グラフト重合によるフィルム表面改質の定量的評価
概要 グラフト重合における表面改質度合の数値化法として、ゼータ電位測定と表面張力自由エネルギー解析を紹介する。
＜ 関連ワード：ゼータ電位、表面自由エネルギー解析、グラフト重合、EB照射、表面改質、固体材料＞
1. はじめに
電子線（EB）照射は、物質にエネルギーを与えることで分子の共有結合状態を変化させることができるため、高分子表面特性を改質したり、新しい機能を付与したりすることができる。本稿では、ETFEフィルムにHEMEをグラフト重合させ、その効果を固体サンプル用ゼータ電位計（SurPASS3）と接触角計（DMシリーズ）を用いて評価した事例を紹介する。
2. グラフト重合による親水性付与
（参考元 岩崎電気㈱様HP：https://www.iwasaki.co.jp/tech-rep/technical/166/）
ETFEフィルムにHEMA（2-ヒドロキシメチルメタアクリレート）を塗布し、パンチングメタルを介してEBを照射すると、穴あき部分のみラジカルが生成されHEMAがグラフト重合する。これにより、撥水性のETFE表面に部分的な親水性が付与され、穴あき部分に水滴が残る様子から改質効果が確認された。
3. 測定条件・結果および考察
ゼータ電位測定では、pHを変化させた電解液を流しながら、フィルム表面のゼータ電位を測定し、固体表面の電荷状態の変化を測定した。グラフト重合を施したETFEは、未処理品に比べてpHに対するゼータ電位の変化量が小さくなった（図2）。また、EB吸収線量が増加するにつれて等電点が低pH側へ移動していることが分かる（図3）。このことから、官能基を導入することにより、フィルム表面の電気特性が変化していることがわかる。
表面張力自由エネルギー解析では、水とジヨードメタンの接触角を測定し、表面自由エネルギーを算出した。EB吸収線量が増加するにつれて両液体の接触角は低下し、フィルム表面のぬれ性が向上したことが分かる。分散成分は25 kGyのEB照射で大きく上昇したが、50 kGyおよび100 kGyでは変化がほとんどみられなかった。一方、極性成分はEB吸収線量の増加に応じて、上昇する傾向が確認された。その結果、表面自由エネルギーの合計値は、未処理品と100 kGyの間で約35 mJ/m2の差が生じ、改質の効果が定量的に示された。
4. まとめ
ゼータ電位と表面自由エネルギーの両方を解析することで、グラフト重合による表面改質の度合を多角的に評価できることが示された。これらの手法は、製品の目的に応じたより効率的な処理条件の選定に有用である。