JP2018506422A - 耐擦傷性コーティングを備えたポリカーボネートグレージングを封止する方法 - Google Patents

耐擦傷性コーティングを備えたポリカーボネートグレージングを封止する方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、シリコーン系耐摩耗性ハードコートを、少なくとも一つのその面上で含むポリカーボネートグレージングを包み込む方法であって、下記の逐次工程を含む方法に関する:(a)プラズマノズルを用いた大気プラズマによって、シリコーン系ハードコートを有しているグレージングの面の領域を、処理すること、ここで、プラズマノズルの端とグレージングの表面の間の距離が7mm以下であり、(b)大気プラズマによって処理された当該領域に、有機溶媒又は水性溶媒の溶液又は懸濁液中にある、ジイソシアネート、ポリイソシアネート、及び塩素化ポリオレフィンから選択される一又は複数の接着促進剤を含むプライマー組成物を、塗布すること、(c)乾燥プライマー層が形成されるように溶媒を蒸発させること、及び(d)乾燥プライマー層で被覆されている領域に、熱可塑性ポリマーをオーバーモールディングすること。

Description

本発明は、大気プラズマ前処理工程を含む、ポリカーボネート製の自動車グレージングを包み込む新規の方法に関する。
自動車グレージングの産業上の分野において、用語「包み込み(encapsulation)」は、グレージングの外周付近をポリマー材料でオーバーモールディングする方法又は工程を意味している。グレージングの端の周りに漏れ防止の枠を形成する型に、材料を流体状態で注入する。重合及び/若しくは架橋反応(熱硬化性ポリマーの場合)によって、又は冷却(熱可塑性ポリマーの場合)によって、材料が硬化した後に、型を開け、かつ取り去り、グレージングの外周において、その端と、グレージングの二つの面のうちの少なくとも一つ、しばしば、グレージングの両面とに、接している側面ビード(profiled bead)が残される。
側面ビードを形成しているポリマーは、多くの場合、グレージングと本体の間のシールとして作用することができるエラストマーである。しかしながら、他の役割を果たすために、エラストマーではないポリマーを、包み込みによってオーバーモールディングしてもよい。その結果、得られた側面ビードは、一般的には、並置された非エラストマー要素及びエラストマー要素を同時に含む複合ビードである。
一般的には、グレージングの周辺においてオーバーモールディングされる表面を洗浄及び活性化する工程を行い、そして、オーバーモールディングされる側面ビードと接触することを意図する活性化領域にプライマーを塗布した後に、包み込み工程が行われる。
ミネラルガラス製の自動車グレージングの分野において、低温プラズマとも呼ばれる、大気圧下でのプラズマによる活性化を用いることが、知られている。表面の酸化は、プライマーと反応することが可能な反応基、主にSiOH基の形成をもたらす。
ポリカーボネート製の自動車グレージングの分野において、プライマー処理及び包み込みを行う前のこのプラズマ活性化の技術は、未だ、満足のいく結果を得ることを可能としていない。
ポリカーボネートは、所定のグレージング用、例えば、グレージング加工された天井、固定サイドウィンドウ、及びリヤウィンドウ(などのグレージング用)、さらには、前照灯の拡散ガラス用のケイ酸塩ガラスの代わりとしても用いられる材料である。ポリカーボネートには、多くの利点(軽量性、衝撃耐性、成形容易性)があるが、自動車ガラスの代替材料としては、擦傷を非常に受け易いという弱点がある。
したがって、自動車の寿命の初めから終わりまでグレージングの十分な透明性を保証するために、全てのポリカーボネート自動車グレージングは、耐引掻性(anti−scratching)及び耐擦傷性(anti−scoring)の透明ハードコートで、コートされている必要がある。
これらのコーティングは、シリコーン(ポリオルガノシロキサン)と高硬度を有するナノ粒子、一般的には、シリカ粒子とに基づくナノ複合材料である。これらは、30mN/m未満の表面エネルギーと、数百ナノメーター(100nm〜1000nm)のオーダーの厚さとを有している疎水性コーティングである。
通常、ハードコートの用語で表現される、かかる耐摩耗性/耐引掻性コーティングによって保護されたポリカーボネートグレージングの包み込みを所望する場合には、非常に硬く、化学的に不活性で、かつぬれ難い、この表面を活性化するという、困難な問題に直面することになる。ミネラルガラスへの使用実績がある既知の大気プラズマ処理では、ポリカーボネートグレージングを被覆しているハードコートの表面を活性化することができない。
シリコーン系ハードコートの表面のぬれ性を改善すること、その粗さを増加すること、及びプライマーの成分(イソシアネート)と反応することができる化学的官能基をそこに導入することのいずれかを可能とする、満足のいく化学処理は、知られていない。
現在に至るまで、プライマー組成物及び注入成形包み込み材料の良好な接着を達成することを可能にする、唯一の満足のいく技術は、カプ セル化される表面を機械的に研磨することにより、ハードコートを除去することである。しかしながら、この技術は、いくつかの問題を提起する:
−微細なプラスティックの粉塵を付近のオペレーターが吸入する可能性があること、
−機械的な研磨は、サイクル時間を延長し、かつ製造領域(密閉チャンバー、抽出システム)の配置に関して大きな制約を課すこと、
−機械的な研磨によって生じた粉塵が、プラスティックのグレージングに堆積し、包み込みの後において許容することができない不具合を生じること、
−多数の予防的洗浄操作が必要となること。
ポリカーボネート上のハードコートの機械的な研磨の代替を目的とした研究の中で、出願人は、現在に至るまで非効率であると判断されてきた既知の技術が、これを従来と異なる条件下で用いた場合に、この目的の達成を可能にすることを、驚くべきことに観測した。
大気プラズマ技術は、処理される材料、プラズマの出力、ノズルの大きさ、及び移動速度に応じて、約1cmと5cmの間における、ノズル/活性化される基材の距離で、特に産業的に用いられている。本発明者は、ノズル/基材の距離をより小さくした低温プラズマによる活性化試験を行うことによって、この既知の技術が、現在まで観測されてきたものとは対照的に、表面エネルギー、及び処理された領域の粗さを増加させ、かつプライマー組成物と反応することができる化学的官能基を、特に酸化によって、そこに導入することを可能とすることを、知見した。
懸念されてきたこととは対照的に、「近接」低温プラズマによるこの研磨は、処理されたグレージングの熱的劣化を、少しも生じなかった。また、サイクル時間をより短縮し、かつ包み込みに関連するコストを大幅に低減することを可能にした。粉塵が形成されないことは、環境及びオペレーターの健康の観点から大きな利点となる。
ポリカーボネートグレージングと、熱可塑性ポリマー製のオーバーモールディングビードとの間での満足のいく接着結果(包み込みを行う型中における、ポリマーの硬化が化学反応を伴わない)を得るために、プラズマ処理された領域にプライマー処理を行うことが、追加的に必要である。この観点から、特定のプライマー処理剤が特に満足のいくものであることが、判明している。
本発明の主題は、シリコーン系耐摩耗性ハードコートを、少なくとも一つのその面上で含むポリカーボネートグレージングを包み込む方法であって、下記の逐次工程を含む方法である:
(a)好ましくは100ボルトアンペアと1000ボルトアンペアの間での出力を有しているプラズマノズルを用いた大気プラズマによって、シリコーン系ハードコートを有しているグレージングの面の領域を、処理すること、ここで、プラズマノズルの端とグレージングの表面の間の距離が7mm以下であり、
(b)大気プラズマによって処理された前記領域に、ジイソシアネート、ポリイソシアネート、及び塩素化ポリオレフィンから選択される一又は複数の接着促進剤の有機溶媒又は水性溶媒溶液又は懸濁液を含むプライマー組成物を、塗布すること、
(c)乾燥プライマー層が形成されるように溶媒を蒸発させること、及び
(d)乾燥プライマー層で被覆されている領域に、熱可塑性ポリマーをオーバーモールディングすること。
本願において、用語「プラズマノズル」及び「プラズマトーチ」を、熱平衡では無い後放電を生じるプラズマ源を意味するものとして、区別無しに用いる。
表現「プラズマノズルの端とグレージングの表面の間の距離」は、プラズマジェットが放出される出口オリフィスと処理されるハードコートの表面との間の最短距離を意味するものと理解される。
プラズマノズルは、200ボルトアンペアと900ボルトアンペアの間の出力、特に、300ボルトアンペアと800ボルトアンペアの間の出力、理想的には400ボルトアンペアと700ボルトアンペアの間の出力を、好ましくは有している。
プラズマノズルは、プラズマジェットが放出される出口オリフィスがノズルの中心軸の周りで高速で回転する、回転可能なノズルでよい。かかる回転可能なノズルにおいて、プラズマジェットの軸は、処理される表面に対して垂直でよいが、この垂線に対して傾いていてもよい。回転可能なノズルの傾斜ジェットによって形成される円錐角は、一般的には10°と30°の間、特に12°と20°の間である。プラズマジェットの軸は、好ましくは外側へ傾斜しており、これは処理される領域を増加する効果を有している。
かかる回転可能なプラズマノズルは、例えば、プラズマトリート社製のOpenair(登録商標)の名称などで販売されている。
回転可能なノズルは、グレージングの端において比較的広い領域を処理することを可能とする利点を有している。ノズルの単一通過で処理することができるストリップの幅は、ほぼ、ノズルの出口オリフィスの回転円の直径に等しい。
1cmと5cmの間の幅、好ましくは1.5cmと4cmの間の幅、特に好ましくは2cmと3cmの間の幅を有しているストリップを、単一通過で処理することができる回転可能なノズルからなるものを用いるのが、好ましい。
プラズマノズルの端とグレージングの表面の間の距離は、6mm未満、特に5mm以下、理想的には2mmと4mmの間であるのが好ましい。
本発明の方法の工程(a)において、プラズマトーチは処理されるグレージングに対して移動する。この移動は、移動可能なトーチと、固定された基材とによって達成されてよく、又は固定されたトーチと、この固定されたトーチの目前を移動する移動可能な基材とによって達成されてよく、後者の実施形態が好ましい。
グレージングに対するプラズマノズルの相対的な移動速度は、1m/分と5m/分の間、特に2m/分と4m/分の間であるのが好ましい。これらの範囲内において、ノズルの端と処理される基材の間の距離が短い場合には、より速い相対的な移動速度からなるものが、大抵、用いられる。
プラズマノズルは、3バールと4バールの間のキャリアガス圧で、典型的には稼動する。キャリアガスは、濾過された空気であるのが好ましい。
本発明の方法は、原則として、プラズマトーチが、処理される基材の同じ領域を、数回にわたって通過する実施形態を含む。この場合には、ノズル−基材の距離及び移動速度は、全ての通過において同一でよい。しかしながら、一方及び/又は他方は、ある通過のものとは、別の通過のものとの点で、異なっていてもよい。方法の工程(a)が、基材の同一の領域上におけるトーチのいくつかの通過を含む場合には、独立請求項において規定される条件の下での少なくとも一つの通過を行うことが、必須である。一又は複数のその他の通過を、他の条件の下で、特に、より長い、ノズル−基材距離で、行うこともできる。
工程(a)は、処理されるグレージングの各点に対する、プラズマノズルの単一通過のみを含むのが好ましい。
低温プラズマ処理(工程(a))は、表面エネルギーを増加し、したがって、シリコーン系ハードコートのぬれ性を増加させる。処理前におけるこの表面エネルギーは、30mN・m−1未満である。
本発明のプラズマ処理工程の後では、それは、少なくとも45mN・m−1、好ましくは50mN・m−1超、理想的には60mN・m−1超である。
本発明の方法の第二の工程において、プライマー組成物を、プラズマ処理された領域に塗布する。
この組成物は、有機溶媒又は水性溶媒中に溶液又は懸濁液として一又は複数の接着促進剤を含有している液体組成物である。
既知の塗布技術、例えば、プライマー組成物が含浸されているフェルト若しくは発泡材料を用いた、又は噴霧器を用いた噴霧による塗布の既知の塗布技術にしたがって、塗布を行うことができる。
乾燥前のプライマーフィルムの厚さは、300μm未満、特に、20μmと200μmの間にあるのが好ましい。
乾燥は、大気温度で、又は若干の加熱の下で行ってよく、大気温度で行うのが好ましい。
乾燥工程の後に、プラズマ処理された領域上に形成された乾燥プライマー層は、ほとんどの場合に、30μm未満、特に、2μmと20μmの間の厚さを有している。
一又は複数の接着促進剤は、ジイソシアネート、ポリイソシアネート、及び塩素化ポリオレフィンからなる群から選択される。脂肪族ジイソシアネート又はポリイソシアネートは、特に効果的なプライマー処理を可能とする。
プライマー組成物のジイソシアネート及びポリイソシアネートの総含有量は、ほとんどの場合には20質量%と40質量%の間、好ましくは25質量%と38質量%の間、特に30質量%と35質量%の間である。
プライマー組成物の塩素化ポリオレフィンの含有量は、ほとんどの場合には5質量%と25質量%の間、好ましくは7質量%と20質量%の間、特に10質量%と15質量%の間である。
特に有利な実施形態の一つにおいて、接着促進剤は、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、及び無水マレイン酸グラフト化塩素化ポリオレフィンからなる群から選択される。
塩素化ポリオレフィンは、5質量%と20質量%の間、好ましくは10質量%と15質量%の間で塩素を含有しているのが好ましく、かつその重量平均質量は、50000と200000の間、好ましくは80000と120000の間にあるのが、好ましい。
これらのポリオレフィンは、市場で市販されており、例えば、参考として、イーストマン 塩素化ポリオレフィン(イーストマン)、スーパークロン(日本製紙株式会社)、及びハードレン(東洋紡株式会社)で販売されている。
溶媒相の蒸発後に、乾燥プライマー層で被覆された一又は複数のプラズマ処理領域を有しているグレージングの端を、型で囲み、熱可塑性ポリマーを、溶融状態で注入する。
熱可塑性ポリマーは、例えば、スチレン系熱可塑性エラストマー(TPE−S)、加硫オレフィン系熱可塑性エラストマー(TPE−V)、ポリ(塩化ビニル)、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、ポリ(メタクリル酸メチル)(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)、ポリカーボネート/アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(PC/ABS)配合物、及びポリプロピレン(PP)から選択される。
これらの熱可塑性ポリマーの中では、エラストマー、特にスチレン系熱可塑性エラストマー(TPE−S)、加硫オレフィン系エラストマー(TPE−V)、及び可塑化ポリ(塩化ビニル)(PVC)製のものを用いるのが好ましい。
本発明で用いることができるTPE−Sエラストマーは、下記の群を主に含む:
− SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン):二つのポリスチレンブロックがその側面に位置した中心ポリブタジエンブロックを含むブロックコポリマー、
− SEBS(スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン):SBSコポリマーの水素化によって得られるコポリマー
− SEPS(スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン):二つのポリスチレンブロックがその側面に位置した中心ポリ(エチレン−プロピレン)ブロックを含むコポリマー、
− SEEPS(スチレン−エチレン−エチレン−プロピレン−スチレン):スチレン−ブタジエン/イソプレン−スチレンコポリマーの水素化によって得られるコポリマー。
これらのコポリマーは、無機充填剤を含有している等級別のものとして市場で市販されているが、充填剤を含まない材料の形式のものも市場で市販されている。
本発明においては、充填剤を本質的には含まない、又は、無機充填材を5%未満で、好ましくは無機充填材を2%未満で含む、TPEエラストマー製のものを用いる。
これらは、例えば、下記の商品名で市販されている:Dryflex(Hexpol TPE)、Evoprene(AlphaGary)、Sofprene(SOFTER)、Laprene(SOFTER)、アサプレン(旭化成株式会社)、Nilflex(Taroplast)。
これらの製品は、ごく少量の有機潤滑剤、希釈剤、又は可塑剤を含有していてよい。
TPE−Sエラストマーの融点は、180℃と210℃の間、特に190℃と200℃の間にあるのが有利である。
溶融状態において、これらは、射出成形することができるような十分な流体である必要がある。しかしながら、それらの溶融粘度に関して正確に示すことは不可能であり、これは、この溶融粘度が、温度のみならず、ポリマーが受けるせん断応力にも依存するものだからである。供給元は「射出成形できる(injection moldable)」品質を提案しているのが、一般的である。
加硫オレフィン系エラストマー(ISO 18064標準のTPE−V又はTPV)は、熱可塑性ポリマー、一般的にはポリプロピレン(PP)、及びゴム、典型的にはEPDMの配合物であり、押出によって製造されるとき架橋される。押出の間にこの加硫を行うために、これらのポリマーは、「動的加硫物」としても知られている。ゴム状相は、熱可塑性マトリックス中に分散している。
商業的に市販されているTPE−Vエラストマーの例としては、Sarlink(登録商標)4775B42(Teknor Apex社)製のものを挙げることができる。
可塑化PVC又は可撓性PVCは、大量の可塑剤を、典型的には、40質量%と60質量%の間で含有している。その融点は、160℃と200℃の間である。
包み込みポリマーとして有利に用いられる可塑化PVCの例としては、市場で市販されている下記の製品で作製されるものを挙げることができる:
BENVIC(登録商標)(Solvay)、TECHNIFAX(登録商標)(Littleford Day)、NAKAN(登録商標)(Resinoplast)、SUNPRENE(登録商標)(Mitsubishi)。
シリコーン系ハードコート(Basecoat Silfort SHP470+AS4700、Momentive)で被覆されたポリカーボネートグレージングの試料を、500ボルトアンペアの出力を有している回転可能なノズル(22mmの直径、14°の出口角、外側傾斜)を有しているOpenair(登録商標)(プラズマトリート)プラズマトーチの下で、通過させた。
プラズマトーチは、3バールと4バールの間の圧力の濾過された空気で稼動する。プラズマトーチを固定し、試料の端を、トーチの端の目前で、2m/分の速度で移動させた。
各試料の端を、プラズマトーチの下で単一通過で進行させた。グレージングの表面とノズルの端の間の距離を、表1に示している。トーチの軸は、グレージングの平面に対して垂直である。
プラズマトーチの下で試料を単一通過させた後に、処理された領域の表面エネルギー(ぬれ性)を、エタノール系試験液を用いたISO 8296標準にしたがって測定した。得られた値を、表1に示している。
次いで、下記の各プライマー組成物を、プラズマ処理された領域に塗布した:
IPDI+CPO−w: 水中塩素化ポリオレフィン+イソホロンジイソシアネート(LOCTITE TP661(Henkel))
CPO−s: キシレン/エチルベンゼン混合物中塩素化ポリオレフィン(KORATAC GM510(Kommerling))
CPO−w: 水中塩素化ポリオレフィン(HARDLEN EW5515(東洋紡株式会社))
IPDI−w: 水中イソホロンジイソシアネート(WITCOBOND 434−27(Baxenden))
IPDI−s: n−酢酸ブチル/酢酸エチル/ブタノン混合物中イソホロンジイソシアネート(SIKA 209N(Sika))
IPDI−MDI−s: 酢酸エチル/ブタノン混合物中イソホロンジイソシアネート及び4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(SIKA 209D(Sika))
プライマー組成物が含浸されている発泡材料を用いて、塗布を行った。
溶媒を、大気温度で蒸発させて取り去り、グレージングの試料の端を、包み込みを行う型に導入し、かつTPE−V(Teknor Apex社製 Sarlink(登録商標)4775B42)、又は可塑化PVC(Teknor Apex社製 APEX(登録商標)1523F3)のいずれかでオーバーモールディングを行った。
プライマー処理工程及び包み込みの間に、グレージングの予備加熱を行ってはいない。
包み込んだ後に、試料を、23℃及び50%の相対湿度で7日間にわたって保ち、次いで、下記の劣化加速条件、すなわち、70℃及び95%の相対湿度で14日間にわたって曝し、そして−20℃で2時間にわたって曝した。
接着接触の品質を、90°剥離試験(100mm/分の引張り速度)で評価した。ASTM−D413標準にしたがって、N/cmにおける剥離強度、及び接着破壊又は凝集破壊の割合を、測定した。
表1では、得られた結果の全てを表示している。
プラズマ処理なしの比較試料は、単に、イソプロパノールで洗浄しただけのものであった。
Figure 2018506422
ノズルとハードコートの表面の間の距離が2mm及び4mmである本発明の試料では、全ての剥離強度の値が、10mN/m超であることを観測した。
対照的に、プラズマ処理を行っていない試料、又は8mmのトーチ/基材距離でプラズマ処理を行った試料では、剥離強度は、非常に多くの場合において不十分であった。
さらには、剥離強度は、4mmの距離で処理した試料よりも、2mmの距離で処理した試料のほうがより高いことが観測された。
プラズマ処理後の試料の表面エネルギーは、ノズル/表面距離が小さい場合には、より高かった。

Claims (8)

  1. シリコーン系耐摩耗性ハードコートを少なくとも一つのその面上で含むポリカーボネートグレージングを包み込む方法であって、
    下記の逐次工程を含む方法:
    (a)100ボルトアンペアと1000ボルトアンペアの間の出力を有しているプラズマノズルを用いた大気プラズマによって、前記シリコーン系ハードコートを有している前記グレージングの前記面の領域を、処理すること、ここで、前記プラズマノズルの端と前記グレージングの表面の間の距離が7mm以下であり、
    (b)大気プラズマによって処理された前記領域に、有機溶媒又は水性溶媒の溶液又は懸濁液中にある、ジイソシアネート、ポリイソシアネート、及び塩素化ポリオレフィンから選択される一又は複数の接着促進剤を含むプライマー組成物を、塗布すること、
    (c)乾燥プライマー層が形成されるように前記溶媒を蒸発させること、及び
    (d)前記乾燥プライマー層で被覆されている前記領域に、熱可塑性ポリマーをオーバーモールディングすること。
  2. 前記グレージングに対する前記プラズマノズルの相対的な移動速度が、2m/分と4m/分の間にあることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記プラズマノズルの端と前記グレージングの前記表面の間の距離が、6mm未満、好ましくは5mm以下、特に2mmと4mmの間にあることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記プラズマノズルが、3バールと4バールの間の圧力のキャリアガス、好ましくは濾過された空気で稼動することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 一又は複数の前記接着促進剤が、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、及び無水マレイン酸グラフト化塩素化ポリオレフィンからなる郡から選択されることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記プライマー組成物が、有機溶媒又は水性溶媒の溶液又は懸濁液中にある、ジイソシアネート、ポリイソシアネート、及び塩素化ポリオレフィンから選択される、一又は複数の接着促進剤から、本質的になることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
  7. 前記熱可塑性ポリマーが、スチレン系熱可塑性エラストマー(TPE−S)、加硫オレフィン系熱可塑性エラストマー(TPE−V)、ポリ(塩化ビニル)、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、ポリ(メタクリル酸メチル)(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリスチレン(PS)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)、ポリカーボネート/アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(PC/ABS)の配合物、及びポリプロピレン(PP)から選択されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記熱可塑性ポリマーが、エラストマー、好ましくは熱可塑性エラストマー及びポリ(塩化ビニル)から選択されるエラストマーであることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
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