また、図2に示すように、厚みを30、95、200μmの３種類に変化させた低密度ポリエチレン(LDPE)を用いて、空気中と窒素中で電子線照射を行い、ゲル分率の変化を検討しました。その結果、空気中照射では、試料厚みが増すとゲル分率は向上しますが、窒素中照射では、試料厚みの影響が見られないことから、酸素阻害は試料表層部のみに限定して影響されると考えられます。この結果は、FT-IRでのカルボニル基の吸収量の相違とESCAでの表面酸素量の相違でも確認されました。

硬化反応の影響

今回用いたアクリル系ハードコート剤はEB硬化反応では、ラジカル重合が支配的なため、酸素が存在すると連鎖反応の活性種であるラジカルと反応して重合連鎖の成長が停止します。従って、EB硬化反応は、不活性ガス中で行われており、一般的には窒素ガスが使用されています。しかし、窒素ガスの使用はランニングコストの上昇につながるので好ましいとはいえません。このため、電子線照射室に入れた窒素の一部をリサイクルして窒素ガスの消費量を低減させ、ランニングコストを軽減させるような電子線照射装置側の工夫もなされています。
また、EB硬化樹脂側では、窒素ガスの純度が悪くても硬化することが望ましいです。そこで、図3に示すように、窒素中に残存する酸素濃度を10ppm～1300ppmまで変化させて、テーバー摩耗試験後のヘーズ度の相違を検討しました。低線量側では残存酸素濃度の影響がみられますが、線量が増加するにつれて残存酸素濃度の影響が小さくなりました。この効果は、FT-IRでのアクリロイル基の二重結合の変化でも確認しました｡従って、照射雰囲気中の残存酸素濃度は、500ppm程度以下にする必要があります。

まとめ

架橋反応と硬化反応は共にラジカル重合反応であるため、空気中の酸素の影響を受けて重合停止反応となりますが、それは表層部に限定されます。
架橋反応では、電線被覆素材や発泡素材のように厚みがmmオーダーでは、表層部の影響は無視できることが多いため照射雰囲気は大気中で良いと思われます。しかし、硬化反応では、表層部の特性が重要であるため、酸素阻害が生じないよう窒素中雰囲気とし、残存酸素濃度は500ppm程度以下にする必要があります。

(中井記)

参考文献

中井：「EB照射における照射条件の影響」,第34回ラドテック研究会講演要旨集,（1993.7）

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