾燥させて樹脂硬化膜21を形成した。
Example 1
A resin cured film 21 was formed by coating the surface of a polycarbonate substrate (
次いで、図3に示す成膜装置50を用いて、樹脂硬化膜21の表面上に、次の条件で酸化ケイ素系膜22を形成した。
電極51:アルミナ製の平板(厚さ0.2mm)
電極51間距離:1.2mm
電極51に印加する高周波電圧:周波数30kHz,電圧11.5kV
不活性ガス56:アルゴンガス、流速:500mm/sec
原料混合ガス57:トリメチルシラン/酸素ガス:0.5/250、合計流速250.5mm/sec
電極51と樹脂硬化膜21の表面との距離:9mm
基材10の搬送速度:0.1mm/sec
成膜雰囲気:大気圧開放環境下(101kPa)
ヒータ58による加熱は行わなかった。
Next, using the film-forming
Electrode 51: Alumina flat plate (thickness 0.2 mm)
Distance between electrodes 51: 1.2 mm
High frequency voltage applied to electrode 51:
Inert gas 56: argon gas, flow rate: 500 mm/sec
Raw material mixed gas 57: trimethylsilane/oxygen gas: 0.5/250, total flow rate 250.5 mm/sec
Distance between the
Conveying speed of the substrate 10: 0.1 mm/sec
Film formation atmosphere: open atmospheric pressure (101 kPa)
Heating by the
(実施例2)
不活性ガスの種類を、アルゴンガスのみから、アルゴンガスとヘリウムガスとを混合したガス(アルゴンガス/ヘリウムガス=2/1)に変更した以外は、実施例1と同様にして酸化ケイ素系膜を成膜した。
Example 2
A silicon oxide-based film was formed in the same manner as in Example 1, except that the type of inert gas was changed from argon gas alone to a mixed gas of argon gas and helium gas (argon gas/helium gas=2/1).
(比較例1)
不活性ガスの種類を、アルゴンガスのみからヘリウムガスのみに変更した以外は、実施例1と同様にして酸化ケイ素系膜を成膜した。
(Comparative Example 1)
A silicon oxide based film was formed in the same manner as in Example 1, except that the type of inert gas was changed from argon gas to helium gas.
(実験例1)
実施例及び比較例の積層体について、次の通り、密着力評価をした。密着力評価は、基材を積層体に変更した点及び薄膜作製方法が蒸着法ではなくプラズマCVD法である点以外は、スクラッチ試験法(JIS R3255:1997「ガラスを基板とした薄膜の付着性試験方法」)に準拠して臨界剥離荷重を測定し、当該臨界剥離荷重を密着力として示した。結果を表1及び図4に示す。
(Experimental Example 1)
The laminates of the examples and comparative examples were evaluated for adhesion as follows. The adhesion was evaluated by measuring the critical peel load according to the scratch test method (JIS R3255:1997 "Test method for adhesion of thin films on glass substrates"), except that the substrate was changed to a laminate and the thin film was prepared by plasma CVD instead of vapor deposition. The critical peel load was shown as the adhesion. The results are shown in Table 1 and FIG. 4.
(実験例2)
実施例1において、基板を搬送せずに成膜を行い、プラズマ化アルゴンガスによる表面改質の効果を確認した。その結果を図5~図7及び表2に示す。図5は、実験例2において基材の表面をエリア分けした模式図である。図5において点線はエリア分けの線であり、下方に示された1、2、・・8、・・11のように左側から順に1~11のエリア分けの線番号を有する。図6は、図5に示す各エリア分けの線上のXPS測定による元素存在割合を示すグラフである。図7は、図6に示す存在元素のうちSi及びOの存在割合を抜粋して示したグラフである。
(Experimental Example 2)
In Example 1, film formation was performed without transporting the substrate, and the effect of surface modification by plasma argon gas was confirmed. The results are shown in Figures 5 to 7 and Table 2. Figure 5 is a schematic diagram of the surface of the substrate divided into areas in Experimental Example 2. In Figure 5, the dotted lines are area division lines, and have area
図5~図7及び表2に示す通り、成膜装置直下のエリア(線2~8の間のエリア)では、Si(ケイ素)及びO(酸素)の合計存在割合が50原子%以上であり、酸化ケイ素系膜が形成されていることが確認された。線2~8の間のエリア以外のエリアでは、酸化ケイ素系膜が形成されているとは言い難く、成膜は成膜装置直下のみで起こっていることが示唆された。一方、成膜装置直下の線2~8の間のエリアではOの存在比率が、それ以外のエリアよりも高くなっており、プラズマ化アルゴンガスによる表面改質がされていることが確認できた。結論として、プラズマ化アルゴンガスによって表面改質されるエリアと成膜されるエリアとは同じエリアであると考えられる。
As shown in Figures 5 to 7 and Table 2, in the area directly below the film formation device (area between
(実験例3)
無機結晶粒子が酸化ケイ素系膜側に局在して分散していることを確認するための実験を次のとおり行った。樹脂硬化膜の表面にプラズマ化アルゴンガスを当てることで表面改質を行った。アルゴンガスの流量は0L/min、1L/min、2L/min、3L/minとした。その結果を図8及び表3に示す。図8は、実験例3の結果を示すグラフである。図8及び表3において、Siは、樹脂硬化膜中の無機結晶粒子である酸化ケイ素結晶微粒子又はシリコーンオイル由来であり、Cは主樹脂であるアクリル樹脂由来である。図8及び表3に示す通り、流量1L/minのサンプルは、流量0L/minのサンプルと比較してSiの存在割合が多かった。この理由としては、サンプルの表面にある不純物が表面改質によって除去され、サンプルの表面がきれいに表れたためと考えられる。また、流量2L/min、3L/minのサンプルは、流量1L/minのサンプルと比較してSiの存在割合が少なくなり、Cの存在割合が多くなった。この理由は、流量1L/minの時と比較してプラズマ化アルゴンガスによるスパッタ効果が強まり、サンプルが掘られたためと考えられる。これらの結果から、Siが樹脂硬化膜の酸化ケイ素系膜側の表面に局在していることが示唆された。
(Experimental Example 3)
An experiment was conducted to confirm that the inorganic crystal particles were dispersed locally on the silicon oxide film side as follows. The surface of the resin cured film was modified by applying plasma argon gas to the surface. The flow rates of the argon gas were 0 L/min, 1 L/min, 2 L/min, and 3 L/min. The results are shown in FIG. 8 and Table 3. FIG. 8 is a graph showing the results of Experimental Example 3. In FIG. 8 and Table 3, Si is derived from silicon oxide crystal fine particles or silicone oil, which are inorganic crystal particles in the resin cured film, and C is derived from acrylic resin, which is the main resin. As shown in FIG. 8 and Table 3, the sample with a flow rate of 1 L/min had a higher proportion of Si than the sample with a flow rate of 0 L/min. This is thought to be because impurities on the surface of the sample were removed by surface modification, and the surface of the sample was clearly displayed. In addition, the samples with flow rates of 2 L/min and 3 L/min had a lower proportion of Si and a higher proportion of C than the sample with a flow rate of 1 L/min. The reason for this is believed to be that the sputtering effect of the argon plasma gas was stronger than when the flow rate was 1 L/min, causing the sample to be dug up. These results suggest that Si is localized on the surface of the cured resin film on the silicon oxide film side.
(実験例4)
樹脂硬化膜と酸化ケイ素系膜との界面に存在する無機結晶粒子が酸化ケイ素系膜中に嵌入していることを確認するための実験を次のとおり行った。実施例1及び比較例1の積層体について、摩耗試験を行い、摩耗試験後の表面状態をSEMによって倍率10,000倍で観察した。摩耗試験は、JIS K 7204:1999「プラスチック-摩耗輪による摩耗試験方法」に従ってテーバー摩耗試験における加重500g、CS-10Fホイール、1000回転時で行った。その結果を図9及び図10に示す。図9は、実験例4の実施例1についての結果であり、(a)は樹脂硬化膜形成後酸化ケイ素系膜形成前の表面状態を示すSEM画像であり、(b)は酸化ケイ素系膜形成後摩耗試験前の表面状態を示すSEM画像であり、(c)酸化ケイ素系膜形成後摩耗試験後の表面状態を示すSEM画像である。図10は、実験例4の比較例1についての結果であり、(a)は樹脂硬化膜形成後酸化ケイ素系膜形成前の表面状態を示すSEM画像であり、(b)は酸化ケイ素系膜形成後摩耗試験前の表面状態を示すSEM画像であり、(c)酸化ケイ素系膜形成後摩耗試験後の表面状態を示すSEM画像である。画像のスケールバーはいずれも1μmである。
(Experimental Example 4)
An experiment was carried out to confirm that inorganic crystal particles present at the interface between the cured resin film and the silicon oxide film are embedded in the silicon oxide film, as follows. Abrasion tests were carried out on the laminates of Example 1 and Comparative Example 1, and the surface conditions after the abrasion tests were observed by SEM at a magnification of 10,000 times. The abrasion tests were carried out in accordance with JIS K 7204:1999 "Plastics - Abrasion test method using abrasive wheels" using a Taber abrasion test with a load of 500 g and a CS-10F wheel at 1000 revolutions. The results are shown in Figs. 9 and 10. Fig. 9 shows the results for Example 1 of Experimental Example 4, where (a) is an SEM image showing the surface condition after the formation of the cured resin film and before the formation of the silicon oxide film, (b) is an SEM image showing the surface condition after the formation of the silicon oxide film and before the abrasion test, and (c) is an SEM image showing the surface condition after the formation of the silicon oxide film and after the abrasion test. 10 shows the results for Comparative Example 1 of Experimental Example 4, where (a) is an SEM image showing the surface state after the formation of the cured resin film and before the formation of the silicon oxide film, (b) is an SEM image showing the surface state after the formation of the silicon oxide film and before the abrasion test, and (c) is an SEM image showing the surface state after the formation of the silicon oxide film and after the abrasion test. The scale bars in the images are all 1 μm.
図9(a)及び図10(a)に示す樹脂硬化膜形成後酸化ケイ素系膜形成前の表面状態では、酸化ケイ素結晶微粒子が樹脂硬化膜の表面に局在していることを示唆する海島構造が確認された。図9(c)及び図10(c)に示す摩耗試験後の表面状態において、実線で囲った部分は酸化ケイ素系膜が剥離した部分であり、破線で囲った部分は酸化ケイ素系膜が残っている部分である。図9(c)に示す実施例1の実線で囲われた酸化ケイ素系膜が剥離した部分では、酸化ケイ素系膜を成膜前に見られる樹脂硬化膜の表面に局在している酸化ケイ素結晶微粒子の海島構造が見られなかった。このことから、実施例1のサンプルでは、酸化ケイ素結晶微粒子は酸化ケイ素系膜と一緒に剥離していると考えられるので、酸化ケイ素結晶微粒子(無機結晶粒子)と酸化ケイ素系膜とは一体化している、すなわち酸化ケイ素結晶微粒子(無機結晶粒子)が酸化ケイ素系膜中に嵌入していることが示唆されている。一方、図10(c)に示す比較例1の実線で囲われた酸化ケイ素系膜が剥離した部分では、酸化ケイ素系膜を成膜前に見られる樹脂硬化膜の表面に局在している酸化ケイ素結晶微粒子の海島構造が見られた。このことから、比較例1のサンプルでは、酸化ケイ素系膜だけが剥離しており、酸化ケイ素結晶微粒子(無機結晶粒子)と酸化ケイ素系膜とは一体化していない、すなわち酸化ケイ素結晶微粒子(無機結晶粒子)が酸化ケイ素系膜中に嵌入していないことが示唆されている。実施例1のようにプラズマ化アルゴンガスを用いた成膜では酸化ケイ素結晶微粒子(無機結晶粒子)が酸化ケイ素系膜中に嵌入した理由は、アルゴンはヘリウムよりも原子量が大きいため、エッチングの効果が大きく表面改質が起こったためと考えられる。 In the surface state after the formation of the resin cured film and before the formation of the silicon oxide-based film shown in Figures 9(a) and 10(a), a sea-island structure was confirmed, suggesting that the silicon oxide crystal fine particles were localized on the surface of the resin cured film. In the surface state after the abrasion test shown in Figures 9(c) and 10(c), the part surrounded by the solid line is the part where the silicon oxide-based film has peeled off, and the part surrounded by the dashed line is the part where the silicon oxide-based film remains. In the part where the silicon oxide-based film has peeled off surrounded by the solid line in Example 1 shown in Figure 9(c), the sea-island structure of silicon oxide crystal fine particles localized on the surface of the resin cured film seen before the silicon oxide-based film was formed was not observed. From this, it is considered that the silicon oxide crystal fine particles in the sample of Example 1 are peeled off together with the silicon oxide-based film, and it is suggested that the silicon oxide crystal fine particles (inorganic crystal particles) and the silicon oxide-based film are integrated, that is, the silicon oxide crystal fine particles (inorganic crystal particles) are embedded in the silicon oxide-based film. On the other hand, in the area of the silicon oxide film in Comparative Example 1 surrounded by the solid line in FIG. 10(c) where the silicon oxide film had peeled off, a sea-island structure of silicon oxide crystal fine particles localized on the surface of the resin cured film seen before the silicon oxide film was formed was observed. This suggests that in the sample of Comparative Example 1, only the silicon oxide film was peeled off, and the silicon oxide crystal fine particles (inorganic crystal particles) and the silicon oxide film were not integrated, that is, the silicon oxide crystal fine particles (inorganic crystal particles) were not embedded in the silicon oxide film. The reason why the silicon oxide crystal fine particles (inorganic crystal particles) were embedded in the silicon oxide film when the film was formed using plasma argon gas as in Example 1 is thought to be because argon has a larger atomic weight than helium, so the etching effect was greater and surface modification occurred.
(実施例3)
実施例1と同様にしてポリカーボネート製基材の表面に、樹脂硬化膜21を形成した。次いで、図3に示す成膜装置50を用いて、樹脂硬化膜21の表面上に、次の条件で酸化ケイ素系膜22を形成した。
電極51:アルミナ製の平板(厚さ0.2mm)
電極51間距離:1.2mm
電極51に印加する高周波電圧:周波数30kHz,電圧11.5kV
不活性ガス56:アルゴンガス、流速:250mm/sec
原料混合ガス57:トリメチルシラン/酸素ガス:0.25/313、合計流速313.25mm/sec
電極51と樹脂硬化膜21の表面との距離:9mm
基材10の搬送速度:0.1mm/sec
走査回数:1回
成膜雰囲気:大気圧開放環境下(101kPa)
ヒータ58による加熱は行わなかった。
Example 3
A cured resin film 21 was formed on the surface of a polycarbonate substrate in the same manner as in Example 1. Next, a
Electrode 51: Alumina flat plate (thickness 0.2 mm)
Distance between electrodes 51: 1.2 mm
High frequency voltage applied to electrode 51:
Inert gas 56: argon gas, flow rate: 250 mm/sec
Raw material mixed gas 57: trimethylsilane/oxygen gas: 0.25/313, total flow rate 313.25 mm/sec
Distance between the
Conveying speed of the substrate 10: 0.1 mm/sec
Number of scans: 1 Film formation atmosphere: Open atmospheric pressure (101 kPa)
Heating by the
(実施例4)
実施例1と同様にしてポリカーボネート製基材の表面に、樹脂硬化膜21を形成した。次いで、図3に示す成膜装置50を用いて、樹脂硬化膜21の表面上に、次の条件で酸化ケイ素系膜22を形成した。
電極51:アルミナ製の平板(厚さ0.2mm)
電極51間距離:1.2mm
電極51に印加する高周波電圧:周波数30kHz,電圧11.5kV
不活性ガス56:アルゴンガス、流速:500mm/sec
原料混合ガス57:トリメチルシラン/酸素ガス:0.5/313、合計流速313.5mm/sec
電極51と樹脂硬化膜21の表面との距離:9mm
基材10の搬送速度:0.1mm/sec
走査回数:2回
成膜雰囲気:大気圧開放環境下(101kPa)
ヒータ58による加熱は行わなかった。
Example 4
A cured resin film 21 was formed on the surface of a polycarbonate substrate in the same manner as in Example 1. Next, a
Electrode 51: Alumina flat plate (thickness 0.2 mm)
Distance between electrodes 51: 1.2 mm
High frequency voltage applied to electrode 51:
Inert gas 56: argon gas, flow rate: 500 mm/sec
Raw material mixed gas 57: trimethylsilane/oxygen gas: 0.5/313, total flow rate 313.5 mm/sec
Distance between the
Conveying speed of the substrate 10: 0.1 mm/sec
Number of scans: 2 times Film formation atmosphere: Atmospheric pressure open environment (101 kPa)
Heating by the
(実施例5)
実施例1と同様にしてポリカーボネート製基材の表面に、樹脂硬化膜21を形成した。次いで、図3に示す成膜装置50を用いて、樹脂硬化膜21の表面上に、次の条件で酸化ケイ素系膜22を形成した。
電極51:アルミナ製の平板(厚さ0.2mm)
電極51間距離:1.2mm
電極51に印加する高周波電圧:周波数30kHz,電圧11.5kV
不活性ガス56:アルゴンガス、流速:500mm/sec
原料混合ガス57:トリメチルシラン/酸素ガス:0.25/313、合計流速313.25mm/sec
電極51と樹脂硬化膜21の表面との距離:9mm
基材10の搬送速度:0.3mm/sec
走査回数:3回
成膜雰囲気:大気圧開放環境下(101kPa)
ヒータ58による加熱は行わなかった。
Example 5
A cured resin film 21 was formed on the surface of a polycarbonate substrate in the same manner as in Example 1. Next, a
Electrode 51: Alumina flat plate (thickness 0.2 mm)
Distance between electrodes 51: 1.2 mm
High frequency voltage applied to electrode 51:
Inert gas 56: argon gas, flow rate: 500 mm/sec
Raw material mixed gas 57: trimethylsilane/oxygen gas: 0.25/313, total flow rate 313.25 mm/sec
Distance between the
Conveying speed of the substrate 10: 0.3 mm/sec
Number of scans: 3 times Film formation atmosphere: under atmospheric pressure (101 kPa)
Heating by the
(実験例5)
実施例3~5の積層体について、酸化ケイ素系膜の表面のJIS K 7204:1999「プラスチック-摩耗輪による摩耗試験方法」によるテーバー摩耗試験における加重500g、CS-10Fホイール、1000回転時において試験前後のヘイズ値の変化率ΔHを測定した。結果を表4に示す。
(Experimental Example 5)
For the laminates of Examples 3 to 5, the change rate ΔH in haze value before and after the test was measured in a Taber abrasion test according to JIS K 7204:1999 "Plastics - Abrasion test method using abrasive wheels" at a load of 500 g and a CS-10F wheel at 1000 revolutions. The results are shown in Table 4.
表4において、成膜時間は、基材10の搬送速度が0.1mm/secであり、走査回数が1回である場合を、成膜時間1として求めた値である。レートは、任意の個所にプラズマが1秒照射された時に成膜される膜厚であり、(膜厚[nm]÷成膜時間)÷(電極間距離[mm]÷搬送速度[mm/sec])で求められる。
In Table 4, the deposition time is calculated as
1 積層体
10 プラスチック基材
20 積層膜
21 樹脂硬化膜
22 酸化ケイ素系膜
30 無機結晶粒子
30A 界面に存在する無機結晶粒子
51 電極
52 交流電源
53 不活性ガス供給管
54 原料ガス供給管
55 誘電体
56 アルゴンガス(不活性ガス)
57 原料混合ガス
58 ヒータ
59 プラズマ発生領域
57 raw material mixed
Claims (9)
前記積層膜は、樹脂硬化膜と該樹脂硬化膜の表面に設けられた酸化ケイ素系膜とを有し、該酸化ケイ素系膜の厚さは、0.05~1.00μmであり、
前記樹脂硬化膜は、平均粒径10~100nmの無機結晶粒子を有し、該無機結晶粒子は、前記酸化ケイ素系膜側に局在して分散し、かつ、前記樹脂硬化膜と前記酸化ケイ素系膜との界面にさらに存在しており、
前記界面に存在する無機結晶粒子は、前記酸化ケイ素系膜中に嵌入していることを特徴とする積層体。 A laminate having a plastic substrate and a laminate film,
the laminated film has a cured resin film and a silicon oxide film provided on the surface of the cured resin film, the silicon oxide film having a thickness of 0.05 to 1.00 μm;
the cured resin film contains inorganic crystal particles having an average particle size of 10 to 100 nm, the inorganic crystal particles being locally dispersed on the silicon oxide-based film side and also present at the interface between the cured resin film and the silicon oxide-based film;
A laminate comprising inorganic crystal particles present at the interface, the inorganic crystal particles being embedded in the silicon oxide film.
前記積層膜は、樹脂硬化膜と該樹脂硬化膜の表面に設けられた酸化ケイ素系膜とを有し、
平均粒径10~100nmの無機結晶粒子を含有する樹脂硬化膜用塗料を塗布して前記樹脂硬化膜を形成する工程と、
互いに対向配置された一対の電極を、前記樹脂硬化膜の表面に対して垂直に配置し、前記電極間に高周波電圧を印加しながら、大気圧雰囲気下において前記両電極の間にアルゴンガスを供給することでアルゴンガスを大気圧グロー放電させてプラズマ化し、プラズマ化アルゴンガスを発生させ、前記両電極から前記プラズマ化アルゴンガスの噴出方向下流に前記樹脂硬化膜を表面とした前記プラスチック基材を配置して、前記両電極と前記プラスチック基材の前記樹脂硬化膜との間の電極外領域に成膜用の有機ケイ素化合物からなる原料ガスと酸素とを前記プラズマ化アルゴンガスの流れに交差する方向に供給することによって、前記原料ガス及び酸素の少なくとも一部をプラズマ化原料ガスとプラズマ化酸素ガスとし、前記プラズマ化アルゴンガスとともに前記樹脂硬化膜表面に向けて吹き付けることによって、前記樹脂硬化膜の表面上に前記酸化ケイ素系膜を形成する工程と、を有し、
該酸化ケイ素系膜の厚さは、0.05~1.00μmであることを特徴とする積層体の製造方法。 A method for producing a laminate having a plastic substrate and a laminate film, comprising the steps of:
the laminated film has a cured resin film and a silicon oxide film provided on a surface of the cured resin film,
A step of forming the cured resin film by applying a coating material for the cured resin film, the coating material containing inorganic crystal particles having an average particle size of 10 to 100 nm;
a step of disposing a pair of electrodes arranged opposite to each other perpendicular to a surface of the cured resin film, supplying argon gas between the electrodes in an atmospheric pressure atmosphere while applying a high frequency voltage between the electrodes, thereby generating plasmatized argon gas by atmospheric pressure glow discharge of the argon gas, disposing the plastic substrate having the cured resin film on its surface downstream from the electrodes in a direction in which the plasmatized argon gas is sprayed, and supplying a source gas made of an organosilicon compound for film formation and oxygen to an outer electrode region between the electrodes and the cured resin film of the plastic substrate in a direction intersecting the flow of the plasmatized argon gas, thereby converting at least a part of the source gas and oxygen into a plasmatized source gas and a plasmatized oxygen gas, which are then sprayed toward the surface of the cured resin film together with the plasmatized argon gas, thereby forming the silicon oxide based film on the surface of the cured resin film ,
The method for producing a laminate is characterized in that the silicon oxide film has a thickness of 0.05 to 1.00 μm .
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