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UVオゾン法による高機能フィルム基盤の表面改質

はじめに

機能性が高い高分子素材ほど一般に接着が困難な傾向です。
表面改質による接着力向上は、主に二つの効果に依存します。

  • 被着体表面を機械的または腐食により粗面化して、アンカー効果により接着力を得るもの。
  • サンドブラスト法やクロム酸混液処理が良く知られています。

UV光の照射による表面改質技術は、大気中で使えるドライプロセスで、接着力向上は100%官能基の効果に依存します。

表面にダメージを与えない上に、高度な洗浄効果も併せ持つので、高機能製品の処理に適する新しい技術です。

UVオゾン法で使われる光源

UV照射法では紫外線ランプが生成するオゾンを併用します。
オゾンは改質反応のプロセスにおいて重要な役割を果たします。そのため最近ではUV照射法はUVオゾン法と呼ばれることが多くなりました。
表面処理にはエネルギーの高い短波長UVが必要なので、光源には185nmと254nmを発光する低圧水銀ランプと172nmを発光するキセノンエキシマランプが使われます。

UVオゾンによる表面処理メカニズム

UVオゾン表面処理法には、改質と洗浄の効果があります。
どちらの反応が起こるかは素材に依存し、ガラスやセラミックには洗浄作用だけが働き、プラスチックや金属には改質と洗浄の両方が働きます。

 照射するUV光のエネルギーが有機化合物の分子結合エネルギーより高い時、分子結合が切れる確率が高くなります。
185nm線は酸素からオゾンを生成します。254nmはmsの速さでオゾンを分解して、高いエネルギーの活性酸素を生成します。C-H結合が切れるとH原子は軽いので直ぐに引抜かれます。

活性酸素はその有機化合物と反応して、COやCO(OH)などの酸素に富んだ官能基を表面に形成します。
 照射によりC-H結合に基づくピークが減少して、カルボニル基に起因するピークが新たに発現し、カルボキシル基に基づくピークが増大します。

富酸素ラジカルには極性があり、表面エネルギーを増加させ親水性を高め、親水性に依存する接着力を強くします。