JP2021102705A - シートモールディングコンパウンド及びその成形品 - Google Patents

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道成 兼本
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Abstract

【課題】柄材の視認性が高く意匠性に優れた成形品が得られるシートモールディングコンパウンド及びその成形品を提供する。【解決手段】不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂からなる群から選ばれる1種類以上の熱硬化性樹脂(A)、重合性不飽和単量体(B)、架橋ポリスチレン(C)、無機充填材(D)、繊維強化材(E)、柄材(F)、及び着色剤(G)を含有するシートモールディングコンパウンドであって、前記柄材(F)が、不飽和ポリエステル樹脂及び無機充填材を含有するコンパウンド(X)の硬化物であり、前記熱硬化性樹脂(A)100質量部に対して、前記架橋ポリスチレン(C)を1〜50質量部、前記無機充填材(D)を50〜400質量部含有し、これを成形して得られる、厚さ4mmの成形板の全光線透過率(JIS K−7361−1)が、2.5%を超えることを特徴とするシートモールディングコンパウンドを用いる。【選択図】なし

Description

本発明は、シートモールディングコンパウンド及びその成形品に関する。
維強化熱硬化性樹脂(以下、FRP という)は、金属に比べ軽量で強度、耐食性に優れる等、多くの特徴を有しており、浴槽、浄化槽等の住宅用部材、パイプ等の工業用部材、各種電気部品等の用途に、多岐に亘って使用されている。このようなFRPの成形方法には多くの種類があるが、その一つにプレス成形法がある。
この方法は、所定の温度に加熱された金型内に成形材料を投入し、プレス機械で
加圧・加熱硬化させる方法である。成形材料としては一般的にシートモールディングコンパウンド(以下、SMCという)、バルウモールディングコンパウンド(以下、BMCという)等が用いられている。プレス成形法は、材料ロスが少ない、生産性が高い、作業環境が良い等の点で、その他のFRP成形法に比べ多くの長所を有するため、FRP製品の生産に広く用いられている。
SMC、BMCを用いたプレス成形法は、このように多くの長所を有しているためバスタブ、洗面ボウル、洗面カウンター、台所カウンター等の用途にも広く利用され
ており、高級化、多様化のニーズに対応するため、成形材料の色・柄等について様々な種類の製品が開発されている。
例えば、住宅設備機器の一つである洗面化粧台の洗面ボウルは、従来、陶器製が大半を占めていたが、マンション設置用を中心に洗面化粧台の大型化(幅広化)が進行し、洗面ボウルだけでなく、洗面ボウル一体カウンターが求められるようになってきた。しかし、陶器は寸法安定性が悪い為、大型(カウンター一体)の洗面ボウルを効率よく生産することができず、また、大型化に伴い重量増による施工性が悪化することから、FRP製洗面ボウルが製品化されている。
更に、洗面化粧台の高意匠化要求によりBMCを用いた人造大理石製の洗面ボウルが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかしながら、BMCは粒柄材やラメ柄材等の意匠付与材を一体混練することが可能な成形材料であるが、強化繊維(ガラス繊維)含有率が低いため、強度を確保するために厚肉化する必要があり、軽量化要求を満足しない問題があった。
一方、軽量化の要求に対応するためにSMCを成形材料とする洗面ボウルが製品化されている。SMCはBMCに比べ強化繊維含有率を高く設計できるため成形品の薄肉化が可能で大型(幅広)の洗面ボウル一体カウンターの成形が比較的容易で軽量化が可能である。しかしながら、SMCではBMCで付与できる意匠性の付与が困難であった。
特開2017−1933号公報
本発明が解決しようとする課題は、成形品の表面層(二次元的に)だけでなく、成形品の厚さ方向の深い位置に存在する柄材も見えるという観点、すなわち柄材が立体的(三次元的に)に確認できるという観点から、柄材の視認性が高く意匠性に優れた成形品が得られるSMC及びその成形品を提供することである。
本発明者等は、熱硬化性樹脂、重合性不飽和単量体、架橋ポリスチレン、無機充填材、繊維強化材、柄材、及び着色剤を含有する特定のSMCが、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は、 不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂からなる群から選ばれる1種類以上の熱硬化性樹脂(A)、重合性不飽和単量体(B)、架橋ポリスチレン(C)、無機充填材(D)、繊維強化材(E)、柄材(F)、及び着色剤(G)を含有するSMCであって、前記柄材(F)が、不飽和ポリエステル樹脂及び無機充填材を含有するコンパウンド(X)の硬化物であり、前記熱硬化性樹脂(A)100質量部に対して、前記架橋ポリスチレン(C)を1〜50質量部、前記無機充填材(D)を50〜400質量部含有し、これを成形して得られる、厚さ4mmの成形板の全光線透過率(JIS K−7361−1)が、2.5%を超えることを特徴とするSMCに関する。
本発明のSMCは、柄材の視認性が高く意匠性に優れた成形品が得られることから、洗面ボウル、洗面カウンター、浴室カウンター等の住宅設備部材などに好適に用いることができる。
本発明のSMCは、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂からなる群から選ばれる1種類以上の熱硬化性樹脂(A)、重合性不飽和単量体(B)、架橋ポリスチレン(C)、無機充填材(D)、繊維強化材(E)及び柄材(F)を含有するSMCであって、前記柄材(F)が、不飽和ポリエステル樹脂及び無機充填材を含有するコンパウンド(X)の硬化物であり、これを成形して得られる、厚さ4mmの成形板の全光線透過率(JIS K−7361−1)が、2.5%を超えることを特徴とするSMCものである。
前記熱硬化性樹脂(A)としては、不飽和ポリエステル樹脂及び/又はビニルエステル樹脂が用いられる。
前記重合性不飽和単量体(B)としては、例えば、スチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、α−メチルスチレン、tert−ブチルスチレン、ビニルベンゼン、メタクリル酸メチル、酢酸ビニル等が挙げられる。なお、これらの重合性不飽和単量体(B)は、単独で用いることも、2種以上を併用することもできる。
前記重合性不飽和単量体(B)の含有量は、成形性と高意匠性のバランスがより優れることから、前記熱硬化性樹脂(A)100質量部に対して、5〜40質量部の範囲が好ましい。
前記架橋ポリスチレン(C)は、成形品の意匠性低下を最小限に抑えながら、低収縮化効果の付与が可能である。この架橋ポリスチレン(C)の市販品としては、具体的には、スタフィロイドGS−102R(平均粒子径:20μm、アイカ工業社製)、SGP−70C(平均粒子径:20μm、総研化学社製)等が挙げられる。これらの架橋ポリスチレン(C)は、単独で用いることも、2種以上を併用することもできる。
前記架橋ポリスチレン(C)の含有量は、前記熱硬化性樹脂(A)100質量部に対して1〜50質量部の範囲であるが、低収縮化効果と高意匠性のバランスがより優れることから、5〜30質量部の範囲が好ましい。
前記無機充填材(D)は、成形品の透明感がより向上することから、ガラス粉末であることが好ましい。成形品の透明感は、全光線透過率(JIS K−7361−1)を用いて表すことができる。
前記無機充填材(D)としてガラス粉末を使用することで成形品の透明感が向上するが、厚さ4mmの成形板の全光線透過率(JIS K−7361−1)が2.5%を超えれば、他の無機充填材、例えば、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム等を併用することができる。
前記ガラス粉末の平均粒子径は6〜16μmが好ましく、6〜7μmがより好ましい。平均粒子径が16μmより大きいと成形材料のプレス成形時に、成形材料が金型内を流動する際に金型表面を削り成形品に汚れが発生し意匠性を低下させ、平均粒子径が6μmより小さいと成形材料を造る際のコンパウンド粘度が高くなり成形材料の製造が困難になる可能性がある。
本発明における無機充填材(D)の平均粒子径や柄材(F)の粒子径は、レーザー回折散乱法により測定された値とする。
前記無機充填材(D)の含有量は、前記熱硬化性樹脂(A)100質量部に対して、50〜400質量部の範囲であるが、より意匠性に優れることから、100〜350質量部の範囲であることが好ましい。
前記繊維強化材(E)としては、例えば、ガラス繊維、金属繊維、セラミック繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維等の有機繊維、あるいは、これらを組み合わせて用いられる。これらのうち、意匠性を考慮した場合、ガラス繊維が好ましい。これらはロービングをカットしてチョップドストランドにしたものであり、繊維長さは6〜30mmが好ましく、12〜25mmがより好ましい。これらの繊維強化材(E)は、単独で用いることも、2種以上を併用することもできる。
SMC中の前記繊維強化材(E)含有率は、得られる成形品の強度物性の観点から、1〜30質量%の範囲であることが好ましく、意匠性を考慮すると、10〜20質量%の範囲がさらに好ましい。
前記柄材(F)は、不飽和ポリエステル樹脂及び無機充填材を含有するコンパウンド(X)の硬化物である。
前記柄材(F)は、粒子径が100〜600μmの範囲のものが好ましい。粒子径が100μm未満の場合は、得られる成形品内での視認性低く、意匠性向上に繋がらない可能性がある。また、粒子径が600μmを超える場合は、SMC製造時の障害となる場合がある。これらの柄材(F)は、単独で用いることも、2種以上を併用することもできる。
前記柄材(F)の添加量は、特に制限されないが、意匠性の観点から成形材料中0.002〜0.07質量%の範囲であることが好ましい。
前記コンパウンド(X)は、不飽和ポリエステル樹脂、及び無機充填材以外の成分として、着色剤、硬化剤、紫外線吸収剤、増粘剤、減粘剤、酸化防止剤、難燃剤、界面活性剤、撥水剤、撥油剤等の各種添加剤を含有することができる。
前記コンパウンド(X)に用いる無機充填材としては、例えば、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、マイカ、タルク、カオリン、ウレー、シリカ、ケイ砂、石こう、中空バルーン、アルミナ、ガラス粉、寒水石などが挙げられる。これらの無機充填材は、単独で用いることも2種以上併用することもできる。
前記コンパウンド(X)に用いる着色剤としては、有機系または無機系の顔料、染料等が挙げられる。これらの着色剤を単独あるいは2種類以上を併用することができる。
前記コンパウンド(X)に用いる硬化剤としては、有機過酸化物が好ましく、例えば、ジアシルパーオキサイド化合物、パーオキシエステル化合物、ハイドロパーオキサイド化合物、ケトンパーオキサイド化合物、アルキルパーエステル化合物、パーカーボネート化合物等が挙げられる。これらの硬化剤は単独あるいは2種類以上を併用することができる。
前記柄材(F)の製法としては、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、無機充填材、着色剤、硬化剤等を混合して得られたコンパウンド(X)を深さが10〜20mmになる様に金属製バットに流し込み、常温で24時間以上、好ましくは更に60〜100℃で、1〜5時間加熱して硬化させた硬化物をせん断式粉砕機やピンミル式粉砕機で粉砕した後、ふるいで分級し、所定の粒子径範囲を有する柄材を得る方法が挙げられる。
前記着色剤(G)としては、有機系または無機系の顔料、染料等が挙げられる。これらの着色剤を単独あるいは2種類以上を併用することができる。
前記着色剤(G)の含有量は、本発明のSMCを成形して得られる厚さ4mmの成形板の全光線透過率が2.5%を超える量であることが好ましい。
本発明のSMCは、熱硬化性樹脂(A)、重合性不飽和単量体(B)、架橋ポリスチレン(C)、無機充填材(D)、繊維強化材(E)、柄材(F)、及び着色剤(G)以外の成分として、硬化剤、紫外線吸収剤、増粘剤、減粘剤、離型剤、酸化防止剤、難燃剤、界面活性剤、撥水剤、撥油剤等の各種添加剤を含有することができる。
本発明のSMCを成形して得られる厚さ4mmの成形板の全光線透過率が2.5%を超える量にすることで、成形品の透明感が増し、成形品表層のみでなく深層の柄材の視認性が向上し意匠性向上に寄与する。
本発明のSMCに用いる増粘剤としては、例えば、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウム等の金属酸化物や金属水酸化物、イソシアネート化合物などが挙げられる。これらの増粘剤は、単独あるいは2種類以上を併用することもできる。
本発明のSMCの製造方法としては、通常のミキサー、プラネタリーミキサー、ニーダー等の混合機を用いて、熱硬化性樹脂(A)、重合性不飽和単量体(B)、架橋ポリスチレン(C)、無機充填材(D)、柄材(F)、及び着色剤(G)等の各成分、及びこれら以外の成分として、硬化剤、紫外線吸収剤、増粘剤、減粘剤、離型剤、酸化防止剤、難燃剤、界面活性剤、撥水剤、撥油剤等の各種添加剤を適宜添加し混合、分散して、得られた混合物(以下コンパウンドという)を上下に設置されたキャリアフィルムに均一な厚さで塗布し、繊維強化材(E)を前記上下に設置されたキャリアフィルム上のコンパウンドで挟み込み、次いで、全体を含浸ロールの間に通して、圧力を加えて繊維強化材(E)にコンパウンド含浸させた後、ロール状に巻き取る又はつづら折りに畳む等の方法で梱包する。さらに、この後に25〜60℃の温度で熟成を行うことが好ましい。キャリアフィルムとしては、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンとポリプロピレンのラミネートフィルム、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン等を用いることができる。
本発明の成形品は、前記SMCをプレス機で加熱圧縮成形するプレス成形法で得ることが好ましい。
前記プレス成形法とは、予め110〜180℃に加熱した、シェアエッジ金型に所定量のSMCを投入しプレス機で型締めを行い、SMCを金型に賦型させて行う成形法である。プレス機の加圧力は5〜30MPaで、成形品の厚さ1mm当たり1〜2分間、その加圧力を保持する。金型内でSMCを硬化させ、その後、金型から取り出し成形品を得る。
本発明の成形品は、粒柄模様で柄材の視認性が高く、意匠性に優れたものであり、洗面ボウル、洗面カウンター、浴室カウンター等の住宅設備機器の用途に用いることができる。
以下に本発明を具体的な実施例を挙げてより詳細に説明する。なお、樹脂の酸価は、JIS K6901(2008年)5.3.2に準拠し測定したものである。
(合成例1:不飽和ポリエステル樹脂(1)の合成)
窒素ガス導入管、温度計、還流コンデンサ、攪拌機を備えた2Lのガラス製フラスコに、ネオペンチルグリコール88.4質量部、プロピレングリコール256.5質量部、水素化ビスフェノールA:222質量部、無水マレイン酸490質量部を仕込み窒素気流下、加熱を開始した。内温215℃、常法にて脱水縮合反応を行い、固形分酸価が25(mgKOH/g)になったところで、トルハイドロキノン0.4質量部を添加した。不飽和ポリエステル濃度が56質量%となるようスチレンモノマーに溶解させ、不飽和ポリエステル樹脂(1)を得た。
(合成例2:不飽和ポリエステル樹脂(2)の合成)
窒素ガス導入管、温度計、還流コンデンサ、攪拌機を備えた2Lのガラス製フラスコに、ネオペンチルグリコール213質量部、プロピレングリコール239質量部、フタル酸111質量部、イソフタル酸83質量部、無水マレイン酸368質量部を仕込み窒素気流下、加熱を開始した。内温215℃、常法にて脱水縮合反応を行い、固形分酸価が26(mgKOH/g)になったところで、トルハイドロキノン0.4質量部を添加した。不飽和ポリエステル濃度が57質量%となるようスチレンモノマーに溶解させ、不飽和ポリエステル樹脂(2)得た。
(製造例1:柄材(F−1)の製造)
不飽和ポリスチレン樹脂のスチレン溶液100質量部(スチレン含有率40質量%)、水酸化アルミニウム250質量部、白色着色剤5質量部、硬化剤1質量部、硬化促進剤2質量部を混錬してコンパウンド(X−1)を得た。
上記で得たコンパウンド(X−1)を、その厚さが15mm金属製のバットに流し込み、常温で24時間硬化したのち、80℃の乾燥機で更に3時間加熱硬化して、コンパウンド(X−1)からなる硬化物を得た。
上記硬化物をせん断式粉砕機で粗粉砕し、更にピンミル式粉砕機で微粉砕した後、165メッシュ及び28メッシュの金属製網ふるい(JIS Z8801−1)にかけて、粒子径が100〜600μmの白色粒柄材(F−1)を得た。
(製造例3:柄材(F−2)の製造)
製造例1の白色着色剤を茶色着色剤に変更した以外は、製造例1と同様にしてコンパウンド(X−2)を得て、粒子径が100〜600μmの茶色粒柄材(F−2)を得た。
(製造例4:柄材(F−3)の製造)
製造例1の白色着色剤を茶色着色剤に変更し、分級に使用した金属製網ふるいを165メッシュ及び60メッシュに変更した以外は、製造例1と同様にしてコンパウンド(X−3)、粒子径が100〜250μmの茶色粒柄材(F−3)を得た。
(製造例2:柄材(F−4)の製造)
製造例1の白色着色剤を黒色着色剤に変更した以外は、製造例1と同様にしてコンパウンド(X−4)を得て、粒子径が100〜600μmの黒色粒柄材(F−4)を得た。
(実施例1:SMC(1)の製造及び評価)
不飽和ポリエステル樹脂(1)70質量部、不飽和ポリエステル樹脂(2)30質量部、架橋ポリスチレン(アイカ工業株式会社製「スタフィロイドGS−102R」;以下、「架橋ポリスチレン(C−1)」と略記する。)20質量部、無機充填材(日本フリット株式会社製「ガラスフリットCF0017−05C06」、平均粒子径6〜7μm;以下、「無機充填材(D−1)」と略記する。)210質量部、スチレンモノマー36質量部、減粘剤(BYK社製「BYK−W9010」)3質量部、重合禁止剤(メチルハイドロキノン)0.03質量部、着色剤(御国色素株式会社製「PT6885」;以下、「着色剤(G−1)」と略記する。)1質量部、内部離型剤(ステアリン酸亜鉛)5.5質量部、硬化剤(化薬ヌーリオン株式会社製「カヤカルボンAIC−75」)0.6質量部、増粘剤(御国色素株式会社製「マグミクロンMD504−2」)3.2質量部、柄材(F−1)10質量部、柄材(F−2)0.15質量部、及び柄材(F−3)0.2質量部を混練し、コンパウンド(1)を得た。
上記で得たコンパウンド(1)をPPフィルム上に塗布し、1インチ(25mm)にカットしたガラス繊維ロービング(日東紡績株式会社製「RS 480PB−549 MJ」)を繊維含有率が14質量%になるよう準備し、繊維方向性が無く厚さが均一になるように、塗布した樹脂上に空中から均一落下させ、同様にコンパウンド(1)を塗布したフィルムで挟み込みガラス繊維に樹脂を含浸させた後、45℃恒温槽中に24時間放置し、SMC(1)を得た。
[成形品の作製]
上記で得られたSMC(1)をPPフィルムから剥離し、25cm×25cmにカットしたものを上型145℃、下型130℃の加温した30cm×30cmの平板金型の中央にセットし、加圧力10MPa、加圧時間4分でプレス成形し、厚さ4mmの平板状の成形品(1)を得た。
[光線透過率の測定]
上記で得られた成形品(1)の全光線透過率を、日本電色工業株式会社製、濁度計NDH5000を用いて、JIS K−7361−1に準拠して測定した。
[意匠性の評価]
上記で得られた成形品(1)を目視で観察し、柄材の見え方を下記の基準に従い、評価した。
〇:表面層の柄材、及び厚さ方向の柄材もよく見える
△:表面層の柄材、及び厚さ方向の柄材も少し見える
×:表面層の柄材しか見えない
[光沢度の測定]
株式会社堀場製作所製 ハンディ光沢計 IG−310を用いてJIS K−7105による60度鏡面光沢度を測定した。
(実施例2:SMC(2)の製造及び評価)
実施例1で使用した無機充填材(D−1)を無機充填材(住友化学株式会社製「水酸化アルミニウムCW−308」、平均粒子径10μm;以下、「無機充填材(D−2)」と略記する。)に変更し、柄材(F−1)10質量部を7質量部に変更し、柄材(F−2)及び柄材(F−3)を使用せず、柄材(F−4)0.1質量部を使用し、着色剤(G−1)1質量部を2.5質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして、SMC(2)及び成形品(2)を製造して、各評価を行った。
(比較例1:SMC(R1)の製造及び評価)
実施例1で使用した着色剤(G−1)1質量部を2.5質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして、SMC(R1)及び成形品(R1)を製造して、各評価を行った。
(比較例2:SMC(R2)の製造及び評価)
実施例1で使用した着色剤(G−1)1質量部を3質量部に変更した以外は、実施例1と同様にして、SMC(R2)及び成形品(R2)を製造して、各評価を行った。
上記で得られたSMC(1)〜(2)及び(R1)〜(R2)の評価結果を表1に示す。
Figure 2021102705
実施例1及び2のSMC(1)及び(2)は、柄材の視認性が高く、意匠性に優れる成形品が得られることが確認された。
一方、比較例1及び2は、成形板の全光線透過率が本発明の下限である2.5%よりも小さいSMCの例であるが、得られる成形品の意匠性が不十分であることが確認された。

Claims (4)

  1. 不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂からなる群から選ばれる1種類以上
    の熱硬化性樹脂(A)、重合性不飽和単量体(B)、架橋ポリスチレン(C)、無機充填材(D)、繊維強化材(E)、柄材(F)、及び着色剤(G)を含有するシートモールディングコンパウンドであって、前記柄材(F)が、不飽和ポリエステル樹脂及び無機充填材を含有するコンパウンド(X)の硬化物であり、前記熱硬化性樹脂(A)100質量部に対して、前記架橋ポリスチレン(C)を1〜50質量部、前記無機充填材(D)を50〜400質量部含有し、これを成形して得られる、厚さ4mmの成形板の全光線透過率(JIS K−7361−1)が、2.5%を超えることを特徴とするシートモールディングコンパウンド。
  2. 無機充填材(D)が平均粒子径6〜16μmのガラス粉末である請求項1記載のシートモールディングコンパウンド。
  3. 前記柄材(F)の粒子径が100〜600μmであることを特徴とする請求項1又は2記載のシートモールディングコンパウンド。
  4. 請求項1〜3いずれか1記載のシートモールディングコンパウンドの成形品。
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