JP2010138220A - 発泡シート製造方法及び発泡シート - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、厚みの増大を抑制しつつ表面の硬度を向上させ得る発泡シート製造方法を提供し、薄肉で強度の高い発泡シートを提供することを課題としている。
【解決手段】発泡シート製造方法に係る本発明は、ポリマー組成物によってシート状の発泡体を作製し、該発泡体にレーザー光を照射して発泡体の表面を加熱処理することによって前記発泡体よりも表面硬度が向上された発泡シートを作製することを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ポリマー組成物によって形成されている発泡シートを製造する発泡シート製造方法と、発泡シートとに関する。

従来、樹脂やゴムなどのポリマーを主たる成分とするポリマー組成物によって形成された発泡シートが、そのクッション性を利用すべく包装材をはじめとして種々の用途に用いられており、例えば、発泡シートを所定の形状に打ち抜いたクッションシートが電子機器内における緩衝材として用いられている。
携帯電話機などといった近年の小型電子機器などの緩衝材にも、厚みの薄い発泡シートが使用されているが厚みが薄い発泡シートによって形成された緩衝材は、そのままでは形状を保持することが困難であり、キャリアテープなどの担持体で形状保持させて用いられることが求められている。

ところで、発泡シートには、サーキュラーダイやＴ−ダイなどを用いた発泡押出しによって作製されたシート状の発泡体がそのままの状態で用いられる場合の他に、例えば、非発泡の共押出しが実施されて発泡層とソリッド状の表面層との二層構造が形成されたものが用いられたりしている（例えば、下記特許文献１の段落〔０００５〕参照）。
前者のように発泡体単独のシートがそのまま発泡シートとして用いられる場合には、通常、その表面には薄い気泡膜しか形成されていないことから厚み方向への力に対して弱く、例えば、表面に粘着性を有するキャリアテープを貼り付けると、その後にキャリアテープを剥離しようとした際に界面で剥離せずに発泡シート自体が凝集破壊してしまうおそれがある。

このことを防止すべく、後者の発泡シート製造方法を採用して、硬質の表面層を形成させることも考え得るが、その場合には、表面層を押出しによって形成させることから表面層自体の厚みを薄くすることが難しく発泡シートの厚みが厚くなるおそれがあるばかりでなくクッション性を大きく損なうおそれがある。

すなわち、従来の発泡シート製造方法においては、厚みの増大を抑制しつつ表面の硬度を向上させることが困難であり、従来の発泡シートにおいては、小型電子機器など、薄肉でありながら高強度であることが求められるような用途に適した発泡シートを得ることが困難であるという問題を有している。

特開２００５−１３９３１６号公報

本発明は、厚みの増大を抑制しつつ表面の硬度を向上させ得る発泡シート製造方法を提供し、薄肉で強度の高い発泡シートを提供することを課題としている。

前記課題を解決するための、発泡シート製造方法に係る本発明は、ポリマー組成物によってシート状の発泡体を作製し、該発泡体にレーザー光を照射して発泡体の表面を加熱処理することによって前記発泡体よりも表面硬度が向上された発泡シートを作製することを特徴としている。

また、発泡シートに係る本発明は、ポリマー組成物によってシート状に形成されている発泡シートであって、前記ポリマー組成物によって作製されたシート状の発泡体にレーザー光が照射されて表面が加熱処理されることによって形成されており、前記加熱処理によって前記発泡体よりも表面硬度が向上されていることを特徴としている。

一般に、レーザー光を用いることで物体の表面温度を急速に上昇させることができる。
したがって、発泡シートの表面をレーザー光で加熱処理することによって表面部の気泡の体積膨張と、該気泡を形成しているポリマー組成物の軟化を表面に近い箇所で生じさせることができ、例えば、表面部の気泡を破泡させて表面部の発泡度を低下させることができる。

さらには、例えば、熱可塑性樹脂を含むポリマー組成物によって発泡シートを形成させる場合には、上記のような破泡とともに表面のポリマー組成物を溶融させ、この溶融させたポリマー組成物を凝固させて非発泡の層を形成させ得る。
以上のように、本発明の発泡シート製造方法によれば、レーザー光による加熱処理前に比べて、表面部の発泡度を低下させたり、場合によっては、非発泡層を形成させたりすることができ、このことによって表面硬度を向上させることができる。

すなわち、本発明においては、加熱処理による硬質な層を、押出しなどによって形成することが困難な薄さで形成させうる。
したがって、必要以上に厚みを増大させることなく表面硬度を向上させ得る。
また、このようにして製造される発泡シートを、薄肉でありながらも優れた強度を有するものとさせ得る。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について、図を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態にかかる発泡シート製造方法に用いる設備構成の概略を示す斜視図であり、この図１を参照しつつ、まず、発泡シート製造方法に用いる構成部材について説明する。

本実施形態における発泡シート製造方法においては、ポリマー組成物によってシート状に形成された発泡体が繰り出される送出し部１と、該送出し部１から繰り出されたシート状の発泡体の表面にレーザー光を照射して加熱処理を実施する加熱処理部２と、該加熱処理によって表面硬度の向上された発泡体（発泡シート）を巻き取って回収する巻取り部３とを有する製造設備が用いられる。

本実施形態における製造設備の前記送出し部１には、長尺帯状に形成された発泡体１１がロール状に巻回されて形成された原料ロール１１ｒが設置されており、この原料ロール１１ｒを図中の矢印Ａ方向に回転させることによって、原料ロール１１ｒの外側の巻き終わり部分から順に発泡体１１が繰り出され得るように繰出し機構（図示せず）が備えられている。
なお、本実施形態においては、単位時間当たりに繰り出される発泡体１１の長さ（ラインスピード）を適宜調節可能な繰出し機構が備えられている。

前記加熱処理部２は、前記送出し部１と前記巻取り部３との間に位置し、前記送出し部１から繰り出された発泡体１１が載置されるべく水平方向に配された天面部を有するステージ部２１と、該ステージ部２１に載置された発泡体１１の上面にレーザー光Ｒを照射するためのレーザー照射装置２２がステージ部２１の上方に配されている。

前記巻取り部３は、前記加熱処理部２で前記レーザー光Ｒによって加熱処理され、該加熱処理によって加熱処理前の発泡体よりも表面硬度が向上された発泡シート５をロール状に巻き取る巻取り機（図示せず）が備えられており、該巻取り機には、所定のテンションで発泡シート５を巻き取るためのテンションコントローラが備えられている。

すなわち、本実施形態における製造設備には、前記原料ロール１１ｒから繰出されるシート状の発泡体１１を、前記ステージ部２１の上を通過させる間に加熱処理して発泡シート５とし、該発泡シート５を巻取りロール３１に巻き取らせるように送出し部１、加熱処理部２、及び巻取り部３が配置されている。

前記発泡体１１の形成に用いる材料は、特に限定されず、一般的な発泡体の形成に用いられているポリマー組成物を本実施形態においても用いることができる。
なかでも、ポリマー組成物におけるポリマー成分に占める重量割合で半分以上が熱可塑性樹脂である熱可塑性樹脂組成物は、発泡体１１をシート状に形成させやすいばかりでなく、レーザー光を用いた加熱処理による表面硬度の調整が容易である点において好適である。
この熱可塑性樹脂組成物のベースポリマーとしては、ポリウレタン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などの熱可塑性樹脂が好適である。

この発泡体１１の形成に用いるポリマー組成物には、例えば、熱硬化性樹脂やゴムなどといったその他のポリマー成分をはじめとして、耐候性安定剤、帯電防止剤、酸化防止剤、光安定剤、結晶核剤、顔料、染料、滑剤、界面活性剤などポリマー組成物に配合される配合剤として従来公知のものを含有させることができる。
特に、前記レーザー照射装置２２から照射されるレーザー光の波長に対して高い吸収性を示す光吸収剤を発泡体１１の形成に用いるポリマー組成物に含有させることによって、照射されたレーザー光の光エネルギーを発泡体１１のより表面近くで熱に変換することができ表面に極薄い硬質の被膜を有する発泡シートを形成させることができる。

前記光吸収剤としては、用いるレーザー光の波長にもよるが、通常、カーボンブラック、ポルフィリン系有機顔料、無機顔料、染料などを用いることができる。
なかでも、カーボンブラックは、安価でありながらレーザー光の波長によらず一定レベル以上の光吸収性を示す点において汎用性が高く、好適である。

また、ポリマー組成物には、二酸化炭素やアルゴンガスなどのガス発泡による気泡形成のためのタルクやマイカなどといった核剤や、アゾジカルボンアミド、炭酸水素ナトリウムなどの加熱することによって分解ガスを発生する発泡剤などを含有させることができる。

このようなポリマー組成物によってシート状の発泡体を形成させる方法としては、特に限定されるものではなく、サーキュラーダイやＴ−ダイ（フラットダイ）を用いたシート状の発泡押出し成形や、例えば、円筒状の発泡体を一旦形成した後に、外側からかつら剥き状態でスライスするいわゆるスカイビングと呼ばれる方法など従来公知の方法を採用することができる。

なお、発泡体１１の長さ、幅、厚み等には、特に制限が加えられるものではないが、特に、発泡体１１の形成に用いられるポリマー組成物が熱可塑性樹脂組成物であるような場合には、あまり厚みを薄くするとレーザー光Ｒの照射時に全体を溶融させてしまうおそれがある。
このようなことから、発泡体１１の厚みは０．２ｍｍ以上であることが好ましい。
上記のような理由からは、厚みの上限に特に限定が加えられるものではないが、生産性の点から、発泡体１１の厚みは、通常、１０ｍｍ以下とされることが好ましい。

前記加熱処理に用いられるレーザー照射装置２２は、発泡体１１が高い光吸収性を示す波長のレーザー光を照射可能なものが好ましい。
具体的には、レーザー照射装置２２は、３０％以上の光吸収率を有する波長のレーザー光を照射可能であることが好ましく、５０％以上の光吸収率を有する波長のレーザー光を照射可能であることがさらに好ましく、７０％以上の光吸収率を有する波長のレーザー光を照射可能であることが最も好ましい。
なお、上記に示す光吸収率は、レーザー光の強度と、発泡体１１を透過するレーザー光の強度と、表面からの反射光強度とを、分光光度計などを用いて測定することによって求められうる。

前記レーザー照射装置２２は、レーザー光Ｒの照射形式等に特に限定されるものではなく、例えば、スポットビーム、ラインビーム、あるいは、集光レーザーなど、種々の照射形式のものを用いることができる。
また、レーザー光を集光させる手段も、特に限定されず、シリンドリカルレンズや回折光学素子（ＤＯＥ）レンズを用いる従来公知の手段を採用することができる。
さらには、マスクイメージング法やコンタクトマスク法によって、発泡体１１の表面全体ではなく、部分的にレーザー光Ｒを照射させるレーザー照射装置２２も採用が可能である。なお、この場合には、通常、レーザー光の照射される場所の表面硬度を選択的に向上させ得る。

また、照射されるレーザー光Ｒについても特に限定されるものではなく、半導体レーザー、ＹＡＧレーザー、ファイバーレーザーなど種々の発振手段によって得られるものを採用することができ、なかでも、安価で且つ面内均一なレーザー光が容易に得られる点においては、半導体レーザーやファイバーレーザーが好適である。

また、その発振方法も限定されるものではなく、連続的にレーザー光が照射される、いわゆる、ＣＷレーザー（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ Ｌａｓｅｒ）と呼ばれるものや、フェムト秒レーザーやピコ秒レーザーなどのパルスレーザーを採用することができる。

なお、フェムト秒レーザーやピコ秒レーザーによるプロセスのような多光子吸収過程を経由するプロセスにおいては、先のような、レーザー波長に対する発泡体１１の光吸収率に関係なく、レーザーの焦点位置や投入エネルギーを最適化することにより、加熱処理における表面の溶融状態（加熱状態）を制御することができる。

そして、レーザー照射装置２２の出力については、発泡体１１の形成材料や、発泡シートの生産性（単位時間当たりに加熱処理する領域の広さ）などに応じて適宜選択すればよい。

なお、レーザー照射装置２２は、発泡体１１が用いるレーザー光の波長に対して３０％以上の光吸収率を有する場合において、０．１Ｗ／ｃｍ²以上１０．０Ｗ／ｃｍ²未満のいずれかのエネルギー密度で発泡体１１にレーザー光を照射可能であることが好ましい。
発泡体１１に照射するレーザー光のエネルギー密度が０．１Ｗ／ｃｍ²以上であることが好ましいのは、０．１Ｗ／ｃｍ²未満では、発泡体１１の表面を溶解して表面硬度を向上させるのに十分な効果を得ることが難しいためである。
一方で、発泡体１１に照射するレーザー光のエネルギー密度が１０Ｗ／ｃｍ²未満であることが好ましいのは、１０Ｗ／ｃｍ²以上ではポリマー組成物自体の分解を生じるおそれを有するためである。

このような点において、０．５Ｗ／ｃｍ²以上５．０Ｗ／ｃｍ²未満のエネルギー密度で発泡体１１にレーザー光を照射可能なレーザー照射装置２２を用いることがさらに好ましく、１．０Ｗ／ｃｍ²以上３．０Ｗ／ｃｍ²未満のエネルギー密度で発泡体１１にレーザー光を照射可能なレーザー照射装置２２を用いることが特に好ましい。

次いで、このような製造設備を用いた発泡シート製造方法について説明する。
まず、発泡押出し等によって、長尺帯状のシート状発泡体を作製し、該発泡体をロール状に巻取り、必要に応じてスリット加工するなどして原料ロール１１ｒを作製し、該原料ロール１１ｒを送出し部１にセットする。
この原料ロール１１ｒからシート状発泡体を引き出して加熱処理部２を通した後に巻取り部３の巻取り機に原料ロール１１ｒの巻き終わり部をセットする。
その後、送出し部１の繰出し機構を用いて発泡体１１を所定速度で加熱処理部２に送出すとともに巻取り機による巻取りを実施する。
そして、加熱処理部２においてステージ部２１を通過する発泡体１１の表面にレーザー照射装置２２からレーザー光Ｒを照射し、表面を加熱処理して発泡シート５を作製する。

このとき、例えば、熱可塑性樹脂組成物が用いられてなる発泡体を用いることでレーザー光による加熱処理によってその表面から比較的浅い領域に掛けて溶融状態とさせることができ、加熱処理部２を通過した後に自然放冷あるいは強制冷却を掛けるなどしてこの溶融した熱可塑性樹脂組成物を凝固させることで、例えば、１０μｍ以下の厚みで、表面に非発泡性の被膜を形成させることができる。
また、照射するレーザー光のエネルギー密度を調整するなどして、例えば、完全な溶融状態には至らないまでも、表面近傍の気泡に加熱による体積膨張を生じさせるとともに発泡体表面の気泡膜を形成する樹脂組成物を軟化させてこの気泡を破泡させるなどして、表面部の発泡度を厚み方向中央部に比べて低下させることもできる。

これらの操作によって、内部を加熱処理前の発泡体と同じ発泡状態に維持しつつ、表面部の発泡度を低下させ、あるいは、非発泡性の被膜を形成させることによって、加熱処理前の発泡体が有していたクッション性を大きく損なうことなく表面硬度を向上させることができる。
しかも、必要以上に厚みを増大させることなくキャリアテープなどの表面に粘着性を有する部材の接着、剥離による凝集破壊が防止されうる。
すなわち、ポリマー組成物によって作製されたシート状の発泡体にレーザー光が照射されて表面が加熱処理されることによって前記発泡体よりも表面硬度が向上されている発泡シートは、薄肉でありながら優れた強度を示すものとなる。

このような発泡シートは、薄肉でありながら優れた強度を有することから、ハンドリング性が良好であり、例えば、この発泡シートをキャリアテープなどに貼り付けた状態で発泡シート側から打ち抜き刃を進入させてハーフカットを実施し、必要な部分を残して他の不要な部分を除去するのに際して、この不要部分を容易に除去することができる。
したがって、薄手の発泡シートで複雑な形状の緩衝材（クッションシート）を作製した場合でも、この緩衝材の形状を損なうことなく使用直前までキャリアテープで保持させることができるとともに、キャリアテープからの引き剥がしも良好となることから、凝集破壊による不良品の発生頻度が低減され、緩衝材としての歩留まりも向上されうる。
すなわち、ハンドリング性の向上によってこの緩衝材が用いられる製品の生産効率を向上させうるとともに歩留まりの向上によって製造コストの低減を図ることができる。

なお、上記例示のように、発泡シートを部分的にしか緩衝材として用いないような用途においては、マスクイメージング法などによって必要な箇所においてのみ表面硬度を向上させることも可能であり、このことによって加熱処理のためのエネルギーを抑制させることができる。

加熱処理された箇所における発泡シートの表面硬度は、加熱処理前の発泡体に比べて１．２倍以上に向上されていることが好ましく、１．４倍以上に向上されていることがさらに好ましい。

この表面硬度については、ＳＡＩＣＡＳ（表面界面物性解析装置、ダイプラウインテス社製）を用いた押し込み試験によって求めることができ、具体的には、４ｍｍ×６ｍｍの四角柱圧子を試料（発泡体、あるいは発泡シート）に０．１μｍ／ｓの速度で押し込み、１００μｍ押し込み時における垂直荷重（単位：Ｎ）をもって表面硬度を判定することができる。
したがって、加熱処理前の発泡体に対して１．２倍以上の表面硬度を有する発泡シートを作製するとは、発泡シートへの１００μｍ押し込み時における垂直荷重（Ｎ）が、発泡体への押し込み荷重（Ｎ）の１．２倍以上となるように発泡シートを作製することを意味する。

なお、１００μｍ押し込み時における垂直荷重が０．１Ｎ〜０．１５Ｎの発泡体に加熱処理を実施して、垂直荷重が上記値の１．２倍以上２．０倍未満のいずれかとなる発泡シートを作製することで、優れたクッション性を有しつつ、例えば、室温（２３℃）条件下、剥離速度３００ｍｍ／分の１８０度ピールなる条件で測定した２５μｍＰＥＴフィルムに対する粘着力が０．２〜１Ｎ／２０ｍｍ幅のいずれかとなる一般的なキャリアテープに対して凝集破壊が生じるおそれを十分に抑制させることができる。

なお、ここでは詳述しないが、本発明の効果が著しく損なわれない範囲においては、発泡シートや発泡シート製造方法において従来公知の技術事項を本発明の発泡シートや発泡シート製造方法にも採用することができる。

次に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
シート状のポリプロピレン樹脂製発泡体（１ｍｍ厚み、５００ｍｍ幅の帯状、発泡倍率２０倍）の表面にレーザー光（波長９４０ｎｍ、出力２０Ｗ、スポット径１０ｍｍφ）を照射し、このレーザー光の照射位置を１００ｍｍ／ｓの速度で走査させて片面全面を加熱処理し、元のポリプロピレン樹脂製発泡体よりも表面硬度が１．４倍高い発泡シートを製造し、実施例１の発泡シートとした。
この発泡シートの加熱処理面に表面粘着性を有するキャリアテープを貼り付けた後に引き剥がしを行ったが、容易に剥離することができ、表面の気泡膜の破れも生じなかった。

（実施例２）
シリンドリカルレンズによって２００ｍｍ長さのラインビームが照射されるレーザー照射装置（出力１０Ｗ）を３台並べて６００ｍｍ長さのラインビームが形成されるようにし、実施例１で用いたポリプロピレン樹脂製発泡体（５００ｍｍ幅）を３０ｍｍ／ｓの速度で通過させて表面硬度が１．４倍高い発泡シートを製造し、実施例２の発泡シートとした。
この発泡シートに実施例１と同様にしてキャリアテープの貼り付けと引き剥がしを行ったが、実施例１と同様に容易にキャリアテープを剥離することができ、表面の気泡膜の破れも生じなかった。

（比較例１）
実施例１で用いたポリプロピレン樹脂製のシート状発泡体を加熱処理することなく実施例１と同様にしてキャリアテープの貼り付けと引き剥がしを行った。
その結果、このシート状発泡体の一部がキャリアテープの粘着剤に張り付いた状態となり、凝集破壊が生じた。

このことからも本発明によれば、厚みの増大を抑制しつつ表面の硬度を向上させることができ、薄肉でありながら強度に優れた発泡シートが得られることがわかる。

本実施形態の発泡シート製造方法に用いる製造設備の概略を示す斜視図。

符号の説明

１：送出し部、２：加熱処理部、３：巻取り部、５：発泡シート、１１：発泡体、２２：レーザー照射装置、Ｒ：レーザー光

Claims (6)

1. ポリマー組成物によってシート状の発泡体を作製し、該発泡体にレーザー光を照射して発泡体の表面を加熱処理することによって前記発泡体よりも表面硬度が向上された発泡シートを作製することを特徴とする発泡シート製造方法。
2. 前記ポリマー組成物が、熱可塑性樹脂をベースポリマーとした熱可塑性樹脂組成物である請求項１記載の発泡シート製造方法。
3. 前記熱可塑性樹脂組成物のベースポリマーが、ポリウレタン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、又はポリエチレンテレフタレート樹脂のいずれかである請求項２記載の発泡シート製造方法。
4. 前記ポリマー組成物にはカーボンブラックが含有されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発泡シート製造方法。
5. ポリマー組成物によってシート状に形成されている発泡シートであって、
   前記ポリマー組成物によって作製されたシート状の発泡体にレーザー光が照射されて表面が加熱処理されることによって形成されており、前記加熱処理によって前記発泡体よりも表面硬度が向上されていることを特徴とする発泡シート。
6. 粘着性を有する部材が前記表面に接着された後に、該表面から前記部材が剥離されるべく用いられる請求項５記載の発泡シート。

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