[go: up one dir, main page]

JP2024101271A - Surface-modified article - Google Patents

Surface-modified article Download PDF

Info

Publication number
JP2024101271A
JP2024101271A JP2023005157A JP2023005157A JP2024101271A JP 2024101271 A JP2024101271 A JP 2024101271A JP 2023005157 A JP2023005157 A JP 2023005157A JP 2023005157 A JP2023005157 A JP 2023005157A JP 2024101271 A JP2024101271 A JP 2024101271A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
article
fiber
treatment
materials
present disclosure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023005157A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
等 金澤
Hitoshi Kanazawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kana Labo
Original Assignee
Kana Labo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kana Labo filed Critical Kana Labo
Priority to JP2023005157A priority Critical patent/JP2024101271A/en
Publication of JP2024101271A publication Critical patent/JP2024101271A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Coating Of Shaped Articles Made Of Macromolecular Substances (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

To provide surface modification of an improved material.SOLUTION: In one aspect, the present disclosure provides a method for surface modification of a material, the method comprising (1) oxidizing the material so that the oxidation level of the surface of the material is in a specific numerical range when measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and (2) A. grafting the oxidized material, and/or B. treating the oxidized material with a hydrophilic polymer. In one aspect, the present disclosure provides a method for producing a fiber composite material in which the fiber material is included in the second material, the method comprising (1) oxidizing at least one of the fiber material and the second material, (2) after the oxidizing step, interfacing or bonding the fiber material and the second material, and (3) melting the second material to obtain a fiber composite material.SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、物品の表面改質に関する。特に、本開示は、表面改質して物品を作製する方法および表面改質された物品、ならびに表面改質された材料を使用した複合材料を含む物品を提供する。 The present disclosure relates to surface modification of articles. In particular, the present disclosure provides methods for making articles by surface modification and surface-modified articles, as well as articles including composite materials using surface-modified materials.

自動車部品、航空機部品、医療器具、電子機器など種々の製品において、異なる材料が一体となって形成された接着材料または複合材料が使用されている(国際公開第2005/075190号公報など)。接着材料または複合材料の強度は、特に異なる材料間の界面において不十分である場合があり、接着材料または複合材料の使用が制限され得る。そのため、異なる材料間の結合強度を向上させることが望まれる。 Adhesive materials or composite materials formed by integrating different materials are used in various products such as automobile parts, aircraft parts, medical devices, and electronic devices (e.g., International Publication No. 2005/075190). The strength of the adhesive material or composite material may be insufficient, especially at the interface between the different materials, which may limit the use of the adhesive material or composite material. Therefore, it is desirable to improve the bond strength between the different materials.

国際公開第2005/075190号公報International Publication No. WO 2005/075190

発明者は、本開示の表面改質およびこれを使用した複合材料が種々の物品に好適であることを見出した。本開示は、このような知見に基づき、表面改質して物品を作製する方法および表面改質された物品、ならびに表面改質された材料を使用した複合材料を含む物品を提供する。 The inventors have found that the surface modification of the present disclosure and composite materials using the same are suitable for various articles. Based on this finding, the present disclosure provides a method for producing an article by surface modification, a surface-modified article, and an article including a composite material using the surface-modified material.

したがって、本開示は以下を提供する。
(項目1)
表面改質した材料を含む物品を製造する方法であって、
材料を表面改質するステップであって、
(1)前記材料を酸化処理するステップと、
(2)酸化処理した前記材料を表面コーティングするステップと、
を含む、ステップ、ならびに
表面改質した材料から物品を成形するステップを含む、
方法。
(項目2)
前記物品が、バッテリーセパレータ、マスク、プラスチック部材、機体材料、風力発電ブレードの基材およびコーティング層、スポーツ用品、医療・衛生・化粧用品、移植デバイス、化粧用筆、スポンジ、筆記具部材、各種機器用部材、建築用部材、土木用部材、コーティング層を表面に含む物品、モーター摺動部の巻き付け材料、印刷用プラスチック、細胞培養関連品、浸透膜、粘着テープ、紙、玩具、異方性導電性フィルム、導電性接着剤を用いた実装チップ、照明器具、ディスプレイもしくはその表面のフィルム、スクリーン、遮音・吸音物品、防振物品、導電性物品、ならびに熱伝導性物品からなる群から選択される、前記項目のいずれかの方法。
(項目3)
前記プラスチック部材が、板、フィルム、布または糸を含み、前記機体材料が、船舶、航空機、自動車、ロケット、鉄道、ロボット、農業機械、車椅子、介護機器またはドローンの部材、自動車のボンネットまたは自動車用シート部材を含み、前記スポーツ用品が、ゴルフクラブのシャフト、釣竿、テニスラケット、スキーボードまたはスケートボードを含み、前記医療・衛生・化粧用品が、オムツ、生理用品、包帯、ガーゼ、テープ、消毒用貼付け布、各種清潔用途・洗顔パック、ナプキン、農業・乾燥地緑地化材料、合成紙、濾過材、拭き取り清掃用材料、歯列矯正用ブラケット、輸液・点滴用接続器具、注射器、ドレーン管、カニューラ類または関節を含み、前記移植デバイスが、人工臓器、人工関節、脊椎治療インプラントまたは歯科治療インプラントを含み、前記筆記具部材が、インクコレクター、インクレギュレーター、インクタンク、インク誘導芯、ペン芯、ペン中軸、中綿、インク吸蔵用スポンジまたは穂首を含み、前記細胞培養関連品が、細胞接着性制御材料または細胞固定機能材料を含み、前記建築用部材が、壁紙などの貼付用内装部材、壁材、床材、敷板、橋脚またはトンネル内壁を含み、前記コーティング層を表面に含む物品が、抗菌・抗ウイルスコーティング、光触媒コーティング、防錆コーティング、メッキ表面または蒸着表面を含む物品を含み、前記紙が、天然繊維、半合成繊維、化学繊維およびポリマーのうちの複数の材料で構成される合成紙を含み、前記導電性接着剤を用いた実装チップが、銀-エポキシ系導電性接着剤/錫メッキ界面を含む、前記項目のいずれかの方法。
(項目4)
前記物品が、表面改質したプラスチック不織布を含むバッテリーセパレータである、前記項目のいずれかの方法。
(項目5)
前記物品が、表面改質したプラスチック不織布を含むマスクである、前記項目のいずれかの方法。
(項目6)
前記材料が、鉄鋼・鉄合金、ステンレス、銅・銅合金、チタン・チタニウム合金、アルミニウム・アルミニウム合金、錫、亜鉛、タングステン超硬などの金属材料及びその酸化物、炭化ケイ素、炭素繊維、セルロース繊維、発砲体(フォーム)、ポリマー素材、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオキシメチレン(POM)樹脂、ポリアミド(ナイロン)、MCナイロン(登録商標)、シリコーン樹脂、およびフッ素樹脂から選択される素材を含む、前記項目のいずれかの方法。
(項目7)
前記物品が、粉体、繊維、織物、不織布、布、板、フィルム、シート、管、棒、中空容器、箱、発泡体、積層体、板、角材、丸材、丸鋼、丸管、管継手またはカップリング接手の形状を有する、前記項目のいずれかの方法。
(項目8)
前記酸化処理が、
(i)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C-O結合)/(全炭素結合)%が酸化処理前より約1~20%だけ増大するように実施されるか、
(ii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C-O結合)/(全炭素結合)%が約5~15%となるように実施されるか、
(iii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内のO/C原子数比が約0.03~0.2となるように実施されることを特徴とする、前記項目のいずれかの方法。
(項目9)
前記材料を表面改質するステップと、
前記材料と第2材料とを界面密着または接着させて接着材料を製造するステップと
を含み、前記接着材料から物品を成形するステップを含む、
前記項目のいずれかの方法。
(項目10)
前記物品が、移植デバイス、自動車用シート材料、各種機器用部材、建築用部材、土木用部材、およびスポーツ用品の心棒からなる群から選択される、前記項目のいずれかの方法。
(項目11)
前記移植デバイスが、人工関節、脊椎治療インプラント、または歯科治療インプラントを含み、前記スポーツ用品の心棒が、ゴルフシャフト、釣竿、またはラケットのグリップを含む、前記項目のいずれかの方法。
(項目12)
前記物品が、チタンとプラスチックとの複合材料を含む移植デバイスである、前記項目のいずれかの方法。
(項目13)
前記物品が、表面改質繊維と樹脂との複合材料を含むゴルフシャフトまたは釣竿である、前記項目のいずれかの方法。
(項目14)
前記界面密着または接着させるステップが、前記材料と第2材料との間に接着剤が存在する条件で実施される、前記項目のいずれかの方法。
(項目15)
前記材料を表面改質するステップから約1時間経過した後に、前記材料と第2材料とを界面密着または接着させるステップを実施する、前記項目のいずれかの方法。
(項目16)
繊維材料が第2材料内に含まれている繊維複合材料を含む物品を製造する方法であって、
(1)前記繊維材料および前記第2材料の少なくとも1つを酸化処理するステップと、
(2)前記酸化処理するステップの後に前記繊維材料と前記第2材料とを界面密着または接着させるステップと、
(3)前記第2材料を融解して、前記繊維複合材料を得るステップと、
(4)前記繊維複合材料から物品を成形するステップを含む、
を含む、方法。
(項目17)
前記物品が、スポーツ用品の心棒である、前記項目のいずれかの方法。
(項目18)
前記第2材料が樹脂材料である、前記項目のいずれかの方法。
(項目19)
前記酸化処理が、
(i)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C-O結合)/(全炭素結合)%が酸化処理前より約1~20%だけ増大するように実施されるか、
(ii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C-O結合)/(全炭素結合)%が約5~15%となるように実施されるか、
(iii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内のO/C原子数比が約0.03~0.2となるように実施されることを特徴とする、前記項目のいずれかの方法。
(項目20)
前記繊維複合材料における繊維材料の重量割合が約30%以下である、前記項目のいずれかの方法。
(項目21)
前記酸化処理するステップの前に、酸化処理する材料を洗浄するステップを含む、前記項目のいずれかの方法。
(項目22)
前記酸化処理するステップが、プラズマ処理、オゾン処理、紫外線照射処理、コロナ放電処理、高圧放電処理および化学酸化からなる群から選択される処理により酸化処理することを含む、前記項目のいずれかの方法。
(項目23)
前記表面コーティングするステップが、酸化処理した前記材料に
(ア)親水性ビニルモノマーをグラフトすること、
(イ)親水性モノマーをグラフトし、親水性ポリマーを塗布すること、または
(ウ)ビニルエステルモノマーをグラフトし、加水分解に供すること
を含む、前記項目のいずれかの方法。
(項目24)
前記項目のいずれかの方法により製造された物品。
(項目25)
第1材料と第2材料との界面密着または接着した接着材料を含む物品であって、
前記第1材料と前記第2材料との間の界面に沿って前記接着材料を切断して得られる第1材料側半材料および第2材料側半材料のうちの少なくとも一方の切断表面が、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に材料表面の深さ10nm以内の(C-O結合)/(全炭素結合)%が約5~15%である、物品。
(項目26)
長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験によって評価した場合に、破断点において切断されない、繊維複合材料を含む物品。
Thus, the present disclosure provides:
(Item 1)
1. A method of making an article comprising a surface-modified material, comprising:
Surface modifying the material, comprising:
(1) subjecting the material to an oxidation treatment;
(2) surface-coating the oxidized material;
and forming an article from the surface-modified material.
Method.
(Item 2)
The method of any of the preceding items, wherein the article is selected from the group consisting of battery separators, masks, plastic members, aircraft materials, base materials and coating layers of wind power blades, sporting goods, medical, sanitary and cosmetic products, transplant devices, makeup brushes, sponges, writing implement members, various equipment members, building members, civil engineering members, articles having a coating layer on their surface, wrapping materials for motor sliding parts, plastics for printing, cell culture-related products, permeable membranes, adhesive tapes, paper, toys, anisotropic conductive films, mounted chips using conductive adhesives, lighting equipment, displays or films on their surfaces, screens, soundproofing and sound absorbing articles, vibration-proofing articles, conductive articles, and thermally conductive articles.
(Item 3)
The plastic member includes a plate, a film, a cloth, or a thread; the airframe material includes a ship, an airplane, an automobile, a rocket, a railway, a robot, an agricultural machine, a wheelchair, a nursing equipment, or a drone component, an automobile bonnet, or an automobile seat component; the sporting goods include a golf club shaft, a fishing rod, a tennis racket, a skiboard, or a skateboard; the medical, sanitary, or cosmetic product includes a diaper, a sanitary product, a bandage, a gauze, a tape, a disinfectant patch, various cleaning and face packs, napkins, agricultural and dry land greening materials, synthetic paper, a filter material, a wiping and cleaning material, an orthodontic bracket, a connection device for infusion or drip, a syringe, a drain tube, a cannula, or a joint; and the transplant device includes an artificial organ, an artificial joint, a spinal treatment implant, or a dental treatment implant. the writing implement member includes an ink collector, an ink regulator, an ink tank, an ink guide core, a pen core, a pen shaft, a batting, an ink absorbing sponge or a pen head; the cell culture-related product includes a cell adhesiveness control material or a cell fixation functional material; the building member includes an interior component for application such as wallpaper, a wall material, a floor material, a decking, a bridge pier or a tunnel inner wall; the article having a coating layer on its surface includes an article having an antibacterial/antiviral coating, a photocatalytic coating, an anti-rust coating, a plated surface or a vapor deposition surface; the paper includes synthetic paper composed of a plurality of materials selected from the group consisting of natural fibers, semi-synthetic fibers, chemical fibers and polymers; and the mounted chip using the conductive adhesive includes a silver-epoxy conductive adhesive/tin plating interface.
(Item 4)
The method of any of the preceding items, wherein the article is a battery separator comprising a surface-modified plastic nonwoven fabric.
(Item 5)
The method of any of the preceding items, wherein the article is a mask comprising a surface-modified plastic nonwoven fabric.
(Item 6)
The method of any of the preceding items, wherein the material comprises a material selected from metal materials such as steel/iron alloys, stainless steel, copper/copper alloys, titanium/titanium alloys, aluminum/aluminum alloys, tin, zinc, and tungsten carbide, and oxides thereof, silicon carbide, carbon fiber, cellulose fiber, foam, polymer materials, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyoxymethylene (POM) resin, polyamide (nylon), MC Nylon (registered trademark), silicone resin, and fluororesin.
(Item 7)
The method of any of the preceding items, wherein the article has the shape of a powder, a fiber, a woven fabric, a nonwoven fabric, a cloth, a plate, a film, a sheet, a tube, a rod, a hollow container, a box, a foam, a laminate, a plate, a timber, a round timber, a round steel, a round tube, a pipe joint, or a coupling joint.
(Item 8)
The oxidation treatment is
(i) the oxidation is carried out so that the percentage of C-O bonds/total carbon bonds within a depth of 10 nm of the surface of the material is increased by about 1 to 20% compared to before the oxidation treatment, as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS);
(ii) the C-O bond/total carbon bond ratio within a depth of 10 nm of the surface of the material is about 5-15% as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS);
(iii) The method of any of the preceding items, characterized in that the method is carried out so that the O/C atomic ratio within a depth of 10 nm of the surface of the material is about 0.03 to 0.2 as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
(Item 9)
surface modifying the material;
and interfacially bonding or adhering the material to a second material to produce an adhesive material. And forming an article from the adhesive material.
2. The method of any of the preceding items.
(Item 10)
The method of any of the preceding items, wherein the article is selected from the group consisting of implantable devices, automotive seating materials, various machinery components, building components, civil engineering components, and sporting goods mandrels.
(Item 11)
The method of any of the preceding items, wherein the implant device comprises an artificial joint, a spinal implant, or a dental implant, and the sporting goods stem comprises a golf shaft, a fishing rod, or a racquet grip.
(Item 12)
The method of any of the preceding items, wherein the article is an implant device comprising a titanium and plastic composite material.
(Item 13)
The method of any of the preceding items, wherein the article is a golf shaft or fishing rod comprising a composite of surface modified fiber and resin.
(Item 14)
20. The method of any of the preceding claims, wherein the interfacial bonding or adhering step is performed in the presence of an adhesive between the material and a second material.
(Item 15)
2. The method of any of the preceding claims, further comprising performing a step of interfacially bonding or adhering the material to a second material about one hour after the step of surface modifying the material.
(Item 16)
1. A method of manufacturing an article comprising a fiber composite material, the fiber material being contained within a second material, comprising the steps of:
(1) subjecting at least one of the fiber material and the second material to an oxidation treatment;
(2) a step of interfacially adhering or bonding the fiber material and the second material after the step of performing the oxidation treatment;
(3) melting the second material to obtain the fiber composite material;
(4) molding an article from the fiber composite material;
A method comprising:
(Item 17)
The method of any of the preceding items, wherein the article is a sports equipment axle.
(Item 18)
2. The method of any of the preceding items, wherein the second material is a resin material.
(Item 19)
The oxidation treatment is
(i) the oxidation is carried out so that the percentage of C-O bonds/total carbon bonds within a depth of 10 nm of the surface of the material is increased by about 1 to 20% compared to before the oxidation treatment, as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS);
(ii) the C-O bond/total carbon bond ratio within a depth of 10 nm of the surface of the material is about 5-15% as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS);
(iii) The method of any of the preceding items, characterized in that the method is carried out so that the O/C atomic ratio within a depth of 10 nm of the surface of the material is about 0.03 to 0.2 as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
(Item 20)
2. The method of any of the preceding items, wherein the weight percentage of fibrous material in the fibrous composite material is about 30% or less.
(Item 21)
2. The method of any of the preceding items, comprising a step of washing the material to be oxidized prior to the step of oxidizing.
(Item 22)
The method according to any of the preceding items, wherein the step of oxidizing comprises oxidizing by a treatment selected from the group consisting of plasma treatment, ozone treatment, ultraviolet radiation treatment, corona discharge treatment, high voltage discharge treatment and chemical oxidation.
(Item 23)
The surface coating step includes: (a) grafting a hydrophilic vinyl monomer onto the oxidized material;
The method of any of the preceding items, comprising (a) grafting a hydrophilic monomer and applying a hydrophilic polymer, or (c) grafting a vinyl ester monomer and subjecting to hydrolysis.
(Item 24)
An article manufactured by any of the methods described above.
(Item 25)
1. An article comprising an adhesive material in interfacial contact or adhesion between a first material and a second material,
An article, wherein a cut surface of at least one of the first material side half material and the second material side half material obtained by cutting the adhesive material along the interface between the first material and the second material has a (C-O bond)/(total carbon bond)% of about 5 to 15% within a depth of 10 nm of the material surface when measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
(Item 26)
An article comprising a fibre composite material which, when assessed by a three-point bending test using a test piece 80 mm long, 10 mm wide and 2 mm thick, with a speed of 2 mm/min and a support distance of 40 mm, does not break at the breaking point.

本開示において、上記の1つまたは複数の特徴は、明示された組み合わせに加え、さらに組み合わせて提供され得ることが意図される。本開示のなおさらなる実施形態および利点は、必要に応じて以下の詳細な説明を読んで理解すれば、当業者に認識される。 In the present disclosure, it is contemplated that one or more of the above features may be provided in combinations in addition to those combinations explicitly stated. Still further embodiments and advantages of the present disclosure will be recognized by those skilled in the art upon reading and understanding the following detailed description, if necessary.

本開示は、高強度の物品や高い親水性を有する物品など優れた特性を有する物品を提供する。 The present disclosure provides articles with excellent properties, such as high strength articles and articles with high hydrophilicity.

酸化時間の異なるポリプロピレン試料のFTIR-ATRスペクトルを示す。FTIR-ATR spectra of polypropylene samples with different oxidation times are shown. 酸化ポリプロピレン試料のFTIR-ATRスペクトルの吸光度比と酸化処理時間との関係を示す。1 shows the relationship between the absorbance ratio in the FTIR-ATR spectrum of an oxidized polypropylene sample and the oxidation treatment time. 強度に酸化した超高分子ポリエチレン試料のFTIR-ATRスペクトルを示す。1 shows the FTIR-ATR spectrum of a highly oxidized ultra-high molecular weight polyethylene sample. ポリプロピレン試料の酸化時間とXPS測定における(A)C1sナロースペクトルおよび(B)O1sナロースペクトルとの関係を示す。1 shows the relationship between the oxidation time of a polypropylene sample and (A) the C1s narrow spectrum and (B) the O1s narrow spectrum in XPS measurement. ポリプロピレン試料のXPS-ナロースペクトルから求められたO1s/C1s軌道数の比と酸化処理時間との関係を示す。1 shows the relationship between the ratio of O1s/C1s orbitals determined from the XPS narrow spectrum of a polypropylene sample and the oxidation treatment time. ポリプロピレン試料のXPS-ナロースペクトルから求められた炭素結合の種類およびその割合(%)と酸化処理時間との関係を示す。The relationship between the type and percentage (%) of carbon bonds determined from the XPS narrow spectrum of a polypropylene sample and the oxidation treatment time is shown. ポリプロピレン試料の酸化処理時間と結合C-O-Hの数の存在割合(%)との関係を示す。The relationship between the oxidation treatment time of a polypropylene sample and the proportion (%) of the number of C—O—H bonds is shown. ポリプロピレン布の大気圧プラズマ放電処理時間とその試料の引張せん断強度の相対比を示す。The figure shows the relative ratio of the atmospheric pressure plasma discharge treatment time of polypropylene fabric and the tensile shear strength of the sample. ポリプロピレン布のオゾン処理時間と処理試料の引張せん断強度の相対強度との関係を示す。1 shows the relationship between the ozone treatment time of polypropylene fabric and the relative tensile shear strength of the treated samples. DHM処理ポリプロピレン板とアルミニウム板とを接着した試料における酸化処理時間と引張せん断強度との関係を示す。1 shows the relationship between the oxidation treatment time and the tensile shear strength for a sample in which a DHM-treated polypropylene plate and an aluminum plate are bonded together. (A)ポリプロピレン(PP)繊維/エポキシ樹脂の繊維複合材料についての3点曲げ試験における加重-変位曲線を示す。(B)超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)繊維/エポキシ樹脂の繊維複合材料についての3点曲げ試験における加重-変位曲線を示す。(A) shows the load-displacement curves in a three-point bending test for a fiber composite material of polypropylene (PP) fiber/epoxy resin, and (B) shows the load-displacement curves in a three-point bending test for a fiber composite material of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fiber/epoxy resin. 本開示の表面改質による水ぬれ性の改善を示す。Aは処理前のポリプロピレン布に水を添加した場合の写真である。Bは本開示の表面改質後のポリプロピレン布に水を添加した場合の写真である。Cは本開示の表面改質を中央のみに施したシリコーンゴムに水を添加した場合の写真である。The improvement of water wettability due to the surface modification of the present disclosure is shown. A is a photograph of the polypropylene cloth before treatment when water is added. B is a photograph of the polypropylene cloth after the surface modification of the present disclosure when water is added. C is a photograph of the silicone rubber with the surface modification of the present disclosure applied only to the center when water is added. 本開示の表面改質による接着性の改善を示す。本開示の表面改質を施すことで本来は接着しない発泡ポリエチレンに対し、紙とアルミ板がそれぞれ接着した。This shows the improvement in adhesion due to the surface modification of the present disclosure. By applying the surface modification of the present disclosure, paper and an aluminum plate were able to adhere to foamed polyethylene, which would not normally adhere to the surface. 本開示の表面改質による接着性の改善を示す。ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の2枚の板(上段:未処理、中段:プラズマ処理、下段:本開示の表面改質)を接着剤で張り付けた後に剥がした写真である。本開示の表面改質を施した場合には、剥がすのに強力な力を要し、PTFE板が歪んだ。The improvement in adhesion due to the surface modification of the present disclosure is shown in the photographs of two polytetrafluoroethylene (PTFE) plates (top: untreated, middle: plasma-treated, bottom: surface modification of the present disclosure) attached with adhesive and then peeled off. When the surface modification of the present disclosure was applied, a strong force was required to peel off the PTFE plate, and the PTFE plate was distorted. 本開示の表面改質による水性塗装性の改善を示す。TPX(登録商標)樹脂(ポリメチルペンテン)フィルムに対して水性塗装を行った場合の写真である。左は本開示の表面改質を行ったフィルムの結果を示し、右は未処理のフィルムの結果を示す。FIG. 1 shows the improvement in water-based paintability due to the surface modification of the present disclosure. Photographs of water-based paints on TPX® resin (polymethylpentene) film. The left shows the results of the film with the surface modification of the present disclosure, and the right shows the results of the untreated film. 本開示の表面改質による水性塗装性の改善を示す。シリコーン樹脂に対して水性塗装を行った場合の写真である。上段はプラズマ処理したシリコーン樹脂の経時的な結果を示し、下段は本開示の表面改質を行ったシリコーン樹脂の経時的な結果を示す。The improvement of water-based paintability by the surface modification of the present disclosure is shown. The photographs show the case where water-based paint is applied to a silicone resin. The upper part shows the result over time of the plasma-treated silicone resin, and the lower part shows the result over time of the silicone resin that has been surface-modified according to the present disclosure.

以下、本開示を最良の形態を示しながら説明する。本明細書の全体にわたり、単数形の表現は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。従って、単数形の冠詞(例えば、英語の場合は「a」、「an」、「the」など)は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。また、本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本開示の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書(定義を含めて)が優先する。 Hereinafter, the present disclosure will be described with reference to the best mode. Throughout this specification, singular expressions should be understood to include the concept of the plural form, unless otherwise specified. Thus, singular articles (e.g., in the case of English, "a", "an", "the", etc.) should be understood to include the concept of the plural form, unless otherwise specified. In addition, it should be understood that the terms used in this specification are used in the sense commonly used in the field, unless otherwise specified. Therefore, unless otherwise defined, all technical terms and scientific and technical terms used in this specification have the same meaning as commonly understood by those skilled in the art to which this disclosure belongs. In the case of conflict, the present specification (including definitions) will take precedence.

以下に本開示を、必要に応じて、添付の図面を参照して例示の実施例により説明する。本明細書の全体にわたり、単数形の表現は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。また、本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本開示の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書(定義を含めて)が優先する。 The present disclosure will now be described by way of illustrative examples, with reference to the accompanying drawings, where necessary. Throughout this specification, the singular form should be understood to include the concept of the plural form, unless otherwise specified. In addition, it should be understood that the terms used in this specification are used in the same sense as commonly used in the art, unless otherwise specified. Therefore, unless otherwise defined, all technical and scientific terms used in this specification have the same meaning as commonly understood by those skilled in the art to which this disclosure belongs. In the case of conflict, the present specification (including definitions) will take precedence.

以下に本明細書において特に使用される用語の定義および/または基本的技術内容を適宜説明する。 The following provides definitions of terms used specifically in this specification and/or provides basic technical information as appropriate.

(定義等)
本明細書において「物品」とは、1つまたは複数の材料(複合材料を含む)から成形された物質を指し、特定用途における使用が企図される。物品は、販売される形態の物質の全体である必要はなく、その一部を構成する部材であってもよい。本明細書において特に断りが無ければ、任意の材料に関する記載は任意の物品に関する記載であることが企図される。
(Definitions, etc.)
As used herein, an "article" refers to a substance formed from one or more materials (including composite materials) and contemplated for use in a particular application. The article need not be the entire substance in its commercial form, but may be a component that constitutes a portion thereof. Unless otherwise specified, any reference to any material in this specification is intended to be a reference to any article.

本明細書において「複合材料」とは、異なる複数の材料(同じ素材であってもよい)が一体となって成形された材料を指す。例えば、複合材料は、材料間を界面密着または接着した成形品、または材料の少なくとも一部が溶解または融解され、溶解または融解された部分同士を混合し、固化した成形品などであり得る。特に、材料のうちの一つが繊維である複合材料を繊維複合材料と称し得る。また、本明細書において「接着材料」とは、材料間の接着によって作製された複合材料を指す。 In this specification, the term "composite material" refers to a material formed by integrating multiple different materials (which may be the same material). For example, a composite material may be a molded product in which materials are bonded or adhered to each other at an interface, or a molded product in which at least some of the materials are melted or fused, and the melted or fused parts are mixed together and solidified. In particular, a composite material in which one of the materials is fiber may be called a fiber composite material. In addition, in this specification, the term "adhesive material" refers to a composite material made by bonding materials.

本明細書において「X線光電子分光分析」(XPSと略記され得る)とは、測定対象試料表面にX線を照射すると光電子が放出されることを利用する分析法を指し、測定対象試料の表層部の分析法として広く用いられる方法である。XPSによれば、測定対象の試料表面における分析により取得されるX線光電子分光スペクトルを用いて定性分析および定量分析を行うことができる。試料表面から分析位置までの深さ(以下、「検出深さ」とも記載する。)と光電子取り出し角との間には、一般に次の式:
検出深さ≒電子の平均自由行程×3×sinθ
(式中、検出深さは、X線光電子分光スペクトルを構成する光電子の95%が発生する深さであり、θは光電子取り出し角である)
が成立し得る。上記の式から、光電子取り出し角が小さいほど試料表面からの深さが浅い部分が分析でき、光電子取り出し角が大きいほど深い部分が分析できることが理解される。例えば、光電子取り出し角10度でのXPSによって行われる分析では、通常、試料表面から深さ数nm程度のごく表層部が分析位置になる。XPSによって行われる分析により得られるX線光電子分光スペクトル(横軸:結合エネルギー(eV)、縦軸:強度)の中で、例えば、C1sスペクトルは、炭素原子Cの1s軌道のエネルギーピークに関する情報を含んでいる。測定範囲内の材料の元素組成は、例えば、ワイドスキャン測定(スキャン範囲:0~1000eV、エネルギー分解能:1eV/stepなど)により決定でき、例えば、各元素に対応する1sスペクトルのピーク面積から各元素の割合を算出することができる。ある特定の元素に関する結合状態は、ナロースキャン測定(スキャン範囲:その元素の1sスペクトル範囲、エネルギー分解能:0.1eVなど)により分析できる。例えば、C1sスペクトルにおいて、C-HおよびC-Cのピークは約284.6eVに位置し、C-Nのピークは約285.7eVに位置し、C-Oのピークは約286.1eVに位置し、C=Oのピークは約288eVに位置し、O-C-Oのピークは約289eVに位置する。その他の、炭素またはそれ以外の元素の結合ごとのeVピークの位置は公知であるかまたは当業者が容易に決定できる。XPS分析は、例えば、材料の0.1mmの面積の表面について実施することができる。
In this specification, "X-ray photoelectron spectroscopy" (which may be abbreviated as XPS) refers to an analytical method that utilizes the emission of photoelectrons when the surface of a sample to be measured is irradiated with X-rays, and is a method that is widely used as a method for analyzing the surface layer of a sample to be measured. XPS allows qualitative and quantitative analysis to be performed using the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum obtained by analyzing the surface of the sample to be measured. The relationship between the depth from the sample surface to the analysis position (hereinafter also referred to as "detection depth") and the photoelectron take-off angle is generally expressed by the following formula:
Detection depth ≒ electron mean free path × 3 × sin θ
(In the formula, the detection depth is the depth at which 95% of the photoelectrons constituting the X-ray photoelectron spectroscopy spectrum are generated, and θ is the photoelectron take-off angle.)
can be established. From the above formula, it can be understood that the smaller the photoelectron take-off angle, the shallower the depth from the sample surface can be analyzed, and the larger the photoelectron take-off angle, the deeper the depth can be analyzed. For example, in an analysis performed by XPS with a photoelectron take-off angle of 10 degrees, the analysis position is usually a very superficial layer about a few nm deep from the sample surface. Among the X-ray photoelectron spectroscopy spectra (horizontal axis: binding energy (eV), vertical axis: intensity) obtained by the analysis performed by XPS, for example, the C1s spectrum contains information on the energy peak of the 1s orbit of the carbon atom C. The elemental composition of the material within the measurement range can be determined, for example, by wide scan measurement (scan range: 0 to 1000 eV, energy resolution: 1 eV/step, etc.), and the ratio of each element can be calculated, for example, from the peak area of the 1s spectrum corresponding to each element. The bonding state of a certain element can be analyzed by narrow scan measurement (scan range: 1s spectrum range of that element, energy resolution: 0.1 eV, etc.). For example, in the C1s spectrum, the C-H and C-C peaks are located at about 284.6 eV, the C-N peak is located at about 285.7 eV, the C-O peak is located at about 286.1 eV, the C=O peak is located at about 288 eV, and the O-C-O peak is located at about 289 eV. Other eV peak positions for carbon or other elemental bonds are known or can be readily determined by one of ordinary skill in the art. XPS analysis can be performed, for example, on a surface of a 0.1 mm2 area of the material.

本明細書において「樹脂」とは、同一の重合性化合物の重合体または異なる構造の2つ以上の重合性化合物の重合体を指し、単一重合体(ホモポリマー)および共重合体(コポリマー)を含む。 In this specification, the term "resin" refers to a polymer of the same polymerizable compound or a polymer of two or more polymerizable compounds with different structures, and includes a homopolymer and a copolymer.

本明細書において、用語「約」は、特に別の定義が示されない限り、示された値プラスまたはマイナス10%を指す。比率について使用する「約」は、示された比(X:Yなどと記載される)の左の値(X)のプラスまたはマイナス10%の比を指す。「約」が、温度について使用される場合、示された温度プラスまたはマイナス5℃を指す。 As used herein, the term "about" refers to the indicated value plus or minus 10%, unless otherwise specified. When used with respect to ratios, "about" refers to a ratio of plus or minus 10% of the value (X) to the left of the indicated ratio (e.g., X:Y). When used with respect to temperature, "about" refers to the indicated temperature plus or minus 5°C.

(好ましい実施形態)
一つの局面において、本開示は、表面改質により種々の物品を製造する方法および表面改質された種々の物品を提供する。一つの実施形態において、本開示は、表面改質した材料を使用して作製された複合材料を含む物品を製造する方法およびそのようにして製造された物品を提供する。
Preferred Embodiments
In one aspect, the present disclosure provides methods of producing various articles by surface modification and various surface modified articles. In one embodiment, the present disclosure provides methods of producing articles, including composite materials made using surface modified materials, and the articles so produced.

本開示の表面改質の適用対象は、石油化学材料、木材、石材、金属材料、ガラス材料など任意の材料であり得るので、例えば、好適な物品として、バッテリーセパレータ(例えば、表面改質した(親水性が向上した)プラスチック不織布を含むもの)、マスク(例えば、表面改質した(親水性が向上した)プラスチック不織布を含むもの)、プラスチック部材(例えば、板、フィルム、布、糸など)、機体材料(例えば、船舶、鉄道、ロボット、航空機、自動車、ロケット、ドローンなどの部材、例えば、自動車のボンネット(例えば、PP製の室内カバー)、自動車用シート部材)、モーター部材(例えば、摺動部の巻き付け材料)、風力発電ブレードの基材およびコーティング層、スポーツ用品(例えば、ゴルフクラブのシャフト、釣竿、テニスラケット、スキーボード、スケートボード)、医療・衛生・化粧用品(例えば、オムツ、生理用品、包帯、ガーゼ、テープ、消毒用貼付け布、各種清潔用途・洗顔パック、ナプキン、農業・乾燥地緑地化材料、合成紙、濾過材、拭き取り清掃用材料、歯列矯正用ブラケット、医療用機器材料(輸液・点滴用接続器具、注射器、ドレーン管、カニューラ類、関節、管、糸、板)、移植デバイス(例えば、人工臓器、人工関節、脊椎治療インプラント、歯科治療インプラント)、化粧用筆、スポンジ、筆記具部材(例えば、インクコレクター、インクレギュレーター、インクタンク、インク誘導芯、ペン芯、ペン中軸、中綿、インク吸蔵用スポンジ、穂首)、各種機器用部材、建築用部材(壁紙などの貼付用内装部材、壁材、床材、敷板、橋脚、またはトンネル内壁など)、土木用部材、コーティング層を表面に含む物品(抗菌・抗ウイルスコーティング、光触媒コーティング、メッキ表面または蒸着表面を含む物品)、印刷用プラスチック(例えば、水性印刷用)、細胞培養関連品(細胞接着性制御材料、細胞固定機能材料など)、浸透膜(海水淡水化浸透膜)粘着テープ、紙(天然繊維、半合成繊維、化学繊維およびポリマーのうちの複数の材料で構成される合成紙など)、玩具、異方性導電性フィルム、導電性接着剤を用いた実装チップ(銀-エポキシ系導電性接着剤/錫メッキ界面など)、照明器具、ディスプレイもしくはその表面のフィルム、スクリーン、遮音・吸音物品、防振物品、導電性物品、ならびに熱伝導性物品が挙げられる。プラスチックとしては、ポリオレフィン(ポリプロピレンなど)、ナイロン、ポリエステルなどが挙げられ、本開示の表面改質が適用可能な材料として本明細書の別の箇所にも記載される。 The surface modification of the present disclosure can be applied to any material, such as petrochemical materials, wood, stone, metal materials, and glass materials. Suitable articles include, for example, battery separators (e.g., those containing a surface-modified (improved hydrophilicity) plastic nonwoven fabric), masks (e.g., those containing a surface-modified (improved hydrophilicity) plastic nonwoven fabric), plastic members (e.g., plates, films, cloth, threads, etc.), aircraft materials (e.g., members for ships, railways, robots, aircraft, automobiles, rockets, drones, etc., such as automobile bonnets (e.g., PP interior covers), automobile seat members), and motor parts. materials (e.g., wrapping materials for sliding parts), base materials and coating layers for wind power generation blades, sporting goods (e.g., golf club shafts, fishing rods, tennis rackets, skiboards, skateboards), medical, sanitary and cosmetic products (e.g., diapers, sanitary products, bandages, gauze, tapes, disinfectant patches, various sanitary and facial packs, napkins, agricultural and arid land greening materials, synthetic paper, filtration materials, wiping and cleaning materials, orthodontic brackets, medical equipment materials (infusion and drip connection devices, syringes, drainage tubes, cannulas, joints, tubes, threads, plates), transplant devices (e.g., artificial organs, artificial joints, spinal treatment implants), dental implants), cosmetic brushes, sponges, writing implement parts (e.g., ink collectors, ink regulators, ink tanks, ink guide cores, pen cores, pen shafts, batting, ink absorbing sponges, brush heads), various equipment parts, building parts (wallpaper and other interior parts for application, wall materials, floor materials, decking, bridge piers, tunnel inner walls, etc.), civil engineering parts, articles with a coating layer on the surface (antibacterial/antiviral coatings, photocatalytic coatings, articles with plated or vapor-deposited surfaces), printing plastics (e.g., for aqueous printing), cell culture related products (cell adhesion control materials, cell fixation functional materials, etc.), permeation membranes ( Examples of such materials include seawater desalination osmosis membranes, adhesive tapes, paper (such as synthetic paper composed of multiple materials selected from natural fibers, semi-synthetic fibers, chemical fibers, and polymers), toys, anisotropic conductive films, chips mounted using conductive adhesives (such as silver-epoxy conductive adhesive/tin-plated interfaces), lighting fixtures, displays or films on their surfaces, screens, sound-insulating and sound-absorbing articles, vibration-proof articles, conductive articles, and thermally conductive articles. Examples of plastics include polyolefins (such as polypropylene), nylon, and polyester, which are also described elsewhere in this specification as materials to which the surface modification of the present disclosure can be applied.

一つの実施形態において、本開示の表面改質した材料を使用して作製された複合材料を含む物品としては、移植デバイス(例えば、人工関節、脊椎治療インプラント、歯科治療インプラント;チタンとプラスチックとの複合材料など)、自動車用シート材料(ウレタンスポンジと繊維との複合材料など)、各種機器用部材、建築用部材、土木用部材(例えば、金属を含む複合材料(金属強化プラスチック、金属強化木材など)を含むもの)、スポーツ用品の心棒(例えば、ゴルフシャフト、釣竿、ラケットのグリップ;炭素繊維などの表面改質繊維と樹脂との複合材料など)が挙げられる。 In one embodiment, articles containing composite materials made using the surface-modified materials of the present disclosure include implant devices (e.g., artificial joints, spinal implants, dental implants; composite materials of titanium and plastic, etc.), automobile seat materials (composite materials of urethane sponge and fiber, etc.), various equipment components, building components, civil engineering components (e.g., those containing composite materials containing metal (metal-reinforced plastic, metal-reinforced wood, etc.)), and axles for sporting goods (e.g., golf shafts, fishing rods, racket grips; composite materials of surface-modified fibers such as carbon fiber and resin, etc.).

具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、造船・船舶(商船、作業船、艦艇、漁船、モーターボート、ヨット、クルーザーなど)の材料であり、接着性を改良した繊維とプラスチックからなる複合材料を用いた船舶の構造部材である。FRP船という船舶が公知であり、本開示の表面改質により製造された高強度FRPを船舶に使用して、船体の強化、軽量化、低コスト化が可能である。 In a specific embodiment, the article produced by carrying out the surface modification of the present disclosure is a material for shipbuilding and marine vessels (commercial ships, work boats, naval vessels, fishing boats, motorboats, yachts, cruisers, etc.), and is a structural component of a vessel that uses a composite material made of fibers and plastics with improved adhesiveness. A type of vessel known as an FRP vessel is well known, and by using high-strength FRP produced by the surface modification of the present disclosure in the vessel, it is possible to strengthen the hull, reduce its weight, and reduce costs.

別の具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、農業・乾燥地緑地化材料(農業ハウス、ハウス被覆資材、灌水資材、細霧設備機器、農ポリ、マルチ、果樹マルチ、防風・害虫・害獣網用など)であり、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリマーの不織布を吸水性にして、吸水した材料を配置して、保水が可能となる。 In another specific embodiment, the article produced by carrying out the surface modification of the present disclosure is an agricultural or dry land greening material (agricultural greenhouses, greenhouse covering materials, irrigation materials, mist equipment, agricultural polypropylene, mulch, fruit mulch, windbreak, insect and animal pest netting, etc.), in which nonwoven fabric of polymers such as polypropylene or polyethylene is made water absorbent and the absorbed material is placed to enable water retention.

別の具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、ポリマー発砲体(フォーム)と金属板を貼り合わせた防音・断熱性を有する壁材・床材である。ポリエチレン、ポリプロピレン、ウレタン樹脂スポンジなどは、通常接着できないが、本開示の表面改質を行うことで接着性のない発泡材料にアルミ板などの薄い金属板を強力に貼り付けることが可能になり、軽量な複合材料を提供できる。 In another specific embodiment, the article produced by carrying out the surface modification of the present disclosure is a wall or floor material with soundproofing and heat insulation properties, which is made by bonding polymer foam to a metal plate. Polyethylene, polypropylene, urethane resin sponge, etc. cannot normally be bonded, but by carrying out the surface modification of the present disclosure, it becomes possible to strongly bond a thin metal plate such as an aluminum plate to the non-adhesive foam material, providing a lightweight composite material.

別の具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、表面改質して接着剤または感圧粘着テープの付着性を増した敷板用材料である。敷板とは、農場や工事現場、建築物の床面に養生用として敷き詰める板状の材料である。プラスチック、ゴム、FRP、木材、金属、またはこれらの混合物の板材を、別に処理したプラスチック、ゴム、FRP、木材、金属、またはこれらの混合物の板材と貼り合わせる(必要に応じて感圧粘着テープを使用して)ことで拡大した板として成形できる。現在、ポリエチレン製の敷板を現場に運んで、PE製の粘着テープで繋いで、大サイズにして敷くという作業が行われるのが一般的であるが、PE敷板と感圧粘着テープとの間の接着力は弱いのでしばしば分離する。そこで、PE敷板のエッヂ部分を表面改質して接着性を改良した上で、PE製の粘着テープ(別に表面改質により接着性を改良したPEまたはその他のポリマーのテープでもよい)で接着することで、敷板を大サイズ化できる。 In another specific embodiment, the article produced by carrying out the surface modification of the present disclosure is a flooring material that has been surface modified to increase the adhesiveness of an adhesive or pressure-sensitive adhesive tape. A flooring is a plate-shaped material that is laid on the floor of a farm, a construction site, or a building for protection purposes. A sheet of plastic, rubber, FRP, wood, metal, or a mixture of these can be laminated (using a pressure-sensitive adhesive tape as necessary) with a sheet of plastic, rubber, FRP, wood, metal, or a mixture of these that has been treated separately to form an enlarged sheet. Currently, it is common to transport polyethylene flooring to the site, connect it with a PE adhesive tape, and lay it down in a large size, but the adhesive strength between the PE flooring and the pressure-sensitive adhesive tape is weak, so it often separates. Therefore, the edge portion of the PE flooring can be surface modified to improve its adhesiveness, and then adhered with a PE adhesive tape (or a tape of PE or other polymers whose adhesiveness has been improved by surface modification) to make the flooring large.

別の具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、表面改質して接着剤、感圧粘着テープ、または両面テープ粘着剤の付着性を増したポリマー製フィルム、発砲体、成形体またはフックである。市販の粘着フックは、プラスチック本体と粘着剤との間の付着力が低いために、耐荷重が限定的であるが、粘着剤を剥がして、プラスチック本体の付着する部分に本開示の表面改質処理を施せば、市販の両面テープで耐荷重を大きく増大できる。 In another specific embodiment, the article produced by the surface modification of the present disclosure is a polymer film, foam, molded body, or hook that has been surface modified to increase the adhesion of an adhesive, pressure sensitive adhesive tape, or double-sided tape adhesive. Commercially available adhesive hooks have limited load capacity due to low adhesion between the plastic body and the adhesive, but if the adhesive is peeled off and the surface modification treatment of the present disclosure is applied to the portion of the plastic body that is to be attached, the load capacity of the commercially available double-sided tape can be greatly increased.

別の具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、粘着剤の付着性を増した表面改質ポリマー製のテープ基材、シリコーン樹脂、フッ素樹脂製テープ、シート、または成形体である。本開示の表面改質によって、これまでにない、粘着剤を塗布した難接着性ポリマー材料の感圧粘着テープの製造が可能になる。 In another specific embodiment, the article produced by carrying out the surface modification of the present disclosure is a tape substrate made of a surface-modified polymer, a silicone resin, a fluororesin tape, a sheet, or a molded article that has increased adhesive properties for the adhesive. The surface modification of the present disclosure makes it possible to manufacture a pressure-sensitive adhesive tape made of a poorly adhesive polymer material coated with an adhesive, which has never been done before.

別の具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、水性塗装可能なプラスチック製玩具および成形体である。ポリエチレンやポリプロピレンに水性・油性塗装をしても、摩擦で剥がれるが、本開示の表面改質によれば、PE、PP、シリコーン樹脂素材の玩具に水性(油性)塗装が可能となる。塩化ビニルなどしばしば玩具に使用される素材は、残留モノマーの問題があるので、子供向けの玩具に使用するための代替素材を本開示は提供する。 In another specific embodiment, the article produced by carrying out the surface modification of the present disclosure is a plastic toy or molded object that can be painted with a water-based paint. Water-based or oil-based paint applied to polyethylene or polypropylene will peel off due to friction, but the surface modification of the present disclosure makes it possible to paint toys made of PE, PP, or silicone resin with a water-based (oil-based) paint. Materials often used in toys, such as polyvinyl chloride, have the problem of residual monomers, so the present disclosure provides an alternative material for use in children's toys.

別の具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、水性インク印刷の可能なプラスチック製フィルム、シートまたは成形物である。 In another specific embodiment, the article produced by the surface modification of the present disclosure is a plastic film, sheet or molding that can be printed with water-based inks.

別の具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、風力発電ブレードであり、本開示の表面改質により塗装を剥がれにくくすることで、傷みやすく、頻繁な修理が必要とされるブレードを安定に保護することができる。 In another specific embodiment, the article produced by carrying out the surface modification of the present disclosure is a wind power generation blade, and the surface modification of the present disclosure makes the paint less likely to peel off, thereby providing stable protection for the blade, which is prone to damage and requires frequent repairs.

別の具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、航空機、ヘリコプター、自動車などの機体であり、本開示の表面改質を行った複合材料は水性塗装が可能となる。 In another specific embodiment, the article produced using the surface modification of the present disclosure is an aircraft, helicopter, automobile, or other airframe, and the composite material that has been surface modified using the present disclosure can be water-based painted.

別の具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、本処理で接着性を改良した超高分子量PE製の板と木材との接着物であるスキー用具である。超高分子量PE(UHMWPE)は、高強度であり耐摩耗性に優れるので、アイススケートリンクなどに使用されるが、接着性が全くないので、通常他の材料との複合材料とすることはできない。しかし、本開示の表面改質処理を行った超高分子量PEは、他の材料と強力に接着できる。表面に凹凸をつけた超高分子量PEの凹凸面の接着性を改良して、木材とさらに強力に接着することもできる。木材の代わりに金属または繊維複合材料を使用することもできる。 In another specific embodiment, the article produced by carrying out the surface modification of the present disclosure is ski equipment that is an adhesion product between wood and a board made of ultra-high molecular weight PE whose adhesive properties have been improved by the present treatment. Ultra-high molecular weight PE (UHMWPE) is used for ice skating rinks and the like because of its high strength and excellent abrasion resistance, but it has no adhesive properties and cannot normally be made into a composite material with other materials. However, ultra-high molecular weight PE that has been subjected to the surface modification treatment of the present disclosure can strongly adhere to other materials. The adhesive properties of the uneven surface of ultra-high molecular weight PE with an uneven surface can be improved to provide even stronger adhesion to wood. Metal or fiber composite materials can also be used instead of wood.

具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品としては、プラスチック板を並べて両側からフィルム接着して一枚板にして大判としたもの(片面をフィルム接着した場合、フィルム面が弾性体なので、ヒンジの役目をするため、折り曲げてコンパクト化が可能である)、自転車の複合材丸パイプフレームをパイプ管接着したものなどが想定される。 In a specific embodiment, examples of articles that can be produced by carrying out the surface modification of the present disclosure include a large-sized single sheet made by lining up plastic plates and bonding film to both sides (when film is bonded to one side, the film surface is elastic and acts as a hinge, allowing it to be folded to make it more compact), and a composite round pipe frame for a bicycle bonded to a pipe tube.

具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品としては、ロボット、宇宙機器(ロケット)、航空機、農業機械(耕運機、トラクターなど)、車椅子、介護機器などが企図され、本開示の繊維複合材料(繊維強化プラスチックなど)を使用することで高強度で軽量な部材を作製することができる。 In a specific embodiment, articles produced by carrying out the surface modification of the present disclosure include robots, space equipment (rockets), aircraft, agricultural machinery (cultivators, tractors, etc.), wheelchairs, nursing care equipment, etc., and high-strength, lightweight components can be produced by using the fiber composite material (fiber-reinforced plastic, etc.) of the present disclosure.

具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、金属材料、風力発電ブレードなどの物品または難塗装性材料(プラスチック、ポリオレフィン(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン)など)の物品であり得、このような物品に対して本開示の表面改質を行うことで、物品の表面を親水化またはこれに接着性を付与できる。例えば、物品の特定の面だけに本開示の表面改質を行うことで、面により異なる特性を有する物品を調製でき、例えば、船体部材などに有用であり得る。また、金属材料のための錆止めコーティングや風力発電ブレードのためのコーティングなど、物品表面にコーティングを施す前に本開示の表面改質を行うことでコーティングが強固に結合され得る。 In a specific embodiment, the article produced by carrying out the surface modification of the present disclosure may be an article such as a metal material, a wind power generation blade, or an article made of a material that is difficult to paint (plastic, polyolefin (e.g., polyethylene, polypropylene, polymethylpentene), etc.), and by carrying out the surface modification of the present disclosure on such an article, the surface of the article can be made hydrophilic or adhesive. For example, by carrying out the surface modification of the present disclosure on only a specific surface of the article, an article having different properties depending on the surface can be prepared, which may be useful, for example, for ship hull members. In addition, by carrying out the surface modification of the present disclosure before applying a coating to the surface of the article, such as a rust-preventive coating for a metal material or a coating for a wind power generation blade, the coating can be firmly bonded.

具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、照明器具、フィルム、モニター、携帯電話の画面、各種スクリーンなどの樹脂(例えば、フッ素樹脂)製の物品であり、本開示の表面改質を行うことで、物品表面のコーティング(水性塗装を含む)が改善され、反射防止剤、酸化防止剤、撥水剤、防虫剤、蛍光剤などの塗布が可能になる。 In a specific embodiment, the article produced by carrying out the surface modification of the present disclosure is an article made of resin (e.g., fluororesin), such as a lighting fixture, film, monitor, mobile phone screen, or various screens, and carrying out the surface modification of the present disclosure improves the coating (including water-based paint) on the article surface, making it possible to apply anti-reflective agents, antioxidants, water repellents, insect repellents, fluorescent agents, etc.

具体的な実施形態において、本開示の表面改質を行って作製される物品は、紙、フィルムまたは成形物であり、繊維(天然繊維であっても半合成繊維であっても化学繊維であってもよい)に対して本開示の表面改質を行った材料と、紙パルプ材料、ポリマー(ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ乳酸、酢酸セルロース、ニトロセルロース、またはタンパク質材料(シルク、獣毛繊維など)との混合体から作製され得る。天然繊維の廃材(サトウキビ、パイナップル、麻、木綿など)を使用することができる。 In a specific embodiment, the article produced by carrying out the surface modification of the present disclosure is a paper, film or molding, and may be produced from a mixture of a material in which the surface modification of the present disclosure has been carried out on a fiber (which may be a natural fiber, a semi-synthetic fiber, or a chemical fiber) and a paper pulp material, a polymer (polyolefin, polyester, polylactic acid, cellulose acetate, nitrocellulose, or a protein material (silk, animal hair fiber, etc.). Natural fiber waste (sugar cane, pineapple, hemp, cotton, etc.) can be used.

一つの局面において、本開示の材料を表面改質して物品を製造する方法は、(1)材料の表面(例えば、10nm以内)の酸化レベルがX線光電子分光法(XPS)により測定した場合に特定の数値範囲となるように、材料を酸化処理するステップと、(2)酸化処理した材料を表面コーティングステップと、を含む。好ましい実施形態では、酸化処理するステップは、赤外線吸収スペクトルで検出可能なレベルを下回る材料の表面の酸化レベルを達成するように実施され得る。また、本開示は、表面改質した材料と第2材料とを界面密着または接着させるステップを含む、接着材料を含む物品を製造する方法を提供する。本明細書において、「界面密着させる」とは、材料間を直接結合させることを意味する。本明細書において、「接着させる」とは、材料間を接着剤を介して結合させることを意味する。本開示の表面改質により作製された材料は、従来の材料を代替できるので、材料を使用して物品を製造する工程は、従来の工程を使用できる。表面改質による材料表面の特性の変化を考慮して物品を製造する従来の工程に改変を加えてもよい。 In one aspect, a method for manufacturing an article by surface-modifying a material of the present disclosure includes (1) oxidizing the material so that the oxidation level of the surface of the material (e.g., within 10 nm) is within a specific range as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and (2) surface-coating the oxidized material. In a preferred embodiment, the oxidizing step can be performed to achieve an oxidation level of the surface of the material below a level detectable by infrared absorption spectroscopy. The present disclosure also provides a method for manufacturing an article including an adhesive material, comprising a step of interfacially adhering or bonding the surface-modified material and a second material. In this specification, "interfacially adhering" means directly bonding the materials. In this specification, "adhering" means bonding the materials via an adhesive. Since the material produced by the surface modification of the present disclosure can replace conventional materials, a conventional process can be used for manufacturing an article using the material. Modifications may be made to conventional processes for manufacturing articles in consideration of changes in the properties of the material surface due to the surface modification.

一つの局面において、本開示は、繊維材料が第2材料内に含まれている繊維複合材料を含む物品を製造する方法を提供し、方法は、(1)繊維材料および第2材料の少なくとも1つを酸化処理するステップと、(2)酸化処理するステップの後に繊維材料と第2材料との界面密着または接着させるステップと、(3)第2材料を融解して、繊維複合材料を得るステップと、を含む。好ましい実施形態では、第2材料は樹脂材料(ゴムを含む)である。本開示の方法により作製された繊維複合材料は、従来の材料を代替できるので、材料を使用して物品を製造する工程は、従来の工程を使用できる。複合材料の特性の変化を考慮して物品を製造する従来の工程に改変を加えてもよい。 In one aspect, the present disclosure provides a method for manufacturing an article including a fiber composite material in which a fiber material is contained within a second material, the method including the steps of (1) oxidizing at least one of the fiber material and the second material, (2) interfacially bonding or adhering the fiber material to the second material after the oxidizing step, and (3) melting the second material to obtain a fiber composite material. In a preferred embodiment, the second material is a resin material (including rubber). Since the fiber composite material made by the method of the present disclosure can replace conventional materials, the process for manufacturing an article using the material can be a conventional process. Modifications may be made to the conventional process for manufacturing an article to take into account changes in the properties of the composite material.

一つの局面において、本開示は、従来達成できなかったレベルの高強度の物品を提供する。 In one aspect, the present disclosure provides articles with a level of high strength not previously achievable.

(材料)
本開示において物品に含まれる表面改質、界面密着または接着させる材料は、特に限定されないが、ポリマー素材、金属、ガラス、セラミック、窒化アルミニウム、シリコン、窒化ケイ素、窒化ガリウム、炭素素材、木材、これらの複合素材の材料などが挙げられ、任意のこれらの材料間の界面密着または接着させることが企図される。
(material)
In the present disclosure, materials to be surface-modified, interfacially bonded or adhered to the surface of an article include, but are not limited to, polymer materials, metals, glass, ceramics, aluminum nitride, silicon, silicon nitride, gallium nitride, carbon materials, wood, composite materials thereof, and the like, and it is contemplated that interfacially bonded or adhered between any of these materials can be achieved.

一つの実施形態において、ポリマー素材(例えば、樹脂(ゴムを含む))として、(1)付加重合体:オレフィン、ビニル化合物、ビニリデン化合物およびその他の炭素-炭素二重結合を有する化合物からなる群から選ばれる単量体の単独重合体または共重合体、(2)フッ素樹脂:ポリテトラフルオロエチレン、パーフルオロアルコキシアルカン、パーフルオロエチレンープロピレン共重合体、パーフルオロエチレンプロペン共重合体、エチレンーテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチン、エチレンークロロトリフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレンーパーフルオロジオキソール共重合体、ポリフッ化ビニル、(3)重縮合体:ポリエステル(ポリエチレンテレフタレートや脂肪族および全芳香族ポリエステルを含む)、ポリカーボネート、ポリベンゾエート、ポリイミド、ポリアミド(ナイロンを始めとする脂肪族ポリアミドおよび芳香族ポリアミドを含む)、(4)付加縮合体:フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、またはこれらの重合体、(5)重付加生成物:ポリウレタン、ポリ尿素など、またはこれらの重合体、(6)開環重合体:シクロプロパン、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ラクトン、ラクタムなどの単独重合体または共重合体、(7)環化重合体:ジビニル化合物(例えば、1,4-ペンタジエン)、ジイン化合物(例えば、1,6-ヘプタジイン)などの単独重合体または共重合体、(8)異性化重合体:例えばエチレンとイソブテンの交互共重合体など、(9)電解重合体:ピロール、アニリン、アセチレンなどの単独重合体または共重合体、(10)ケイ素樹脂、シリコーン樹脂、(11)アルデヒドまたはケトンのポリマー、(12)ポリエーテルスルホン、(13)天然ポリマー:セルロース、タンパク質、多糖類などが挙げられる。その他のポリマー素材(例えば、樹脂)として、ポリアセタール、ポリフェノール、ポリフェニレンエーテル、ポリアルキルパラオキシベンゾエート、ポリイミド、ポリベンズイミダゾール、ポリ-p-フェニレンベンゾビスチアゾール、ポリ-p-フェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンズオキサゾール、繊維ではアセテート、炭素繊維、セルロース繊維、再生セルロース繊維(レーヨン、キュプラ、ポリノジック等)、ビニロン、ビニルアルコールと塩化ビニルの共重合体の繊維などが挙げられる。 In one embodiment, the polymer material (e.g., resin (including rubber)) is selected from the group consisting of: (1) addition polymer: a homopolymer or copolymer of a monomer selected from the group consisting of olefins, vinyl compounds, vinylidene compounds, and other compounds having a carbon-carbon double bond; (2) fluororesin: polytetrafluoroethylene, perfluoroalkoxyalkane, perfluoroethylene-propylene copolymer, perfluoroethylenepropene copolymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polychlorotrifluoroethyne, ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluorodioxole copolymer, polyvinyl fluoride; (3) polycondensate: polyester (including polyethylene terephthalate, aliphatic and wholly aromatic polyesters), polycarbonate, polybenzoate, polyimide, polyamide (including aliphatic polyesters such as nylon), (including polyamides and aromatic polyamides), (4) addition condensates: phenolic resins, urea resins, melamine resins, xylene resins, or polymers thereof, (5) polyaddition products: polyurethanes, polyureas, or polymers thereof, (6) ring-opening polymers: homopolymers or copolymers of cyclopropane, ethylene oxide, propylene oxide, lactones, lactams, or the like, (7) cyclized polymers: homopolymers or copolymers of divinyl compounds (e.g., 1,4-pentadiene), diyne compounds (e.g., 1,6-heptadiyne), or the like, (8) isomerized polymers: alternating copolymers of ethylene and isobutene, or the like, (9) electrolytic polymers: homopolymers or copolymers of pyrrole, aniline, acetylene, or the like, (10) silicon resins, silicone resins, (11) aldehyde or ketone polymers, (12) polyethersulfones, and (13) natural polymers: cellulose, proteins, polysaccharides, or the like. Other polymer materials (e.g., resins) include polyacetal, polyphenol, polyphenylene ether, polyalkyl paraoxybenzoate, polyimide, polybenzimidazole, poly-p-phenylene benzobisthiazole, poly-p-phenylene benzobisoxazole, polybenzothiazole, polybenzoxazole, and fibers such as acetate, carbon fiber, cellulose fiber, regenerated cellulose fiber (rayon, cupra, polynosic, etc.), vinylon, and fibers made from copolymers of vinyl alcohol and vinyl chloride.

ポリマー素材(例えば、樹脂(ゴムを含む))を形成する単量体としてのビニル化合物、ビニリデン化合物およびその他の炭素-炭素二重結合を有する化合物として、エチレン、プロピレン、ブテン-1、ペンテン-1、ヘキセン-1、4-メチル-ペンテン-1、オクテン-1、塩化ビニル、スチレン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸またはメタクリル酸のエステル、酢酸ビニル、ビニルエーテル類、ビニルカルバゾール、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン、イソブチレン、無水マレイン酸、無水ピロメリット酸、1ーブテン酸、四フッ化エチレン、三フッ化塩化エチレン、ブタジエン、イソプレン、クロロプレンなどが挙げられる。具体的なポリマー素材(例えば、樹脂、プラスチック)の例としては、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、アクリル、ポリ酢酸ビニル、AS(アクリロニトリル-スチレン共重合体)、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオキシメチレン(POM)、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアリルジグリコールカーボネート、ブタジエンを含む共重合体、合成ゴム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、レーヨン、キュプラ、ポリスチレン(PS)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリアラミド、ポリイミド、ポリアミド(ナイロン)、MCナイロン(登録商標)、ポリメチルペンテン(三井化学のTPX(登録商標))、ビニロン、木綿、麻、絹、羊毛、などが挙げられる。 Vinyl compounds, vinylidene compounds and other compounds having carbon-carbon double bonds as monomers that form polymer materials (e.g., resins (including rubber)) include ethylene, propylene, butene-1, pentene-1, hexene-1, 4-methyl-pentene-1, octene-1, vinyl chloride, styrene, acrylic acid, methacrylic acid, esters of acrylic acid or methacrylic acid, vinyl acetate, vinyl ethers, vinylcarbazole, acrylonitrile, vinylidene chloride, vinylidene fluoride, isobutylene, maleic anhydride, pyromellitic anhydride, 1-butenoic acid, tetrafluoroethylene, trifluorochloroethylene, butadiene, isoprene, chloroprene, etc. Specific examples of polymer materials (e.g., resins, plastics) include polyester, polypropylene, polyethylene, polyolefin, acrylic, polyvinyl acetate, AS (acrylonitrile-styrene copolymer), ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), polytetrafluoroethylene, polyoxymethylene (POM), polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyallyl diglycol carbonate, copolymers containing butadiene, synthetic rubber, polyether ether ketone (PEEK), rayon, cupra, polystyrene (PS), polyphenylene sulfide (PPS), polyaramid, polyimide, polyamide (nylon), MC nylon (registered trademark), polymethylpentene (Mitsui Chemicals' TPX (registered trademark)), vinylon, cotton, linen, silk, wool, etc.

一つの実施形態において、ポリマー素材(例えば、樹脂)は、単独種のポリマーから形成されていてもよいし、複数種のポリマーの混合物から形成されていてもよい。一つの実施形態において、ポリマー素材(例えば、樹脂)は、熱可塑性であってもよいし、熱硬化性であってもよい。 In one embodiment, the polymeric material (e.g., resin) may be formed from a single type of polymer or a mixture of multiple types of polymers. In one embodiment, the polymeric material (e.g., resin) may be thermoplastic or thermosetting.

一つの実施形態において、金属素材は、鉄鋼・鉄合金、ステンレス、銅・銅合金、チタン・チタニウム合金、アルミニウム・アルミニウム合金、錫、亜鉛、タングステン超硬およびそれらの酸化物などが挙げられる。 In one embodiment, the metal material may be steel, iron alloy, stainless steel, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, aluminum, aluminum alloy, tin, zinc, tungsten carbide, or oxides thereof.

一つの実施形態において、物品(または材料)は、粉体、繊維、織物、不織布、布、板、フィルム、シート、管、棒、中空容器、箱、発泡体、積層体などの形状を有し得るが、特に限定されない。一つの実施形態において、例えば金属製の物品(または材料)は、板、角材、丸材、丸鋼、丸管、管継手またはカップリング接手の形状を有する。 In one embodiment, the article (or material) may have a shape such as, but is not limited to, a powder, fiber, woven fabric, nonwoven fabric, cloth, plate, film, sheet, tube, rod, hollow container, box, foam, laminate, etc. In one embodiment, for example, the metal article (or material) has a shape of a plate, square timber, round timber, round steel, round tube, pipe joint, or coupling joint.

一つの実施形態において、材料(例えば、ポリマー素材)には、酸化防止剤、安定剤、造核剤、難燃剤、充填剤、発泡剤、帯電防止剤などの添加剤が含まれていてもよい。 In one embodiment, the material (e.g., a polymeric material) may include additives such as antioxidants, stabilizers, nucleating agents, flame retardants, fillers, foaming agents, and antistatic agents.

(処理)
一つの実施形態において、表面改質処理の前に、材料の表面を洗浄して不純物を除去してもよい。一つの実施形態において、材料の溶解度パラメータと約0.5~10、例えば、約0.5、約1、約1.5、約2、約3、約4、約5、約6、約7、約8、約9、約10またはこれらの値のうち任意の2つの間の範囲だけ異なるSP値を有する溶剤または溶剤の混合物で材料が洗浄され得る。例えば、ポリオレフィン、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどはアルコールまたはトルエンで洗浄することが好ましく行われる。アセテート、ナイロン、ポリエステル、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、ポリカーボネート、ポリウレタンなどはアルコールで洗浄するのが好ましい。レーヨン、キュプラなどのセルロース系材料は洗剤で洗浄後、アルコールで洗浄するのが好ましい。一つの実施形態において、シリコーンオイルは、本明細書に記載の酸化処理するステップにおいて材料表面の酸化を阻害し得るので、除去ずることが好ましい。シリコーンオイルを除去するために、例えば、溶解度パラメータ=約7~10(例えば、約7、約8、約9、約10またはこれらの値のうち任意の2つの間の範囲など)の溶剤、イソプロピルアルコール、naxシリコンオフSP(日本ペイント)などの洗浄剤で材料の表面を洗浄してもよい。一つの実施形態において、材料は、材料の体積の約0.05~1倍、例えば、約0.05、約0.1、約0.2、約0.3、約0.4、約0.5、約0.7、約1倍またはこれらの値のうち任意の2つの間の範囲の体積の洗浄剤で洗浄され得る。一つの実施形態において、材料は2~5回洗浄剤で洗浄され得る。一つの実施形態において、洗浄は、材料の表面を溶解しないような溶剤および温度の組み合わせで実施され得る。
(process)
In one embodiment, the surface of the material may be washed to remove impurities prior to the surface modification treatment. In one embodiment, the material may be washed with a solvent or mixture of solvents having an SP value that differs from the solubility parameter of the material by about 0.5 to 10, for example, about 0.5, about 1, about 1.5, about 2, about 3, about 4, about 5, about 6, about 7, about 8, about 9, about 10, or a range between any two of these values. For example, polyolefins, silicone resins, fluororesins, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, etc. are preferably washed with alcohol or toluene. Acetate, nylon, polyester, polystyrene, acrylic resins, polyvinyl acetate, polycarbonate, polyurethane, etc. are preferably washed with alcohol. Cellulosic materials such as rayon and cupra are preferably washed with detergent and then with alcohol. In one embodiment, silicone oil is preferably removed because it may inhibit oxidation of the material surface in the oxidation treatment step described herein. To remove silicone oil, the surface of the material may be washed with a cleaning agent such as, for example, a solvent with a solubility parameter of about 7-10 (e.g., about 7, about 8, about 9, about 10, or a range between any two of these values), isopropyl alcohol, nax Silicon Off SP (Nippon Paint), etc. In one embodiment, the material may be washed with a volume of cleaning agent of about 0.05 to 1 times the volume of the material, for example, about 0.05, about 0.1, about 0.2, about 0.3, about 0.4, about 0.5, about 0.7, about 1, or a range between any two of these values. In one embodiment, the material may be washed with the cleaning agent 2-5 times. In one embodiment, the washing may be performed with a combination of solvent and temperature that does not dissolve the surface of the material.

一つの実施形態において、表面改質処理の前に、材料表面に傷をつける(やすりでこするなど)ことで粗面化処理してもよく、この処理によって界面密着または接着する面積が増え、形成される複合材料の強度が向上し得る。一つの実施形態において、表面改質処理の前に、材料(特に、ポリマー素材)を含浸処理してもよい。含浸処理とは、材料に親和性のある化合物(含浸剤)を材料の軟化点以下の温度で接触させて、含浸剤を材料表面に導入する処理である。含浸処理によって、材料が実質的に変形しないことが好ましい。含浸剤が材料の非結晶領域にしみ込んで、材料内部に隙間が形成され得る。含浸処理は、表面改質処理における酸化処理するステップ、グラフト化するステップなどを容易にし得る。材料に親和性のある任意の化合物が含浸剤として使用され得る。一つの実施形態において、含浸剤は、材料の溶解度パラメータ(SP値)より約0.5、約1、約2、約3、約4または約5だけ異なるSP値を有する溶剤または溶剤の混合物であり得る。常温で材料を溶解する溶剤であっても、低温かつ/または短時間で使用すれば含浸剤として使用され得る。含浸剤は、材料の種類に対応して選択することができ、例えば、ポリプロピレン材料には、トルエン、キシレン、デカリン、テトラリン、シクロヘキサン、ジクロロエタン1容量およびエタノール4容量の混合物などを含浸剤として使用でき、ポリエチレン材料には、トルエン、キシレン、α-クロルナフタレン、ジクロロベンゼン1容量およびメタノール1容量の混合物などを含浸剤として使用でき、ポリスチレン材料には、トルエン1容量およびメタノール10容量の混合物などを含浸剤として使用でき、ポリエチレンテレフタレート材料には、フェノール1容量およびヘキサン10容量の混合物などを含浸剤として使用でき。 In one embodiment, before the surface modification treatment, the surface of the material may be roughened by scratching (such as by scraping with a file), which increases the area of interfacial adhesion or bonding, and may improve the strength of the composite material formed. In one embodiment, before the surface modification treatment, the material (particularly the polymer material) may be impregnated. The impregnation treatment is a process in which a compound (impregnant) that has affinity for the material is brought into contact with the material at a temperature below the softening point of the material to introduce the impregnant into the material surface. It is preferable that the material is not substantially deformed by the impregnation treatment. The impregnant may penetrate into the amorphous region of the material to form gaps inside the material. The impregnation treatment may facilitate the oxidation step, grafting step, etc. in the surface modification treatment. Any compound that has affinity for the material may be used as the impregnant. In one embodiment, the impregnant may be a solvent or mixture of solvents having a solubility parameter (SP value) that differs from the solubility parameter (SP value) of the material by about 0.5, about 1, about 2, about 3, about 4, or about 5. Even if the solvent dissolves the material at room temperature, it can be used as an impregnating agent if it is used at a low temperature and/or for a short time. The impregnating agent can be selected according to the type of material. For example, for polypropylene materials, a mixture of toluene, xylene, decalin, tetralin, cyclohexane, 1 volume of dichloroethane, and 4 volumes of ethanol can be used as an impregnating agent; for polyethylene materials, a mixture of toluene, xylene, α-chloronaphthalene, 1 volume of dichlorobenzene, and 1 volume of methanol can be used as an impregnating agent; for polystyrene materials, a mixture of 1 volume of toluene and 10 volumes of methanol can be used as an impregnating agent; and for polyethylene terephthalate materials, a mixture of 1 volume of phenol and 10 volumes of hexane can be used as an impregnating agent.

一つの実施形態において、本開示の表面改質は、材料表面を酸化処理するステップを含む。一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、この材料の表面の深さ10nm以内の(主要な元素と酸素との結合(例えば、C-O結合、Si-O結合など))/(全同元素(例えば、炭素、ケイ素)結合)%が、酸化処理前より約1~20%、約1.5~15%、または約2~10%だけ増大するように実施され得る。一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、この材料の表面の深さ10nm以内の(主要な元素と酸素との結合(例えば、C-O結合、Si-O結合など))/(全同元素(例えば、炭素、ケイ素)結合)%が、約3~25%、約4~20%または約5~15%となるように実施され得る。 In one embodiment, the surface modification of the present disclosure includes a step of oxidizing the surface of the material. In one embodiment, the oxidation treatment of the material can be performed so that the percentage of bonds between major elements and oxygen (e.g., C-O bonds, Si-O bonds, etc.)/total bonds of the same element (e.g., carbon, silicon) within a depth of 10 nm of the surface of the material is increased by about 1-20%, about 1.5-15%, or about 2-10% from before the oxidation treatment, as measured by XPS. In one embodiment, the oxidation treatment of the material can be performed so that the percentage of bonds between major elements and oxygen (e.g., C-O bonds, Si-O bonds, etc.)/total bonds of the same element (e.g., carbon, silicon) within a depth of 10 nm of the surface of the material is increased by about 3-25%, about 4-20%, or about 5-15%.

一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、この材料の表面の深さ10nm以内の水素を除く全原子中の酸素原子の割合が、酸化処理前より約1~20%、約1.5~15%または約2~10%だけ増大するように実施され得る。一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、この材料の表面の深さ10nm以内の水素を除く全原子中の酸素原子の割合が、約3~25%、約4~20%または約5~15%となるように実施され得る。 In one embodiment, the oxidation treatment of the material can be performed so that the percentage of oxygen atoms among all atoms excluding hydrogen within a depth of 10 nm from the surface of the material increases by about 1-20%, about 1.5-15%, or about 2-10% from before the oxidation treatment when measured by XPS. In one embodiment, the oxidation treatment of the material can be performed so that the percentage of oxygen atoms among all atoms excluding hydrogen within a depth of 10 nm from the surface of the material increases by about 3-25%, about 4-20%, or about 5-15% when measured by XPS.

一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、ブロック状のポリプロピレン素材の材料の表面の深さ10nm以内の(C-O結合)/(全炭素結合)%が、酸化処理前より約1~20%、約1.5~15%、または約2~10%だけ増大するような条件で実施され得る。一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、ブロック状のポリプロピレン素材の材料の表面の深さ10nm以内の(C-O結合)/(全炭素結合)%が、約3~25%、約4~20%または約5~15%となるような条件で実施され得る。 In one embodiment, the oxidation treatment of the material can be carried out under conditions such that the percentage of (C-O bonds)/(total carbon bonds) within a depth of 10 nm of the surface of the block-shaped polypropylene material increases by about 1-20%, about 1.5-15%, or about 2-10% from before the oxidation treatment when measured by XPS. In one embodiment, the oxidation treatment of the material can be carried out under conditions such that the percentage of (C-O bonds)/(total carbon bonds) within a depth of 10 nm of the surface of the block-shaped polypropylene material increases by about 3-25%, about 4-20%, or about 5-15% when measured by XPS.

一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、ブロック状のポリプロピレン素材の材料の表面の深さ10nm以内の水素を除く全原子中の酸素原子の割合が、酸化処理前より約1~20%、約1.5~15%または約2~10%だけ増大するような条件で実施され得る。一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、ブロック状のポリプロピレン素材の材料の表面の深さ10nm以内の水素を除く全原子中の酸素原子の割合が、約3~25%、約4~20%または約5~15%となるような条件で実施され得る。 In one embodiment, the oxidation treatment of the material can be carried out under conditions such that, when measured by XPS, the ratio of oxygen atoms among all atoms excluding hydrogen within a depth of 10 nm from the surface of the block-shaped polypropylene material increases by about 1-20%, about 1.5-15%, or about 2-10% from before the oxidation treatment. In one embodiment, the oxidation treatment of the material can be carried out under conditions such that, when measured by XPS, the ratio of oxygen atoms among all atoms excluding hydrogen within a depth of 10 nm from the surface of the block-shaped polypropylene material increases by about 3-25%, about 4-20%, or about 5-15%.

一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、ブロック状のポリプロピレン素材の材料の表面の深さ10nm以内の酸素原子/炭素原子比が、酸化処理前より約1~20%、約1.5~15%または約2~10%だけ増大するような条件で実施され得る。一つの実施形態において、材料の酸化処理は、XPS測定した場合に、ブロック状のポリプロピレン素材の材料の表面の深さ10nm以内の酸素原子/炭素原子比が、約3~25%、約4~20%または約5~15%となるような条件で実施され得る。 In one embodiment, the oxidation treatment of the material can be carried out under conditions such that the oxygen atom/carbon atom ratio within 10 nm of the surface of the block-shaped polypropylene material is increased by about 1-20%, about 1.5-15%, or about 2-10% from before the oxidation treatment when measured by XPS. In one embodiment, the oxidation treatment of the material can be carried out under conditions such that the oxygen atom/carbon atom ratio within 10 nm of the surface of the block-shaped polypropylene material is increased by about 3-25%, about 4-20%, or about 5-15% when measured by XPS.

上記のXPS測定における線源は、例えば、Cr Kα線、Al Kα線などであり得る。上記のXPS測定における入射角は、例えば、約10°、約20°、約30°、約40°、約50°、約60°、約70°、約80°または約90°であり得る。上記のXPS測定における取り出し角は、例えば、約10°、約20°、約30°、約40°、約50°、約60°、約70°、約80°または約90°であり得る。上記のXPS測定における原子数または結合数は、1sの測定結果のみから得られた値であり得る。上記のXPS測定は、酸化処理後、材料を洗浄して実施され得る。 The radiation source in the above XPS measurement may be, for example, Cr Kα radiation, Al Kα radiation, etc. The incident angle in the above XPS measurement may be, for example, about 10°, about 20°, about 30°, about 40°, about 50°, about 60°, about 70°, about 80°, or about 90°. The take-off angle in the above XPS measurement may be, for example, about 10°, about 20°, about 30°, about 40°, about 50°, about 60°, about 70°, about 80°, or about 90°. The number of atoms or the number of bonds in the above XPS measurement may be a value obtained only from the measurement result of 1s. The above XPS measurement may be performed by cleaning the material after the oxidation treatment.

酸化処理による酸素の導入の程度は、赤外線吸収スペクトルでも測定でき、例えば、酸化処理した材料において導入されたカルボニル基に基づく吸収の吸光度と、未変化の結晶部分の構造に基づく吸収の吸光度との比により評価でき、例えばポリプロピレン材料の場合には、導入されたカルボニル基に基づく1710cm-1付近の吸光度と未変化の結晶部分メチル基に基づく吸収の973cm-1での吸光度の比が酸素の導入の指標となり得る。しかし、発明者らは、一般に赤外線吸収スペクトルで検出可能な程度の酸化処理は過度であり、むしろ接着材料または複合材料の強度を低下させ得ることを見出し、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に上記の特定の数値範囲となるような酸化処理の程度が好ましいことを見出した。特に、繊維形状またはフィルム形状の材料を使用した接着材料または複合材料において過度の酸化処理は強度の低下をもたらし得る。酸化処理の程度は、処理の時間などを調整することによって当業者が容易に設定できる。 The degree of oxygen introduction by oxidation treatment can also be measured by infrared absorption spectroscopy, and can be evaluated, for example, by the ratio of the absorbance of the absorption based on the carbonyl group introduced in the oxidation-treated material to the absorbance of the absorption based on the structure of the unchanged crystalline portion. For example, in the case of a polypropylene material, the ratio of the absorbance at about 1710 cm −1 based on the introduced carbonyl group to the absorbance at 973 cm −1 based on the absorption based on the methyl group of the unchanged crystalline portion can be an indicator of the introduction of oxygen. However, the inventors have found that oxidation treatment to a degree detectable by infrared absorption spectroscopy is generally excessive and can rather reduce the strength of the adhesive material or composite material, and have found that the degree of oxidation treatment that is within the above-mentioned specific numerical range when measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is preferable. In particular, excessive oxidation treatment can cause a decrease in strength in adhesive materials or composite materials using materials in the form of fibers or films. The degree of oxidation treatment can be easily set by those skilled in the art by adjusting the treatment time, etc.

一つの実施形態において、本明細書に記載の方法は、繊維材料(繊維形状の材料の他にフィルム形状の材料も含み得る)の表面を酸化処理するステップを含む。繊維材料は、任意の素材であってよく、例えば、本明細書に記載のポリマー素材(例えば、樹脂)、金属、ガラス、炭素素材、またはこれらの複合素材の材料であり得る。一つの実施形態において、繊維材料の素材は、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、アクリル、ポリ酢酸ビニル、レーヨン、キュプラ、ビニロン、ポリスチレン(PS)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリアラミド、ポリイミドまたはポリアミドであり得る。一つの実施形態において、繊維材料は、複数の繊維材料を混合した混合繊維材料であり得る。特に、高強度の繊維(炭素繊維、ガラス繊維など)と、高いじん性を有する繊維(ポリプロピレン繊維など)との混合繊維を使用して、繊維樹脂複合材料を作製することで高い強度および高いじん性の両方が達成され得る。一つの実施形態において、繊維材料は、これらに限定されないが、約10nm~約1000μm、例えば、約10nm~約1000μm、約100nm~約1000μm、約1μm~約1000μm、約10μm~約1000μm、約100μm~約1000μm、約10nm~約100μm、約100nm~約100μm、約1μm~約100μm、約10μm~約100μm、約10nm~約10μm、約100nm~約10μm、約1μm~約10μm、約10nm~約1μm、約100nm~約1μmまたは約10nm~約100nmの直径を有し得る。直径が小さいほど低い酸化処理の程度が好ましくあり得る。一つの実施形態において、繊維材料は、細い直径(例えば、約1μm~約100μm)のフィラメントが撚り合わされてより太い直径(例えば、約100μm~約1000μm)の繊維を形成していてもよい。 In one embodiment, the method described herein includes a step of oxidizing the surface of a fiber material (which may include a film-shaped material in addition to a fiber-shaped material). The fiber material may be any material, such as a polymer material (e.g., resin), metal, glass, carbon material, or a composite material thereof, as described herein. In one embodiment, the material of the fiber material may be polyester, polypropylene, polyethylene, nylon, acrylic, polyvinyl acetate, rayon, cupra, vinylon, polystyrene (PS), polyphenylene sulfide (PPS), polyaramid, polyimide, or polyamide. In one embodiment, the fiber material may be a mixed fiber material in which a plurality of fiber materials are mixed. In particular, both high strength and high toughness can be achieved by using a mixed fiber of high strength fibers (such as carbon fibers and glass fibers) and high toughness fibers (such as polypropylene fibers) to create a fiber resin composite material. In one embodiment, the fiber material may have a diameter of, but is not limited to, about 10 nm to about 1000 μm, for example, about 10 nm to about 1000 μm, about 100 nm to about 1000 μm, about 1 μm to about 1000 μm, about 10 μm to about 1000 μm, about 10 nm to about 100 μm, about 1 μm to about 100 μm, about 10 μm to about 100 μm, about 10 nm to about 10 μm, about 100 nm to about 10 μm, about 1 μm to about 10 μm, about 10 nm to about 1 μm, about 100 nm to about 1 μm, about 100 nm to about 1 μm, or about 10 nm to about 100 nm. Smaller diameters may be preferred with lower degrees of oxidation. In one embodiment, the fiber material may be made up of fine diameter (e.g., about 1 μm to about 100 μm) filaments twisted together to form a thicker diameter (e.g., about 100 μm to about 1000 μm) fiber.

酸化処理するステップは、プラズマ処理、オゾン処理、紫外線照射処理、高圧放電処理、化学酸化などによって実施することができる。 The oxidation step can be carried out by plasma treatment, ozone treatment, ultraviolet irradiation treatment, high-voltage discharge treatment, chemical oxidation, etc.

オゾン処理は、材料の表面をオゾンに暴露する処理である。暴露方法は、オゾンが存在する雰囲気に材料を所定時間保持する方法、オゾン気流中に材料を所定時間暴露する方法など任意の方法であり得る。オゾンは、空気、酸素ガスまたは酸素添加空気などの酸素含有気体をオゾン発生装置に供給することによって発生させることができ、オゾン含有気体を、材料を保持してある容器などに導入して、オゾン処理を行うことができる。本明細書に記載の材料の酸化の程度となるように、オゾン含有気体中のオゾン濃度、暴露時間、暴露温度などの条件を、材料に応じて決定できる。 Ozone treatment is a treatment in which the surface of a material is exposed to ozone. The exposure method can be any method, such as a method in which the material is held in an atmosphere in which ozone is present for a predetermined time, or a method in which the material is exposed to an ozone stream for a predetermined time. Ozone can be generated by supplying an oxygen-containing gas, such as air, oxygen gas, or oxygen-added air, to an ozone generator, and the ozone-containing gas can be introduced into a container or the like that holds the material to perform ozone treatment. Conditions such as the ozone concentration in the ozone-containing gas, exposure time, and exposure temperature can be determined according to the material so as to achieve the degree of oxidation of the material described in this specification.

プラズマ処理は、材料を、アルゴン、ネオン、ヘリウム、窒素、二酸化窒素、酸素あるいは空気等を含む容器内におき、グロー放電により生ずるプラズマに暴露する処理である。アルゴンやネオンなどの不活性ガスが低圧で存在する場合、材料表面は発生したプラズマの攻撃を受け、その表面にラジカルが発生し得る。その後、空気に暴露されることにより、ラジカルは酸素と結合して、材料表面にカルボン酸基やカルボニル基、アミノ基などが導入され得る。本明細書に記載の材料の酸化の程度となるように、グロー放電の強度、時間、ガスの種類などの条件を、材料に応じて決定できる。 In plasma treatment, a material is placed in a vessel containing argon, neon, helium, nitrogen, nitrogen dioxide, oxygen, or air, and exposed to plasma generated by glow discharge. When an inert gas such as argon or neon is present at low pressure, the surface of the material is attacked by the generated plasma, and radicals may be generated on the surface. When the material is then exposed to air, the radicals combine with oxygen, and carboxylic acid groups, carbonyl groups, amino groups, and the like may be introduced onto the surface of the material. The conditions of the glow discharge, such as intensity, time, and type of gas, can be determined according to the material so as to achieve the degree of oxidation of the material described in this specification.

紫外線照射処理は、材料の表面に紫外線を照射する処理である。紫外線を照射する光源としては、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプなどを用いることができる。一つの実施形態において、照射前に紫外線吸収性溶剤で材料の表面を処理してもよい。本明細書に記載の材料の酸化の程度となるように、紫外線の波長、強度、照射時間などの条件を、材料に応じて決定できる。一つの実施形態において、紫外線の波長は、360nmまたはそれ以下であり得る。 The ultraviolet irradiation process is a process in which ultraviolet light is irradiated onto the surface of a material. Light sources for irradiating ultraviolet light include low-pressure mercury lamps, high-pressure mercury lamps, extra-high-pressure mercury lamps, xenon lamps, and metal halide lamps. In one embodiment, the surface of the material may be treated with an ultraviolet absorbing solvent before irradiation. Conditions such as the wavelength, intensity, and irradiation time of the ultraviolet light can be determined according to the material so as to achieve the degree of oxidation of the material described in this specification. In one embodiment, the wavelength of the ultraviolet light may be 360 nm or less.

高圧放電処理は、トンネル状の処理装置内で材料を移動させながら、処理装置の内側の壁面に多数設置された電極間に数十万ボルトの高電圧を加え、空気中で放電させる処理である。本明細書に記載の材料の酸化の程度となるように、放電の強度、時間などの条件を、材料に応じて決定できる。 High-voltage discharge treatment is a process in which a high voltage of hundreds of thousands of volts is applied between numerous electrodes installed on the inner walls of a tunnel-shaped treatment device while the material is moved through the device, causing discharge in the air. The discharge strength, time, and other conditions can be determined according to the material so as to achieve the degree of oxidation of the material described in this specification.

コロナ放電処理は、接地された金属ロールとそれに数mmの間隔で置かれた針金状の電極との間に数千ボルトの高電圧をかけてコロナ放電を発生させ、この放電中の電極-ロール間に材料を通過させる処理である。本明細書に記載の材料の酸化の程度となるように、放電の強度、時間などの条件を、材料に応じて決定できる。 Corona discharge treatment is a process in which a high voltage of several thousand volts is applied between a grounded metal roll and a wire-shaped electrode placed a few mm apart to generate a corona discharge, and the material is passed between the electrode and the roll during this discharge. The discharge strength, time, and other conditions can be determined according to the material so as to achieve the degree of oxidation of the material described in this specification.

化学酸化は、酸化能を有する化合物(酸化剤)を材料表面に適用する酸化処理である。酸化剤は、当該技術分野において任意の好適なものを当業者が適宜選択できる。 Chemical oxidation is an oxidation treatment in which a compound with oxidizing properties (oxidizing agent) is applied to the surface of a material. The oxidizing agent can be selected by a person skilled in the art from any suitable oxidizing agent in the relevant technical field.

一つの実施形態において、オゾン処理以外の材料表面を酸化処理する処理は、材料に放射することによって表面を酸化するため、不織布のような繊維集合体などの材料の形状によって影になる部分が存在する場合、オゾン処理が好ましい。 In one embodiment, a treatment other than ozone treatment for oxidizing the surface of a material oxidizes the surface by irradiating the material, so ozone treatment is preferred when there are shadowed areas due to the shape of the material, such as a fiber aggregate like a nonwoven fabric.

一つの実施形態において、表面コーティングするステップは、酸化処理した材料に(ア)親水性ビニルモノマーをグラフトすること、(イ)親水性モノマーをグラフトし、親水性ポリマーを塗布すること、(ウ)親水性ポリマーを塗布すること、(エ)親水性ポリマーを塗布し、親水性モノマーをグラフトすること、または(オ)ビニルエステルモノマーをグラフトし、加水分解に供することを含む。モノマーおよびポリマーが親水性であるかどうかは、ヒドロキシル基、カルボキシル基、リン酸基またはスルホ基の存在、あるいは水に対する溶解性に基づき当業者に通常理解される。これらのモノマーおよびポリマーの具体例は、本明細書の別の箇所に記載される。 In one embodiment, the surface coating step includes (a) grafting a hydrophilic vinyl monomer onto the oxidized material, (b) grafting a hydrophilic monomer and applying a hydrophilic polymer, (c) applying a hydrophilic polymer, (d) applying a hydrophilic polymer and grafting a hydrophilic monomer, or (e) grafting a vinyl ester monomer and subjecting to hydrolysis. Whether a monomer or polymer is hydrophilic is generally understood by those skilled in the art based on the presence of a hydroxyl group, a carboxyl group, a phosphate group, or a sulfo group, or on its solubility in water. Specific examples of these monomers and polymers are described elsewhere in this specification.

一つの実施形態において、表面コーティングするステップは、酸化処理した材料の重量を実質的に増加させない。通常のグラフト化処理は、試料の重量を10~20%増大させることもあり、この場合、グラフト部分が脱離することがある。他方、本開示の表面コーティングは、このような問題を生じにくいため、好ましくあり得る。一つの実施形態において、表面コーティングするステップは、酸化処理した材料の重量を、約5%未満、約2%未満、約1%未満、約0.5%未満、約0.2%未満、または約0.1%未満だけ増加させる。 In one embodiment, the surface coating step does not substantially increase the weight of the oxidized material. Conventional grafting processes can increase the weight of a sample by 10-20%, which can result in detachment of the grafted portion. On the other hand, the surface coating of the present disclosure is less susceptible to such problems and may be preferred. In one embodiment, the surface coating step increases the weight of the oxidized material by less than about 5%, less than about 2%, less than about 1%, less than about 0.5%, less than about 0.2%, or less than about 0.1%.

一つの実施形態において、本開示の表面改質は、材料の表面にモノマーをグラフト化するステップを含み得る。グラフト化するステップは、表面を酸化処理するステップの後に実施してもよいし、材料をポリマーで処理(塗布)するステップの後に実施してもよい。グラフト化するモノマーは、グラフト可能なものであれば制限はないが、炭素-炭素二重結合を有する化合物などを使用することができる。親水性モノマーとして、例えば、(メタ)アクリルアミド、1-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどのヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、1-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、1-ブチルアミノエチル(メタ)アクリレートなどの(アルキル)アミノアルキル(メタ)アクリレート、エチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールモノ(メタ)アクリレートなどのアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレートなどのポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、エチレングリコールアリルエーテル、エチレングリコールビニルエーテル、(メタ)アクリル酸、アミノスチレン、ヒドロキシスチレン、酢酸ビニル、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル、プロピオン酸ビニル、N,N-ジメチルメタクリルアミド、N,N-ジエチルメタクリルアミド、N-(1-ヒドロキシエチル)メタクリルアミド、N-イソプロピルメタクリルアミド、メタクリロイルモルホリン、N-ビニル-1-ピロリドン、N-ビニル-3ーメチル-1-ピロリドン、N-ビニル-4-メチル-1-ピロリドン、N-ビニル-5-メチル-1-ピロリドン、N-ビニル-6-メチル-1-ピロリドン、N-ビニル-3-エチル-1-ピロリドン、N-ビニル-4,5-ジメチル-1-ピロリドン、N-ビニル-5,5-ジメチル-1-ピロリドン、N-ビニル-3,3,5-トリメチル-1-ピロリドン、N-ビニル-1-ピペリドン、N-ビニル-3-メチル-1-ピペリドン、N-ビニル-4-メチル-1-ピペリドン、N-ビニル-5-メチル-1-ピペリドン、N-ビニル-6-メチル-1-ピペリドン、N-ビニル-6-エチル-1-ピペリドン、N-ビニル-3,5-ジメチル-1-ピペリドン、N-ビニル-4,4-ジメチル-1-ピペリドン、N-ビニル-1-カプロラクタム、N-ビニル-3-メチル-1-カプロラクタム、N-ビニル-4-メチル-1-カプロラクタム、N-ビニル-7-メチル-1-カプロラクタム、N-ビニル-7-エチル-1-カプロラクタム、N-ビニル-3,5-ジメチル-1-カプロラクタム、N-ビニル-4,6-ジメチル-1-カプロラクタム、N-ビニル-3,5,7-トリメチル-1-カプロラクタムなどのN-ビニルラクタム、N-ビニルホルムアミド、N-ビニル-N-メチルホルムアミド、N-ビニル-N-エチルホルムアミド、N-ビニルアセトアミド、N-ビニル-N-メチルアセトアミド、N-ビニル-N-エチルアセトアミド、N-ビニルフタルイミド、N-ビニルアミド、ビニル酢酸、1-ブテン酸、2-ブテン酸、エチレンスルホン酸、ヒドロキシアルキルアクリレート、ヒドロキシアルキルメタクリレート、アクリルアミド、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルカルバゾール、無水マレイン酸、無水ピロメリット酸が挙げられる。より親水性の低いモノマーとして、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、酢酸ビニルエステル、スチレンなどのビニルモノマーが挙げられる。1種のモノマーまたは複数種のモノマーの混合物を使用してグラフト化できる。 In one embodiment, the surface modification of the present disclosure may include a step of grafting a monomer onto the surface of a material. The grafting step may be performed after a step of oxidizing the surface, or after a step of treating (coating) the material with a polymer. The monomer to be grafted is not limited as long as it is graftable, and a compound having a carbon-carbon double bond may be used. Examples of hydrophilic monomers include (meth)acrylamide, hydroxyalkyl (meth)acrylates such as 1-hydroxyethyl (meth)acrylate, hydroxypropyl (meth)acrylate, and hydroxybutyl (meth)acrylate, (alkyl)aminoalkyl (meth)acrylates such as 1-dimethylaminoethyl (meth)acrylate and 1-butylaminoethyl (meth)acrylate, alkylene glycol mono(meth)acrylates such as ethylene glycol mono(meth)acrylate and propylene glycol mono(meth)acrylate, and polyalkylene glycol mono(meth)acrylates such as polyethylene glycol mono(meth)acrylate and polypropylene glycol mono(meth)acrylate. , ethylene glycol allyl ether, ethylene glycol vinyl ether, (meth)acrylic acid, aminostyrene, hydroxystyrene, vinyl acetate, glycidyl (meth)acrylate, allyl glycidyl ether, vinyl propionate, N,N-dimethyl methacrylamide, N,N-diethyl methacrylamide, N-(1-hydroxyethyl) methacrylamide, N-isopropyl methacrylamide, methacryloylmorpholine, N-vinyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-3-methyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-4-methyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-5-methyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-6-methyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-3-ethyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-4,5-dimethyl- 1-pyrrolidone, N-vinyl-5,5-dimethyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-3,3,5-trimethyl-1-pyrrolidone, N-vinyl-1-piperidone, N-vinyl-3-methyl-1-piperidone, N-vinyl-4-methyl-1-piperidone, N-vinyl-5-methyl-1-piperidone, N-vinyl-6-methyl-1-piperidone, N-vinyl-6-ethyl-1-piperidone, N-vinyl-3,5-dimethyl-1-piperidone, N-vinyl-4,4-dimethyl-1-piperidone, N-vinyl-1-caprolactam, N-vinyl-3-methyl-1-caprolactam, N-vinyl-4-methyl-1-caprolactam, N-vinyl-7-methyl-1-caprolactam, N-vinyl-7-ethyl-1-caprolactam, N-vinyl Examples of monomers having a lower hydrophilicity include N-vinyl lactams such as N-vinyl-3,5-dimethyl-1-caprolactam, N-vinyl-4,6-dimethyl-1-caprolactam, and N-vinyl-3,5,7-trimethyl-1-caprolactam, N-vinyl formamide, N-vinyl-N-methyl formamide, N-vinyl-N-ethyl formamide, N-vinyl acetamide, N-vinyl-N-methyl acetamide, N-vinyl-N-ethyl acetamide, N-vinyl phthalimide, N-vinyl amide, vinyl acetic acid, 1-butenoic acid, 2-butenoic acid, ethylene sulfonic acid, hydroxyalkyl acrylate, hydroxyalkyl methacrylate, acrylamide, vinyl pyridine, vinyl pyrrolidone, vinyl carbazole, maleic anhydride, and pyromellitic anhydride. Examples of monomers having a lower hydrophilicity include vinyl monomers such as acrylic acid esters, methacrylic acid esters, vinyl acetate esters, and styrene. Grafting can be performed using one monomer or a mixture of multiple monomers.

モノマーのグラフト化は、(1)触媒または開始剤(以下総称して「開始剤」という。)の添加、(2)開始剤の存在下または不存在下における加熱、(3)触媒または開始剤の存在下または不存在下における紫外線照射などによって実施できる。開始剤として、過酸化物(過酸化ベンゾイル、t-ブチルヒドロキシペルオキシド、ジ-t-ブチルヒドロキシペルオキシド等)、アゾ化合物(2,2’-アゾビスイソブチロニトリル)、硝酸二セリウムアンモニウム(IV)、過硫酸塩(過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなど)、酸化還元系開始剤(酸化剤:過硫酸塩、過酸化水素、ヒドロペルオキシドなどと、無機還元剤:銅塩、鉄塩、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなど、または有機還元剤:アルコール、アミン、シュウ酸などとの組み合わせ、あるいは酸化剤:ヒドロペルオキシドなどと、無機還元剤:銅塩、鉄塩、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウムなど、または有機還元剤:過酸化ジアルキル、過酸化ジアシルなどと、還元剤:第三アミン、ナフテン酸塩、メルカプタン、有機金属化合物(トリエチルアルミニウム、トリエチルホウ素など)などとの組み合わせ)、その他の公知のラジカル重合開始剤が挙げられる。紫外線照射の場合には、開始剤の他に、触媒としてベンゾフェノン、過酸化水素などの光増感剤を添加してもよい。一つの実施形態において、アミド基を有するビニルモノマーを使用し、特開平8-109228号に記載される方法よりアミド基をホフマン転移してもよい。 Grafting of the monomer can be carried out by (1) adding a catalyst or initiator (hereinafter collectively referred to as "initiator"), (2) heating with or without the presence of an initiator, or (3) irradiating with ultraviolet light with or without the presence of a catalyst or initiator. Examples of the initiator include peroxides (benzoyl peroxide, t-butyl hydroxyperoxide, di-t-butyl hydroxyperoxide, etc.), azo compounds (2,2'-azobisisobutyronitrile), diserium ammonium nitrate (IV), persulfates (potassium persulfate, ammonium persulfate, etc.), redox initiators (combinations of oxidizing agents: persulfates, hydrogen peroxide, hydroperoxides, etc. with inorganic reducing agents: copper salts, iron salts, sodium hydrogen sulfite, sodium thiosulfate, etc., or organic reducing agents: alcohols, amines, oxalic acid, etc., or combinations of oxidizing agents: hydroperoxides, etc. with inorganic reducing agents: copper salts, iron salts, sodium hydrogen sulfite, sodium thiosulfate, etc., or organic reducing agents: dialkyl peroxides, diacyl peroxides, etc., and reducing agents: tertiary amines, naphthenates, mercaptans, organometallic compounds (triethylaluminum, triethylboron, etc.), etc.), and other known radical polymerization initiators. In the case of ultraviolet irradiation, in addition to the initiator, a photosensitizer such as benzophenone or hydrogen peroxide may be added as a catalyst. In one embodiment, a vinyl monomer having an amide group may be used, and the amide group may be subjected to Hofmann rearrangement by the method described in JP-A-8-109228.

モノマーのグラフト化は、一般的なグラフト化方法を使用できる。具体例を以下に示す。水溶性の開始剤の場合は水に必要量を溶解する。水不溶性の開始剤の場合は、アルコールやアセトンなどのような水と混合する有機溶剤(アセトン、メタノールなど)に溶解してから、開始剤が析出しないように水と混合する。開始剤溶液に、材料およびモノマーを添加してグラフト化を行う。一つの実施形態において、処理容器内は窒素置換される。一つの実施形態において、加熱および/または紫外線照射の下でグラフト化させる。 A general grafting method can be used for grafting the monomer. Specific examples are shown below. In the case of a water-soluble initiator, the necessary amount is dissolved in water. In the case of a water-insoluble initiator, it is dissolved in an organic solvent (e.g., acetone, methanol, etc.) that is miscible with water, such as alcohol or acetone, and then mixed with water so as not to precipitate the initiator. Grafting is performed by adding the material and monomer to the initiator solution. In one embodiment, the inside of the treatment vessel is replaced with nitrogen. In one embodiment, grafting is performed under heating and/or ultraviolet irradiation.

一つの実施形態において、本開示の表面改質は、材料の表面をポリマーで処理(例えば、塗布)するステップを含む。このステップにおいて使用するポリマーの例として、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、エチレンービニルアルコール共重合体、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリ-α-ヒドロキシビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリ-α-ヒドロキシアクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリアルキレングリコール(ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなど)、またこれらのスルホン化物、アルギン酸ナトリウム、デンプン、絹フィブロイン、絹セリシン、ゼラチン、各種タンパク質、多糖類などが挙げられる。 In one embodiment, the surface modification of the present disclosure includes a step of treating (e.g., applying) a polymer to the surface of the material. Examples of polymers that can be used in this step include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyhydroxyethyl methacrylate, poly-α-hydroxyvinyl alcohol, polyacrylic acid, poly-α-hydroxyacrylic acid, polyvinylpyrrolidone, polyalkylene glycols (polyethylene glycol, polypropylene glycol, etc.), sulfonated versions of these, sodium alginate, starch, silk fibroin, silk sericin, gelatin, various proteins, polysaccharides, etc.

一つの実施形態において、材料の表面をポリマーで処理するステップは、触媒もしくは開始剤の存在下で実施され得る。触媒および開始剤は、モノマーによるグラフト化における開始剤と同様のものを使用できる。一つの実施形態において、このステップは、材料にポリマーを含む溶液(例えば、水溶液)を添加することで実施される。例えば、ポリマーおよび開始剤を含む溶液に材料を入れて、10~80℃、60~90℃などの温度に加熱する。 In one embodiment, the step of treating the surface of the material with the polymer may be carried out in the presence of a catalyst or initiator. The catalyst and initiator may be the same as the initiator used in the grafting with the monomer. In one embodiment, this step is carried out by adding a solution (e.g., an aqueous solution) containing the polymer to the material. For example, the material is placed in a solution containing the polymer and the initiator and heated to a temperature of 10-80°C, 60-90°C, etc.

一つの実施形態において、本開示の表面改質は、表面に付着した余分なポリマーを洗浄するステップを含む。例えば、親水性ポリマーで処理した材料について、脂肪酸ナトリウム水溶液(濃度1~10重量%)で煮沸洗浄を1~10分間行い、その後、よく水洗してもよい。一つの実施形態において、洗浄後の親水性ポリマーで処理した材料の表面について、全反射赤外線吸収スペクトルを測定した際に、その赤外線吸収スペクトルと酸化処理だけを行った材料の赤外線吸収スペクトルとの間に違いが見られない程度に洗浄することができる。親水性の乏しい単量体またはポリマー、例えば、メタクリル酸メチルまたはそのポリマー、または酢酸ビニルまたはそのポリマーで処理した場合には、クロロホルムで40℃で10~60分間洗浄して、さらにクロロホルムまたはアセトン、メタノールで洗浄できる。一つの実施形態において、全反射赤外線吸収スペクトル測定において、処理した材料のカルボニル基による1710cm-1付近の吸収が、酸化処理のみの材料と比べて、0~5%程度の吸光度の増加が見られる程度まで洗浄する。一つの実施形態において、加熱したうえで、超音波洗浄器で洗浄することで、材料は効果的に洗浄され得る。一つの実施形態において、洗浄の程度および使用する洗浄剤は、接着材料または複合材料の強度を指標にして当業者が適切に設定できる。 In one embodiment, the surface modification of the present disclosure includes a step of washing off excess polymer attached to the surface. For example, the material treated with the hydrophilic polymer may be boiled and washed for 1 to 10 minutes with an aqueous solution of fatty acid sodium salt (concentration 1 to 10% by weight), and then thoroughly washed with water. In one embodiment, the surface of the material treated with the hydrophilic polymer after washing can be washed to such an extent that when the total reflection infrared absorption spectrum is measured, there is no difference between the infrared absorption spectrum and the infrared absorption spectrum of the material that has only been subjected to the oxidation treatment. When the material is treated with a monomer or polymer with poor hydrophilicity, for example, methyl methacrylate or a polymer thereof, or vinyl acetate or a polymer thereof, the material can be washed with chloroform at 40° C. for 10 to 60 minutes, and further washed with chloroform, acetone, or methanol. In one embodiment, the material is washed to such an extent that the absorption at around 1710 cm −1 due to the carbonyl group of the treated material increases by about 0 to 5% in absorbance in the total reflection infrared absorption spectrum measurement, compared to the material that has only been subjected to the oxidation treatment. In one embodiment, the material can be effectively cleaned by heating and cleaning in an ultrasonic cleaner. In one embodiment, the degree of cleaning and the cleaning agent used can be appropriately selected by one skilled in the art based on the strength of the adhesive material or composite material.

一つの実施形態において、本開示の方法により表面改質した材料は、第2の材料と界面密着または接着させて接着材料を形成することができる。一つの実施形態において、本開示の方法により表面改質した材料は、第2の材料と同じ素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。一つの実施形態において、第2の材料は表面改質(例えば、本開示の方法による表面改質)されていてもよい。一つの実施形態において、第2の材料と界面密着または接着させるステップにおいて、接着剤を使用してもよいし、使用しなくてもよい。一つの実施形態において、第2の材料と界面密着または接着させるステップにおいて、コーティング技術としてメッキ(ウェットコーティング)や蒸着(ドライコーティング)が可能であり、蒸着による薄膜化として物理蒸着(真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法)や化学的気相成長法などを行ってもよい。接着剤として、でんぷん、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂系、重合性シアノアクリレートなど公知の任意の接着剤が使用され得る。一つの実施形態において、第2の材料と界面密着または接着させるステップは、本開示の方法により表面改質した材料および第2の材料の両方を溶解できる溶剤を少量塗布して、塗布部分を密着させることで実施してもよい。ポリテトラフルオロエチレンまたはポリイミドと界面密着または接着させることは比較的困難であり得るが、本開示の方法に従って、これらの材料から作製された強固な接着材料または複合材料も達成され得る。本開示の方法により表面改質した材料は、第2の材料とすぐに界面密着または接着させず、時間(例えば、約30分~約30、約30分日、約1時間、約2時間、約5時間、約10時間、約15時間、約20時間、約1日、約2日、約5日、約10日、約15日、約20日、約25日、約30日など)が経過した後でも、第2の材料と強固に結合し得る。そのため、本開示の方法により表面改質した材料を含む物品も、本開示の目的である。 In one embodiment, the material surface-modified by the method of the present disclosure can be interfacially adhered or bonded to a second material to form an adhesive material. In one embodiment, the material surface-modified by the method of the present disclosure can be the same material as the second material, or a different material. In one embodiment, the second material can be surface-modified (e.g., surface-modified by the method of the present disclosure). In one embodiment, in the step of interfacially adhering or bonding with the second material, an adhesive can be used or not. In one embodiment, in the step of interfacially adhering or bonding with the second material, plating (wet coating) or vapor deposition (dry coating) can be used as a coating technique, and physical vapor deposition (vacuum vapor deposition, ion plating, sputtering) or chemical vapor deposition can be used as a thin film by vapor deposition. Any known adhesive can be used as the adhesive, such as starch, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, epoxy resins, and polymerizable cyanoacrylate. In one embodiment, the step of interfacially adhering or bonding with the second material may be performed by applying a small amount of a solvent capable of dissolving both the material surface-modified by the method of the present disclosure and the second material, and then adhering the applied portion. Although interfacially adhering or bonding with polytetrafluoroethylene or polyimide may be relatively difficult, strong bonded materials or composites made from these materials may also be achieved according to the method of the present disclosure. The material surface-modified by the method of the present disclosure may be strongly bonded to the second material even after a period of time (e.g., about 30 minutes to about 30, about 30 minutes days, about 1 hour, about 2 hours, about 5 hours, about 10 hours, about 15 hours, about 20 hours, about 1 day, about 2 days, about 5 days, about 10 days, about 15 days, about 20 days, about 25 days, about 30 days, etc.) has elapsed without immediate interfacially adhering or bonding with the second material. Therefore, articles including the material surface-modified by the method of the present disclosure are also objects of the present disclosure.

一つの実施形態において、本開示は、繊維材料が第2材料内に含まれている繊維複合材料を含む物品を製造する方法を提供する。一つの実施形態において、この方法における繊維材料は、本明細書に記載の繊維材料の表面を酸化処理するステップにおける繊維材料の特徴を有し得る。一つの実施形態において、この方法は、(1)繊維材料および第2材料の少なくとも1つを酸化処理するステップと、(2)酸化処理するステップの後に繊維材料と第2材料との界面密着または接着させるステップと、(3)第2材料を融解して、繊維複合材料を得るステップとを含む。一つの実施形態において、第2材料は、ゴムなどの半固体材料であり得るが、このような場合の第2材料の融解とは、例えば、高温に供することにより流動性を高めることなどを指し、必ずしも固体から液体への相変化を伴う必要はない。この実施形態において、典型的には、第2材料は、熱可塑性樹脂であり、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリオレフィン、アクリル、ポリ酢酸ビニル、AS(アクリロニトリル-スチレン共重合体)、ABS(アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体)、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリアリルジグリコールカーボネート、ブタジエンを含む共重合体、合成ゴム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、レーヨン、キュプラ、ポリスチレン(PS)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリアラミド、ポリイミド、ポリアミド(ナイロン)、ポリメチルペンテン(三井化学のTPX(登録商標))、ビニロン、シリコーンなどの樹脂であり得る。一つの実施形態において、第2材料は、ゴムなどの軟材料であり得る。一つの実施形態において、ステップ(2)における結合を強固にするために、第2材料は粉末、顆粒、フィルムなどの繊維材料との接触面積が大きくなる形状であってもよい。一つの実施形態において、ステップ(2)では、材料を圧力(例えば、プレス)および/または加熱に供してもよい。一つの実施形態において、繊維材料および第2材料は両方とも酸化処理される。第2材料の融解は任意の好適な温度で実施することができ、一つの実施形態において、第2材料が変性または分解する温度未満で実施される。一つの実施形態において、この方法は、(1)繊維材料を酸化処理するステップと、(2)酸化処理するステップの後に繊維材料と硬化前の第2材料(流体)とを混合するステップと、(3)ステップ(2)の混合物を第2材料が硬化する条件に供するステップとを含む。この実施形態において、典型的には、第2材料は、熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂)である。この実施形態において、第2材料を硬化させる条件は、使用した第2材料に応じて当業者が適切に決定できる。 In one embodiment, the present disclosure provides a method for manufacturing an article including a fiber composite material in which a fiber material is contained within a second material. In one embodiment, the fiber material in the method can have the characteristics of the fiber material in the step of oxidizing the surface of the fiber material described herein. In one embodiment, the method includes the steps of (1) oxidizing at least one of the fiber material and the second material, (2) interfacially adhering or bonding the fiber material and the second material after the step of oxidizing, and (3) melting the second material to obtain a fiber composite material. In one embodiment, the second material can be a semi-solid material such as rubber, but melting the second material in such a case refers to, for example, increasing fluidity by subjecting it to high temperature, and does not necessarily involve a phase change from solid to liquid. In this embodiment, typically, the second material is a thermoplastic resin, and may be, for example, a resin such as polyester, polypropylene, polyethylene, polyolefin, acrylic, polyvinyl acetate, AS (acrylonitrile-styrene copolymer), ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), polycarbonate, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyallyl diglycol carbonate, copolymers containing butadiene, synthetic rubber, polyether ether ketone (PEEK), rayon, cupra, polystyrene (PS), polyphenylene sulfide (PPS), polyaramid, polyimide, polyamide (nylon), polymethylpentene (Mitsui Chemicals' TPX (registered trademark)), vinylon, silicone, etc. In one embodiment, the second material may be a soft material such as rubber. In one embodiment, in order to strengthen the bond in step (2), the second material may be in a form that increases the contact area with the fibrous material, such as powder, granules, or film. In one embodiment, in step (2), the material may be subjected to pressure (e.g., pressing) and/or heat. In one embodiment, both the fiber material and the second material are oxidized. The melting of the second material may be performed at any suitable temperature, and in one embodiment, is performed below the temperature at which the second material is denatured or decomposed. In one embodiment, the method includes the steps of (1) oxidizing the fiber material, (2) mixing the fiber material with the uncured second material (fluid) after the oxidizing step, and (3) subjecting the mixture of step (2) to conditions under which the second material is cured. In this embodiment, typically the second material is a thermosetting resin (e.g., epoxy resin). In this embodiment, the conditions under which the second material is cured can be appropriately determined by one skilled in the art depending on the second material used.

(複合材料)
一つの局面において、本開示は、高強度の複合材料(例えば、繊維複合材料)を含む物品を提供する。本開示の方法は、材料間の界面密着性を大幅に向上させることができるので、高強度の複合材料を提供し得る。一つの局面において、本開示の物品に含まれる複合材料(例えば、繊維複合材料)は、必要に応じて物品内において、破断点(曲げ試験または引張試験において負荷を増大させていった場合に、測定器にかかる負荷が大きく減少する点)においてまたは破断点を超えて切断されないことで特徴付けられ得る。繊維および第2材料は、それぞれ本明細書に記載の繊維複合材料を作製する方法において説明される材質、形状および/または性質を有し得る。一つの実施形態において、本開示の複合材料における繊維材料の重量割合は、約40%以下、約30%以下、約20%以下、約10%以下、または約5%以下であり得る。従来の繊維複合材料よりも少ない割合の繊維材料を使用した場合であっても、本開示の複合材料は十分な強度を有し得るため、製造上好ましくあり得、また問題となり得る炭素繊維の廃棄処理の負担も軽減し得るという利点も奏し得る。
(Composite materials)
In one aspect, the present disclosure provides an article including a high-strength composite material (e.g., a fiber composite material). The method of the present disclosure can greatly improve the interfacial adhesion between materials, and thus can provide a high-strength composite material. In one aspect, the composite material (e.g., a fiber composite material) included in the article of the present disclosure can be characterized as not being cut at or beyond the breaking point (the point at which the load on the measuring device is greatly reduced when the load is increased in a bending test or a tensile test) within the article, if necessary. The fiber and the second material can each have the material, shape, and/or properties described in the method of making a fiber composite material described herein. In one embodiment, the weight percentage of the fiber material in the composite material of the present disclosure can be about 40% or less, about 30% or less, about 20% or less, about 10% or less, or about 5% or less. Even when a smaller percentage of fiber material is used than in conventional fiber composite materials, the composite material of the present disclosure can have sufficient strength, which can be preferable in manufacturing, and can also have the advantage of reducing the burden of waste disposal of carbon fiber, which can be a problem.

一つの実施形態において、本開示の物品に含まれる複合材料は、必要に応じて物品内において、従来では達成されなかった高強度を有し得る。一つの実施形態において、本開示の物品に含まれる複合材料は、長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの前記複合材料の試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験または引張試験を行った場合、破断点においてまたは破断点を超えて(例えば、破断点から5%または10%増大した変位距離または負荷の点において)切断されず、少なくとも部分的に材料が繋がっている。一つの実施形態において、本開示の物品に含まれる複合材料は、長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの前記複合材料の試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験を行った場合、酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した複合材料と比較して、約1.1倍以上、約1.2倍以上、約1.5倍以上、約1.7倍以上または約2倍以上の曲げ強度を有する。一つの実施形態において、本開示の物品に含まれる複合材料は、長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの前記複合材料の試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験を行った場合、酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した複合材料と比較して、約10MPa以上、約20MPa以上、約50MPa以上、約70MPa以上または約100MPa以上の曲げ強度の向上をもたらす。 In one embodiment, the composite material included in the article of the present disclosure may have a high strength not previously achieved within the article, if necessary. In one embodiment, the composite material included in the article of the present disclosure does not break at or beyond the breaking point (e.g., at a displacement distance or load that is 5% or 10% increased from the breaking point) when a three-point bending test or tensile test is performed on a test piece of the composite material having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2 mm at a support point distance of 40 mm, and the material is at least partially connected. In one embodiment, the composite material included in the article of the present disclosure has a bending strength of about 1.1 times or more, about 1.2 times or more, about 1.5 times or more, about 1.7 times or more, or about 2 times or more than a composite material produced under the same conditions except for not performing the oxidation treatment step, when a three-point bending test is performed on a test piece of the composite material having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2 mm at a speed of 2 mm / min and a support point distance of 40 mm. In one embodiment, the composite material included in the article of the present disclosure exhibits an improvement in bending strength of about 10 MPa or more, about 20 MPa or more, about 50 MPa or more, about 70 MPa or more, or about 100 MPa or more when a three-point bending test is performed on a test piece of the composite material having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2 mm, at a speed of 2 mm/min and a distance between support points of 40 mm, compared to a composite material produced under the same conditions except that the oxidation treatment step is not performed.

一つの実施形態において、本開示の物品に含まれる複合材料は、長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの前記複合材料の試験片について、20mm/分の引張速度、40mmの支持点間距離で引張試験を行った場合、酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した複合材料と比較して、約1.1倍以上、約1.2倍以上、約1.5倍以上、約1.7倍以上または約2倍以上の引張せん断強度を有する。一つの実施形態において、本開示の物品に含まれる複合材料は、長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの前記複合材料の試験片について、20mm/分の引張速度、40mmの支持点間距離で引張試験を行った場合、酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した複合材料と比較して、約50kgf以上、約70kgf以上、約100kgf以上または約200kgf以上の引張せん断強度の向上をもたらす。 In one embodiment, the composite material included in the article of the present disclosure has a tensile shear strength of about 1.1 times or more, about 1.2 times or more, about 1.5 times or more, about 1.7 times or more, or about 2 times or more, when a tensile test is performed on a test piece of the composite material having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2 mm, at a tensile speed of 20 mm/min and a support distance of 40 mm, compared to a composite material produced under the same conditions except for not performing the oxidation treatment step. In one embodiment, the composite material included in the article of the present disclosure has a tensile shear strength of about 50 kgf or more, about 70 kgf or more, about 100 kgf or more, or about 200 kgf or more, when a tensile test is performed on a test piece of the composite material having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2 mm, at a tensile speed of 20 mm/min and a support distance of 40 mm, compared to a composite material produced under the same conditions except for not performing the oxidation treatment step.

一つの実施形態において、本開示の繊維と第2材料との複合材料は、長さ80mm、幅10mm、厚さ2または3mmの試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験によって評価した場合に、その第2材料単独の強度の約1.1倍以上、約1.2倍以上、約1.5倍以上、約1.7倍以上または約2倍以上の曲げ強度を有し得る。本開示の樹脂複合材料(例えば、繊維―樹脂複合材料)は、材料間の界面密着性が高いので、複合材料の強度を保ったまま、樹脂部分に対してさらに同種または異なる種類の樹脂を混合することができる(例えば、融解した樹脂同士を混合することで)。そのため、本開示の樹脂複合材料(例えば、繊維―樹脂複合材料)は、最終品として使用されるだけでなく、芯材料として使用することもでき、種々の成形品の作製に利用できる。 In one embodiment, the composite material of the fiber and the second material of the present disclosure may have a bending strength of at least about 1.1 times, at least about 1.2 times, at least about 1.5 times, at least about 1.7 times, or at least about 2 times that of the second material alone when evaluated by a three-point bending test with a test piece having a length of 80 mm, a width of 10 mm, and a thickness of 2 or 3 mm, at a speed of 2 mm/min and a support point distance of 40 mm. The resin composite material (e.g., fiber-resin composite material) of the present disclosure has high interfacial adhesion between materials, so that the resin portion can be further mixed with the same or different types of resin (e.g., by mixing molten resins together) while maintaining the strength of the composite material. Therefore, the resin composite material (e.g., fiber-resin composite material) of the present disclosure can be used not only as a final product but also as a core material, and can be used to produce various molded products.

一つの実施形態において、本開示の物品に含まれる第1材料および第2材料を界面密着または接着させた接着材料は、第1材料と第2材料との間の界面に沿って接着材料を切断して得られる第1材料側半材料および第2材料側半材料のうちの少なくとも一方の切断表面について、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に材料表面の深さ10nm以内の酸素原子/炭素原子比および/または(C-O結合)/(全炭素結合)%が、本開示の酸化処理するステップによって材料表面で達成されるような値であり得る。一つの実施形態において、本開示の物品に含まれる第1材料および第2材料の界面密着または接着させた接着材料は、第1材料と第2材料との間の界面に沿って接着材料を切断して得られる第1材料側半材料および第2材料側半材料のうちの少なくとも一方の切断表面について、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に材料表面の深さ10nm以内の水素を除く全原子中の酸素原子の割合および/または(C-O結合)/(全炭素結合)%を材料の中心部分の領域と比較した場合の上昇が、本開示の酸化処理するステップによって材料表面で達成されるこの割合を未処理の同じ材料と比較した場合の上昇の値であり得る。 In one embodiment, the adhesive material that interfacially adheres or bonds the first material and the second material included in the article of the present disclosure may have a cut surface of at least one of the first material side half material and the second material side half material obtained by cutting the adhesive material along the interface between the first material and the second material, and when measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the oxygen atom/carbon atom ratio and/or (C-O bond)/(total carbon bond)% within a depth of 10 nm of the material surface may be a value that is achieved on the material surface by the oxidation treatment step of the present disclosure. In one embodiment, the adhesive material that is interfacially adhered or bonded to the first material and the second material included in the article of the present disclosure is such that, for the cut surface of at least one of the first material side half material and the second material side half material obtained by cutting the adhesive material along the interface between the first material and the second material, the increase in the percentage of oxygen atoms and/or (C-O bonds)/(total carbon bonds)% among all atoms excluding hydrogen within a depth of 10 nm from the material surface as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) compared to the central region of the material can be the value of the increase in this percentage achieved at the material surface by the oxidation treatment step of the present disclosure compared to the same material that is not treated.

(表面改質材料)
一つの局面において、本開示は、本開示の方法により表面改質された材料を含む物品を提供する。一つの実施形態において、この表面改質された材料は、接着材料または複合材料を提供するための接着材料として使用される。本開示の方法により表面改質した材料は、表面改質後すぐに接着材料または複合材料に成型しなくても、高強度の接着材料または複合材料を提供し得るので、材料同士を界面密着または接着させる前の表面改質材料を含む物品も有用であり得る。一つの実施形態において、この表面改質された材料は、接着材料または複合材料を提供する以外の用途に使用することができ、例えば、本開示の方法は、材料の強度を損なうことなく表面改質を可能にし得るため、表面改質された材料はコーティング(例えば、親水性材料によるコーティング)に好適であり得る。また、そのようにコーティングされた表面改質材料を含む物品も本開示では企図される。
(Surface Modification Materials)
In one aspect, the present disclosure provides an article comprising a material surface-modified by the method of the present disclosure. In one embodiment, the surface-modified material is used as an adhesive material to provide an adhesive material or a composite material. Since the material surface-modified by the method of the present disclosure can provide a high-strength adhesive material or composite material without being molded into an adhesive material or composite material immediately after surface modification, an article comprising the surface-modified material before interfacial adhesion or bonding of materials may also be useful. In one embodiment, the surface-modified material can be used for applications other than providing an adhesive material or a composite material, for example, the method of the present disclosure can enable surface modification without impairing the strength of the material, so the surface-modified material may be suitable for coating (e.g., coating with a hydrophilic material). Articles comprising the surface-modified material coated in this manner are also contemplated in the present disclosure.

一つの実施形態において、本開示の表面改質した材料は、幅10mm、厚さ1mmの表面改質した材料を、接着面積が10mm×10mmとなるように厚さ0.2mmのアルミニウム板と接着した試験片について、20mm/分の速度、60mmの支持点間距離で引張試験を行った場合、酸化処理するステップを行わない以外は同じ条件で作製した材料から作製した接着材料と比較して、約150N以上、約200N以上、約250N以上、約300N以上、約350N以上、約400N以上または約450N以上のせん断強度の向上をもたらすように表面改質されている。 In one embodiment, the surface-modified material of the present disclosure is surface-modified to provide an improvement in shear strength of about 150 N or more, about 200 N or more, about 250 N or more, about 300 N or more, about 350 N or more, about 400 N or more, or about 450 N or more, when a tensile test is performed on a test piece of a surface-modified material having a width of 10 mm and a thickness of 1 mm, bonded to an aluminum plate having a thickness of 0.2 mm so that the bonded area is 10 mm x 10 mm, at a speed of 20 mm/min and a support point distance of 60 mm, compared to a bonded material made from a material made under the same conditions except that the oxidation treatment step is not performed.

以上、本開示を、理解の容易のために好ましい実施形態を示して説明してきた。以下に、実施例に基づいて本開示を説明するが、上述の説明および以下の実施例は、例示の目的のみに提供され、本開示を限定する目的で提供したのではない。従って、本発明の範囲は、本明細書に具体的に記載された実施形態にも実施例にも限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。 The present disclosure has been described above by showing preferred embodiments for ease of understanding. Below, the present disclosure will be described based on examples, but the above description and the following examples are provided for illustrative purposes only and are not provided for the purpose of limiting the present disclosure. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the embodiments or examples specifically described in this specification, but is limited only by the scope of the claims.

以下の実施例において、モノマー試薬に含まれる重合禁止剤は、活性炭を詰めたガラスカラムにモノマー試薬を通過させて、簡易的に吸着除去した。基本的に、グラフト化は窒素雰囲気下で行った。 In the following examples, the polymerization inhibitor contained in the monomer reagent was simply adsorbed and removed by passing the monomer reagent through a glass column packed with activated carbon. Basically, grafting was performed under a nitrogen atmosphere.

[実施例1:FTIRおよびXPS測定による酸化の評価]
酸化した材料について、FTIR測定およびXPS測定でそれぞれ評価した。
[Example 1: Evaluation of oxidation by FTIR and XPS measurements]
The oxidized material was evaluated by FTIR and XPS measurements.

・酸化処理
ポリプロピレン板(10mm×80mm×0.5mm)(アズワン61-6034-78)を大気中プラズマ処理することで酸化した。装置は、独自に製造した試料送り装置を接続した大気圧プラズマ装置(魁半導体(京都)卓上ダイレクト型TK-50)を使用して、出力目盛りを60Vとした(最大目盛り130)。
Oxidation treatment A polypropylene plate (10 mm x 80 mm x 0.5 mm) (As One 61-6034-78) was oxidized by plasma treatment in the atmosphere. The device used was an atmospheric pressure plasma device (Sakigake Semiconductor (Kyoto) tabletop direct type TK-50) connected to a sample feeder that was manufactured by the company, with the output scale set to 60 V (maximum scale 130).

・フーリエ変換赤外分光計(FTIR)による解析
酸化試料を溶剤(naxシリコンオフSP:日本ペイント)と水で洗浄して乾燥後、フーリエ変換赤外分光光度計IRPrestige-21(島津製作所(京都))により、全反射法(ATR)で測定を行った。結果を図1、2に示す。
Analysis by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) The oxidized samples were washed with a solvent (nax Silicon Off SP: Nippon Paint) and water, and then dried, and then measured by the attenuated total reflection method (ATR) using a Fourier transform infrared spectrophotometer IRPrestige-21 (Shimadzu Corporation, Kyoto). The results are shown in Figures 1 and 2.

FTIRのATR法では、表面から約10μm深さ以内の結合状態を測定できるといわれる。図1に酸化時間の異なる6個の試料のスペクトルを示す。一般に、試料の酸化の場合、カルボニル基が生成するので、カルボニル基の吸収帯、1730cm-1付近の吸光度の変化を観察する。図1では1730cm-1付近の吸光度の顕著な違いはみられない。 It is said that the FTIR ATR method can measure the bonding state within a depth of about 10 μm from the surface. Figure 1 shows the spectra of six samples with different oxidation times. In general, when a sample is oxidized, carbonyl groups are produced, so the change in absorbance near the carbonyl group absorption band, 1730 cm -1 , is observed. In Figure 1, no significant difference in absorbance near 1730 cm -1 is seen.

吸光度を相対的に比較するために、強い酸化処理過程でほぼ変化のない吸収ピーク1440cm-1の吸光度を分母として、吸光度の比「1730cm-1の吸光度/1440cm-1の吸光度」を求めて、酸化時間との関係を図2にプロットした。吸光度比は酸化処理時間に対して分散しており相関性がみられない。後述のXPSの結果との比較から、本表面処理に好ましい微量な酸化は、FTIR-ATRの感度では測定が困難であると判断した。 In order to make a relative comparison of absorbance, the absorbance ratio "absorbance at 1730 cm -1 /absorbance at 1440 cm -1 " was calculated using the absorbance at the absorption peak of 1440 cm -1 , which remains almost unchanged during the strong oxidation treatment process, as the denominator, and the relationship with the oxidation time was plotted in Figure 2. The absorbance ratio is dispersed with respect to the oxidation treatment time, and no correlation is observed. From a comparison with the XPS results described below, it was determined that the slight oxidation preferred for this surface treatment is difficult to measure with the sensitivity of FTIR-ATR.

なお、材料の破壊を無視して、強度な酸化処理を行った場合には、IR測定によって1727cm-1の吸光度の増加が観察されることが、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)試料の測定で確認された(図3)。 In addition, when the material was subjected to a strong oxidation treatment, ignoring the destruction of the material, an increase in absorbance at 1727 cm −1 was observed by IR measurement, which was confirmed by measuring an ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) sample (Figure 3).

・X線光電子分光法(XPS)による分析
FTIRのATR法で測定したポリプロピレン試料について、X線光電子分光分析装置(XPS)で測定した。結果を図4、5、6、7に示す。XPS測定は、表面から約10nm以内の深さの結合状態を測定できる条件であった。XPS分析のための条件は以下のとおりであった。
機器:PHI-5000VersaProbeII(アルバック・ファイ(株)、神奈川)、線源:CrKα線、AlKα線、取り出し角:90°。
Analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) The polypropylene sample measured by the ATR method of FTIR was measured by an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results are shown in Figures 4, 5, 6, and 7. The XPS measurement was performed under conditions that allowed the bonding state to be measured at a depth of about 10 nm from the surface. The conditions for the XPS analysis were as follows.
Equipment: PHI-5000VersaProbe II (ULVAC-PHI, Inc., Kanagawa), radiation source: CrKα radiation, AlKα radiation, take-off angle: 90°.

図4には酸化処理時間の異なるポリプロピレン試料のXPS測定における(A)C1sナロースペクトルおよび(B)O1sナロースペクトルを示す。スペクトルから求められたC1sの存在量(%)、O1sの存在量(%)及びO/C原子数比の関係を表1に示す。

Figure 2024101271000001
4 shows (A) C1s narrow spectrum and (B) O1s narrow spectrum in XPS measurement of polypropylene samples with different oxidation treatment times. Table 1 shows the relationship between the amount of C1s (%), the amount of O1s (%), and the O/C atomic ratio obtained from the spectrum.
Figure 2024101271000001

表2には、C1sナロースペクトルの波形分析によって得られた炭素結合の種類およびその存在割合を示す。

Figure 2024101271000002
Table 2 shows the types of carbon bonds and their abundance ratios obtained by waveform analysis of the C1s narrow spectrum.
Figure 2024101271000002

これらの結果に基づき、表1の結果からO/C原子数比と酸化処理時間との関係を図5に、表2の結果から各結合の割合と酸化処理時間との関係を図6に示した。さらに、図7には(C-O-H結合%)/(全炭素結合%)を拡大してプロットした。 Based on these results, the relationship between the O/C atomic ratio and the oxidation treatment time from the results in Table 1 is shown in Figure 5, and the relationship between the proportion of each bond and the oxidation treatment time from the results in Table 2 is shown in Figure 6. Furthermore, Figure 7 shows an enlarged plot of (C-O-H bond %)/(total carbon bond %).

酸化処理時間の増加に伴い、C-C結合およびC-H結合の数が減少する一方で、O/C原子数比、C-O-H結合、C=O結合、およびO=C-O結合の数がいずれも増加することが確認された。図1および図2のFTIR測定では酸化処理時間に伴う酸素結合の変化は確認できなかったが、XPS測定によって酸化状態の確認が可能であることが分かった。なお、図5、6、7から、酸化処理時間が10秒/cm以上では炭素-酸素の結合量の増加は緩やかになることがわかる。 It was confirmed that, with an increase in the oxidation treatment time, the number of C-C bonds and C-H bonds decreased, while the O/C atomic ratio, the number of C-O-H bonds, C=O bonds, and O=C-O bonds all increased. Although the FTIR measurements in Figures 1 and 2 could not confirm the change in oxygen bonds with the oxidation treatment time, it was found that the oxidation state could be confirmed by XPS measurement. It is noted that Figures 5, 6, and 7 show that the increase in the amount of carbon-oxygen bonds becomes gradual when the oxidation treatment time is 10 seconds/ cm2 or more.

[実施例2:オゾン酸化ポリフェニレンサルファイド繊維のXPS測定]
ポリフェニレンサルファイド(PPS)繊維(トルコン(登録商標)、東レ、東京)をオゾン酸化処理してXPS測定を行った。エックス線光電子分光分析装置はサーモフィッシャーサイエンティフィック(米国)製K-Alpha(線源:AlKα線、取り出し角:90°)を用いた。
[Example 2: XPS measurement of ozone oxidized polyphenylene sulfide fiber]
Polyphenylene sulfide (PPS) fiber (TORCON®, Toray, Tokyo) was oxidized with ozone and then subjected to XPS measurement. The X-ray photoelectron spectrometer used was Thermo Fisher Scientific (USA) K-Alpha (radiation source: AlKα radiation, take-off angle: 90°).

未処理およびオゾン酸化PPS繊維のXPS表面分析結果を表3に示す。PPS繊維ではオゾン酸化処理によって、O/C原子数比が増加すること、およびC-O-H結合とO-C=O結合が増加することが確認された。

Figure 2024101271000003
The results of XPS surface analysis of untreated and ozone-oxidized PPS fibers are shown in Table 3. It was confirmed that the ozone oxidation treatment of PPS fibers increases the O/C atomic ratio and increases the number of C-O-H bonds and O-C=O bonds.
Figure 2024101271000003

本実施例におけるオゾン酸化処理は、以下の手順に従って実施した。
・オゾン酸化処理
試験片を容積2Lの硬質ガラス製容器(ガスの導入口と出口付き)に入れ、オゾン発生機(日本オゾン社製ON-1-2型)により、オゾン発生量2g/h、濃度40g/mのオゾンを含む酸素を1000ml/分の流量で、試料について20分間吹き込んだ。次に、オゾンを含まない酸素を10分間吹き込んだ。オゾンの濃度はヨウ素滴定により求めた。
The ozone oxidation treatment in this example was carried out according to the following procedure.
Ozone oxidation treatment The test piece was placed in a 2L hard glass container (with a gas inlet and outlet), and oxygen containing ozone at a concentration of 40 g/ m3 was blown into the sample at a flow rate of 1000 ml/min using an ozone generator (ON-1-2 model manufactured by Japan Ozone Co., Ltd.) with an ozone generation rate of 2 g/h and a flow rate of 1000 ml/min for 20 minutes. Next, oxygen not containing ozone was blown in for 10 minutes. The ozone concentration was determined by iodometric titration.

ポリメチルペンテン(PMP)樹脂シートの酸化および処理試料のXPS測定の解析においても、酸化処理によって、O/C原子数比が増加すること、およびC-O-H結合とO-C=O結合が増加することが確認された。
・PMP樹脂シート:厚さ0.5mm、TPX(登録商標)樹脂(三井化学、東京)
Analysis of the oxidation of a polymethylpentene (PMP) resin sheet and XPS measurement of the treated sample also confirmed that the oxidation treatment increases the O/C atomic ratio and increases the number of C-O-H bonds and O-C=O bonds.
PMP resin sheet: 0.5 mm thick, TPX (registered trademark) resin (Mitsui Chemicals, Tokyo)

[実施例3:プラズマ放電酸化に伴うポリプロピレン布の強度変化]
次に、ポリプロピレンマルチフィラメント布(直径0.25mmのマイクロフィラメントを撚り合わせた糸からなる平織布:サイズ 幅100mm、長さ200mm、厚さ0.6mm、目付20g/m)をプラズマ放電により酸化処理した。1cmの面積当たりそれぞれ15秒間、30秒間、60秒間および150秒間のプラズマ放電を行った。プラズマ放電装置は実施例1と同様に行った。酸化処理後に引張り強度試験を行った。
[Example 3: Change in strength of polypropylene fabric due to plasma discharge oxidation]
Next, polypropylene multifilament fabric (plain woven fabric made of yarn twisted together microfilaments with a diameter of 0.25 mm: size: width 100 mm, length 200 mm, thickness 0.6 mm, basis weight 20 g/ m2 ) was oxidized by plasma discharge. Plasma discharge was performed for 15 seconds, 30 seconds, 60 seconds, and 150 seconds per 1 cm2 area. The plasma discharge device was the same as in Example 1. After the oxidation treatment, a tensile strength test was performed.

・引張り強度試験
試験機:万能試験機AUTOGRAPH AGS-H(島津製作所、京都)を使用、引張り速度:10mm/分、試験片支持点間:600mmで行った。
Tensile strength test: Testing machine: Universal testing machine AUTOGRAPH AGS-H (Shimadzu Corporation, Kyoto) was used, the test was performed at a tensile speed of 10 mm/min and a test piece support point distance of 600 mm.

結果を図8に示す。縦軸は未処理の材料強度を100%とした場合の材料相対強度である。酸化処理時間の増加に伴って、材料強度は低下する。この場合、試料が細い繊維であるために強度低下が著しいことがある。酸化時間10秒/cm以下のこの繊維布を複合材料の補強材料に使用した場合、材料強度を増加させる事を確認した。また、ポリプロピレン材料が厚さ0.1mm以上の板状であれば、20秒/cm以下の酸化による材料強度低下は無視できるレベルである。 The results are shown in Figure 8. The vertical axis indicates the relative strength of the material when the strength of the untreated material is taken as 100 %. As the oxidation treatment time increases, the material strength decreases. In this case, the strength decrease may be significant because the sample is made of thin fibers. It was confirmed that when this fiber cloth with an oxidation time of 10 seconds/ cm2 or less is used as a reinforcing material for a composite material, the material strength is increased. Also, if the polypropylene material is in the form of a plate with a thickness of 0.1 mm or more, the decrease in material strength due to oxidation of 20 seconds/cm2 or less is at a negligible level.

[実施例4:オゾン酸化による材料強度の低下]
ポリプロピレンマルチフィラメント布(直径0.25mmのマイクロフィラメントを撚り合わせた糸からなる平織布:サイズ 幅100mm、長さ200mm、厚さ0.6mm、目付20g/m)をオゾン酸化処理した。次に、引張強度を試験した
[Example 4: Decrease in material strength due to ozone oxidation]
A polypropylene multifilament fabric (a plain woven fabric made of threads twisted together with microfilaments having a diameter of 0.25 mm: size: width 100 mm, length 200 mm, thickness 0.6 mm, basis weight 20 g/m 2 ) was subjected to ozone oxidation treatment. Next, the tensile strength was tested.

・オゾン酸化処理
実施例2と同様に行った。
・引張り強度試験
実施例3と同様に行った。
Ozone oxidation treatment was carried out in the same manner as in Example 2.
Tensile strength test was carried out in the same manner as in Example 3.

結果を図9に示す。プラズマ酸化処理と同様に、長時間の酸化処理は引張強度の低下を引き起こした。図8と比較して、図9の時間軸は分単位であるので、酸化による材料強度の低下は、行ったオゾン処理の条件では、オゾン処理の方がプラズマ処理よりも穏やかである。 The results are shown in Figure 9. As with the plasma oxidation treatment, prolonged oxidation treatment caused a decrease in tensile strength. Compared to Figure 8, the time axis in Figure 9 is in minutes, so the decrease in material strength due to oxidation is more gentle with ozone treatment than with plasma treatment under the ozone treatment conditions used.

[実施例5:DHM処理と試料のXPS測定]
DHM(Durable Hydrophilic Modification)処理は酸化処理した材料について、次に表面コーティングステップを行って完成する。プラズマ酸化試料(照射時間5秒/cm)について、表面コーティングステップを行った試料についてXPS測定を行った。結果を表4に示す。プラズマ処理のみの試料に比べて、各試料は、O1s/C1s比、酸素を含む各官能基の割合が増加する事が確認された。

Figure 2024101271000004
[Example 5: DHM treatment and XPS measurement of sample]
The DHM (Durable Hydrophilic Modification) process is completed by performing a surface coating step on the oxidized material. XPS measurements were performed on the plasma oxidized samples (irradiation time 5 seconds/ cm2 ) that had undergone the surface coating step. The results are shown in Table 4. It was confirmed that the O1s/C1s ratio and the proportion of each functional group containing oxygen increased in each sample compared to the samples that had only been plasma treated.
Figure 2024101271000004

本実施例におけるDHM処理における酸化処理およびコーティングステップは、以下の手順に従って実施した。
・酸化処理
実施例1の大気圧プラズマ処理の方法で、材料について、10秒/cmの照射量で酸化した試料を、メタノール、水で洗浄した。
・コーティングステップ
体積比で、水400、メタノール100、アクリル酸1、メタクリル酸メチル0.1の反応液Aを作る。酸化処理材料を、平板型のトレイに入れて、反応液Aを処理材料の上に5mm程度の深さに覆うように加えて、厚さ0.5mmの硬質硝子板でフタをして(密閉しない)、紫外線照射を100mmの距離から20分間行った。材料を取り出して、メタノールで洗浄後、処理材料を熱水で十分に洗浄、乾燥して処理は終了した。処理後の試料の重量増加は処理前試料の重量に対して、0.1%以下であった。
紫外線照射:高圧水銀ランプ(東芝ライテック(株)製、商品名H1500L、全長360mm、発光長200mm、ランプ電圧315V、ランプ電力1500W)を試料にフィルター無しで照射する。加熱を避けるために、ランプと試料間に自家製の「送風機にスリットをつけた冷却用ファン」で強い風を送る。
The oxidation and coating steps in the DHM treatment in this example were carried out according to the following procedure.
Oxidation Treatment: Using the atmospheric pressure plasma treatment method of Example 1, the material was oxidized at an irradiation dose of 10 seconds/ cm2 , and the sample was washed with methanol and water.
Coating step: Prepare reaction liquid A with a volume ratio of 400 water, 100 methanol, 1 acrylic acid, and 0.1 methyl methacrylate. The oxidation treatment material is placed in a flat tray, and reaction liquid A is added to cover the treatment material to a depth of about 5 mm. The tray is covered with a 0.5 mm thick hard glass plate (not sealed), and ultraviolet irradiation * is performed for 20 minutes from a distance of 100 mm. The material is removed and washed with methanol, and then the treatment material is thoroughly washed with hot water and dried to complete the treatment. The weight increase of the sample after treatment was 0.1% or less compared to the weight of the sample before treatment.
* Ultraviolet light irradiation: A high-pressure mercury lamp (Toshiba Lighting & Technology Corporation, product name H1500L, total length 360 mm, light emission length 200 mm, lamp voltage 315 V, lamp power 1500 W) is irradiated onto the sample without a filter. To prevent overheating, a strong breeze is blown between the lamp and the sample using a homemade "cooling fan with slits in the blower."

[実施例6:DHM処理に最適な酸化処理の探索のための接着強度試験]
接着性改良に有効なDHM処理の「酸化ステップの酸化時間」を知るために酸化時間の異なるDHM処理を行ったポリプロピレン(PP)板とアルミニウム板をエポキシ接着剤で接着した試料の引張りせん断強度を測定した。
[Example 6: Adhesion strength test to find optimal oxidation treatment for DHM treatment]
In order to determine the "oxidation time of the oxidation step" of DHM treatment that is effective in improving adhesion, the tensile shear strength of samples made by bonding polypropylene (PP) plates and aluminum plates that had been subjected to DHM treatment with different oxidation times with an epoxy adhesive was measured.

PP板(サイズ10mm×80mm、厚さ1.0mm)を、以下の手順に従う酸化処理およびコーティングステップでDHM処理した。
・酸化処理
実施例1と同様にプラズマ放電で行った。酸化処理は0~20秒/cmであった。
・コーティングステップ
実施例5のコーティングステップを行った。
A PP plate (size 10 mm x 80 mm, thickness 1.0 mm) was subjected to DHM treatment with oxidation and coating steps according to the following procedure.
Oxidation treatment was performed by plasma discharge in the same manner as in Example 1. The oxidation treatment was performed for 0 to 20 seconds/ cm2 .
Coating Step The coating step of Example 5 was carried out.

接着および引張りせん断強度の測定は以下の手順で実施した。
・接着引張りせん断強度試験
処理PP板とアルミニウム板(厚さ0.2mm)とをエポキシ系接着剤であるボンドクイック5(コニシ、大阪)を製造者の指示に従い使用して接着した。すなわち、接着剤混合用シート上でほぼ等量のA液(主剤;エポキシ樹脂)とB液(硬化剤;ポリチオール)とを混合してから、混合物をポリプロピレン試料に、接着面積が10mm×10mmとなるように均一に塗って、その上にアルミニウム板を重ねた(接着剤量は約80mg)。この接着試料をプラスチック製の板に挟み、1kgの重りを載せて、室温下で36時間放置した。以下の条件で引張試験を行い、引張せん断強度(N)を測定した。
使用機器:卓上型荷重試験機FTN1-13A(アイコーエンジニアリング(株))、引張速度:20mm/分、保持具間の空間中にPP板4cm-接着部分1cm-アルミニウム板1cmが存在し、PP板およびアルミニウム板の両端の部分を保持具で固定して、引張試験を行った。
The adhesion and tensile shear strength were measured according to the following procedures.
Adhesive Tensile Shear Strength Test Treated PP plate and aluminum plate (thickness 0.2 mm) were bonded using epoxy adhesive Bond Quick 5 (Konishi, Osaka) according to the manufacturer's instructions. That is, approximately equal amounts of liquid A (main agent; epoxy resin) and liquid B (hardener; polythiol) were mixed on an adhesive mixing sheet, and the mixture was evenly applied to a polypropylene sample so that the adhesive area was 10 mm x 10 mm, and an aluminum plate was placed on top of it (adhesive amount was about 80 mg). This adhesive sample was sandwiched between plastic plates, a 1 kg weight was placed on it, and it was left at room temperature for 36 hours. A tensile test was performed under the following conditions to measure the tensile shear strength (N).
Equipment used: Tabletop load testing machine FTN1-13A (Aiko Engineering Co., Ltd.), tensile speed: 20 mm/min, the space between the holders was 4 cm long PP plate - 1 cm long adhesive portion - 1 cm long aluminum plate, and both ends of the PP plate and the aluminum plate were fixed with the holders to perform the tensile test.

結果を図10に示す。図中、四角囲み部分は接着試験中に材料破壊がみられた領域である。酸化処理3-7秒/cmの改質試料はPPの材料破壊が見られたので、接着強度が最も高いと言える。酸化処理3、4、6、7秒/cmの表面改質試料は図10中の強度の数値でPP板の材料破壊が起こった。一方、酸化処理5秒/cm2の改質試料は接着部分がはがれず、PP板が延伸して、応力425Nで測定不可能となった。酸化処理5秒/cm2の改質試料はPP板が延伸したので最も好ましい接着と言える。酸化処理3-7秒/cm2の前後の酸化時間では、改質試料の接着強度は低いが、未処理試料の接着試料よりは接着強度が高い。 The results are shown in Figure 10. In the figure, the area enclosed by a square is the area where material destruction was observed during the adhesion test. The modified sample with oxidation treatment of 3-7 sec/ cm2 showed material destruction of the PP, so it can be said that it has the highest adhesive strength. The surface modified samples with oxidation treatment of 3, 4, 6, and 7 sec/ cm2 showed material destruction of the PP plate at the strength values in Figure 10. On the other hand, the modified sample with oxidation treatment of 5 sec/ cm2 did not peel off the adhesive part, and the PP plate stretched, making it impossible to measure at a stress of 425 N. The modified sample with oxidation treatment of 5 sec/ cm2 showed the most preferable adhesion because the PP plate stretched. At oxidation times before and after oxidation treatment of 3-7 sec/ cm2 , the adhesive strength of the modified sample was low, but the adhesive strength was higher than that of the untreated sample.

ポリプロピレンのXPS測定および接着強度試験の結果から、XPS測定した場合に、O/C原子数比が約0.03~0.30およびC-O結合率が約3~20%の酸化レベルの材料、あるいはXPS測定した場合に未処理の材料と比較して約0.01~0.15のO原子数割合(水素を除く原子のうちのO原子の割合)の増大または約1~15%のC-O-H結合率の増大を示す酸化レベルの材料が特に好適に材料の接着性改良に利用できると考えられる。材料の強度の低下は、板状の場合はほぼ0%で、細い繊維の場合は2~3%減である。細い繊維は改質繊維を複合材料に使用する場合、その材料強度が増加する事を確認している。従って、同様の酸化レベルにおける材料強度の低下は問題視しなくてよいと言える。ポリプロピレン以外の材料においても、同様の見解は確認された。 From the results of XPS measurements and adhesive strength tests on polypropylene, it is believed that materials with an oxidation level of about 0.03-0.30 O/C atomic ratio and about 3-20% C-O bond ratio when measured by XPS, or materials with an oxidation level of about 0.01-0.15 increase in O atomic ratio (ratio of O atoms among atoms excluding hydrogen) or about 1-15% increase in C-O-H bond ratio compared to untreated materials when measured by XPS, are particularly suitable for improving the adhesiveness of materials. The decrease in strength of the material is almost 0% in the case of plate-shaped materials and 2-3% in the case of thin fibers. It has been confirmed that the strength of thin fibers increases when modified fibers are used in composite materials. Therefore, it can be said that the decrease in material strength at the same oxidation level is not a problem. The same view was confirmed for materials other than polypropylene.

[実施例7:処理の耐久性]
プラズマ処理したシリコンゴムシートは処理後すぐに接着しないと接着性が失われるという。そこで、プラズマ処理したシリコンゴムシート、DHM処理したシリコンゴムシートを所定時間放置してから、アルミニウム板と接着して、その接着引っ張りせん断強度を比較した。比較のため、未処理シリコンゴムシートとアルミニウム板の接着も行った。結果は表5に示す。プラズマ処理シリコンゴムシートは約1時間以内に接着しないと接着性が失われる。また、接着強度はDHM処理試料より、かなり小さい。

Figure 2024101271000005
[Example 7: Durability of treatment]
It is said that if the plasma-treated silicone rubber sheet is not bonded immediately after treatment, it will lose its adhesiveness. Therefore, the plasma-treated silicone rubber sheet and the DHM-treated silicone rubber sheet were left for a specified time, and then bonded to an aluminum plate, and the adhesive tensile shear strength was compared. For comparison, an untreated silicone rubber sheet was also bonded to an aluminum plate. The results are shown in Table 5. If the plasma-treated silicone rubber sheet is not bonded within about an hour, it will lose its adhesiveness. Also, the adhesive strength was considerably smaller than that of the DHM-treated sample.
Figure 2024101271000005

本実施例における酸化処理およびDHM処理は、以下の手順に従って実施した。
・酸化処理
プラズマ処理;春日電機リアルプラズマAPJ-500(高周波電源AGI-B202)を用いて、空気中、大気圧下で、出力=300W、200V、試料-電極間距離=10mmとして、試料について、照射5秒/cm(試料面積1cmに対して1秒間照射)とした。酸化程度は実施例6の方法と同様の程度とした。
・DHM処理
シリコンゴムシートを上記プラズマ処理で酸化した材料について、以下のコーティングステップを行った。酸化材料を反応液に入れて、80℃で、10分間加熱した。具体的には、体積比で、水800、メタノール200、ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)1、メタクリル酸メチル(MMA)0.1の溶液にアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)10mgを加えた反応液を作る。反応液に入れて、80℃で、10分間加熱した。反応混合物から材料を取り出して、メタノールで洗浄後、水で煮沸洗浄して乾燥した。
The oxidation treatment and DHM treatment in this example were carried out according to the following procedures.
Plasma treatment: Using Kasuga Denki Real Plasma APJ-500 (high frequency power supply AGI-B202), the sample was irradiated for 5 seconds/ cm2 (1 second irradiation per 1 cm2 sample area) in air under atmospheric pressure with output of 300 W, 200 V, and sample-electrode distance of 10 mm. The degree of oxidation was the same as in Example 6.
DHM treatment The following coating steps were carried out on the material obtained by oxidizing the silicon rubber sheet by the above plasma treatment. The oxidized material was placed in a reaction solution and heated at 80°C for 10 minutes. Specifically, a reaction solution was prepared by adding 10 mg of azobisisobutyronitrile (AIBN) to a solution of 800 water, 200 methanol, 1 hydroxyethyl methacrylate (HEMA), and 0.1 methyl methacrylate (MMA) in volume ratio. The reaction solution was placed in the reaction solution and heated at 80°C for 10 minutes. The material was removed from the reaction mixture, washed with methanol, boiled and washed with water, and dried.

(熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)を母材とした繊維樹脂複合材料(FRP))
[実施例8:ポリプロピレン繊維とエポキシ樹脂の複合材料]
未処理または改質ポリプロピレン(PP)繊維/エポキシ樹脂のFRPを作製した。各試料の曲げ強度を測定した。結果は表6に示す。改質による繊維強度の少しの低下があるとしても、作製したFRPの材料強度は増加した。

Figure 2024101271000006
(Fiber-resin composite material (FRP) with thermosetting resin (epoxy resin) as the base material)
[Example 8: Composite material of polypropylene fiber and epoxy resin]
Untreated or modified polypropylene (PP) fiber/epoxy resin FRPs were prepared. The bending strength of each sample was measured. The results are shown in Table 6. Even though there was a slight decrease in fiber strength due to the modification, the material strength of the prepared FRPs was increased.
Figure 2024101271000006

本実施例において使用した材料は以下の通りであった。
・ポリプロピレン(PP)繊維;ポリプロピレン平織布、比重=20グラム/m、構成糸:マルチフィラメント(直径0.5mm)、モノフィラメント繊維の直径=30μm
・エポキシ樹脂;主剤:液状エポキシ樹脂、硬化剤:ジアミン系硬化剤:GM-6800(ブレニー技研、群馬)
The materials used in this example were as follows:
Polypropylene (PP) fiber: polypropylene plain weave fabric, specific gravity = 20 g/m 2 , component yarn: multifilament (diameter 0.5 mm), monofilament fiber diameter = 30 μm
Epoxy resin: Base: Liquid epoxy resin, Hardener: Diamine-based Hardener: GM-6800 (Bleny Giken, Gunma)

本実施例におけるDHM処理、FRPの製法、試験法は、以下の通りであった。
・DHM処理
実施例5のDHM処理と同様、ただし酸化時間は5秒/cm
・PP繊維/エポキシ樹脂のFRPの製法
ハンドレイアップ法:ステンレス製成形型(凹型)の中に、PP布を6枚積層して、硬化剤を混合したエポキシ樹脂を流し込んで、1日放置して固化させた。成形型の成形部分(凹型)のサイズは、長さ80mm、幅10mm;JIS規格に従って製造された。作製FRPのサイズ=10mmx80mmx2.6mm。
・材料の引張りせん断強度試験
万能試験機AUTOGRAPH AGS-H(島津製作所、京都)を使用して測定した。
・材料の3点曲げ強度試験(JIS-K7171準拠)
同上の試験器で行った。曲げ速度:5mm/分、支点間距離:40mmとした。
The DHM treatment, FRP manufacturing method, and test method in this example were as follows.
DHM treatment: The same as in Example 5, except that the oxidation time was 5 seconds/cm 2 .
-Manufacturing method of FRP of PP fiber/epoxy resin Hand lay-up method: Six sheets of PP cloth were stacked in a stainless steel mold (concave mold), epoxy resin mixed with a hardener was poured in, and it was left for one day to harden. The size of the molded part (concave mold) of the mold was 80 mm in length and 10 mm in width; it was manufactured according to the JIS standard. The size of the manufactured FRP = 10 mm x 80 mm x 2.6 mm.
Tensile shear strength test of materials Measurement was performed using a universal testing machine AUTOGRAPH AGS-H (Shimadzu Corporation, Kyoto).
- Three-point bending strength test of materials (JIS-K7171 compliant)
The test was performed using the same tester as above. The bending speed was 5 mm/min, and the distance between supporting points was 40 mm.

[実施例9:UHMWPE繊維とエポキシ樹脂の複合材料]
未処理または改質超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)繊維/エポキシ樹脂のFRPを作製した。各試料の曲げ強度を測定した。結果は表7に示す。PP繊維/エポキシ樹脂のFRPと同様に、改質で繊維強度は少し低下しても、FRPにすると、材料強度は増加した。

Figure 2024101271000007
[Example 9: Composite material of UHMWPE fiber and epoxy resin]
Untreated or modified ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fiber/epoxy resin FRP was prepared. The bending strength of each sample was measured. The results are shown in Table 7. As with the PP fiber/epoxy resin FRP, the fiber strength was slightly reduced by modification, but the material strength increased when the FRP was made.
Figure 2024101271000007

本実施例において使用した材料は以下の通りである。
・超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)繊維;モノフィラメント(直径=30μm)からなるマルチフィラメント糸(直径0.62mm):東洋紡(株)提供、商品名ダイニーマ。
The materials used in this example are as follows:
Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fiber; multifilament yarn (diameter 0.62 mm) made of monofilament (diameter = 30 μm): provided by Toyobo Co., Ltd., product name Dyneema.

本実施例におけるDHM処理における酸化処理およびコーティングステップ、FRPの製法は、以下の通りであった。3点曲げ強度試験は、実施例8と同様である。
・酸化処理
実施例2のオゾン酸化法とした。酸化処理時間は15分とした。
・コーティングステップ
実施例5のコーティングステップと同様に行った。
・UHMWPE繊維/エポキシ樹脂のFRPの製法
ハンドレイアップ法:JIS準拠の成形型(凹型)の中に、40本の糸を平行に入れて、硬化剤を混合したエポキシ樹脂10gを流し込んで、1日放置して固化させた。成型したFRPのサイズ=10mmx80mmx2.6mm。
The oxidation treatment and coating steps in the DHM treatment and the manufacturing method of the FRP in this example were as follows. The three-point bending strength test was the same as in Example 8.
Oxidation Treatment The ozone oxidation method of Example 2 was used. The oxidation treatment time was 15 minutes.
Coating step: The coating step was carried out in the same manner as in Example 5.
- Manufacturing method of UHMWPE fiber/epoxy resin FRP Hand lay-up method: 40 threads were placed in parallel in a JIS-compliant mold (concave mold), 10 g of epoxy resin mixed with a hardener was poured in, and left for one day to harden. Size of molded FRP = 10 mm x 80 mm x 2.6 mm.

図11に、表6と表7に対応する3点曲げ強度試験における「荷重-変位曲線」を示す;(A)はPP繊維/エポキシ樹脂、(B)はUHMWPE繊維/エポキシ樹脂である。未処理PP繊維/エポキシ樹脂ならびに未処理UHMWPE繊維/エポキシ樹脂は3点曲げ試験で、材料が二つに割れたが、DHM処理PP繊維/エポキシ樹脂、DHM処理UHMWPE繊維/エポキシ樹脂は3点曲げ強度試験後に、「くの字」に曲がったままの状態で二つに分離しなかった。繊維と樹脂の界面の密着性が高い事を示す。 Figure 11 shows the "load-displacement curves" in the three-point bending strength test corresponding to Tables 6 and 7; (A) is PP fiber/epoxy resin, and (B) is UHMWPE fiber/epoxy resin. In the three-point bending test, the untreated PP fiber/epoxy resin and untreated UHMWPE fiber/epoxy resin materials broke into two, but the DHM-treated PP fiber/epoxy resin and DHM-treated UHMWPE fiber/epoxy resin materials remained bent in an "L" shape after the three-point bending strength test and did not separate into two. This indicates high adhesion at the interface between the fiber and the resin.

(熱可塑性樹脂を母材にした複合材料)
本開示の方法に従って表面改質処理した各種材料について、種々の材料との複合材料を作製して材料試験を行った。未処理または酸化処理だけを行った繊維またはフィルムと母材樹脂とから作製した複合材料では、3点曲げ強度試験において繊維またはフィルムが樹脂から引き抜かれることで材料が破壊された。他方、DHM処理した繊維またはフィルムと各種樹脂から作製した複合材料では、繊維またはフィルムが樹脂から抜けることなく、密着性を維持したまま材料が切断されることで材料破壊が生じることが観察された。
(Composite material with thermoplastic resin as the base material)
For various materials that were surface-modified according to the method of the present disclosure, composite materials were prepared with various materials and material tests were performed. In composite materials prepared from fibers or films that were untreated or only oxidized and a base resin, the fibers or films were pulled out of the resin in a three-point bending strength test, causing the materials to break. On the other hand, in composite materials prepared from fibers or films that were DHM-treated and various resins, it was observed that the fibers or films did not come out of the resin, and the materials were cut while maintaining adhesion, causing material breakage.

[実施例10:PET繊維とポリプロピレン樹脂の複合材料]
PET繊維(ポリエチレンテレフタレート;平織布(NBCメッシュテック、東京))およびポリプロピレン(PP)樹脂の組み合わせで、繊維複合材料を作製した。その後、上記と同様の3点曲げ試験を行った。結果を表8に示す。

Figure 2024101271000008
[Example 10: Composite material of PET fiber and polypropylene resin]
A fiber composite material was prepared by combining PET fiber (polyethylene terephthalate; plain woven fabric (NBC Meshtec, Tokyo)) and polypropylene (PP) resin. The same three-point bending test as above was then performed. The results are shown in Table 8.
Figure 2024101271000008

本実施例における酸化処理、DHM処理、複合材料の製法は、以下の通りであった。3点曲げ強度試験は、実施例8と同様である。
・酸化処理
プラズマ処理;PET繊維およびPP樹脂について、実施例6のプラズマ処理と同様に行った。
・DHM処理
酸化材料について、実施例7のコーティングステップを行った。
・複合材料の製法
金型に離型剤をスプレーする。次にポリプロピレン樹脂とPET繊維を交互に詰める。その金型をアズワン小型熱プレス機HC300-01に固定して、240℃として、無圧状態で10分おき、さらに2MPaの圧力をかけて5分間おく。その後、室温に戻して、金型から、複合材料試料を外す。金型はJIS規格に基づいて設計した。試料サイズは、長さ60mm、幅10mm、厚さ約2mmとした。
The oxidation treatment, DHM treatment, and manufacturing method of the composite material in this example were as follows. The three-point bending strength test was the same as in Example 8.
Oxidation treatment Plasma treatment: The PET fiber and PP resin were subjected to the same plasma treatment as in Example 6.
DHM Treatment The oxidized material was subjected to the coating step of Example 7.
・Composite material manufacturing method Spray a release agent onto the mold. Next, alternate packing of polypropylene resin and PET fibers. Fix the mold to an AS ONE small heat press HC300-01, heat to 240°C, leave for 10 minutes without pressure, and then leave for 5 minutes with a pressure of 2 MPa. After that, return to room temperature, and remove the composite material sample from the mold. The mold was designed based on JIS standards. The sample size was 60 mm in length, 10 mm in width, and approximately 2 mm in thickness.

[実施例11:炭素繊維とポリプロピレン樹脂の複合材料]
炭素繊維とポリプロピレン(PP)樹脂から高強度の繊維複合材料を作製した。
[Example 11: Composite material of carbon fiber and polypropylene resin]
A high-strength fiber composite material was produced from carbon fiber and polypropylene (PP) resin.

炭素繊維(CF)とPPフィルムから、繊維含有量の異なる繊維複合材料を作製して、繊維複合材料の3点曲げ試験を行った。炭素繊維は三菱ケミカル製品を入手した。結果を表9に示す。

Figure 2024101271000009
Fiber composite materials with different fiber contents were prepared from carbon fiber (CF) and PP film, and three-point bending tests were performed on the fiber composite materials. The carbon fiber was obtained from Mitsubishi Chemical. The results are shown in Table 9.
Figure 2024101271000009

本実施例における酸化処理、DHM処理、複合材料の製法は、以下の通りであった。3点曲げ強度試験は、実施例8と同様である。
・酸化処理
プラズマ処理;炭素繊維(樹脂付き)およびポリプロピレンフィルムについて、実施例1のプラズマ酸化と同様に行った。
・DHM処理
酸化材料について、実施例7のコーティングステップを行った。
・複合材料の製法
厚さ0.3mmのPPフィルム10枚と、炭素繊維フィラメント束を、金型に詰める。その金型をアズワン小型熱プレス機H300-01に固定して、240℃として、無圧状態で10分おき、次に2MPaの圧力をかけて5分間おく。その後、室温に戻して金型から試料を外す。
The oxidation treatment, DHM treatment, and manufacturing method of the composite material in this example were as follows. The three-point bending strength test was the same as in Example 8.
Oxidation Treatment Plasma treatment: The carbon fiber (with resin) and the polypropylene film were subjected to the plasma oxidation treatment in the same manner as in Example 1.
DHM Treatment The oxidized material was subjected to the coating step of Example 7.
・Manufacturing method of composite material Ten sheets of 0.3 mm thick PP film and a bundle of carbon fiber filaments are packed into a mold. The mold is fixed to an AS ONE small heat press machine H300-01, heated to 240°C, and left unpressurized for 10 minutes, then left under a pressure of 2 MPa for 5 minutes. After that, the temperature is returned to room temperature and the sample is removed from the mold.

表面改質処理を行った繊維および樹脂から作製した繊維複合材料は、高い曲げ強度を示した。表面改質処理を行った繊維および樹脂から作製した繊維複合材料は、少量の繊維含有率20%において最大の強度を示した。 Fiber composite materials made from surface-modified fibers and resins showed high bending strength. Fiber composite materials made from surface-modified fibers and resins showed maximum strength at a small fiber content of 20%.

[実施例12:炭素繊維とアミド樹脂の複合材料]
炭素繊維およびアミド樹脂から高強度の繊維複合材料を作製した。
[Example 12: Composite material of carbon fiber and amide resin]
High strength fiber composite materials were fabricated from carbon fiber and amide resin.

表面改質した炭素繊維(CF)とポリアミド(PA6)樹脂との繊維複合材料を作製して、繊維複合材料の3点曲げ試験を行った。結果を表10に示す。

Figure 2024101271000010
A fiber composite material was prepared from the surface-modified carbon fiber (CF) and polyamide (PA6) resin, and a three-point bending test was performed on the fiber composite material. The results are shown in Table 10.
Figure 2024101271000010

本実施例において使用した材料は以下の通りである。
・炭素繊維;三菱ケミカル製品を入手した
・ポリアミド樹脂;シグマアルドリッチ製PA11=ナイロン-11ペレット
The materials used in this example are as follows:
Carbon fiber: Mitsubishi Chemical products Polyamide resin: Sigma-Aldrich PA11 = Nylon-11 pellets

本実施例における酸化処理、DHM処理は、以下の通りであった。3点曲げ強度試験は、実施例8と同様である。
・酸化処理
炭素繊維(樹脂付き)およびPA6について、実施例2のオゾン処理と同様に行った。
・CFのDHM処理
酸化材料について、実施例7のコーティングステップを行った。
・PA6のDHM処理
上記の酸化処理を行った材料について次のコーティングステップを行った。体積比で、水400、メタノール400、親水性モノマー(ビニルピロリドン)の反応液Aを作る。処理材料を、平板型のトレイに入れて、反応液Aを処理材料の上に5mm程度の深さに覆うように加えて、厚さ0.5mmの硬質硝子板でフタをして(密閉にしない)、紫外線照射を100mmの距離から10分間行った。材料を取り出して、メタノールで洗浄した。次に材料に親水性ポリマー水溶液B**を塗布して乾燥後、水で煮沸洗浄した。
ビニルピロリドン;1-ビニル-2-ピロリドン、富士フイルム和光純薬(株):製品コード228-01285
**親水性ポリマー水溶液B;ポリビニルピロリドン(PVP)***とカルボキシメチルセルロース(CMC)****の混合物(混合重量比10:1)の1重量%水溶液とした。
***PVP;平均分子量4万;K30富士フイルム和光純薬株式会社:製品コード161-03105
****CMC;カルボキシメチルセルロースナトリウム(富士フィルム和光純薬(株)製品コード4987481229082)
The oxidation treatment and DHM treatment in this example were as follows. The three-point bending strength test was the same as in Example 8.
Oxidation Treatment The carbon fiber (with resin) and PA6 were subjected to the same ozone treatment as in Example 2.
DHM Treatment of CF The oxidized material was subjected to the coating step of Example 7.
・DHM treatment of PA6 The following coating step was carried out on the material that had undergone the above oxidation treatment. Reaction liquid A was made of 400 parts water, 400 parts methanol, and a hydrophilic monomer (vinylpyrrolidone * ) in a volume ratio. The material to be treated was placed in a flat tray, and reaction liquid A was added to cover the material to a depth of about 5 mm. The tray was then covered with a 0.5 mm thick hard glass plate (not sealed), and exposed to ultraviolet light for 10 minutes from a distance of 100 mm. The material was removed and washed with methanol. Next, a hydrophilic polymer aqueous solution B ** was applied to the material, dried, and then boiled and washed with water.
* Vinylpyrrolidone: 1-vinyl-2-pyrrolidone, Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.: Product code 228-01285
** Aqueous hydrophilic polymer solution B: A 1% by weight aqueous solution of a mixture of polyvinylpyrrolidone (PVP) *** and carboxymethylcellulose (CMC) *** (mixture weight ratio 10:1).
*** PVP; average molecular weight 40,000; K30 Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.: Product code 161-03105
**** CMC: Sodium carboxymethylcellulose (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., product code 4987481229082)

[実施例13:ポリイミドフィルムとポリエステル樹脂の複合材料]
ポリイミド(PI)フィルムとポリエステル樹脂から同様に複合材料を作製して、複合材料の3点曲げ試験を行った。結果を表11に示す。

Figure 2024101271000011
[Example 13: Composite material of polyimide film and polyester resin]
Composite materials were similarly prepared from polyimide (PI) film and polyester resin, and the composite materials were subjected to three-point bending tests. The results are shown in Table 11.
Figure 2024101271000011

本実施例において使用した材料は以下の通りである。
・ポリイミド(PI)フィルム;アズワン、ポリイミドフィルムカプトン(R)、型番3-1966-07。厚さ0.25mm
・ポリエステル樹脂;PROST(株)、FRP補修用不飽和ポリエステル樹脂、低収縮タイプ、硬化剤つき、一般積層用(ノンパラフィン)
The materials used in this example are as follows:
Polyimide (PI) film: AS ONE, Polyimide Film Kapton (R), model number 3-1966-07. Thickness 0.25 mm
Polyester resin: PROST Co., Ltd., unsaturated polyester resin for FRP repair, low shrinkage type, with hardener, for general lamination (non-paraffin)

本実施例における酸化処理、DHM処理は、以下の通りであった。3点曲げ強度試験は、実施例8と同様である。
・酸化処理
PIフィルムについて、耐水研磨紙(粒度600,耐水ペーパー;ベルスター研磨材工業STARCKE社(ドイツ))で、片道のみ5回研磨した。次に実施例2のオゾン処理を行った。
・DHM処理
上記の酸化処理を行った材料について、コーティングステップを次のように行った。電子線照射後重合を以下のように行った。研磨オゾン処理した材料に対して、電子線照射装置(岩崎電気株式会社製EC90)によって、加速電圧80kV、照射線量250kGyの条件で電子線(EB)を5秒/cm(試料面積あたり)照射した。材料を取り出して、体積比で、モノマー溶液(HEMA10、MMA1、水10、メタノール4の混合溶液)を塗り、60℃で1分間加熱した。処理材料を取り出して、水洗・乾燥した。
The oxidation treatment and DHM treatment in this example were as follows. The three-point bending strength test was the same as in Example 8.
Oxidation Treatment The PI film was polished five times in one direction with a waterproof abrasive paper (grain size 600, waterproof paper; Starstar Abrasives Industries, STARCKE (Germany)). Next, the ozone treatment of Example 2 was carried out.
-DHM treatment The coating step was carried out on the material that had undergone the above oxidation treatment as follows. Polymerization after electron beam irradiation was carried out as follows. The material that had undergone the polishing and ozone treatment was irradiated with an electron beam (EB) for 5 seconds/ cm2 (per sample area) using an electron beam irradiation device (EC90 manufactured by Iwasaki Electric Co., Ltd.) under conditions of an acceleration voltage of 80 kV and an exposure dose of 250 kGy. The material was removed, and a monomer solution (a mixed solution of HEMA 10, MMA 1, water 10, and methanol 4) was applied in a volume ratio, and heated at 60°C for 1 minute. The treated material was removed, washed with water, and dried.

[実施例14:高強度繊維布と加硫黒ゴムの複合材料]
未処理または処理した高強度アラミド繊維布を硬化前の加硫黒ゴムではさんでから硬化した繊維とゴムの複合材料を作製してT型剥離試験を行った。結果を表12に示す。

Figure 2024101271000012
[Example 14: Composite material of high strength fiber fabric and vulcanized black rubber]
Untreated or treated high strength aramid fiber fabric was sandwiched between uncured vulcanized black rubber to prepare a cured fiber-rubber composite material, and a T-peel test was performed. The results are shown in Table 12.
Figure 2024101271000012

本実施例において使用した材料は以下の通りである。
・アラミド繊維布;株式会社エスコ サイズ1.0x1.0m:ケブラー繊維100生地 EA911AV-1、厚さ0.5mm。
・加硫黒ゴム;(株)スーリエ提供品
The materials used in this example are as follows:
- Aramid fiber cloth; Esco Corporation Size 1.0 x 1.0 m: Kevlar fiber 100 fabric EA911AV-1, thickness 0.5 mm.
・Vulcanized black rubber; provided by Surie Co., Ltd.

本実施例における酸化処理、DHM処理、複合材料の製法は、以下の通りであった。
・酸化処理
化学反応処理;次亜塩素酸ナトリウム溶液(富士フィルム和光純薬株式会社製品コード197-02206、有効塩素:5.0+%)を体積10mlとり、水100mlとの水溶液とする。ガラス容器に入れて、処理すべき材料を入れる。徐々に加熱して、酢酸を0.2ml加えて、沸騰を3分間行い、室温までさましてから、材料を取り出した。材料を水洗、自然乾燥した。材料が酸化されている事はXPS測定で確認した。
・DHM処理
上記の酸化処理を行った材料について、次のコーティングステップを行った。モノマー溶液をアクリル酸(AA)10、メタクリル酸(MA)1、水10、メタノール4の混合溶液として、実施例7の方法で行った。
・複合材料の製法
加硫剤を加えて、まだやわらかい黒ゴムで、アラミド繊維試料をはさみ、それにシリコーンゴム板を載せて、1キログラムの重りで加圧して24時間置いて作製した。繊維含有量は20%とした。
The oxidation treatment, DHM treatment, and method for producing the composite material in this example were as follows.
Oxidation treatment Chemical reaction treatment: 10 ml of sodium hypochlorite solution (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd. product code 197-02206, available chlorine: 5.0%+) was taken and mixed with 100 ml of water to make an aqueous solution. The solution was placed in a glass container and the material to be treated was placed in it. The solution was gradually heated, 0.2 ml of acetic acid was added, boiled for 3 minutes, cooled to room temperature, and the material was removed. The material was washed with water and naturally dried. The oxidation of the material was confirmed by XPS measurement.
DHM Treatment The following coating step was carried out on the material that had been subjected to the above oxidation treatment. The monomer solution was a mixed solution of 10 parts acrylic acid (AA), 1 part methacrylic acid (MA), 10 parts water, and 4 parts methanol, and the process was carried out as in Example 7.
- Manufacturing method of the composite material After adding a vulcanizing agent, an aramid fiber sample was sandwiched between soft black rubber, a silicone rubber plate was placed on top of it, and a 1 kg weight was applied to pressurize the sample and the material was left for 24 hours to produce a composite material. The fiber content was 20%.

T型剥離試験は以下のように行った。
1)繊維布試料サイズ 幅10mm、長さ100mm
2)黒ゴム2枚に布をはさみ、布の末端10mmほど出して、加熱成型する。布とゴムの接着面積は10mmx90mm。
3)黒ゴムの片方の末端(布の出ている側)を10mm程度、手ではがす。
4)剥がしたゴム末端と布のはみ出した部分をそれぞれ、引っ張り試験の治具にとめて、引っ張り速度=10mm/分で引っ張った。
The T-peel test was carried out as follows.
1) Fabric sample size: width 10 mm, length 100 mm
2) Sandwich the cloth between two pieces of black rubber, leave about 10 mm of the cloth end exposed, and heat mold. The adhesive area between the cloth and rubber is 10 mm x 90 mm.
3) Use your hands to peel off about 10 mm of one end of the black rubber (the side with the fabric exposed).
4) The peeled end of the rubber and the protruding portion of the cloth were each attached to a tensile test fixture and pulled at a pulling speed of 10 mm/min.

本開示の表面改質により従来にない繊維―樹脂界面の密着した高強度の複合材料が得られる。 The surface modification disclosed herein allows for the production of high-strength composite materials with unprecedented adhesion at the fiber-resin interface.

[実施例15:具体的な表面改質物品の作製]
以下に本開示の表面改質処理を施して作製した物品を例示する。
・ポリプロピレン布およびシリコーンゴムに本開示の表面改質処理を施すことで水は展延し水滴を形成せず、水濡れ性が圧倒的に改善した(図12)。
・本開示の表面改質を施すことで本来は互いに接着しない紙と発泡ポリエチレン、アルミニウムと発泡ポリエチレンが互いに接着された(図13)。
・本開示の表面改質を施すことでポリテトラフルオロエチレンの接着性が改善された(図14)。
・本開示の表面改質を施すことでTPX(登録商標)樹脂(ポリメチルペンテン)フィルムに対して水性塗装が可能になった(図15)。
・本開示の表面改質を施すことでシリコーン樹脂に対して水性塗装が可能になった(図16)。
[Example 15: Preparation of specific surface-modified articles]
Examples of articles produced by the surface modification treatment of the present disclosure are given below.
By applying the surface modification treatment of the present disclosure to polypropylene cloth and silicone rubber, water spreads and does not form droplets, and water wettability is dramatically improved (Figure 12).
By applying the surface modification of the present disclosure, paper and foamed polyethylene, and aluminum and foamed polyethylene, which do not normally adhere to each other, were able to adhere to each other (Figure 13).
The surface modification of the present disclosure improved the adhesion of polytetrafluoroethylene (Figure 14).
The surface modification of the present disclosure makes it possible to apply water-based paint to TPX® resin (polymethylpentene) film (Figure 15).
By applying the surface modification of the present disclosure, it became possible to apply water-based coating to silicone resin (Figure 16).

本開示は、高強度の物品や高い親水性を有する物品など優れた特性を有する物品を提供するので、自動車、航空機、医療器具、電子機器などの種々の産業における利益を提供する。 The present disclosure provides articles with excellent properties, such as high strength articles and articles with high hydrophilicity, providing benefits in various industries, such as automobiles, aircraft, medical devices, and electronic devices.

Claims (26)

表面改質した材料を含む物品を製造する方法であって、
材料を表面改質するステップであって、
(1)前記材料を酸化処理するステップと、
(2)酸化処理した前記材料を表面コーティングするステップと、
を含む、ステップ、ならびに
表面改質した材料から物品を成形するステップを含む、
方法。
1. A method of making an article comprising a surface-modified material, comprising:
Surface modifying the material, comprising:
(1) subjecting the material to an oxidation treatment;
(2) surface-coating the oxidized material;
and forming an article from the surface-modified material.
Method.
前記物品が、バッテリーセパレータ、マスク、プラスチック部材、機体材料、風力発電ブレードの基材およびコーティング層、スポーツ用品、医療・衛生・化粧用品、移植デバイス、化粧用筆、スポンジ、筆記具部材、各種機器用部材、建築用部材、土木用部材、コーティング層を表面に含む物品、モーター摺動部の巻き付け材料、印刷用プラスチック、細胞培養関連品、浸透膜、粘着テープ、紙、玩具、異方性導電性フィルム、導電性接着剤を用いた実装チップ、照明器具、ディスプレイもしくはその表面のフィルム、スクリーン、遮音・吸音物品、防振物品、導電性物品、ならびに熱伝導性物品からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the article is selected from the group consisting of battery separators, masks, plastic members, aircraft materials, substrates and coating layers of wind power blades, sporting goods, medical, sanitary and cosmetic products, transplant devices, cosmetic brushes, sponges, writing implement members, various equipment members, building members, civil engineering members, articles with a coating layer on the surface, wrapping materials for motor sliding parts, printing plastics, cell culture-related products, permeable membranes, adhesive tapes, paper, toys, anisotropic conductive films, mounted chips using conductive adhesives, lighting equipment, displays or films on their surfaces, screens, sound-insulating and sound-absorbing articles, vibration-proof articles, conductive articles, and thermally conductive articles. 前記プラスチック部材が、板、フィルム、布または糸を含み、前記機体材料が、船舶、航空機、自動車、ロケット、鉄道、ロボット、農業機械、車椅子、介護機器またはドローンの部材、自動車のボンネットまたは自動車用シート部材を含み、前記スポーツ用品が、ゴルフクラブのシャフト、釣竿、テニスラケット、スキーボードまたはスケートボードを含み、前記医療・衛生・化粧用品が、オムツ、生理用品、包帯、ガーゼ、テープ、消毒用貼付け布、各種清潔用途・洗顔パック、ナプキン、農業・乾燥地緑地化材料、合成紙、濾過材、拭き取り清掃用材料、歯列矯正用ブラケット、輸液・点滴用接続器具、注射器、ドレーン管、カニューラ類または関節を含み、前記移植デバイスが、人工臓器、人工関節、脊椎治療インプラントまたは歯科治療インプラントを含み、前記筆記具部材が、インクコレクター、インクレギュレーター、インクタンク、インク誘導芯、ペン芯、ペン中軸、中綿、インク吸蔵用スポンジまたは穂首を含み、前記細胞培養関連品が、細胞接着性制御材料または細胞固定機能材料を含み、前記建築用部材が、壁紙などの貼付用内装部材、壁材、床材、敷板、橋脚またはトンネル内壁を含み、前記コーティング層を表面に含む物品が、抗菌・抗ウイルスコーティング、光触媒コーティング、防錆コーティング、メッキ表面または蒸着表面を含む物品を含み、前記紙が、天然繊維、半合成繊維、化学繊維およびポリマーのうちの複数の材料で構成される合成紙を含み、前記導電性接着剤を用いた実装チップが、銀-エポキシ系導電性接着剤/錫メッキ界面を含む、請求項2に記載の方法。 The plastic parts include plates, films, cloth or threads, the aircraft materials include parts of ships, aircraft, automobiles, rockets, railways, robots, agricultural machinery, wheelchairs, nursing equipment or drones, automobile bonnets or automobile seat parts, the sporting goods include golf club shafts, fishing rods, tennis rackets, skiboards or skateboards, the medical, sanitary or cosmetic products include diapers, sanitary products, bandages, gauze, tapes, disinfectant patches, various sanitary or facial packs, napkins, agricultural or dry land greening materials, synthetic paper, filtration materials, wiping and cleaning materials, orthodontic brackets, infusion or drip connection devices, syringes, drainage tubes, cannulas or joints, and the transplant devices include artificial organs, artificial joints, spinal treatment implants or dental treatment implants. The method according to claim 2, wherein the writing implement member includes an ink collector, an ink regulator, an ink tank, an ink guide core, a pen core, a pen shaft, a batting, an ink absorbing sponge or a brush head, the cell culture-related product includes a cell adhesiveness control material or a cell fixation functional material, the building member includes an interior member for application such as wallpaper, a wall material, a floor material, a floor board, a bridge pier or a tunnel inner wall, the article having a surface including the coating layer includes an article having an antibacterial/antiviral coating, a photocatalytic coating, an anti-rust coating, a plated surface or a vapor deposition surface, the paper includes synthetic paper made of a plurality of materials selected from natural fibers, semi-synthetic fibers, chemical fibers and polymers, and the mounted chip using the conductive adhesive includes a silver-epoxy conductive adhesive/tin plating interface. 前記物品が、表面改質したプラスチック不織布を含むバッテリーセパレータである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the article is a battery separator comprising a surface-modified plastic nonwoven fabric. 前記物品が、表面改質したプラスチック不織布を含むマスクである、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the article is a mask comprising a surface-modified plastic nonwoven fabric. 前記材料が、鉄鋼・鉄合金、ステンレス、銅・銅合金、チタン・チタニウム合金、アルミニウム・アルミニウム合金、錫、亜鉛、タングステン超硬などの金属材料及びその酸化物、炭化ケイ素、炭素繊維、セルロース繊維、発砲体(フォーム)、ポリマー素材、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオキシメチレン(POM)樹脂、ポリアミド(ナイロン)、MCナイロン(登録商標)、シリコーン樹脂、およびフッ素樹脂から選択される素材を含む、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the material includes a material selected from the group consisting of metal materials such as steel and iron alloys, stainless steel, copper and copper alloys, titanium and titanium alloys, aluminum and aluminum alloys, tin, zinc, and tungsten carbide, and oxides thereof, silicon carbide, carbon fiber, cellulose fiber, foam, polymer materials, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyoxymethylene (POM) resin, polyamide (nylon), MC nylon (registered trademark), silicone resin, and fluororesin. 前記物品が、粉体、繊維、織物、不織布、布、板、フィルム、シート、管、棒、中空容器、箱、発泡体、積層体、板、角材、丸材、丸鋼、丸管、管継手またはカップリング接手の形状を有する、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the article has the shape of a powder, a fiber, a woven fabric, a nonwoven fabric, a cloth, a plate, a film, a sheet, a tube, a rod, a hollow container, a box, a foam, a laminate, a plate, a square timber, a round timber, a round steel, a round tube, a pipe joint, or a coupling joint. 前記酸化処理が、
(i)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C-O結合)/(全炭素結合)%が酸化処理前より約1~20%だけ増大するように実施されるか、
(ii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C-O結合)/(全炭素結合)%が約5~15%となるように実施されるか、
(iii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内のO/C原子数比が約0.03~0.2となるように実施されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
The oxidation treatment is
(i) the oxidation is carried out so that the percentage of C-O bonds/total carbon bonds within a depth of 10 nm of the surface of the material is increased by about 1 to 20% compared to before the oxidation treatment, as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS);
(ii) the C-O bond/total carbon bond ratio within a depth of 10 nm of the surface of the material is about 5-15% as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS);
(iii) the method of claim 1 is carried out such that the O/C atomic ratio within a depth of 10 nm of the surface of the material is about 0.03 to 0.2 as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
前記材料を表面改質するステップと、
前記材料と第2材料とを界面密着または接着させて接着材料を製造するステップと
を含み、前記接着材料から物品を成形するステップを含む、
請求項1に記載の方法。
surface modifying the material;
and interfacially bonding or adhering the material to a second material to produce an adhesive material. And forming an article from the adhesive material.
The method of claim 1.
前記物品が、移植デバイス、自動車用シート材料、各種機器用部材、建築用部材、土木用部材、およびスポーツ用品の心棒からなる群から選択される、請求項9に記載の方法。 The method of claim 9, wherein the article is selected from the group consisting of implant devices, automotive seating materials, various equipment components, building components, civil engineering components, and mandrels for sporting goods. 前記移植デバイスが、人工関節、脊椎治療インプラント、または歯科治療インプラントを含み、前記スポーツ用品の心棒が、ゴルフシャフト、釣竿、またはラケットのグリップを含む、請求項10に記載の方法。 The method of claim 10, wherein the implant device comprises an artificial joint, a spinal implant, or a dental implant, and the sports equipment axle comprises a golf shaft, a fishing rod, or a racquet grip. 前記物品が、チタンとプラスチックとの複合材料を含む移植デバイスである、請求項9に記載の方法。 The method of claim 9, wherein the article is an implant device comprising a titanium and plastic composite material. 前記物品が、表面改質繊維と樹脂との複合材料を含むゴルフシャフトまたは釣竿である、請求項9に記載の方法。 The method of claim 9, wherein the article is a golf shaft or fishing rod comprising a composite material of surface-modified fibers and resin. 前記界面密着または接着させるステップが、前記材料と第2材料との間に接着剤が存在する条件で実施される、請求項9に記載の方法。 The method of claim 9, wherein the interfacial bonding or adhesion step is performed in the presence of an adhesive between the material and the second material. 前記材料を表面改質するステップから約1時間経過した後に、前記材料と第2材料とを界面密着または接着させるステップを実施する、請求項9に記載の方法。 The method of claim 9, further comprising the step of interfacially bonding or adhering the material to a second material approximately one hour after the step of surface-modifying the material. 繊維材料が第2材料内に含まれている繊維複合材料を含む物品を製造する方法であって、
(1)前記繊維材料および前記第2材料の少なくとも1つを酸化処理するステップと、
(2)前記酸化処理するステップの後に前記繊維材料と前記第2材料とを界面密着または接着させるステップと、
(3)前記第2材料を融解して、前記繊維複合材料を得るステップと、
(4)前記繊維複合材料から物品を成形するステップを含む、
を含む、方法。
1. A method of manufacturing an article comprising a fiber composite material, the fiber material being contained within a second material, comprising the steps of:
(1) subjecting at least one of the fiber material and the second material to an oxidation treatment;
(2) a step of interfacially adhering or bonding the fiber material and the second material after the step of performing the oxidation treatment;
(3) melting the second material to obtain the fiber composite material;
(4) molding an article from the fiber composite material;
A method comprising:
前記物品が、スポーツ用品の心棒である、請求項16に記載の方法。 The method of claim 16, wherein the article is a sports equipment axle. 前記第2材料が樹脂材料である、請求項16に記載の方法。 The method of claim 16, wherein the second material is a resin material. 前記酸化処理が、
(i)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C-O結合)/(全炭素結合)%が酸化処理前より約1~20%だけ増大するように実施されるか、
(ii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内の(C-O結合)/(全炭素結合)%が約5~15%となるように実施されるか、
(iii)X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に前記材料の表面の深さ10nm以内のO/C原子数比が約0.03~0.2となるように実施されることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
The oxidation treatment is
(i) the oxidation is carried out so that the percentage of C-O bonds/total carbon bonds within a depth of 10 nm of the surface of the material is increased by about 1 to 20% compared to before the oxidation treatment, as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS);
(ii) the C-O bond/total carbon bond ratio within a depth of 10 nm of the surface of the material is about 5-15% as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS);
17. The method of claim 16, wherein (iii) the method is carried out such that the O/C atomic ratio within a surface of 10 nm of the material is about 0.03 to 0.2 as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
前記繊維複合材料における繊維材料の重量割合が約30%以下である、請求項16に記載の方法。 The method of claim 16, wherein the weight percentage of the fiber material in the fiber composite material is about 30% or less. 前記酸化処理するステップの前に、酸化処理する材料を洗浄するステップを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, further comprising a step of washing the material to be oxidized prior to the step of oxidizing. 前記酸化処理するステップが、プラズマ処理、オゾン処理、紫外線照射処理、コロナ放電処理、高圧放電処理および化学酸化からなる群から選択される処理により酸化処理することを含む、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the step of oxidizing includes oxidizing by a treatment selected from the group consisting of plasma treatment, ozone treatment, ultraviolet irradiation treatment, corona discharge treatment, high voltage discharge treatment, and chemical oxidation. 前記表面コーティングするステップが、酸化処理した前記材料に
(ア)親水性ビニルモノマーをグラフトすること、
(イ)親水性モノマーをグラフトし、親水性ポリマーを塗布すること、または
(ウ)ビニルエステルモノマーをグラフトし、加水分解に供すること
を含む、請求項1に記載の方法。
The surface coating step includes: (a) grafting a hydrophilic vinyl monomer onto the oxidized material;
10. The method of claim 1, comprising (a) grafting a hydrophilic monomer and applying a hydrophilic polymer, or (b) grafting a vinyl ester monomer and subjecting it to hydrolysis.
請求項1~23のいずれか一項に記載の方法により製造された物品。 An article manufactured by the method according to any one of claims 1 to 23. 第1材料と第2材料との界面密着または接着した接着材料を含む物品であって、
前記第1材料と前記第2材料との間の界面に沿って前記接着材料を切断して得られる第1材料側半材料および第2材料側半材料のうちの少なくとも一方の切断表面が、X線光電子分光法(XPS)により測定した場合に材料表面の深さ10nm以内の(C-O結合)/(全炭素結合)%が約5~15%である、物品。
1. An article comprising an adhesive material in interfacial contact or adhesion between a first material and a second material,
An article, wherein a cut surface of at least one of the first material side half material and the second material side half material obtained by cutting the adhesive material along the interface between the first material and the second material has a (C-O bond)/(total carbon bond)% of about 5 to 15% within a depth of 10 nm of the material surface when measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
長さ80mm、幅10mm、厚さ2mmの試験片について、2mm/分の速度、40mmの支持点間距離で3点曲げ試験によって評価した場合に、破断点において切断されない、繊維複合材料を含む物品。 An article containing a fiber composite material that does not break at the breaking point when evaluated by a three-point bending test with a test piece 80 mm long, 10 mm wide, and 2 mm thick, at a speed of 2 mm/min and a support point distance of 40 mm.
JP2023005157A 2023-01-17 2023-01-17 Surface-modified article Pending JP2024101271A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023005157A JP2024101271A (en) 2023-01-17 2023-01-17 Surface-modified article

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023005157A JP2024101271A (en) 2023-01-17 2023-01-17 Surface-modified article

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024101271A true JP2024101271A (en) 2024-07-29

Family

ID=91967391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023005157A Pending JP2024101271A (en) 2023-01-17 2023-01-17 Surface-modified article

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2024101271A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6419903B2 (en) Surface-modified polymer material and battery separator provided with the same
JP4941794B2 (en) Medical equipment
US5922161A (en) Surface treatment of polymers
JP5491402B2 (en) Hydrophilic porous substrate
JPH03503379A (en) Low friction coefficient surface
JP2011522090A (en) Method for producing a ligand-functionalized substrate
WO2003002641A1 (en) Method of modifying polymer material and use thereof
JP2011523965A (en) Ligand functionalized substrate
JP6607874B2 (en) Absorbent article and manufacturing method
EP0887369A2 (en) Process for hydrophilizing surfaces of polymeric substrates using a macroinitiator as primer
EP0912629B1 (en) A method of modifying the surface of a solid polymer substrate and the product obtained
CN110820329A (en) Hydrophobic moisture-absorbing fabric coating and preparation method thereof
JP2024101271A (en) Surface-modified article
US20240067787A1 (en) Improved surface modification of materials
Bahners et al. Application‐Related Optimization of Adhesion of Polymers Using Photochemical Surface Modification
Mamun et al. Polypropylene plasma treatments
Enomoto et al. Functionalization of PE nonwoven fabric by plasma treatment to improve dyeing affinity
Netravali Laser surface modification of fibers for improving fiber/resin interfacial interactions in composites
Barron et al. Surface treatment of biomedical polymers for enhanced adhesion
AU695160B2 (en) Improved surface treatment of polymers
Kang et al. Adhesion Improvement
JPS6025731A (en) Method of vulcanizing and bonding unvulcanized rubber sheet
JP2014031590A (en) Silk fiber product having modified surface and method for manufacturing the same