2021 Fiscal Year Annual Research Report
Wettability control of textiles using atmospheric plasma jet treatments
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21H00811
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| Research Institution | Nara National College of Technology |
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Principal Investigator |
後藤 景子 奈良工業高等専門学校, 校長, 校長 (30243356)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 靖之 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究室長 (00416330)
安川 涼子 京都ノートルダム女子大学, 現代人間学部, 講師 (30646633)
山田 裕久 奈良工業高等専門学校, 物質化学工学科, 准教授 (90469073)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | プラズマコーティング / プラズマ酸化 / 濡れ制御 / 超撥水/超親水モザイクパターン / スマートテキスタイル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
APPJコーティングとAPPJ酸化の両方が可能な装置を試作し, 印加電力, プラズマ試料表面間距離, 有機シラン化合物前駆体, 原料溶液の流速などを変化させて布表面のAPPJコーティング処理を行った。水の接触角を静滴法で測定したところ, 処理条件によって濡れ性は若干異なるがいずれも超撥水化が起こっていることが明らかとなった。また, APPJコーティング処理後APPJ酸化すると超親水化が起こっていることが確認された。FT-IRやSEM観察より, APPJ-coatingによる濡れ性変化の要因はSi-(CH3)x結合の存在によるものと示唆された。
APPJ処理に先立ち, 布の薬剤処理を行い, 汚れの付着性及び綿布で汚れを拭きとった時の除去性を肉眼と電子顕微鏡観察, 色差計で評価した。汚れや繊維の種類と拭き取り法によっては処理による防汚効果や洗浄効果が認められ, ポリエステル布への効果が高いことが確認された。
高分子フィルムやカーボンシートを試料として, APPJコーティング処理後の試料をメッシュで被覆してAPPJ酸化したところ, 超撥水/超親水濡れパターンが形成されることが確認された。APPJ酸化の代わりに紫外線酸化を行なって比較したところ, 超撥水部分と超親水部分の境界がよりクリヤーであることがわかった。SEM観察を行ったところ, いずれの試料もAPPJコーティング処理後は粒状の薄膜が形成されていること, 及びAPPJ酸化や紫外線酸化を行なっても粒状の形態は変化しないことがわかった。
布表面への回路形成のための予備実験として，めっき法を用いた樹脂フィルム表面への銅パターニングについて検討した。キャリアガスとして水素・アンモニアなどの還元性ガスを用い，紫外線照射によって撥水/親水パターンを形成後，無電解めっきを行うことによって樹脂と金属の密着を発現できることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
APPJ処理による材料表面の超撥水化や超親水化の準備や基礎データの収集が概ね完了している。すなわち, 市販APPJ酸化装置の改良により, APPJコーティングとAPPJ酸化の両方が簡便に行える装置を試作し, テキスタイルやフィルム表面の単独処理または併用処理を行ったところ, それぞれ超撥水化または超親水化が起こっていることが確認された。
今後継続して表面構造解析を行うためのX 線光電子分光分析(XPS),フーリエ変換赤外分光(FT-IR), 電解放出型走査電子顕微鏡(FE-SEM), 走査プローブ顕微鏡(AFM)などの装置は常時使用できる状態になっており, APPJ処理による濡れ性変化の要因解析を迅速に行う環境が整っている。
濡れ性制御によるテキスタイルの高機能化として, 防汚性や洗浄性に優れたミニマムメンテナンス素材開発の可能性が実験的に検証された。薬剤処理により親水性/撥水性の効果についてテキスタイル高機能化に向けた知見が得られた。また, APPJコーティング／APPJ酸化またはAPPJコーティング／紫外線酸化併用処理により, 超撥水/超親水濡れパターンが形成されることが確認でき, 微粒子の局所コーティングや微細配線形成を行うための基板の作成が完了した。
このように実験は比較的順調に推移しているが, コロナ禍で学会発表などができなかったため, 研究成果が十分得られていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
APPJコーティングとAPPJ酸化処理前後の試料の表面の詳細分析を行い, 形態や化学構造と濡れ性の関係を明らかにし, 超撥水化や超親水化のメカニズムを明らかにする。
ハイパースペクトルカメラで, 布上の汚れの付着状態のミクロ観察を行う方法で, 防汚性や拭き取り洗浄性の評価を行う。薬剤処理により加工した布についても同様な実験を行なって比較検討する一方で, APPJ処理の有効性を検証し, ミニマムメンテナンス素材の開発のための基礎的知見を得る。
APPJコーティング／APPJ酸化処理により超撥水性／超親水性モザイク表面処理技術を確立する。超撥水/超親水濡れパターン形成を行う場合は超撥水部分と超親水部分の境界がクリヤーな紫外線酸化を用いることにする。パターン形成を行わない場合は, 超親水化のレベルが大きいAPPJ酸化を引き続き用いることにする。
スマートテキスタイルや新規機能材料開発の基盤技術へのチャレンジを行う。パターン形成を行った超撥水性/超親水性モザイク表面に, 微細回路形成するための導電性インク塗布技術の試行を自動バーコーターを用いて行う。また, この表面に選択的機能性被膜を形成するために, 機能性粒子の塗布を試行する。機能性粒子の調製にメカノケミカル反応にも利用可能な遊星ボールミル装置を用いる。この塗工法あるいはナノファイバーシート基板調製法として凍結乾燥機について予備検討を実施する。
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