JPH0225935B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、コロナ放電処理効果を実生産レベル
において十分満足し得る程度迄改善向上させる方
法に関するものである。 プラスチツク成形物の放電処理は古くから行な
われている技術であり、特にポリエチレンフイル
ムやポリプロピレンフイルム等のプラスチツクフ
イルム（シートを含む、以下同様）の表面改質に
は欠くことのできない技術となつている。又後述
する種々のプラスチツク成形物についても、品質
改善の為の有用な手段と考えられており、今後益
益適用範囲が拡大していくものと期待されてい
る。しかしその為にはコロナ放電処理による処理
効率自体を向上し、その可能性を探求する必要が
ありこれ迄にも広範囲に亘る改善研究が展開され
ているが、未だ十分とは言えない。 例えば特公昭48−17747には、有機溶剤を放電
部に供給することによつて放電面における化学変
化を促進する技術が記載されているが、プラスチ
ツク成形物中への残留溶剤が問題とされる現今の
状況にはそぐわない。又JOURNAL OF
APPLIED POLYMER SCIENCE VOL15
PP1365〜1375（1971）には、不活性ガス雰囲気下
でコロナ放電処理を行なうことが記載され、プラ
スチツク成形物の表面に対する活性化又は劣化等
の影響が示唆されるに及び大気雰囲気を例えば低
酸素雰囲気に置き換えてコロナ放電処理を行なう
技術も提案される様になつたが、従来の方法、例
えば特公昭56−18381号の方法では、大量の不活
性ガスが必要になつてコスト高を招くという問題
があり、又特開昭57−23634号の方法（走行フイ
ルムに対する不活性雰囲気下のコロナ放電技術）
では、フイルムに随伴して巻込まれる大気を遮断
する為に特殊なシールド構造が要求されて装置ま
わりが複雑になるが、それでも不活性ガスの送給
量は不必要に多くなり、なおかつ完全若しくは略
完全な不活性雰囲気は形成されず、低処理レベル
に甘んじなければならなかつた。その為、フイル
ムを例にとつて説明すれば、高速処理ができない
為に生産性が著じるしく低下するという欠点があ
り、他方低速処理にして処理効果を高めようとす
れば表面損傷による外観不良が発生したりブロツ
キングの増大を招く等の欠陥が現われ、実生産の
レベルにおいては全く不満足なものと言う他な
い。 本発明はこの様な状況に着目してなされたもの
であつて、特殊且つ大がかりな装置が要求されず
又シールド用に大量のガスを消費しなくとも良い
様な技術の開発をめざし鋭意研究の結果完成され
たものである。しかして本発明に係るコロナ放電
処理法とは、少なくとも１対の対向電極が配設さ
れてなるコロナ放電処理装置に、プラスチツク成
形物を連続的に搬入してコロナ放電処理を行なう
方法において、放電側電極の側壁面又は底面から
プラスチツク成形物の処理面に空気組成よりも酸
素濃度の低い単独又は混合気体［具体的には空気
組成から酸素の一部を適当量除いたものや、空気
へ酸素以外のガスを適当量追加したもの、更には
B₂、H₂、Ar、CO₂等の単独又は混合ガス等を包
含するが、以下、低酸素濃度ガスと言う］を吹付
けながらコロナ放電処理を行なうものであり、し
かもこの吹付速度を、上記プラスチツク成形物搬
入速度の１％以上と定めた点に要旨を有するもの
である。 本発明方法が適用されるプラスチツク成形物と
しては、上述のフイルムやシートの他に繊維、パ
イプ、テープ、織物、不織布等の長尺物が挙げら
れ、これら長尺物をコロナ放電処理装置に対して
長手方向に搬入し且つ通過させてコロナ放電処理
を行なう場合に本発明を適用すれば、その効果は
もつとも劇的に発揮されるが、その他の成形物で
あつても、一定の速度で移行させながらコロナ放
電処理を加えるものであれば、本発明を適用する
ことによつて多大の技術的効果を得ることができ
る。又該成形物を構成するポリマーとしては、ポ
リアミド、線状ポリエステル、ポリオレフイン、
ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビ
ニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレ
ン、ポリビニルアルコール等の熱可塑性樹脂；フ
エノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂
が用いられる。尚これらの樹脂を用いてなる成形
物中には、安定剤、滑剤、耐ブロツキング剤、防
曇剤、紫外線吸収剤、難燃剤、透明化剤、酸化防
止剤、耐光剤、帯電防止剤、染料、顔料等の添加
剤が含有されていても良く、コロナ放電の実施に
悪影響を及ぼさない素材は単独及び複合の如何を
問わず全て本発明の対象として含まれる。 以下実施例図面に準拠しつつ本発明の構成及び
作用効果を明らかにしていくが、図面に示す放電
側電極の構造や配列、更にはカバーの形状等は代
表例であるに過ぎず、又図面ではプラスチツクフ
イルムへの適用例を示したに過ぎないから、これ
らの説明の趣旨に反しないという条件の下では設
計を変更することは本発明の技術的範囲に含まれ
る。 第１図は本発明の実施概念を示す要部断面図、
第２図は放電側電極の一部を示す斜視図であつ
て、図中の１は金属ドラム、２は電極カバー３は
放電側電極、４はガス供給管、５はガス噴出口、
６は走行フイルムを示す。即ちフイルム６は矢印
Ａ方向に回転する金属ドラム１に対して矢印Ｂ方
向から導入され、更に矢印Ｃ方向へ引出されて行
くが、図示しない高電圧発生機に接続されている
放電側電極３と、ポリエステル、エポキシ樹脂、
セラミツク、クロルスルホン化ポリ界エチレン、
EPラバー等でカバーされた金属ドラム１との間
に数百KC／Ｓの高周波で数千ないし数万Ｖの高
電圧をかけることによつて発生する高圧コロナの
影響を受け、例えば自然の大気中であればオゾン
や酸化窒素が生成してフイルム６の表面にカルボ
ニル基やカルボキシル基を生ぜしめることにより
表面が極性化される。しかし本図例においてはコ
ロナ放電の雰囲気全体を電極カバー２によつて大
気から遮断すると共に、放電側電極３にガス噴出
口５を設けフイルム６の表面に向けて低酸素濃度
ガスを吹付ける様に構成しているので、低酸素濃
度ガスの種類に応じた種々の効果（例えばN₂ガ
スであれば窒素含有基の形成による接着性、特に
含窒素物体との接着性の向上および放電々極の有
効放電面積拡大による処理効率の向上CO₂ガスで
あればコロナ放電効率の改善による接着性の一層
の向上等）を得ることができる。尚図示した放電
側電極３は、その概念を第２図に示す如く放電面
側に向けて開口するガス噴出口５が、該電極３の
長手方向（被処理フイルムの幅方向）に沿つてス
リツト状に形成され、且つ該スリツト底部には適
当間隔を置いてガス供給管４が連通されている。
従つてガス供給管４を通して加圧下に供給された
低酸素濃度ガスはスリツト部内で長手方向に分散
されガス噴出口５からほぼ均等に噴出されるの
で、コロナ放電部の雰囲気が低酸素濃度ガスに置
換される。尚スリツトの長手方向両側（図の手前
側及び向う側、但し向う側は図に現われていな
い。）には、該端面からのガス拡散を防止する目
的で適当な蓋板を取付けることもある。 しかし矢印Ｂ方向に沿つて相当の高速度で進入
してくるフイルム６の表面には、若干ながら随伴
空気層が形成されており、コロナ放電部の雰囲気
が低酸素濃度ガスによつて置換されても、フイル
ム６の表面自体は相変らず大気雰囲気を保持した
ままになつており、低酸素濃度ガスをただ漫然と
噴出させるだけのときは、本発明の効果を享受す
ることができない。そこで低酸素濃度ガスを第３
図に示す如く強く噴出させ随伴空気層７を噴気流
８によつて破壊分散させれば、コロナ放電部の雰
囲気を低酸素濃度ガスによつてほぼ完全に置換さ
せることができるのではないかと考え種々検討し
た。その結果随伴空気層７の進入速度が重要な因
子であることを見出し、該空気層７の移動速度
（プラスチツク成形物の搬入速度）に対して少な
くとも１％以上、好ましくは10％以上、更に好ま
しくは40％以上の速度で噴気流８を形成すれば、
随伴空気層を実用上の不都合がない程度に迄破壊
分散することができるということを見出した。尚
プラスチツク成形物の搬入速度は、一般に１〜
500m／分である。 この様な条件を採用することによつて随伴空気
層を破壊分散させることができる様になり、且つ
同時にコロナ放電部の近傍を低酸素濃度ガス雰囲
気で保護することが可能となるので、第１図に示
した電極カバー２は、雰囲気保持用としての機能
よりも、むしろ電極３を機械的な衝撃から保護す
るという機能と随伴流を少しでも抑制する機能の
方が強く期待される様になる。従つて本発明の実
施に当つては、時に電極カバー２を取外すことも
あり得るが、低酸素濃度ガスの消費量を抑制する
為には、雰囲気保持用としての機能を改めて見直
すことが望ましく、例えば第４図に示す如くカバ
ー２の下端（フイルム側）を絞ると同時に、導管
１０から低酸素濃度ガスをカバー２内へ導入すれ
ば、該ガスは斜面９の内面に沿つて収束される様
に矢印方向へ流れ、カバー２の入口においてガス
カーテン効果が発揮される。即ち随伴空気層の侵
入が入口側で遮断され、電極カバー２の価値が一
段と向上する。但しフイルム６の出口側（第４図
の右側）についてはカバー２内のガスが走行フイ
ルム６に随伴して排出されていくので、シール性
ないし大気侵入遮断性については入口側ほどの配
慮をする必要性は無いが、前述の様に低酸素濃度
ガス消費量を少なくするという意味においては入
口側と同様の配慮を払うことは有意義である。尚
カバー２の入口側及び出口側における上述のシー
ル機能を最低限度において発揮する為には、フイ
ルムの走行速度に対して少なくとも0.2％以上、
好ましくは10％以上の速度でフイルム面に放出さ
せることが望まれる。尚低酸素濃度ガスの噴出速
度については、ガス噴出口５及びカバー２の出入
口のいずれについても下限側のみを述べたが上限
については実質上制限を設ける必要はなく、せい
ぜい噴出量と噴出効果の見合い並びに経済性か
ら、前者については走行速度の10倍以下、好まし
くは５倍以下、又後者については走行速度の10倍
以下、好ましくは５倍以下を一応の目安と考えれ
ば良い。 第５〜２５図は本発明において用いられる放電
側電極の各種構造例及び該構造における噴出ガス
の挙動を示す説明図で、実施例を網羅的に示すも
のではないから、これらを適当に組合わせること
は本発明を実施する者の自由に委ねられる。 第５図は前に示した電極と同一構造のもので、
低酸素濃度ガス（以下単にガスという）は矢印の
様に噴出されていく。第６図の例ではガス噴出口
５を、フイルム進入方向と対向する様に、換言す
ればフイルム上の随伴空気層の進入に対してガス
を真向から吹付ける様に、入口側（図では左側）
へ偏向されている。又電極３の入口側及び出口側
（図では右側）側面に沿つて矢印Ｄ及びＥで示す
様にガスを流すことも有意義である。第７図は電
極３の先端に、導電性を有する金属焼結体スチー
ルウールあるいは金網の様な多孔質のガス拡散材
料で形成されたガス拡散電極（以下単に拡散電極
という）３′を付加した例である。この場合ガス
噴出口５は拡散電極３′に対するガス供給口とし
ての機能を発揮するものであり、ガスは電極の先
端全体から噴出される。従つてガスの噴出は滑ら
かとなり、コロナ放電部におけるガス雰囲気が安
定するという効果が得られる。第８図は、第７図
の例に対して電極に沿うガス流の形成を付加した
例である。第９図は電極を前後（図の左右、以下
同じ）に分割し、前方側に第７図と同一構成から
なるガス噴出電極を配すると共に後方側にガス噴
出機能の無い通常電極を設け、これらを一体化し
たものである。この例は、随伴空気層を進入の初
期に破壊拡散させようという考えに基づいて設計
されたものである。第１０図は電極を３分割し、
中央部に第７図のガス噴出電極を設け、前後の両
端に通常電極を配置した例、第１１図は中央に通
常電極を配すると共に前後の両端にガス噴出電極
を配置した例で、その構成は全く逆である。しか
しいずれも随伴空気層を破壊拡散しコロナ放電部
の雰囲気を保護するという効果は同程度に発揮す
る。第１２図は、第１１図における中央の通常電
極に、第５図と同一構成のガス噴出口５を設けた
例であり、上記効果は更に顕著に発揮される。第
１３図は電極３の前後上方にガス噴出パイプ１１
を配置した例で、パイプ１１から真下に噴出され
たガスは電極に沿つて下降し、第６図について述
べたのと同様の効果を発揮する。尚第６，８図及
び第１３図例ではパイプ１１によつて集中的にガ
スを噴出させているので少量のガスを効果的に利
用することができる。 第１４〜２２図は、一方でガスの噴出を行ない
他方でこれを吸引するという方式の例であり、ガ
スを噴出するという面から見る限り既述の例と異
なるところは無いが、このガスを他の部分から吸
引する為、１つには噴出後のガスが強制的に特定
方向へ移動されてコロナ放電部の保護が強化さ
れ、２つには噴出ガスの一部が回収され、場合に
よつてはその一部をそのまま噴出ガス中に混合再
使用することもできるのでガスコストの低減を図
ることができる、等の効果が得られる。但し吸引
側が大気圧以下になると随伴空気層をそのまま電
極の下端側迄引込む恐れがあるので大気圧以上に
保持する必要がある。まず第１４図は一方をガス
噴出口５、他方をガス吸引口５′とした例であり、
前者から噴出されたガスの一部は随伴空気層の破
壊分散の為に消費され、残部はフイルム上を伴走
してコロナ放電部の雰囲気を形成した後ガス吸引
口５′から回収されていく。第１５図は噴出口５、
吸引口５′に焼結金属を添装した例、第１６，１
７図は第１１，１２図に対応し夫々図の様にガス
を噴出及び吸引させた例であり、いずれも前述の
各効果が十分に発揮される。 第１８図は電極３の前後にプレート１２，１２
を接近配設した例であり、プレート１２の下端部
に膨みを持たせると共にガス噴出パイプ１１を配
設する。そして電極３とプレート１２の間隙内を
上方から吸引して上方へのガス流を形成する様に
しながらパイプ１１よりガスを噴出させると、噴
出ガスの一部は前述の膨み部から放出され、特に
入口側では随伴空気層を破壊拡散する。そして残
部は電極３の下面を覆つた後、又は垂直上方へ吸
引されていく。第１９図は電極３の中央に第１４
図と同様のガス吸引口５′を形成した例、第２０
図はその前面に焼結金属を添設した例、第２１図
は入口側にのみプレート１２を設け、プレート１
２の電極３の間隙からガスを噴出させると共に電
極３の底部全面からもガスを噴出させ、一方プレ
ート１２の膨み部にガス吸引管１４を臨ませて噴
出ガスを吸引させる例で、この例では随伴空気層
の一部が吸引管１４内へ押込まれていく。第２２
図は第１２，１７図の変形例で、元々一体のガス
電極３の先端に焼結金属を添装し、中央のガス噴
出口５については焼結金属の先端まで貫通させて
形成し、両脇のガス吸引口５′は焼結金属の手前
で止めている。そして噴出口５を出たガスは矢印
の様に流れて吸引口５′から回収されていくが、
遂に吸引口５′側からガスを噴出させ噴出口５側
からガスを吸引する様に変更しても良い。 第２３〜２５図は電極２本を夫々独立させて併
設した例を示し、第５〜２２図に示した様な電極
を２本又は３本以上近接して併設するか、複数電
極の相互関係を利用することによつて前述の各効
果を更に顕著なものとすることが推奨できる。ま
ず第２３図は無加工の電極を２本近接して併設
し、その近接隙間をスリツトに代わるものとして
下向きにガスを流し、図の如くガスを噴出させる
例であり、第２４図は第２１，２３図の考えを応
用し第２１図におけるガス吸引口管１４を電極の
両脇に配設したものである。最後に第２５図は第
７図の電極と第６図の電極を、ガス吸引間隙１５
を残す様に２本並べた例であり、噴出ガスは矢印
で示す方向に流れる。 上記各実施例では電極の下端を平担なものとし
て説明したが、鋭角又は鈍角状に尖らせたもの、
半球状に丸味をもたらせたもの、あるいはこれら
をフイルム通過方向へ２段以上に繰返えさせたも
の（例えば鋸歯状等……）であつてもよく、要は
通過するプラスチツク成形物のコロナ放電処理面
に対して低酸素濃度ガスを吹付ける上で不都合の
ない構成であればどの様な電極構造であつても良
い。 本発明の構成は上述の通りであるが、コロナ放
電処理効果を高める為の手段を別途付加すること
は自由である。この様な手段としては、プラスチ
ツク成形物をコロナ放電と同時期、又は前もつて
加温することが例示され、具体的には火炎によつ
て予備処理を施すことや、プラスチツク成形物が
フイルムの様な長尺物である場合に予め調温ロー
ルを通して長尺物を予熱したり、金属ドラムその
ものを温めておくことが推奨される。もつとも本
発明においては、吹付けるべき低酸素濃度ガスが
電極との接触によつて十分予熱されているので、
上記の手段を付加しなくともコロナ放電処理効果
は極めて高いものが得られる。 次に本発明の実施例及び比較例を説明する。 第１図の装置を用いてアイソタクテイツクポリ
プロピレン（但しポリオキシエチレンアルキルア
ミン：0.6重量％混合）の２軸延伸フイルム（厚
さ20μm）のコロナ放電処理を行なつた。処理条
件及び結果は第１表に示す。尚比較例１として大
気中でコロナ放電処理（窒素ガス吹付けなし）を
行ない、又比較例２として電極カバー内に窒素ガ
スを注入しつつ（但し窒素ガス吹付けを行なわな
いで）コロナ放電処理を行なつた。夫々の処理条
件及び結果は第１表に併記した。

【表】 又ESCA分析（化学分析用電子分光法）によつ
て未処理フイルム及び処理フイルムの表面分析を
行なつたところ第２表に示す結果が得られた。 ESCA法による（Ｎ／Ｃ）比及び（Ｏ／Ｃ）比の
測定 ESCAスペクトロメーター（ES−200型：国際
電気株式会社製）を用い、フイルム表面の炭素の
1s軌道スペクトルから求めた積分強度と、窒素の
1s軌道スペクトルから有機性窒素の結合エネルギ
ーに対応するピークより求めた積分強度との比を
算出し、その積分比に基づいて炭素数100個当り
の窒素数を求め、この値を（Ｎ／Ｃ）比と定義し
て表わした。又フイルム表面の炭素と酸素の比に
ついても、同様に炭素数100個当りの酸素数を
（Ｏ／Ｃ）比として表わした。

【表】 第２表に示される様に比較例１、２で（Ｏ／
Ｃ）比が高くフイルム表面からの大気除去が不十
分であるのに対し、実施例では（Ｏ／Ｃ）比は大
幅に低下している。そして実施例では処理後の
（Ｎ／Ｃ）比が効果的に上昇すると共に［Δ（Ｏ／
Ｃ）／Δ（Ｎ／Ｃ）］も1.09と低い値となつている
（優れた接着性を示すことになる）。即ち第２表の
結果へからフイルム表面への低酸素濃度ガス吹付
けを行なつて始めてフイルム表面の随伴大気を除
去することができ、単に電極カバー内を低酸素濃
度ガス雰囲気とした（比較例２）だけでは随伴空
気の除去は達成されないことが確認された。 かくして第１、２表に示される様に実施例にお
いては、比較例１、２と同一電圧であつても高電
流が得られており又接着特性においても極だつて
優秀な結果が得られた。特に比較例２（単なる低
酸素雰囲気）よりも明らかに良好な結果が得られ
た。 尚電極カバー内の酸素濃度を１％に高めて実施
例及び比較例２を両実験したところ、比較例２で
は比較例１並みの結果になつたが、実施例では良
好な結果が持続された。 本発明の構成は以上述べた通りであるから、以
下要約して述べる様な種々の効果が得られる。 (1) プラスチツク成形物の表面に随伴してコロナ
放電処理部に搬入されてくる大気層が、該表面
へ吹付けられる低酸素濃度ガスによつて確実に
破壊分散される。従つてコロナ放電部の雰囲気
中に大気が混入することは極めて少なくなり、
ガス量が少なくても確実に所望雰囲気が形成さ
れる。 (2) 一方吹付けガスは大気よりも酸素濃度の低い
ガスであるから、コロナ放電雰囲気からは大気
が放遂され、且つ残素濃度が低いものとなり、
放電雰囲気中の酸素濃度が低くなる。 (3) 従つて放電が電極の全面に亘つて均一に行な
われることにより、有効電極面積が拡大される
と共に、単位面積当りの電流値及び電力値が増
大する。換言すれば同一電圧の下でも電流が飛
躍的に増大し、実効電力密度の増加によつてコ
ロナ放電処理効果が向上する。 (4) 又夫々の雰囲気による特有の効果、例えば
N₂ガスの存在によるプラスチツク成形物表面
でのアミノ基やイミノ基の形成効果（酸素遮断
性の向上効果）等が極めて高度に発揮される。 (5) 第２表に示される様に本発明方法ではフイル
ム表面のO₂付着量を少なくすることができ、
単なる不活性ガス雰囲気では達成できない放電
処理効果（接着性等の向上）を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施状況を示す概念図、第２
図は本発明において用いる放電側電極の見取図、
第３図は随伴大気層の破壊状況を示す説明図、第
４図は電極カバーの一例を示す説明図、第５〜２
５図は本発明において用いる電極と噴出ガスの流
れを例示的に示す説明図である。 １…金属ドラム、２…電極カバー、３…放電側
電極、５…ガス噴出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 少なくとも１対の電極を対向させてなるコロ
   ナ放電処理装置に、プラスチツク成形物を連続的
   に搬入してコロナ放電処理を行なうに当り、放電
   側電極の側壁面に沿つて若しくはその底面からプ
   ラスチツク成形物のコロナ放電処理面に向けて、
   該プラスチツク成形物搬入速度の１％以上の速度
   で、空気組成よりも酸素濃度の低い気体を吹付け
   ながらコロナ放電処理を行なうことを特徴とする
   プラスチツク成形物表面のコロナ放電処理法。