JP7481683B2 - フッ素樹脂の表面改質方法、表面改質されたフッ素樹脂の製造方法、及び接合方法 - Google Patents
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少なくとも205nm以下の波長域に強度を示す紫外光を照射する設備は、先行技術文献に記載される方法を行うための装置よりも小さく単純な、すなわち、簡易な設備である。
また、205nm以下の波長域に強度を示す紫外光を照射する際、先行技術文献として挙げたような反応性気体を使用しない。
フッ素樹脂の表面改質方法は、酸素原子を含む有機化合物に、少なくとも205nm以下の波長域に強度を示す紫外光(以下、単に「紫外光」と表記することがある)を照射して、ラジカルを生成する工程と、前記ラジカルをフッ素樹脂の表面に接触させて、前記表面を親水化する工程と、を含む。
上記では、酸素原子を含む有機化合物としてエタノールを例に説明したが、エタノール以外の酸素原子を含む有機化合物についても、フッ素樹脂に親水化層を形成できる。
酸素原子を含む有機化合物に照射される紫外光は、少なくとも205nm以下の波長域に強度を示す紫外光である。
フッ素樹脂には、上述したPTFEの他に、PFA(パーフルオロアルコキシフッ素樹脂)、ETFE(エチレン・テトラフルオロエチレンコポリマー)、FEP(テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレンコポリマー)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)など、様々な材料を使用できる。フッ素樹脂は、フッ素樹脂からなる板やフィルムなど、フッ素樹脂単体で構成されるものでも構わないし、母材となる他の材料の表面に設けられた複合体でも構わない。「フッ素樹脂を表面に有する材料」とは、フッ素樹脂単体、及び母材となる材料の少なくとも一部の表面にフッ素樹脂を設けた複合体、の両方を指す。フッ素樹脂の用途は特に限定されない。例えば、フッ素樹脂は回路基板材料として使用されるものでも構わないし、医療用に使用されるものでも構わない。
フッ素樹脂に対し紫外光を使用して{CHO}官能基を有する親水化層を設けることで、フッ素樹脂の表面の濡れ性を大幅に高めること(接触角を大幅に低下させること)ができるようになった。これにより、従来、フッ素樹脂との接合が困難だった材料を、フッ素樹脂と接合できるようになった。紫外光を使用して表面改質されたフッ素樹脂の親水化層に、他の材料を押し付けることで、親水化層の{CHO}官能基と他の部材の表面との間に、共有結合や水素結合等の強い分子間力が発生し、フッ素樹脂と他の部材とを、接着剤等を使用することなく接合できる。他の部材の表面にも、上述した表面改質を行い、{CHO}官能基を付与しても構わない。これにより、接合を強固にできる。押し付ける際に、加熱しても構わない。加熱により共有結合や強い分子間力の形成を促進することができる。場合によっては、接合を強固にするために、接着剤を使用しても構わない。{CHO}官能基と接着剤との間にも共有結合や強い分子間力が発生するため、接着剤を使用した場合にも接合力が向上する。
フッ素樹脂を回路基板材料として使用する場合には、親水化層に接合する材料として、導電性を有する金属を使用しても構わない。
図6を参照しながら、表面改質方法の第一実施形態を説明する。
また光源1には、単一波長に近い紫外線を生成可能なエキシマランプを用いることが望ましい。波長205nm以下の光源としてガスレーザ等の光源を検討することも可能だが、レーザ光源の場合は大面積を一様に処理することが困難であり、処理ムラを発生させる要因となる。特に、本用途においてフッ素樹脂の表層を一様に処理する場合は、実用上、レーザ光源の利用は困難である。光源1としてエキシマランプを用いる場合は、特に、大面積を一様に処理することが可能であり、瞬時点灯の特性にも優れていることから、本用途に最も優れた光源である。
図7では、2つの被処理物(4a,4b)が、光源1から互いに等距離になるように配置して表面改質速度の統一を図っている。なお、2つの被処理物(4a,4b)を光源1から等距離に配置しなくても構わない。
図8を参照しながら、表面改質方法の第二実施形態について説明する。以下に説明する以外の事項は、第一実施形態と同様に実施できる。図8では、酸素原子を含む有機化合物を含有する液(以下、「ラジカル源含有液」ということがある)5が被処理物4を覆うように供給されている。例えば、常温常圧下で酸素原子を含む有機化合物が液体である場合には、被処理物4にラジカル源含有液5を注いで被処理物4の表面を濡らすか、被処理物4上にラジカル源含有液5からなる液膜を形成する。本実施形態において、ラジカル源含有液5は、被処理物4と光源1との間を満たすように供給されている。処理チャンバ2の内において、光源1の点灯前に、不図示の供給ノズルから被処理物4の上にラジカル源含有液5を供給しても構わない。または、処理チャンバ2の外において、ラジカル源含有液5を被処理物4の上に供給し、濡らした(または、液膜を形成した)被処理物4を処理チャンバ2の中に搬入しても構わない。ここで、処理チャンバ2内は、雰囲気ガスとして窒素ガスや希ガス等の不活性ガスが充填されると好ましい。また、ラジカル源含有液5は、被処理物4と光源1との間を満たしていなくても構わない。
表面改質方法の第三実施形態につき、図9を参照しながら説明する。以下に説明する以外の事項は、第一実施形態及び第二実施形態と同様に実施できる。図9において、ガスG3はラジカル源含有ガスである。ラジカル源含有ガスG3が流れる配管6の外に配置された光源1から、配管6内を通過するラジカル源含有ガスG3に向かって紫外光L1を照射して、ラジカル源含有ガスG3に含まれるラジカル源に光エネルギーを与えて、{CHO}ラジカル及び水素ラジカルを生成する。そして、{CHO}ラジカル及び水素ラジカルを含むガスを配管6の先端7から被処理物4の表面に向けて吹きつける。フッ素樹脂の表面に水素ラジカル及び{CHO}ラジカルが接触すると、被処理物4の表面のフッ素原子が{CHO}官能基に置換され、親水化層が形成される。本実施形態では、被処理物4と配管6の先端7との間隔を保ちつつ、被処理物4と先端7を相対移動させることで、表面改質が必要な領域のみを選択的に処理できる。また、本実施形態では、チャンバ等で囲われた処理空間全体をラジカル源含有ガスG3でパージしなくてもよい。
上記第一実施形態(図6)の表面改質方法で、フッ素樹脂の表面改質を行った。被処理物4として淀川ヒューテック株式会社製のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)を準備し、処理チャンバ2内に、光源1から1mmの間隔を空けて配置した。光源1には、ピーク波長172nmのキセノンエキシマランプを使用した。光源1の表面での放射照度は43mW/cm2である。
ラジカル源にIPA(イソプロピルアルコール)を使用した。それ以外の条件(窒素ガスの流量、照射条件、計測条件等)は、実施例1と同じである。計測結果を表1に表す。
ラジカル源にアセトンを使用した。それ以外の条件(窒素ガスの流量、照射条件、計測条件等)は、実施例1と同じである。計測結果を表1に表す。
ラジカル源にテトラヒドロフランを使用した。それ以外の条件(窒素ガスの流量、照射条件、計測条件等)は、実施例1と同じである。計測結果を表1に表す。
被処理物4としてニチアス株式会社製のPFA(パーフルフオロアルコキシアルカン)を使用し、ラジカル源に、エタノールを使用した。それ以外の条件(窒素ガスの流量、照射条件、計測条件等)は、実施例1と同じである。計測結果を表1に表す。
ラジカル源にIPA(イソプロピルアルコール)を使用した。それ以外の条件(窒素ガスの流量、照射条件、計測条件等)は、実施例5と同じである。計測結果を表1に表す。
ラジカル源にアセトンを使用した。それ以外の条件(窒素ガスの流量、照射条件、計測条件等)は、実施例5と同じである。計測結果を表1に表す。
ラジカル源にテトラヒドロフランを使用した。それ以外の条件(窒素ガスの流量、照射条件、計測条件等)は、実施例5と同じである。計測結果を表1に表す。
酸素原子を含む有機化合物を含まないガスの例として、窒素ガスのみを2L/minで送り込み、窒素ガスの雰囲気下で上述の紫外光を照射した結果を比較例として、表1に示す。比較例1は、被処理物4として淀川ヒューテック株式会社製のPTFEを使用しており、比較例2は、被処理物4としてニチアス株式会社製のPFAを使用している。その他の条件は、実施例と同じである。
上記第一実施形態(図6)の表面改質方法で、表面改質を行ったフッ素樹脂の表面をXPS(X線光電子分光)で分析した。XPSには、アルバック・ファイ株式会社製のPHI Quantera SXMを使用した。本分析の表面改質方法では、酸素原子を含む有機化合物としてエタノールを使用し、被処理物4として淀川ヒューテック株式会社製のPTFEを使用している。
2 :処理チャンバ
3 :ステージ
4 :被処理物
5 :ラジカル源含有液
6 :配管
7 :先端
8 :入側配管
9 :出側配管
10 :フッ素樹脂
20 :フッ素樹脂フィルム
30 :銅箔
40 :接着剤層
50,60:接合体
G1 :ラジカル源含有ガス
G2 :雰囲気ガス
G3 :ラジカル源含有ガス
L1 :紫外光
Claims (12)
- 酸素原子を含む有機化合物に、少なくとも205nm以下の波長域に強度を示す紫外光を照射して、前記有機化合物からラジカルを生成する工程と、
前記ラジカルをフッ素樹脂の表面に接触させて、前記表面に親水化層を形成する工程と、を含み、
酸素原子を含む前記有機化合物は、気体として存在するか、または、前記表面上に形成された液膜中に存在することを特徴とする、フッ素樹脂の表面改質方法。 - 前記有機化合物は、ヒドロキシ基、カルボニル基及びエーテル結合の少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項1に記載のフッ素樹脂の表面改質方法。
- 前記有機化合物は、アルコール、ケトン、アルデヒド及びフェノール類からなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項2に記載のフッ素樹脂の表面改質方法。
- 前記有機化合物は、炭素数が10以下のアルコール、及び炭素数が10以下のケトンからなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項3に記載のフッ素樹脂の表面改質方法。
- 前記有機化合物は、炭素数が2以上4以下のアルコール、及びアセトンからなる群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項4に記載のフッ素樹脂の表面改質方法。
- 前記親水化層は、実質的に、炭素原子、水素原子及び酸素原子から構成される層であることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載のフッ素樹脂の表面改質方法。
- 前記有機化合物は気体であることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載のフッ素樹脂の表面改質方法。
- 前記フッ素樹脂の前記表面に接触させた前記有機化合物に対し、前記紫外光を照射することを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載のフッ素樹脂の表面改質方法。
- 生成した前記ラジカルを前記フッ素樹脂の前記表面に吹き付けることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載のフッ素樹脂の表面改質方法。
- 前記紫外光はキセノンエキシマランプによって生成されたものであることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載のフッ素樹脂の表面改質方法。
- フッ素樹脂を表面に有する材料を準備する工程と、
請求項1~5のいずれか一項に記載のフッ素樹脂の表面改質方法により、前記フッ素樹脂の表面を改質する工程と、を含むことを特徴とする、表面改質されたフッ素樹脂の製造方法。 - 請求項1~5のいずれか一項に記載のフッ素樹脂の表面改質方法により改質された前記親水化層に、金属、樹脂又はセラミックからなる群から選択される材料を、一種又は二種以上を含んでなる材料を接合することを特徴とする、接合方法。
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