JP2015142962A - 非粘着性複合樹脂皮膜被覆ロール - Google Patents

Abstract

【課題】非粘着性のみならず耐摩耗性にも優れた非粘着性樹脂皮膜で覆われたロールを提供すること。【解決手段】ロール基材１の表面が、熱硬化性のマトリックス樹脂２ａ中にフッ素樹脂粒子２ｂを分散させてなる非粘着性複合樹脂組成物層（皮膜）にて被覆されている非粘着性樹脂皮膜被覆ロールであり、該熱硬化性のマトリックス樹脂２ａは、好ましくは、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびビニルエステル樹脂のうちから選ばれるいずれか１以上の樹脂である。【選択図】図１

Description

本発明は、非粘着性複合樹脂皮膜被覆ロールに関し、製紙や印刷、フィルムの製造や加工などの産業分野において用いられるロールであって、特にそのロール表面への異物等の付着を抑制ないし阻止する非付着特性と耐摩耗性に優れるロールに関する。

環境物質等の異物が付着しにくい非付着特性を有するロールとしては、従来、ロール外表面にシリコーン樹脂やフッ素樹脂をコーティングしたものが一般的である。しかし、シリコーン樹脂やフッ素樹脂は軟質のためにコーティングが早期に摩耗、剥離し、ロールの取り替えを頻繁に行なわなければならないという問題があった。

上記の問題に対し、特許文献１では、ロールの表面に、非粘着特性を改善する目的でフッ素樹脂などの熱可塑性樹脂粒子を分散させたコート層を形成する技術を提案している。この特許文献１に記載の技術は、「支持材の表面に、粒径１０μｍ以下のポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂粒子を使用目的に併せて３〜５０ｍａｓｓ％分散させてなるコート層」を形成するものである。

また、特許文献２では、フッ素樹脂層中にフィラーを含有させて耐摩耗性を向上させる技術を提案している。この技術（特許文献２）は、ロール表面に、フッ素樹脂：９３〜９７ｍａｓｓ％中に、平均粒子径：０.１５〜５μｍの無機粒子（セラミック）を１〜１０ｍａｓｓ％添加してなるフッ素樹脂を被覆する方法である。この技術の特徴は、セラミック（フィラー）を添加することによってフッ素樹脂に耐摩耗性を付与することにある。

また、特許文献３には、フッ素樹脂塗料および、フッ素樹脂塗料を用いた加工物の製造方法が開示されている。この特許文献３に開示の技術は、フッ素樹脂粒子が分散媒中に分散した塗料組成物を被処理材表面に塗装するものである。

また、特許文献４では、フッ素樹脂塗料組成物に関し、特に、フッ素樹脂粉末を分散した水溶性有機液体からなる塗料について開示すると共に、厚い塗膜を安定的に形成する方法を提案している。

さらに、特許文献５では、基材に対する密着性や耐食性、環境遮断性に優れた塗料として、ポリマー粒子を含有するフッ素樹脂塗料組成物を提案している。

特開平０６-１９０３３１号公報 特開２０１３-２３５１０３号公報 特開平７-２３３３４５号公報 特許第４２０８１０２号公報 特開２０１３-２３１０９８号公報

前記特許文献１に開示されている技術については、実施例での「剥離力」数値に見られるように、皮膜の非粘着性が十分でないという問題がある。しかも、この開示技術では該皮膜の耐久性や耐摩耗性については何ら検討されていない。

また、前記特許文献２に開示の技術は、硬質フィラー（セラミック）によって耐摩耗性を確保する場合、相手材の表面粗さや粒子径がフィラーの粒径より大きいと、十分な耐摩耗性を発揮することができないという問題がある。特に、産業用の用途では、ロールと接触する相手材の表面粗さが５μｍを超えることは珍しくないので、製紙や印刷、フィルム製造・加工用ロールの用途では耐摩耗性が十分でないという問題がある。

前記特許文献３では、塗膜の着色性や膜厚の安定性について多く言及されているが、塗膜の耐久性や耐摩耗性については検討していない。

前記特許文献４には、フッ素樹脂分散塗料が開示されているが、具体的な皮膜の機能、たとえば、非粘着性や耐摩耗性については詳しくは言及されていない。

さらに、前記特許文献５の場合もまた、具体的な非粘着性や耐摩耗性についての記載はない。

そこで、本発明は、非粘着性および耐摩耗性に優れた表面特性を有するロールを提供することを目的とする。

発明者らは、前記従来技術が抱えている問題点を克服することのできる技術の開発を目指して鋭意研究した結果、ロール基材の表面が、熱硬化性のマトリックス樹脂中にフッ素樹脂粒子を分散させてなる非粘着性複合樹脂層にて被覆されている非粘着性複合樹脂皮膜被覆ロールが、前記の目的の実現に有効であることを知見した。

また、前記のように構成される本発明については、さらに以下のような構成にすることが、より有効な課題解決手段となり得ることが予想される。
（１）前記熱硬化性のマトリックス樹脂は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびビニルエステル樹脂のうちから選ばれるいずれか１以上の樹脂であること。
（２）前記フッ素樹脂粒子は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）のうちから選ばれるいずれか１以上の樹脂粒子からなり、かつこの粒子の平均粒径が、１μｍ以上１００μｍ以下の大きさであること。
（３）前記マトリックス樹脂中に分散されるフッ素樹脂粒子の分散量が１０〜８０ｖｏｌ％であること。
（４）前記ロール基材は、鉄鋼、アルミニウム合金、繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチックのうちから選ばれるいずれか１もしくは２以上の組み合わせからなること。
（５）ロール基材の表面は、ブラスト処理、溶射、機械加工、レーザー照射のうちから選ばれるいずれか１以上の方法で処理され、算術平均粗さがＲａ：２μｍ〜５０μｍの表面粗さを有すること。

前記のように構成された本発明によれば、非粘着性や耐摩耗性に優れかつ安価な非粘着性複合樹脂皮膜被覆ロールを提供することができる。特に、本発明においては、ロール基材の最表面に、非粘着性複合樹脂組成物からなる層を形成したので、該ロール基材の表面に存在（分散）するフッ素樹脂粒子が有する非粘着特性を損ねることなく耐摩耗性をも向上させることができる。その結果、ロールの表面の初期状態を長期間に渡って安定的に維持することが可能となり、加工対象の紙や不織布、フィルム、シート等の製品品質の向上や製品の歩留まりの向上を実現することができる。

また、本発明に係るロールについては、その表面に形成される前記非粘着性複合樹脂組成物の層として、マトリックス樹脂として特定の熱硬化性樹脂を用いているので、ロール基材を酸やアルカリといった腐食性の強い物質から確実に遮断することができ、ロールの寿命を向上させることができる。即ち、本発明においては、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などの熱硬化性のマトリックス樹脂を用いているが、この樹脂は、硬化促進剤を用いて室温〜１２０℃の温度に加熱すれば架橋硬化させることができる。従って、フッ素樹脂をマトリックス樹脂とする従来の一般的なコート材に比べると、溶融温度が低温であることから、施工時に大掛りな設備（加熱炉）を使用する必要がなく、低コストを実現できる。

また、本発明では、前記マトリックス樹脂中にフッ素樹脂粒子を分散させてなる非粘着性複合樹脂組成物を用いている。この複合樹脂組成物の粘度は、溶剤を使うことなく１２０Ｐａ・ｓ程度以下に調整されたものとすることで、ロール基材の表面に対し塗布などの方法によって成膜することが可能になる他、溶剤成分（分散剤）を含まないため該ロール基材の表面への被覆形成後の膜厚減少を抑えることもできる。このことから、本発明によれば、非粘着層の厚盛りを容易に行なうことができる。具体的には１度の塗布で３００μｍの皮膜を形成することができる。しかも、繰り返し塗布することで、非粘着性樹脂皮膜の厚みをさらに厚くすることができるから、非粘着性と耐摩耗性とをより一層向上させることができる。

本発明に係るロール部材の断面図である。 ロール表面の非粘着性複合樹脂組成物層の断面顕微鏡写真（倍率：３００倍）である。 ロール基材表面粗さと非粘着性複合樹脂組成物層との関係を示すロールの部分断面図である。

本発明に係るロールの基本的な構成は、図１に示すように、ロール基材１の表面（最外層部）に、非粘着性と耐摩耗性とに優れた非粘着性複合樹脂組成物を被覆してなる層（皮膜）２を形成することにある。かかる非粘着性複合樹脂組成物の層（皮膜）は、熱硬化性樹脂が用いられるマトリックス樹脂２ａとこの樹脂中に分散含有させるフッ素樹脂粒子２ｂとからなる複合樹脂組成物の層（皮膜）である。

前記熱硬化性のマトリックス樹脂として用いられる前記熱硬化性樹脂は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびビニルエステル樹脂のうちから選ばれるいずれか１種以上の樹脂の使用が好ましい。これらの樹脂に着目した理由は、これらの樹脂は、市販の硬化促進剤を使用することにより常温付近の温度で三次元に架橋した高硬度の樹脂層を形成することができるためである。

また、前記熱硬化性のマトリックス樹脂中に分散含有させるフッ素樹脂粒子としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やパーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）などから選ばれるいずれか１種以上の樹脂粒子を用いる。これらの樹脂粒子に着目した理由は、これらの樹脂は、フッ素樹脂の中でも特に安定で、非粘着性や耐薬品性、溶剤性などに優れているためである。

マトリックス樹脂中に分散させる前記フッ素樹脂粒子は、平均粒径が、１μｍ〜１００μｍのもの、好ましくは３０μｍ〜５０μｍのものがよい。粒子径をこのような範囲に限定する理由は、この樹脂粒子の平均粒径が１μｍ以下または２９μｍ以下のときであっても、粒子が凝集しやすくフッ素樹脂粒子を分散させた混合物を調整することが難しいことがあるからである。一方、この樹脂粒子の平均粒径が１００μｍもしくは５０μｍを超えると、フッ素粒子を分散した際に重力により沈降し、分散が不均一になりやすくなるためである。

本発明において、前記熱硬化性樹脂からなるマトリックス樹脂中に分散含有させる前記フッ素樹脂粒子は、その分散含有量は１０〜８０ｖｏｌ％、好ましくは４０〜８０ｖｏｌ％程度とする。その理由は、分散含有量が１０ｖｏｌ％または４０ｖｏｌ％未満だと、程度の差はあるものの十分な非粘着性（非付着特性）を得ることができないからである。一方、８０ｖｏｌ％を超えると、粘度が１２０Ｐａ・ｓを超えて流動性が著しく低下し、しかも分散が不均一となって塗布に適しないからである。なお、マトリックス樹脂に分散させるフッ素樹脂粒子の分散（含有）量は、任意の断面を顕微鏡で観察し画像処理によって求める。

なお、前記複合樹脂組成物の調整に当たっては、まず、マトリックス樹脂としての粘度を、１２０Ｐａ・ｓ以下の範囲内で適宜に変化させることが好ましい。そのための樹脂どうしの組み合わせ例やフッ素樹脂粒子の平均粒子径、分散量（ｖｏｌ％）、含有量（質量％）の例は表１〜４に示す。

本発明で用いられるロールは、その基材として、鉄鋼材料、アルミニウム合金、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）などから選ばれるいずれか１つ以上の材料を、例えば、同心円状などに組み合わせて用いることができる。この点、本発明では、前述した各種樹脂例の場合、非粘着性樹脂皮膜の部分は常温から１２０℃程度までの温度範囲内に加熱することができるものであるから、鉄鋼材料やアルミニウム合金の他、ＦＲＰ、ＣＦＲＰといった素材でもロール基材として用いることができる。また、本発明によれば、前記非粘着性複合樹脂組成物は、室温から１２０℃程度までの低温域で調整されるので、あらかじめ真円度や円筒度、真直度などの点で精密に調整されたロールであっても、熱変形などを招くことなく、その表面に非粘着特性を付与することができる。

前記ロール基材については、その表面を前記非粘着性複合樹脂組成物の層（皮膜）の付着特性をより向上させるため、図３に示すように、表面をブラスト処理や溶射、機械加工、レーザー照射などから選ばれるいずれかの方法で、算術平均粗さ（Ｒａ）で２μｍ〜５０μｍ程度の表面粗さ（突部１ａを設ける）にすることで、前記非粘着性複合樹脂層（皮膜）の密着力を高めることが好ましい。その理由は、ロール基材表面部分の算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍ未満では、マトリックス樹脂に、フッ素樹脂粒子を分散させた混合樹脂の密着性向上に対しては、効果がないからである。一方、ロール基材の算術平均粗さ（Ｒａ）が５０μｍを超える場合、マトリックスにフッ素樹脂粒子を分散させた混合樹脂を均一に塗布することができず、基材粗さの凸部が露出することがあって好ましくないからである。本発明のロールでは、該非粘着性複合樹脂組成物（層）の部分が摩耗しやすいような環境下であっても、その摩耗がロール基材の粗さの頂点（突部１ａ）に達した時点で緩和され、粗さの谷の部分に保持された樹脂層によって長期間、非粘着特性を維持させることができるようになる。

なお、本発明においては、前記ロール基材の表面に、前記非粘着性樹脂組成物の層（皮膜）を成膜する方法としては、マトリックス樹脂中にフッ素樹脂粒子を分散させた混合樹脂液を、スプレーガンやスリットノズル、ペイントローラー、刷毛を用いて、ロール表面に塗布したり吹き付けることで形成することができる。

また、本発明においては、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などのいずれかのマトリックス樹脂に対し、フッ素樹脂の粒子を分散させてなる混合樹脂組成物には、さらに、粘度≦１２０Ｐａ・ｓを阻害しない範囲で、セラミックス粒子やセラミックスフレーク、カーボン粒子、レベリング剤、粘度調整剤などを添加して塗布特性を調整してもよい。

実施例１
この実施例は、ロール基材およびその表面に、下記ａ、ｂおよびｃからなる非粘着性の複合樹脂組成物を下記のようにして被覆した例である。
ａ．マトリックス樹脂：シリコーン樹脂（信越シリコーンＫＲ２１６）
ｂ．フッ素樹脂粒子：ＰＴＦＥ（旭化成フルオン）（粒径：１０μｍ）
ｃ．フッ素樹脂含有量：８０ｖｏｌ％

この実施例においては、マトリックス樹脂（２ａ）：１００質量部に対して、フッ素樹脂粒子（２ｂ）４０質量部を投入し、十分に撹拌して非粘着性の複合樹脂組成物の分散液を調整した。マトリックス樹脂中へのフッ素樹脂粒子の分散の方法としては、遊星式撹拌脱泡装置を用いた。次に、得られた上記分散液をスプレーガンを用いてロール基材上に塗布した。塗布後、室温で２４時間保持したところ、マトリックス樹脂の硬化が確認できた。その硬化完了後、必要に応じて、サンドペーパーを用いて表面の状態（Ｒａ：１．０μｍ程度）を整えた。図２は、このような処理によって得られた非粘着性複合樹脂組成物層の断面顕微鏡写真（倍率：３００倍）である。

実施例２
φ１００ｍｍのステンレス鋼製ロール基材の表面に、本発明に適合する例（発明例）、適合しない比較例の非粘着性複合樹脂組成物層を形成し、硬化処理直後に１０００番手の耐水研磨紙によって最表面を除去した該非粘着性複合樹脂組成物層の非粘着性を評価した。非粘着性の評価は、ＪＩＳ Ｚ １５２２ に準拠したセロハンテープを９０°の角度、つまりロールの法線方向で引き剥がすのに要した力をデジタルフォースゲージで測定することによって評価した。その結果を表１に示す。発明例の各皮膜は、いずれもテープ引き剥がしに要する力が小さく、かつ最表面を耐水研磨紙によって除去しても、テープ引き剥がしに要する力は殆ど変化しない。一方、比較例のＮｏ．１３の皮膜は、テープ引き剥がしに要する力はどの発明例よりも大きく非粘着性に劣る。比較例Ｎｏ．１５の皮膜は成膜直後こそ引き剥がしに要する力は小さいが、表面が除去されると非粘着性を失い引き剥がしに要する力が大きくなる。比較例Ｎｏ．１６については、成膜直後は発明例と同様の非粘着性を、最表面除去後も保つが、この皮膜は３８０℃、３０分という硬化条件を要するため適用が限定される。

実施例３
１００ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍｔのステンレス鋼製基材サンプルの表面に、本発明に適合する例（発明例）、適合しない比較例の非粘着性複合樹脂組成物層をスプレー法によって形成して耐摩耗性を評価した。この評価試験は、スガ摩耗試験機（ＪＩＳ Ｋ ５６００に記載）を用いて、往復摩耗試験に供することで実施した。摩耗用の研磨紙は１０００番手耐水ＳｉＣペーパーを用い、試験荷重は１.０ｋｇｆとした。その結果を表２に示す。比較例に対して本発明例のものはいずれも摩耗減量が少ないという結果となった。

実施例４
ロール表面に、非粘着性複合樹脂組成物層を形成するために必要な樹脂液の特定について以下の方法で評価試験を行なった。この試験では、マトリックス樹脂（信越シリコーン ＫＲ２１６）１００質量部に対して、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ 平均粒子径：０．７〜１５０μｍ）を４０質量部投入し、十分に撹拌した。この樹脂液を透明な容器内に３時間保持し、分散の状態を目視観察した。その結果を表３に示す。表３に示す結果から、本発明例は、比較例のものに比べるとフッ素樹脂粒子の分散が均一で、平均粒子径が１μｍ以下か１００μｍ超の比較例のものに比べると分散特性に優れていることが確かめられた。

実施例５
ロールに非粘着性複合樹脂組成物層をスプレー法によって形成するための樹脂液（シリコーン樹脂「ＫＲ２１６」中へのフッ素樹脂粒子の分散量（含有量）についての評価試験を行なった。その結果を表４に示すが、表４に示すとおり、本発明の範囲（１０〜８０ｖｏｌ％）内の例のものは比較例（０ｖｏｌ％、９０ｖｏｌ％）のものに比べると、粒子分散の程度（均一性）に優れていることが確かめられた。

実施例６
１００ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ（ｔ）のＳＵＳ３０４板の表面に本発明に適合する例（発明例）、適合しない比較例の非粘着性複合樹脂被覆層（皮膜）を形成し、その皮膜の密着性を評価した。評価はＪＩＳ Ｋ５６００−５−１塗料一般試験法 第５部：塗膜の機械的性質 第１節：耐屈曲性（円筒マンドレル法）に基づき、試験片をφ２０ｍｍのマンドレルに押し当てて折り曲げ、塗膜のはがれの状態を目視で観察した、その結果を表５に示す。

本発明に係る技術は、製紙、印刷、フィルム製造の分野だけでなく、例えば、化学工業、機械工業、電気工業、食品や医薬などの分野においても有用である。

１ ロール基材
１ａ 突部
２ 非粘着性複合樹脂組成物の被覆層（皮膜）
２ａ マトリックス樹脂
２ｂ フッ素樹脂粒子

Claims (6)

1. ロール基材の表面が、熱硬化性のマトリックス樹脂中にフッ素樹脂粒子を分散させてなる非粘着性複合樹脂層にて被覆されていることを特徴とする非粘着性複合樹脂皮膜被覆ロール。
2. 前記熱硬化性のマトリックス樹脂は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびビニルエステル樹脂のうちから選ばれるいずれか１以上の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の非粘着性複合樹脂皮膜被覆ロール。
3. 前記フッ素樹脂粒子は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、エチレン-テトラフルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）のうちから選ばれるいずれか１以上の樹脂粒子からなり、かつこの粒子の平均粒径が、１μｍ以上１００μｍ以下の大きさであることを特徴とする請求項１または２に記載の非粘着性複合樹脂皮膜被覆ロール。
4. 前記マトリックス樹脂中に分散されるフッ素樹脂粒子の分散量が１０〜８０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の非粘着性複合樹脂皮膜被覆ロール。
5. 前記ロール基材は、鉄鋼、アルミニウム合金、繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチックのうちから選ばれるいずれか１もしくは２以上の組み合わせからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の非粘着性複合樹脂皮膜被覆ロール。
6. ロール基材の表面は、ブラスト処理、溶射、機械加工、レーザー照射のうちから選ばれるいずれか１以上の方法で処理され、算術平均粗さがＲａ：２μｍ〜５０μｍの表面粗さを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の非粘着性複合樹脂皮膜被覆ロール。