JP2023148720A - 複合基材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材に機能性が付与された複合基材及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明では、表面に凹凸を有し、凹部及び凸部の高低差が０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である熱可塑性樹脂層と、少なくとも前記凸部の上面に積層された機能層と、を有し、前記機能層の厚みが、１０ｎｍ以上１００μｍ以下である、複合基材及びその製造方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、複合基材及びその製造方法に関する。より詳しくは、基材に機能性が付与された複合基材及びその製造方法に関する。

従来、軽量、高強度かつ高剛性である樹脂製の基材は、電気絶縁性、耐久性、耐腐食性にも優れた特性を備えており、その特性を活かして建設工事における仮設工事用足場板や、養殖施設用歩み板、或いは筏及び浮き桟橋、湿原等における巡回路、道路工事等で使用される歩道橋（簡易橋）、遊歩道などに用いられている。

前述した基材には、その用途に合わせて、様々な機能性を付与することが求められている。例えば、特許文献１には、表面に長手方向に断続的もしくは連続的に凸部を配してなる凸条を設けたことを特徴とする繊維強化中空構造体が開示されており、これにより、滑り止め効果が付与できたことも開示されている。

特開２００１－２６０６３号公報

しかしながら、基材に付与される機能についてはニーズが多様化してきており、また、従来の基材の歩行時における滑り止め効果は未だ十分とはいえず、より効果があるものの開発が望まれているという実情がある。

そこで、このような実情に鑑み、本発明では、基材に機能性が付与された複合基材及びその製造方法を提供することを主目的とする。

本願発明者らが鋭意実験検討を行った結果、基材の表面に工夫を施した複合基材とすることで、基材に対して要求される機能を付与できる複合基材を見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明では、表面に凹凸を有し、凹部及び凸部の高低差が０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である熱可塑性樹脂層と、少なくとも前記凸部の上面に積層された機能層と、
を有し、前記機能層の厚みは、１０ｎｍ以上１００μｍ以下である、複合基材を提供する。
本発明では、前記機能層は、撥水性を有する撥水層であり、前記撥水層の水接触角は、８０度以上１５０度以下であってもよい。この場合、撥水性を有しない非撥水層を更に有していてもよい。また、この場合、前記非撥水層の水接触角は、５０度以上８０度未満であってもよい。
また、本発明に係る複合基材は、足場材に用いられてもよい。

また、本発明では、表面に凹凸を有し、凹部及び凸部の高低差が０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である熱可塑性樹脂層と、少なくとも前記凸部の上面に積層された機能層と、を有し、前記機能層の厚みは、１０ｎｍ以上１００μｍ以下である、複合基材の製造方法であって、前記熱可塑性樹脂層に対し、前記機能層を形成する薬剤を積層する積層工程を少なくとも有する、複合基材の製造方法を提供する。

本発明によれば、基材に機能性が付与された複合基材及びその製造方法を提供することができる。
なお、ここに記載された効果は、必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

本発明に係る複合基材１の第１実施形態を示す斜視図である。 Ａは、本発明に係る複合基材１の第１実施形態を示す平面図及びその一部拡大図、Ｂは、本発明に係る複合基材１の第１実施形態から、説明のために機能層３を除いたＸ－Ｘ´線端面図及びその一部拡大図であり、Ｃは、本発明に係る複合基材１の第１実施形態を示すＸ－Ｘ´線端面図である。 本発明に係る複合基材１の第２実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る複合基材１において、機能層３を、撥水性を有する撥水層３１とした場合の実施形態の一例を示す平面図である。

以下、本発明を実施するための好適な形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。

１．複合基材１
本発明に係る複合基材１は、表面に凹凸１０を有し、凹部１０１及び凸部１０２の高低差が０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である熱可塑性樹脂層２と、少なくとも前記凸部１０２の上面に積層された機能層３と、を有し、前記機能層３の厚みは、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする。

複合基材１の形状は特に限定されず、当業者により適宜設計することができるが、例えば、図１～３に示すようなシート状の構造や、中空部を有し、該中空部の周囲を複数の外層で被覆した構造や、中空部を有しない板状の構造とすることができる。しかしながら、軽量化やコスト面の観点から、図１～３に示すように、シート状の構造とすることが好ましい。

複合基材１は、必要に応じて高低差を有していてもよく、当業者により適宜設計することができるが、高低差を有する場合は、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が好ましく、０．７ｍｍ以上１．５ｍｍ以下がより好ましい。０．５ｍｍ以上２．０ｍｍとすることで、軽量化の面で不利にならず、機能層を形成できる。なお、本明細書において、「高低差」とは、複合基材１の長手方向及び短手方向のいずれにも垂直な方向（高さ方向）において、最も高い箇所と最も低い箇所との差をいう。

本発明に係る複合基材１は、足場材として用いられ得る。本発明に係る複合基材１は、滑り難く、耐摩耗性にも優れていることから、具体的には、例えば、建設工事における仮設工事用足場板や、養殖施設用歩み板、或いは筏及び浮き桟橋、湿原等における巡回路、道路工事等で使用される歩道橋（簡易橋）、遊歩道などの幅広い用途に活用できる。

本発明に係る複合基材１は、その端面を任意の形状に加工することができる。具体的には、例えば、端面が切りっぱなしでもよく、端面を、Ｃ形形状等に加工したり、垂直端面に封止したり、Ｒ形状に封止したりしてもよい。また、端部には、密栓など取り付けてもよい。

（熱可塑性樹脂層２）
熱可塑性樹脂層２において、凹部１０１及び凸部１０２の高低差ｈ１（図２のＢ参照）は、０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であるが、好ましくは０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、より好ましくは０．５ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。０．０５ｍｍ以上とすることで、後述する機能層３を積層した場合において十分な効果を得ることができる。２．０ｍｍ以下とすることで、表面に凹凸を持つ構造物同士を重ねた際に引っ掛かり辛く、取り出し易いなどの取り扱い性に優れる。

また、凹凸１０の形状は特に限定されず、サンドブラスト等により形成された細かな粗面でもよいが、例えば、凸部１０２の形状を、略多角柱、略円柱、略多角錐、略円錐等とすることが挙げられる。また、凹部１０１同士の距離Ｌ（図２のＢ参照）は、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがより好ましい。また、凸部１０２高さｈ２（図２のＢ参照）は、０．８ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがより好ましい。また、凹部１０１の内径Ｒ（図２のＡ参照）は、０．８ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることがより好ましい。

凹凸１０は、具体的には、図１に示すような格子縞模様状や、図３に示すような水玉模様状等とすることができるが、凹部１０１の形状は、これらの中でも特に、略四角柱であることが好ましい。略四角柱を形成するための金型の加工が容易であり、取り扱い性に優れ、安価に作製することができるからである。

凹凸１０は連続的又は不連続的に形成されていてもよいが、図１～３に示すように、市松模様状等の不連続的（断続的）に形成されていることが好ましい。これは、例えば、塗装工事など作業時にシートを貼る場合、表面に連続的に凹凸１０が形成されていると、シートをテープで固定しようとしても、テープが簡単に剥がれてしまう。これに対して、不連続的に形成することで、凹凸１０が無いフラット面にしっかりとテープで固定することができる。また、連続的に凹凸１０を形成するよりも、形成する凹凸１０の面積が少なくなるため、不連続的に凹凸１０を形成した方が、安定的に連続して生産することができる。

熱可塑性樹脂層２に用いられる熱可塑性樹脂は、シート状等の当業者の所望の形状に加工できる熱可塑性樹脂であれば特に限定されず、例えば、ＡＢＳ、ＡＡＳ、ＡＥＳ、ＰＭＭＡ、ＰＳ、ＭＢＳ、ＰＣ、接着ポリオレフィンや、これらのポリマーアロイ及びブレンド物等が挙げられる。本発明では、これらの中でも特に、耐摩耗性、機械物性、コスト面などを考慮して、ＡＥＳ樹脂を用いることが好ましい。

また、本発明では、熱可塑性樹脂層２を、シート状の構造、又は少なくとも中空部を有する一層構造とすることもでき、中芯や中空部の外周を中間層で被覆して二層構造としてよく、更に、当該中間層を外層で被覆して三層構造以上としてもよい。なお、複数構造とした場合においても、最外層は、耐摩耗性、機械物性、コスト面などを考慮して、ＡＥＳ樹脂であることが好ましい。

（機能層３）
機能層３は、少なくとも前記凸部１０２の上面に積層され、且つ、その厚みは、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であるが、好ましくは２０ｎｍ以上６０μｍ以下である。これにより、十分な機能を付与でき、耐摩耗性にも優れる。

前記凸部１０２の上面に機能層３を積層する方法は、特に限定されず、当業者により従来公知の方法により行うことができる。例えば、機能層３を形成する素材を、凸部１０２の上面に対してスプレー等で塗布する方法や、熱や圧力等で接着する方法などが挙げられる。なお、本発明においては、少なくとも前記凸部１０２の上面に機能層３が積層されていればよいが、機能性（例えば、滑り止め性など）や生産性を向上するため、図２のＣに示すように、前記凹部１０１の上面にも機能層３が積層されていることが好ましい。また、図示しないが、凸部１０２の側面に機能層３が積層されていてもよい。

機能層３を形成する素材は、当業者により付与したい機能に応じて適宜選択することができる。当業者により選択され得る機能としては、撥水性（「防水性」の概念も含む。）、撥油性、防汚性、抗菌性、紫外線吸収性、防黴性、帯電防止性等が挙げられるが、本発明では、これらの中でも特に、撥水性を付与することが好ましい。なお、所望の機能を付与するためには、例えば、所望の効果がある従来公知の薬剤を、少なくとも前記凸部１０２の上面に積層する。

図４は、本発明に係る複合基材１において、機能層３を、撥水性を有する撥水層３１とした場合の実施形態の一例を示す平面図である。機能層３を、撥水性を有する撥水層３１とした場合、前記薬剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ペルフルオロオクチルアクリレ－ト等を主成分とするフッ素系撥水剤、ジメラルポリシロキサンやメチルヒドロキシシロキサン等を主成分とするシラン系撥水剤、ステアラミドメチルピリジニウムクロライドやオクタデシルオキシメチルピリジニュウムクロライド等のピリジニウム塩系撥水剤、エチレン尿素系撥水剤、ワックス系撥水剤等が挙げられ、これら１種又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。

この場合、当該撥水層３１の水接触角は、８０度以上１５０度以下であることが好ましく、１００度以上１５０度以下であることが更に好ましい。これにより、十分な撥水効果を得ることができる。

また、この場合、本発明に係る複合基材１は、非撥水層３２を更に有することが好ましい。複合基材１が、撥水層３１と非撥水層３２との両方を有することで、複合基材１の表面に付着した水滴が大きな水滴となることを防ぎ、その結果、水滴で滑ることを防止できる。また、一様に水濡れ箇所が広がる状態を防ぐことができる。よって、滑り止めの効果がある撥水層３１では、水が溜まりにくく、非撥水層３２では、逆に水滴が広がり滑り止め効果が十分に発揮される。

複合基材１に非撥水層３２を形成する方法は、特に限定されず、当業者により従来公知の方法により行うことができる。例えば、少なくとも凸部１０２にのみスプレー等で薬剤を塗布する方法や、熱や圧力等で少なくとも凸部１０２に薬剤を接着させる方法などが挙げられる。

複合基材１が、非撥水層を有する場合、当該非撥水層３２の水接触角は、５０度以上８０度未満であることが好ましく、５０度以上１００度未満が更に好ましい。これにより、更に非撥水層３２において水滴を広げることができる。

非撥水層３２の厚みは、０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましく、０．７ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることがより好ましい。０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下にすることで、軽量化の面で不利にならず、また、凹凸１０を形成し易い。

２．複合基材１の製造方法
本発明に係る製造方法は、表面に凹凸１０を有し、凹部１０１及び凸部１０２の高低差が０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である熱可塑性樹脂層２と、少なくとも前記凸部１０２の上面に積層された機能層３と、を有し、前記機能層３の厚みが、１０ｎｍ以上１００μｍ以下である、複合基材１の製造方法であって、前記熱可塑性樹脂層２に対し、前記機能層３を形成する薬剤を積層する積層工程を少なくとも有することを特徴とする。以下、本発明に係る製造方法について具体的に説明するが、本発明に係る製造方法は、前記積層工程を有していれば、これに限定されない。

熱可塑性樹脂層２を形成する熱可塑性樹脂を押出機により連続的に押出し、冷却フォーマー内での真空サイジングにより熱可塑性樹脂層２を成形し、引取機で次工程に供給する。引き取り後、熱可塑性樹脂層２の表面の少なくとも一部を、金型Ｐを加圧して凹凸１０を形成する。次いで、凹凸１０の少なくとも凸部１０２に対して薬剤をスプレーにて塗布することで積層して機能層３を形成し、複合基材１を得る。なお、本発明では、熱可塑性樹脂層２は、予め形成されたものや、市販のものを用いてもよい。

この場合、金型Ｐの温度は、熱可塑性樹脂層２の軟化温度以上が好ましく、具体的には、例えば、軟化温度に対して＋３０℃以上１８０℃以下であることが好ましい。＋３０℃以下では、金型Ｐの形状を転写するのに時間を要するため生産性が低い。＋１８０℃を超えると、熱可塑性樹脂が熱劣化してしまう。また、金型Ｐを加圧する圧力は０．０２ＭＰａ以上０．８ＭＰａ以下であることが好ましい。０．０２ＭＰａ未満では、金型Ｐの形状を転写するのに時間を要するため生産性が低く、また時間を要するため、金型Ｐの温度によっては外層１１３の熱可塑性樹脂が熱劣化する。０．８ＭＰａを超えると、高い負荷が加わることでクラックが発生して強度低下を招く。

また、本発明に係る製造方法では、生産性を考慮し、複数の金型Ｐを縦及び／又は横に並べて加圧して凹凸を転写することが好ましい。この場合、同じ金型Ｐ同士を並べてもよいし、本発明の効果を損なわない限り、異なる形状を有する金型Ｐ同士を並べてもよい。大型の金型で一度に行うと製造される複合基材１の高低差に大きなムラが生じやすく、目的とする機能が得られにくい。これに対し、複数の金型Ｐを並べて使用することで、金型Ｐの加圧をそれぞれ制御できるため、前記高低差にムラが生じ難く、生産性も高い。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
なお、以下に説明する実施例は、本発明の代表的な実施例の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。

＜実施例１＞
熱可塑性樹脂としてＡＥＳ樹脂ペレット（テクノＵＭＧ社、１１０タイプＫ７）を、幅１７０ｍｍ長さ１７０ｍｍ厚さ１．８ｍｍの金型Ｐに置き、ホットプレス機で温度２２０℃、圧力０．５ＭＰａで５分間成形した。成形後、滑り止め用の凹凸を形成する。加熱した格子縞模様を有する金型を基材の表層に加圧し、金型の凹凸を転写することで、凹凸を有するＡＥＳ樹脂シートを作製した。作製後、凹凸を有するＡＥＳ樹脂シートの凹凸部に撥水剤を厚さ５０ｎｍになるように塗布した。

＜実施例２＞
実施例２では、撥水剤を１０ｎｍ塗布した以外は、実施例と同様の方法にて凹凸を有する複合基材を作製した。

＜実施例３＞
実施例３では、撥水剤を１００μｍ塗布した以外は、実施例と同様の方法にて凹凸を有する複合基材を作製した。

＜比較例１＞
比較例１では、撥水剤を塗布しない以外は、実施例と同様の方法にて凹凸を有する複合基材を作製した。

＜比較例２＞
比較例２では、撥水剤を５ｎｍ塗布した以外は、実施例と同様の方法にて凹凸を有する複合基材を作製した。

＜比較例３＞
比較例３では、撥水剤を１５０μｍ塗布した以外は、実施例と同様の方法にて凹凸を有する複合基材を作製した。

＜比較剤４＞
比較例４では、ＡＥＳ樹脂ではなくアルミを用いた以外は、実施例と同様の方法にて凹凸を有する複合基材を作製した。

作製した実施例１～３、及び比較例１～４の複合基材について、以下の評価を行った。

［滑り性評価］
抗菌レザー調スリッパ（（前開きタイプ）、オーミケンシ社）に錘５ｋｇを固定し、これを各複合基材の上に置き、各複合基材の長手方向に引っ張り、滑り始めた時の荷重を調べ、ドライ条件の滑り性試験結果とした。その後樹脂シートの凹凸部箇所である４ｃｍ×４ｃｍ角に水１５ｍＬを散布し、スリッパを複合基材の長手方向に引っ張り、滑り始めた時の荷重を調べ、ウェット条件の滑り性試験結果とした。ドライ条件の滑り性試験結果に対するウェット条件の滑り性試験結果の減少率を求めた。
◎：減少率が３％未満であり、水濡れ時の滑り止め効果が顕著に認められる。
〇：減少率が５％未満であり、水濡れ時の滑り止め効果が認められる。
×：減少率が５％以上であり、水濡れ時の滑り止め効果が認められない。

［摩耗性評価］
１０ｃｍ四方の凹凸形状を有した樹脂シートの中心部に直径６ｍｍの穴をあけ、テーバー試験（ＪＩＳ Ｋ７２０４）を行い、質量減少量を求めた。
〇：質量減少量が４５ｍｇ未満であり、耐摩耗性が認められる。
×：質量減少量が４５ｍｇ以上であり、耐摩耗性が認められない。

＜結果＞
各評価結果を下記表１に示す。

実施例１～３の複合基材は、いずれの評価においても良好な結果を示した。したがって、これらの複合基材は、滑り止め性及び耐摩耗性が良好であることが明らかとなった。一方で、比較例１～４の複合基材は、いずれかの評価が不良であり、意図した機能を付与できていなかった。

本発明によれば、基材に機能性が付与された複合基材及びその製造方法を提供することができる。また、本発明に係る複合基材を、足場材とした場合には、歩み板として十分な強度があり、滑り止め性が良好であって、取り扱い性に優れる。そのため、本発明に係る複合基材は、建設工事における仮設工事用足場板や、養殖施設用歩み板、或いは筏及び浮き桟橋、湿原等における巡回路、道路工事等で使用される歩道橋（簡易橋）、遊歩道などの幅広い用途に活用できる。

また、木材や金属は使用ともに経年劣化するが、本発明に係る複合基材は、長期間所定の機能性を維持することできる一方で、高強度で耐腐食性があり、耐久性にも優れていることから、木製や金属製のシートや板等の代替としても利用できる。

１：複合基材
１０：凹凸
１０１：凹部
１０２：凸部
２：熱可塑性樹脂層
３：機能層
３１：撥水層
３２：非撥水層
Ｒ：凹部１０１の内径
Ｌ：凹部１０１同士の距離
ｈ１：凹部１０１及び凸部１０２の高低差
ｈ２：凸部１０２高さ

Claims (6)

1. 表面に凹凸を有し、凹部及び凸部の高低差が０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である熱可塑性樹脂層と、
   少なくとも前記凸部の上面に積層された機能層と、
   を有し、
   前記機能層の厚みは、１０ｎｍ以上１００μｍ以下である、複合基材。
2. 前記機能層は、撥水性を有する撥水層であり、
   前記撥水層の水接触角は、８０度以上１５０度以下である、請求項１に記載の複合基材。
3. 撥水性を有しない非撥水層を更に有する、請求項２に記載の複合基材。
4. 前記非撥水層の水接触角は、５０度以上８０度未満である、請求項３に記載の複合基材。
5. 足場材に用いられる、請求項１から４のいずれか一項に記載の複合基材。
6. 表面に凹凸を有し、凹部及び凸部の高低差が０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である熱可塑性樹脂層と、少なくとも前記凸部の上面に積層された機能層と、を有し、前記機能層の厚みは、１０ｎｍ以上１００μｍ以下である、複合基材の製造方法であって、
   前記熱可塑性樹脂層に対し、前記機能層を形成する薬剤を積層する積層工程を少なくとも有する、複合基材の製造方法。
   

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