JPH03153859A - 表面改質プラスチック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、耐擦傷性が優れ撥水性の高いプラスチックに
関する。

（従来の技術） プラスチックの表面を改質する技術としては。

ゴム成形品上に高周波スパッタリング法を用いてフッ素
樹脂被膜を形成した後、金属又は無機物とフッ素樹脂と
の混合物被膜を形成することにより。

耐久性の向上及び表面の摩擦抵抗を軽減化する技術が知
られている（特開昭６０−６７６５５号）。

また、基板上にイオンビームスパッタリング法を用いて
ポリテトラフルオロエチレンのスパッタ膜又は硫化モリ
ブデンのスパッタ膜を形成した後。

ポリテトラフルオロエチレンのスパッタ膜を積層するこ
とにより耐久性に優れた固体潤滑膜を得る技術が知られ
ている（特開昭　６２−４１２９１号）。

（発明が解決しようとする課題） 前記高周波スパッタリング法を用いてプラスチックの表
面を改質する場合は、第１層目のフッ素樹脂と基板との
密着性に問題がある上１表面の耐擦傷性にも問題がある
。

また、前記イオンビームスパッタリング法を用いてプラ
スチックの表面を改質する場合も、膜の密着性及び耐擦
傷性に問題がある。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたも
のであり、その目的は、優れた耐擦傷性及び高い撥水性
を有すると共に優れた密着性を有する被膜を表面に形成
してなる表面改質プラスチックを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の表面改質プラスチックは、プラスチック基板上
に金属酸化物層が形成され、該金属酸化物層上に金属酸
化物及びフッ素系樹脂の混合層が積層されている点に特
徴を有しており、そのことにより上記目的が達成される
。

なお、前記金属酸化物層としては、たとえばＳｉｎ。

５ｉＯｚ、　ＡｈＯ＋、　１ｒ０２．　Ｍｇ［］　、　
Ｚｎ［］　、　ＴｉＯ２等の金属酸化物を一種又は複数
種を含む層があげられる。

また、基板に用いられるプラスチック基材の種類として
は、たとえばポリカーボネート、ポリエチレンテレフタ
レート、ポリメチルメタクリレート、塩化ビニル樹脂、
ポリスチレン、ポリイミド。

ポリプロピレン、ジエチレングリコール了りルカーポネ
ート、ポリエチレン、　ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルスル
フアン、ポリエーテルエーテルケトン等があげられる。

またその形態は、成形品であってもフィルムであっても
よい。

また、金属酸化物層の形成手段としてはスパッタリング
法、イオンブレーティング法、真空蒸着法等の物理蒸着
法、又はプラズマＣＶＤ法等の種々の方法が用いられる
。

なお、前記金属酸化物層上の混合層の上に更にフッ素系
樹脂層が接層されていることが一層好ましい。

（実施例） 以下１本発明の実施例について説明する。

第１図は９本発明の表面改質プラスチックの作成に使用
する被膜のうちの第１層目の形成に使用する真空蒸着装
置を示している。図中、　１３は真空槽を示し、該真空
槽１３は、ロータリーポンプと油拡散ポンプとの組合せ
よりなる排気装置１６にて適宜真空度（具体的にはＩ　
Ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下）に排気され、排気後にはバ
ルブ１１．１２の開閉操作によって酸素ガスが導入され
るようになっている。

前記真空槽１３内の下部には２個の水冷銅ハース１４、
１５が配置されており、その一方のハース１４にはＳ１
０×膜形成用の蒸発源Ａが充填され、他方のハース１５
にはＳｉＯｘ膜形成用の蒸発源Ｂが充填されるようにな
っている。該ハース１４．１５には電子銃１４ａ。

１５ａ（日本電子社製ＪＳＴ−１０ｃ）が夫々付設され
ており、該電子銃１４ａ、１５ａにて発生される電子は
。

高電圧の下で加速されると共に細く集束されて高エネル
ギー密度の電子ビームとされ、前記ハース１４、１５内
の蒸発源Ａ、　Ｂの表面に照射されるようになっている
。

前記真空槽１３内の上部には、前記ハース１４．１５に
対向する位置に、５０ｘ５０ｘ２　ｍｍのポリカーボネ
ート基板（以下、単に基板という）Ｃを取り付けるため
の取付治具１９が配置されている。該取付治具１９によ
って前記基板Ｃは前記蒸発源Ａ、　Ｂの表面から４０ｃ
ｍの距離に位置することとなる。なお。

該取付治具１９と前記ハース１４．１５との間にはシャ
ッタ１８を介在させである。

前記ハース１４．１５の蒸発源Ａ、Ｂは前記電子ビーム
の照射によって蒸発し、その蒸発に基づき。

前記取付治具１９にて支持される基板Ｃの表面に薄膜が
形成されるようになる。その薄膜形成の程度は、前記取
付治具１９の近傍に配置された水晶発振式膜厚モニタ１
０によってモニタリングされるようになっている。

第２図は本発明の表面改質プラスチックの作成。

特にその被膜のうちの第２層目以降の形成に使用するス
パッタリング装置を示している。図中、２３はスパッタ
室を示し、該スパッタリング室２３は。

ロータリーポンプと油拡散ポンプとの組合せよりなる排
気装置２１にて適宜真空度（具体的には２Ｘ１０−６Ｔ
ｏｒｒ以下）に排気され、排気後にはバルブ２２の開閉
操作によってスパッタガスとしてのアルゴンガスが導入
されるようになっている。

前記スパッタ室２３内の上部には、前記真空蒸着による
膜形成が行われた基板Ｃを吊下げ状態に支持する陽極２
４が配置されている。

前記スパッタ室２３の下部には、前記陽極２４に対向す
る位置に、シールド部材２６にてシールドされつつマツ
チング回路２７に接続された陰極としてのターゲット２
８が配置されている。なお、該ターゲット２８と前記陽
極２４との間にはシャッタ２５を介在させである。

前記スパッタ室２３内を排気した上でその室内へスパッ
タガスを導入しつつ、前記ターゲット２８に高周波を印
加し、その両極間で放電を行わせると。

前記ターゲット２８の表面から飛び出した原子は。

前記スパッタガスの導入された室内の雰囲気の活性イオ
ンと反応しつつ、対向の前記陽極２４側の基板Ｃに付着
し、その表面に薄膜が形成されることとなる。

第３図（側面図）及び第４図（平面図）は、前記ターゲ
ット２８の具体例を示すものである。該ターゲット２８
は１石英ガラス（Ｓｉｎ−）よりなる円板２８ａの上に
フッ素樹脂（具体的には厚さ２ＩＩｌｆｆｌのポリテト
ラフルオロエチレン）よりなる扇状片２８ｂを放射状と
なし且つ被覆率を０．１となして設けたものである。

前記真空蒸着装置及び前記スパッタリング装置を用いて
本発明の表面改質プラスチックを作成した具体的結果に
ついて以下に詳述する。

〈実施例１〉 先ず、第１図に示す真空蒸着装置を用いて真空槽１３内
を１　ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下に排気した後、マスフ
ローメータを用いて酸素ガスを導入しつつ、前記電子ビ
ームにてハースｌ内のＳｉＯを加熱し９表１に示す条件
にて前記基板Ｃの表面に約５００人の厚さとなるように
膜形成を行った。この後、酸素ガスの導入を止め、真空
を破ることなく引き続きハース２内のＳｌＯ□を加熱し
１表１に示す条件で３μｍの厚みになるように膜形成を
行った。このようにして得られたシリコン酸化物被覆の
基板Ｃを前記真空蒸着装置から取り出し、第２図に示す
スパッタリング装置のスパッタ室２３内の陽極２４に吊
下げ状態に取り付ける一方、第３図及び第４図に示すタ
ーゲット２８を前記陽極２４に対向配置した。この後、
スパッタ室２３内を２　ｘ　１０−’Ｔｏｒｒ以下に排
気した後、スパッタガスとしてＡｒガスをマスフローメ
ータを用いてスパッタ室２３内に導入し、その室内圧力
が３　Ｘ　１Ｏ−３Ｔｏｒｒになるようにガス流量を調
節し、陰極としてのターゲット２８に高周波を印加し。

出力５０Ｗで約ｌＯ分間、スパッタリングを行ない。

５００人の厚さの膜を前記シリンコン酸化物被覆済みの
基板Ｃの更なる表面に形成した。得られた被覆体表面の
緒特性は１次に示す各テストにて評価した。

■スチールウールテスト ５ｏｏｏのスチールウールを試料表面にある圧力で押し
当てた状態で、試料を２０回転させる。その後の膜の表
面状態を目視で観察し、膜表面に傷が付かないときの最
大圧力をもって耐擦傷性の指標とした。

■濡れ性テスト 水に対する接触角で評価した。

■膜の密着性テスト 基盤目テス）　ＪＩＳ　Ｋ５４００に従って評価した。

〈実施例２〉 用いた基板及びＳｉｎ　、　ＳｉＯ□の蒸着は実施例１
と同様にして行った。第２層目のポリテトラフルオロエ
チレンによる５ｉｎ２ターゲツトの被覆率を０．３にし
た以外は実施例１と同様にして行った。

〈実施例３〉 実施例２と同様にして得られた試料上に第３層目として
同じく第２図に示すスパッタリング装置により１００％
ポリテトラフルオロエチレンからなるターゲット及びス
パッタガスとしてのＡｒを用いて圧力３　Ｘ　１Ｏ−３
ＴｏｒｒでＲＦ出力５０Ｗで１分間のスパッタリングを
行った。

〈実施例４〜８〉 これらの実施例は表１に示した金属酸化物を用い１表１
に示した条件で各層の形成を行った。成膜条件及び試料
の耐擦傷性１表面濡れ性の結果を表１に示す。

く比較例１〉 被覆処理をしないポリカーボネート基板の耐擦傷性１表
面濡れ性の結果を表１に示す。

く比較例２〉 用いた基板及びＳｉ口、　５Ｉ０２の蒸着は実施例１と
同様にして行ない、第２層目以降の膜形成は行わなかっ
た。その他の成膜条件及び得られた試料の特性を表１に
示す。

く比較例３〉 ポリカーボネート基板に直接ポリテトラフルオロエチレ
ンの膜をスパッタリングにて形成した。

その他の成膜条件及び得られた試料の特性を表１に示す
。

く比較例４〉 実施例１と同じ条件で形成されたシリンコン酸化物層上
にポリテトラフルオロエチレンをターゲットに用いた実
施例３と同様に約５００人の厚さになるように膜形成を
行った。その他の成膜条件及び得られた試料の特性を表
１に示す。

（以下余白） これらの結果から明らかなように１本発明の表面改質プ
ラスチックにおいては、第１層目に金属酸化物層を設け
ることにより核層とプラスチック基板との密着性が第１
層目に混合物層を設ける従来の場合に比べて向上するよ
うになる。しかも核層と混合物層との密着性にも優れる
ようになる。

また第１層目の金属酸化物層の膜厚を厚くすることによ
り表面被覆されたプラスチックの耐擦傷性が向上する。

なお膜厚は用途によって適宜決めればよい。

また、第２層目の金属酸化物層とフッ素樹脂の混合物か
らなる層は１表面の撥水性を発現させるものであり、ス
パッタリング法を形成する際のターゲット組成を変える
ことによって撥水性を広範囲に制御することが可能であ
る。即ちターゲットの金属酸化物成分を多くすると、膜
の耐擦傷性は向上する反面、撥水性は低下するため、目
的に応じて適宜に前記ターゲット組成を定めればよい。

更に優れた撥水性が要求される場合は第３層目にフッ素
樹脂だけからなるターゲットを用いて膜形成するとよい
（実施例３）。第３層目の膜の密着性は、混合物層上に
形成されるため、直接金属酸化物上に膜形成する場合に
比べて飛躍的に向上する。

なお、前記真空蒸着による成膜速度は、３００〜４００
人／分程度であるが、成膜速度は基板が熱損傷を受けな
い範囲であれば高速度が好ましい。蒸着膜厚は目的に応
じて適宜決めればよく、厚いほど耐擦傷性に優れる。基
板がポリカーボネート樹脂よりなる場合は２μｍ以上で
あれば、極めて優れた耐擦傷性に発現する。また前記ス
パッタリング装置に用いるターゲットの被覆率は例えば
表１に示す如＜０．１〜０．７と種々変化させ得るが、
該被覆率は、目的に応じて適宜決めればよく１表面潤滑
性及び撥水性はこの面積比に比例して高くなる。また、
前述のように１表面被覆された基板の撥水性により、防
汚硬化が得られると共に表面の８１０２による帯電防止
効果も得られるようになる。

（発明の効果） 以上詳述したように９本発明の表面改質プラスチックに
あっては、プラスチック基板上に形成された金属酸化物
層並びにその上に積層された金属酸化物及びフッ素樹脂
の混合物よりなる表面被覆層の存在により、プラスチッ
ク表面に優れた耐擦傷性及び高い撥水性を有すると共に
密着性に優れた被膜が形成されるようになる。従って１
本発明によって従来の問題を解決し得る表面改質プラス
チックが得られることとなる。また前記表面被覆層上に
フッ素系樹脂層を更に積層しであるものは。

前記撥水性が更に改善され、−層有力な表面改質プラス
チックが得られることとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の表面改質プラス、チックにおける第１
層目の形成の際に使用する真空蒸着装置を示す概略構成
図、第２図は本発明の表面改質プラスチックにおける第
２層目以降の形成の際に使用するスパッタリング装置を
示す概略構成図、第３図は該スパッタリング装置内にて
用いるターゲットを示す側面図、第４図はその平面図で
ある。 １３−・・真空槽、　１４．１５−・・水冷銅ハース、
　１４ａ、　１５ａ・・・電子鉄、２３・・・スパッタ
室、２４・・・陽極、２８・・・ターゲラ）、　　Ａ、
　　Ｂ・・・蒸発源、Ｃ・・・基板。 以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．プラスチック基板上に金属酸化物層が形成され，該
   金属酸化物層上に金属酸化物及びフッ素系樹脂の混合層
   が積層されていることを特徴とする表面改質プラスチッ
   ク。
2. ２．前記混合層上にフッ素系樹脂層が積層されている請
   求項１に記載の表面改質プラスチック。