JP2021154696A - 抗菌性繊維強化樹脂複合成形体とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
繊維強化樹脂成形体は、強化繊維に熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグやシートモールディングコンパウンド(SMC)などの繊維強化樹脂材を、加熱・圧縮することにより製造されている。特に、繊維強化樹脂成形体にリブやボスなどの複雑形状が要求される場合、成形の容易性からシートモールディングコンパウンドが使用されることが多い。
また、抗菌性を付与したシート状硬化樹脂粒子集合体からなる表面材を金型内に正確に位置決めして配置し、その上にシートモールディングコンパウンド等の成形材料を配置して成形する方法では、金型内での成形材料の流動長が長い場合、成形材料の流動によってシート状硬化樹脂粒子集合体からなる表面材が破れることがあり、良好な表面外観及び抗菌性が得られなくなる。
図1に示す抗菌性繊維強化樹脂複合成形体10は、基材層11とその一面側に形成された抗菌性発泡体層21とよりなり、加熱圧縮成形によって前記基材層11と抗菌性発泡体層21が積層一体形成されたものである。なお、本発明の抗菌性繊維強化樹脂複合成形体10における表面形状は、抗菌性繊維強化樹脂複合成形体10の用途に応じた形状にされ、複雑な凹凸形状にも対応することができる。
第1の熱硬化性樹脂は、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタン(メタ)アクリレート樹脂、ポリエステル(メタ)アクリレート樹脂、ポリエーテル(メタ)アクリレート樹脂などのラジカル重合樹脂が好ましい。
賦形用コンパウンドとしては、シートモールディングコンパウンド(以下SMCと記す)が好ましい。SMCは、前記第1の熱硬化性樹脂に充填材や硬化剤などを含んだコンパウンドを、ガラス繊維や炭素繊維などの繊維材に含浸させたシート状の成形材料をいう。加熱圧縮前のSMCの厚みは、1.0〜3.0mmが好ましい。
抗菌剤としては、無機系抗菌剤と有機系抗菌剤が存在するが、無機系抗菌剤は有機系抗菌剤よりも一般的に安全性が高く、耐久性、耐熱性に優れるため、好ましいものである。無機系抗菌剤は、無機系担持体に抗菌性金属イオンを担持させたものである。無機系担持体としては、ゼオライト、粘土鉱物、硝子、シリカゲル、アルミナ、リン酸ジルコニウム、リン酸カルシウム等が挙げられる。抗菌性金属イオンとしては、銀イオン、銅イオン、亜鉛イオン等が挙げられる。特に、硝子に銀イオンを担持させた抗菌剤は、樹脂に分散した時の液の透明性が高く、成形品の外観が良好になる。更には、抗菌性含有第2の熱硬化性樹脂を賦形用コンパウンドに直接付着した場合は、肉眼では分からないが、抗菌性繊維強化樹脂複合成形体10にX線を通して確認すると抗菌剤の分散不良に起因すると思われる斑点が見られる場合があるのに対し、抗菌性含有第2の熱硬化性樹脂を発泡体に含浸して賦形用コンパウンドに付着した場合には抗菌性繊維強化樹脂複合成形体10にX線を通して確認しても斑点は見られず、良好な抗菌剤の分散が得られる。そのため、X線を透過させる用途には好適なものである。
熱硬化性樹脂発泡体のセル数が少なすぎると、均一な樹脂の含浸が難しくなり、その逆にセル数が多すぎると、圧縮成形時に抗菌性発泡体層21が潰れにくくなり、その結果成形体の表面にセル模様が残ってしまい、抗菌性繊維強化樹脂複合成形体10の外観が悪くなる。
また、熱硬化性樹脂発泡体の厚みが薄すぎると、圧縮成形時に破れの原因になり、その逆に厚すぎると、圧縮成形時に抗菌性発泡体層21が潰れにくくなり、その結果成形体の表面にセル模様が残ってしまい、抗菌性繊維強化樹脂複合成形体10の外観が悪くなる。
熱硬化性樹脂発泡体に対する抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂の含浸量は、抗菌剤の濃度や熱硬化性樹脂発泡体の厚みによって異なるが、例えば熱硬化性樹脂発泡体の1m2当たり250〜500g程度が好ましい。含浸量が少ないと抗菌作用が低くなり、その逆に含浸量が多いと、コストが嵩むようになる。
抗菌性繊維強化樹脂複合成形体10の製造方法は、含浸工程、加熱圧縮成形工程とよりなる。
抗菌剤、第2の熱硬化性樹脂、硬化剤等は、前記のとおりである。また、抗菌剤濃度は、熱硬化性樹脂に対して0.2〜2.0wt%が好ましい。
所定濃度で作製した抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂を、熱硬化性樹脂発泡体に含浸させる。熱硬化性樹脂発泡体は、前記のとおりである。
抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂を、熱硬化性樹脂発泡体に含浸させる方法は、公知の方法でよく、浸漬(ディッピング)、刷毛塗り、ローラ塗り、スプレー塗り等を挙げる。例えば、浸漬法の場合、容器等に収容した抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂に、熱硬化性樹脂発泡体を浸漬して抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂を熱硬化性樹脂に含浸させ、その後取り出して、ローラなどを用いる圧縮によって、余剰の抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂を、熱硬化性樹脂発泡体から除去する。
賦形用コンパウンドは、前記のように繊維と第1の熱硬化性樹脂とよりなるものであり、SMCが好ましい。
加熱圧縮の一実施形態を、図2の(2−1)に示す成形金型50を用いる場合について説明する。成形金型50は、上型51と下型53とで構成される。上型51と下型53の型面は、抗菌性繊維強化樹脂複合成形体10の表面に応じた凹凸形状あるいは平面形状等からなり、本実施形態では平面形状からなる。
それによって、第1の熱硬化性樹脂と第2の熱硬化性樹脂が硬化し、賦形用コンパウンド11Aから基材層11が形成され、また、抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂が含浸した熱硬化性樹脂発泡体21Aから抗菌発泡体層21が形成され、それらが積層一体化した抗菌性繊維強化樹脂成形体10が得られる。
なお、抗菌剤含有第2の熱硬化性に硬化剤が含まれてなくても、賦形用コンパウンド11Aに硬化剤が含まれていれば、圧縮によって賦形用コンパウンド11Aから滲出した硬化剤と第2の熱硬化性樹脂が混ざり合って硬化することができる。
また、基材層11と抗菌性発泡体層21の一体化は、賦形用コンパウンド11Aから滲出した第1の熱硬化性樹脂と、抗菌剤含有第2の熱硬化性が含浸した熱硬化性樹脂21Aから滲出した第2の熱硬化性樹脂が、賦形用コンパウンド11Aと抗菌剤含有第2の熱硬化性が含浸した熱硬化性樹脂21Aとの境界面で接触し、あるいは相手側に侵入して硬化することにより行われる。
ビニルエステル樹脂(昭和電工株式会社社製、品名:リポキシR−806)の980gに、硝子に銀イオンを担持させた銀系抗菌剤(株式会社シナネンゼオミック社製、品名:IM10D−L)を20g添加し、攪拌機(アズワン株式会社製、品名:高速撹拌機ST−200)を用いて回転数1000rpmで5分間撹拌し、抗菌剤濃度が2.0wt%の抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂A(硬化剤含まず)を作製した。
なお、ウレタン樹脂の真比重は、1.05である。
実施例1の熱硬化性樹脂発泡体の厚みを0.6mmにした以外、実施例1と同様にして実施例2の成形体を作製した。実施例2の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.0mmであった。
実施例1の熱硬化性樹脂発泡体の厚みを1.0mmにした以外、実施例1と同様にして実施例3の成形体を作製した。実施例3の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.0mmであった。
抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂について、不飽和ポリエステル樹脂(昭和電工株式会社社製、品名:RIGOLAC T−543TPAを用い、その他を抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂Aの作製と同様にして、抗菌剤濃度が2.0wt%の抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂B(硬化剤含まず)を作製し、その抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂B(硬化剤含まず)を用いた以外、実施例3と同様にして実施例4の成形体を作製した。実施例4の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.0mmであった。
抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂について、ビニルエステル樹脂(昭和電工株式会社社製、品名:リポキシR−806)を970gとし、硬化剤(日油株式会社製、品名:パーキュアHI)を10g添加し、その他を抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂Aの作製と同様にして抗菌剤濃度が2.0wt%の抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂C(硬化剤含む)を作製し、その抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂C(硬化剤含む)を用いた以外、を実施例3と同様にして実施例5の成形体を作製した。実施例5の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.0mmであった。
実施例1の熱硬化性樹脂発泡体の厚みを2.0mmにした以外、実施例1と同様にして実施例6の成形体を作製した。実施例6の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.1mmであった。
実施例1の熱硬化性樹脂発泡体の厚みを3.0mmにした以外、実施例1と同様にして実施例7の成形体を作製した。実施例7の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.2mmであった。
実施例1の熱硬化性樹脂発泡体に代えて、セル数(JIS K 6400−1)80個/25mm、空隙率95.2%、見掛け密度(JIS K 7222)75kg/m3、厚み1.0mmのセル膜除去処理済みウレタン樹脂発泡体(株式会社イノアックコーポレーション製、品名:MF−80A、連続気泡構造)を用いた以外、実施例1と同様にして実施例8の成形体を作製した。実施例8の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.1mmであった。
実施例1の熱硬化性樹脂発泡体に代えて、セル数(JIS K 6400−1)10個/25mm、空隙率97.3%、見掛け密度(JIS K 7222)30kg/m3、厚み1.0mmのセル膜除去処理済みウレタン樹脂発泡体(株式会社イノアックコーポレーション製、品名:MF−10、連続気泡構造)を用いた以外、実施例1と同様にして実施例9の成形体を作製した。実施例9の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.0mmであった。
実施例1の熱硬化性樹脂発泡体に代えて、セル数(JIS K 6400−1)8個/25mm、空隙率97.4%、見掛け密度(JIS K 7222)30kg/m3、厚み1.0mmのセル膜除去処理済みウレタン樹脂発泡体(株式会社イノアックコーポレーション製、品名:MF−8、連続気泡構造)を用いた以外、実施例1と同様にして実施例10の成形体を作製した。実施例10の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.0mmであった。
実施例1の熱硬化性樹脂発泡体に代えて、セル数(JIS K 6400−1)50個/25mm、空隙率97.0%、見掛け密度(JIS K 7222)30kg/m3、厚み1.0mm、セル膜除去処理無しのウレタン樹脂発泡体(株式会社イノアックコーポレーション製、品名:MF−50、連通気泡構造)を用いた以外、実施例1と同様にして実施例11の成形体を作製した。実施例6の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.0mmであった。
抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂について、ビニルエステル樹脂(昭和電工株式会社社製、品名:リポキシR−806)の998gに、硝子に銀イオンを担持させた銀系抗菌剤(株式会社シナネンゼオミック社製、品名:IM10D−L)を2g添加し、攪拌機(アズワン株式会社製、品名:高速撹拌機ST−200)を用いて回転数1000rpmで5分間撹拌し、抗菌剤濃度が0.2wt%の抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂D(硬化剤含まず)を作製し、その抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂D(硬化剤含まず)を用いた以外、実施例1と同様にして実施例12の成形体を作製した。実施例12の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.0mmであった。
SMC材の表面に、抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂A(硬化剤含まず)の12gを直接塗布し、熱硬化性樹脂発泡体を用いなかった以外、実施例1と同様にして比較例1の成形体を作製した。比較例1の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.0mmであった。
抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂について、ビニルエステル樹脂(昭和電工株式会社社製、品名:リポキシR−806)の999gに、硝子に銀イオンを担持させた銀系抗菌剤(株式会社シナネンゼオミック社製、品名:IM10D−L)を1g添加し、攪拌機(アズワン株式会社製、品名:高速撹拌機ST−200)を用いて回転数1000rpmで5分間撹拌し、抗菌剤濃度が0.1wt%の抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂E(硬化剤含まず)作製し、その抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂E(硬化剤含まず)を用いた以外、実施例3と同様にして比較例2の成形体を作製した。比較例2の成形体は、表面のべたつきがなく、問題なく脱型することができた。成形体のサイズは、200×300mm、厚み1.0mmであった。
実施例1〜12は、抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂の抗菌剤濃度が0.2wt%または2.0wt%であり、成形体の外観が「◎」または「〇」であり、X線による分散性確認が「〇」であった。また、実施例1〜12の何れも、抗菌性能については、大腸菌に対する抗菌活性値が6.0以上、黄色ブドウ球菌に対する抗菌活性値が4.8以上であり、抗菌効果が良好であった。
11 基材層
11A 賦形用コンパウンド
21 抗菌性発泡体層
21A 抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂が含浸した熱硬化性樹脂発泡体
50 成形金型
51 上型
53 下型
Claims (8)
- 繊維と第1の熱硬化性樹脂とよりなる賦形用コンパウンドから形成された基材層と、抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂が含浸した熱硬化性樹脂発泡体から形成された抗菌性発泡体層と、を有し、
前記抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂の抗菌剤濃度は0.2〜2.0wt%であり、
前記基材層と前記抗菌性発泡体層は、前記賦形用コンパウンドと、前記抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂が含浸した熱硬化性樹脂発泡体が、積層状態で加熱圧縮により一体化したものであることを特徴とする抗菌性繊維強化樹脂複合成形体。 - 前記抗菌剤は、硝子に銀イオンを担持させたものであることを特徴とする請求項1に記載の抗菌性繊維強化樹脂複合成形体。
- 前記賦形用コンパウンドに硬化剤を含み、前記抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂には硬化剤を含まないことを特徴とする請求項1または2に記載の抗菌性繊維強化樹脂複合成形体。
- 前記第2の熱硬化性樹脂は、前記第1の熱硬化性樹脂と反応可能なラジカル重合樹脂であることを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の抗菌性繊維強化樹脂複合成形体。
- 繊維と第1の熱硬化性樹脂とよりなる賦形用コンパウンドから形成された基材層と、抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂が含浸した熱硬化性樹脂発泡体から形成された抗菌性発泡体層とよりなる抗菌性繊維強化樹脂複合成形体の製造方法において、
前記賦形用コンパウンドと、前記抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂が含浸した熱硬化性樹脂発泡体を重ね、加熱圧縮成形により、前記賦形用コンパウンドと、前記抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂が含浸した熱硬化性樹脂発泡体を、圧縮した状態で前記第1の熱硬化性樹脂と前記第2の熱硬化性樹脂を硬化させ、前記基材層と前記抗菌性発泡体層を積層一体形成することを特徴とする抗菌性繊維強化樹脂複合成形体の製造方法。 - 前記抗菌剤は、硝子に銀イオンを担持させたものであることを特徴とする請求項5に記載の抗菌性繊維強化樹脂複合成形体の製造方法。
- 前記賦形用コンパウンドに硬化剤を含み、前記抗菌剤含有第2の熱硬化性樹脂には硬化剤を含まないことを特徴とする請求項5または6に記載の抗菌性繊維強化樹脂複合成形体の製造方法。
- 前記第2の熱硬化性樹脂は、前記第1の熱硬化性樹脂と反応可能なラジカル重合樹脂であることを特徴とする請求項5から7の何れか一項に記載の抗菌性繊維強化樹脂複合成形体の製造方法。
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