JP2020180173A - 硬化方法、及び硬化システム - Google Patents
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Abstract
Description
また300nm以下の波長の光をカットする場合、紫外線の波長域の大部分がカットされてしまうため、エネルギー効率が低下し、また光硬化性樹脂の材料によっては硬化性が悪くなる、という問題がある。
図1は、本実施形態に係るコーティングシステム1の構成を示す図である。
コーティングシステム1は、光硬化技術を用いて、基材2の表面2Aを光硬化性樹脂4でコーティング(例えば、ハードコート)するシステムであり、図1に示すように、基材2を搬送面6に沿って搬送方向Aに搬送する搬送機構(図示せず)と、基材2の表面2Aに紫外線を照射する紫外線照射装置10と、を備える。
基材2は適宜の形状に形成された樹脂材である。また基材2の表面2Aには所定のコーティング範囲Qに光硬化性樹脂4が予め塗られている。なお、光硬化性樹脂4の塗工には適宜の塗工装置を用いることができる。
光源23には、光硬化性樹脂4が吸収する紫外波長域の光を放射する放電ランプが用いられる。かかる放電ランプには、高圧水銀ランプやエキシマランプ、キセノンランプ等が用いられる。
配光制御光学系24は、照度ムラを抑えて基材2の表面2Aに紫外線が照射されるように配光制御する。
発明者は、光源装置22が基材2に照射する紫外線の分光分布を制御することで、基材2の変色を抑制しながらも光硬化性樹脂4を硬化可能であることを実験によって見出しており、この実験について以下に説明する。
本実験では、光硬化性樹脂4が塗られた基材2に光源装置22の紫外線を光学フィルタ26を通して照射し、基材2の変色の有無、及び光硬化性樹脂4の硬化状態を調べた。
光源装置22の光源23には、ガラス管が普通石英であり、8kWクラスの高圧水銀ランプを用い、基材2に照射される紫外線の照度は照度計(岩崎電気株式会社製 UVPF−A1)を用いて測定した。
なお、高圧水銀ランプの1つにガラス管がオゾンレス管のものがある。しかしながら、オゾンレス管の高圧水銀ランプでは、当該オゾンレス管が高温になるにつれて紫外線の分光特性に短波長シフトが生じ、光硬化性樹脂4に照射される紫外線の分光特性が不安定になる。このため、本実験では、オゾンレス管の高圧水銀ランプではなく、分光特性が比較的安定した普通石英ガラス管の高圧水銀ランプを用いることとした。
基材2の変色は、紫外線照射前と紫外線照射後の基材2の表面2Aのそれぞれを分光測色計(コニカミノルタ株式会社製 CM−700d)を用いて色差を測定した。測定結果として、色差の値である「ΔE*ab」が2以上を変色していると判定した。
本実験で用いた照射条件は、照度が300mW/cm2、離間距離が140mm、搬送速度が1.8m/分、積算光量が1000mJ/cm2であり、当該照射条件で各サンプルに紫外線を照射した。
そして、光源装置22とサンプルとの間に光学フィルタ26を配置し、同じ照射条件の下、サンプルに紫外線を照射することで、光学フィルタ26を用いたときの変色、及び硬化状態を評価した。
なお、同図において、「積算放射照度」は、各波長範囲における放射照度を単純に積算した値であり、その単位はmW/cm2である。
これに対して、上記光学フィルタ26のどれを用いても、黄変の発生が少なく抑えられていることが分かる。これらの光学フィルタ26は全て、波長200nmから波長230nmの第1波長域A1を減衰させる点で共通していることから、この第1波長域A1が基材2の変色に比較的大きな影響を及ぼしており、この第1波長域A1の照度が抑えられることで変色が少なくなったと推察される。
この第1波長域A1の光は、標準紫外線波長域の他の波長域の光と比べて光エネルギー(E)が大きく、光硬化性樹脂4の硬化性を高めるのに寄与する。したがって、第1波長域A1の積算放射照度が「ゼロ」でないことが望ましい。
図4に示されるように、光学フィルタ26が無い場合には積算光量の増加に伴って色差が大きく増加し、より多く黄変が顕著に発生する。これに対して、光学フィルタ26を用いた場合には、積算照度が増加に対して色差変化が小さく、黄変が十分に抑えられることが分かる。
標準紫外線波長域において上記第1波長域A1に次いで光エネルギー(E)が大きく、また、数多くの光硬化性樹脂で吸収がみられる波長域である波長230nmから波長300nm(以下、「第2波長域A2」と言う)に着目すると、この第2波長域A2の積算放射照度比率が標準紫外線波長域に対して「0.146」以上の場合には硬化状態が良好であるものの、「0.118」以下のときには硬化状態が良好でなくなる。したがって、第2波長域A2の積算放射照度比率が少なくとも「0.146」以上であれば硬化状態は良好になると推察され、その積算放射照度比率が「0.15」以上であれば確実に良好な硬化状態が得られると推察される。
そして、紫外線照射時に第2波長域A2の積算放射照度比率が「0.15」以上となることで、良好な硬化状態を得るのに十分なエネルギーが光硬化性樹脂4の主成分に与えられ、波長300nm以下の光をカットする従来技術に比べ、効率良く光硬化性樹脂4を硬化させることができる。
さらに発明者は、基材2の樹脂材をポリアミド系合成繊維樹脂、ABS樹脂、ポリプロピレン(PP)、及びアクリル樹脂に変えた実験、及び、基材2の材料を紙に変えた実験についても行っており、これら全ての実験において、第1波長域A1の積算放射照度比率が「0.017」以下であっても多くの変色が確認された。
すなわち、ポリ塩化ビニル又はポリカーボネートから成る基材2の表面2Aに塗られた光硬化性樹脂4に、普通石英ガラス管の高圧水銀ランプが放射する紫外線を光学フィルタ26を介さずに照射することで当該光硬化性樹脂4が硬化するときの積算光量に対し、光学フィルタ26による紫外線の分光特性制御によって、上記第1波長域A1の積算放射照度を低めることで基材2の変色を抑制できる。
また上記照射条件に対し、光学フィルタ26によって紫外線の分光特性が制御されることで上記第2波長域A2の積算放射照度が低められ過ぎないようにすることで、光硬化性樹脂4を良好に硬化できる。
特に、標準紫外線波長域の積算放射照度を「1」とした場合に上記第1波長域A1の積算放射照度比率が「0.017」以下であり、なおかつ、上記第2波長域A2の積算放射照度比率が「0.15」以上であるときには、基材2の変色が確実に抑えられ、光硬化性樹脂4を確実に硬化できる。
これにより、従前のように、基材2の表面2Aにマスクを設けずとも紫外線照射による基材2の変色を抑え、かつ光硬化性樹脂4を効率良く確実に硬化させることができる。
これにより、基材2の変色を確実に抑えることができ、また光硬化性樹脂4を確実に硬化させることができる。したがって、紫外線照射時に基材2の表面2Aにマスクを設ける必要がないので、コストを抑えることができる。また第2波長域A2の光が光硬化性樹脂4に照射されることで、波長300nm以下をカットする従来技術に比べ、光硬化性樹脂4を効率良く硬化させることができる。
2 基材
4 光硬化性樹脂
10 紫外線照射装置
20 窒素パージボックス
22 光源装置
23 光源(放電ランプ)
26 光学フィルタ
A1 第1波長域
A2 第2波長域
Q コーティング範囲
Claims (5)
- ポリ塩化ビニル製、またはポリカーボネート製の基材の表面に塗られた光硬化性樹脂に放電ランプの紫外線を照射して硬化させる硬化方法において、
波長200nmから波長450nmの波長域の積算放射照度を「1」とした場合に、波長200nmから波長230nmの第1波長域の積算放射照度比率が「0.017」以下であり、なおかつ、波長230nmから波長300nmの第2波長域の積算放射照度比率が「0.15」以上となるように前記紫外線を照射する
ことを特徴とする硬化方法。 - 前記第1波長域の積算放射照度比率が「0.008」以下である、ことを特徴とする請求項1に記載の硬化方法。
- 前記第1波長域の積算放射照度比率が「0.001」以下である、ことを特徴とする請求項1または2に記載の硬化方法。
- 前記光硬化性樹脂は、光重合性モノマー、及び光重合性オリゴマーの混合物を主成分とした樹脂材である、ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の硬化方法。
- ポリ塩化ビニル製、またはポリカーボネート製の基材の表面に塗られた光硬化性樹脂に放電ランプの紫外線を照射して硬化させる光源装置と、
前記光硬化性樹脂に照射される紫外線の分光特性を制御する光学フィルタと、を備え、
前記光源装置の紫外線が前記光硬化性樹脂に前記光学フィルタを介して照射されることで、
波長200nmから波長450nmの波長域の積算放射照度を「1」とした場合に、波長200nmから波長230nmの第1波長域の積算放射照度比率が「0.017」以下であり、なおかつ、波長230nmから波長300nmの第2波長域の積算放射照度比率が「0.15」以上となるように、
前記光硬化性樹脂に紫外線が照射される
ことを特徴とする硬化システム。
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