酸素およびハロゲン原子照射による有機材料の表面改質

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04650749
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: 大沼 浩 秋田大学, 鉱山学部, 教授 (50005279)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北林 茂明 秋田大学, 鉱山学部, 助手 (90224964) ; 進藤 隆世志 秋田大学, 鉱山学部, 講師 (50162798)
• Keywords: 有機材料 / 表面改質 / 酸素原子照射 / ぬれ性 / X線光電子分光

Research Abstract

有機材料の高付加価値化・高機能化には、無機材料や生体高分子などの異種材料と有機材料との複合化あるいは超薄膜化などが必要となるため、有機材料本体の特性に加え、その表面特性を向上させ得る効果的な表面改質法の開発が望まれている。本研究では酸素あるいはハロゲンなど電気陰性度の大きな元素を表面に導入することができれば表面の特性がより多様に改質されると考え、まず、酸素原子を有機材料に照射して、その表面のぬれ性の改善について検討した。
全ガラス製放電流通式装置を用い、室温、133Paの条件で有機材料に酸素原子を照射した。有機材料には代表的な付加重合系高分子である高密度ポリエチレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートおよびナイロン-6を使用した。
酸素原子照射材料のぬれ性を水の接触角、臨界表面張力および固体の表面張力によって調べたところ、いずれの材料においても10秒程度の短時間の酸素原子照射で接触角は大きく減少し、照射10分以上ではほぼ一定の値を示すこと、酸素原子照射によって臨界表面張力は59から72dyn/cmの範囲の大きな値を示すようになること、照射後の固体の表面張力は増大し、中でも、極性力成分の寄与が大きくなることから、材料のぬれ性は酸素原子照射によって向上することが示された。また、酸素原子照射前後の材料をX線光電子分光法によって調べたところ、酸素原子照射によって材料表面には酸素が新たに導入され、その酸素はカルボニルあるいはカルボキシル基として存在していることが見いだされた。これらのことから、有機材料に対する酸素原子照射は材料表面に含酸素極性官能基を導入し、有機材料のぬれ性向上に効果的であることが示された。
なお、ハロゲン原子照射による有機材料の表面改質に関しては、現在検討中である。