JP4413078B2 - サンドイッチ成形体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、サンドイッチ成形体及びその製造方法に関し、特に難燃性サンドイッチ成形体に関する。

プラスチックは易成形性であり、日用品から工業用品まで幅広く用いられている。ただし、燃えやすい特性を有しており、製品によっては火災防止の点から、難燃性を付与することが必要となる。この難燃性を付与する技術として、従来はハロゲン系難燃剤を配合することが行われていた。

ハロゲン系難燃剤では塩素や臭素ガスを放出して火を消すものであるが、近年地球環境の観点より、ノンハロゲン化が求められている。そのため、リン系、チッソ系難燃剤が開発され、徐々に材料転換が行われ始めている。

さらに、難燃剤フリーの立場から、シリコン化合物を利用することも提案され始めた（例えば、特許文献１〜３）。しかし、これらの化合物は、難燃性に優れるものの、ハロゲン系に比較しかなり高価でありその普及が阻害されている。

また、環境の観点より、できるだけ難燃剤を少なくして高い難燃効果を維持することも求められている。
特開平６−１９２４１２号公報 特開平６−２９８９２２号公報 特開平６−３２９７０１号公報

本発明の目的は、少ない難燃剤で高い難燃効果を有するサンドイッチ成形体及びその製造方法を提供することである。

本発明者らは、鋭意研究した結果、難燃性樹脂による非常に薄い表面層によって内部層を覆うことにより、驚くことに、成形体全体が難燃性樹脂である成形体とほぼ同等の優れた難燃性を示すことを見出し、本発明を完成させた。

本発明によれば、以下のサンドイッチ成形体及びその製造方法が提供される。
１．ハロゲン系難燃剤を含有しない難燃性樹脂からなる表皮層と、非難燃性樹脂からなる内部層からなり、前記難燃性樹脂の難燃特性がＵＬ難燃規格において１／８インチ、Ｖ−０以上であるサンドイッチ成形体。
２．前記難燃性樹脂が、シリコンとの共重合体樹脂、又はシリコン系難燃剤、リン系難燃剤及び窒素系難燃剤のいずれか一種以上の難燃剤を含む熱可塑性樹脂である１に記載のサンドイッチ成形体。
３．前記表皮層と、前記内部層の、厚みの比率が、１：４０〜１：３である１又は２記載のサンドイッチ成形体。
４．前記表皮層の厚みが５０μｍ〜５００μｍである１〜３のいずれかに記載のサンドイッチ成形体。
５．前記表皮層の難燃性樹脂が、ポリカーボネートとシリコンの共重合体からなるポリカーボネート系難燃性樹脂であり、内部層の非難燃性樹脂がポリカーボネート系樹脂である１〜４のいずれかに記載のサンドイッチ成形体。
６．難燃性樹脂を、第一シリンダより射出して、表皮層を形成し、
非難燃性樹脂を、第二シリンダより、射出速度５００ｍｍ／ｓｅｃ以上で射出して、内部層を形成する、
１〜５のいずれかに記載のサンドイッチ成形体の製造方法。

本発明によれば、少ない難燃剤で高い難燃効果を有するサンドイッチ成形体及びその製造方法が提供できる。

本発明のサンドイッチ成形体は、難燃性樹脂からなる表皮層と、非難燃性樹脂からなる内部層からなる。難燃性樹脂からなる表皮層は非難燃性樹脂からなる内部層を挟み込み、三層構造となっている。ただし、本発明の効果を損なわない限り、内部層が一部表面に露出していても良い。

表皮層を形成する難燃性樹脂は、好ましくは、ＵＬ難燃規格において１／８インチ、Ｖ−０以上であり、さらに好ましくは、１／１６インチ、Ｖ−０以上である。

表皮層を形成する難燃性樹脂としては、各種難燃剤を添加した各種熱可塑性樹脂が挙げられるが、ハロゲン系難燃剤を含有しない難燃性樹脂が好ましい。好ましくは、シリコンとの共重合体樹脂、又は一種以上の難燃剤を含む熱可塑性樹脂であり、難燃剤として、ジメチルシリコーン、アミノ変性シリコーン、エポキシ変性シリコーン等のシリコン系難燃剤、トリメチルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリブトキシエチルホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジルジフェニルホスフェート、オクチルジフェニルホスフェート等のリン系難燃剤及びメラミン、メラミンシアヌレート、メラミンポリホスファゼン等の窒素系難燃剤が例示される。

特に、薄い表面層で高い難燃効果を発揮するには、強固なチャー（燃焼残さ：墨）を形成しやすい難燃性樹脂が好適である。例えば、ポリカーボネートに、リン系難燃剤を添加したもの、シリコン系難燃剤を添加したもの、ナノ粒子を添加したもの等が挙げられる。特に、ポリカーボネートとシリコンの共重合体は、形成されるチャーが強固で最適である。

内部層を形成する樹脂は、難燃性である必要は無く、通常、ＵＬ難燃規格において１／８インチ、ＨＢ以下である。
内部層を形成する難燃性を有さない樹脂として、通常の樹脂が使用できるが、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアクリルスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂等に代表される汎用プラスチックスや、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアルキレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂等に代表されるエンジニアリングプラスチックスや、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー等の熱可塑性エラストマー等を挙げることができる。

本発明のサンドイッチ成形体において、表皮層と内部層を形成する樹脂は、一部同一又は類似しているのが好ましい。同一系であると、表皮層と内部層が良好に接合され、表皮層が剥離するといった不具合を防止できる。
例えば、表皮層にＰＣ系難燃性樹脂を使用するとき、内部層はＰＣ系樹脂を使用することが好ましい。
また、表皮層又は内部層を構成する樹脂は、２種以上の樹脂からなる組成物でもよい。

表皮層及び内部層は上記の樹脂により形成されるが、本発明の効果を損なわない範囲で、各種フィラーや酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、帯電防止剤、離型剤等の通常の添加剤を添加できる。

本発明のサンドイッチ成形体の大きさ及び形状は、用途により適宜決められるが、表皮層と、内部層の、厚みの比率は、好ましくは１：４０〜１：３であり、より好ましくは１:３０〜１:５である。
また、表皮層の厚みは、難燃性樹脂の種類により異なるが、通常５０μｍ〜８００μｍであり、好ましくは１００μｍ〜５００μｍである。
また、サンドイッチ成形体の厚さは、特に限定されるものではないが、通常通２ｍｍ〜４ｍｍである。

また、サンドイッチ成形体は、第一組成物からなる表皮層と、第二組成物からなる内部層からなる構成に限定されるものではなく、たとえば、第三組成物からなる中間層を有する多層構造体とすることも可能である。

本発明のサンドイッチ成形体は、表皮層に難燃剤を使用しているだけなので、全体で難燃剤の量を大幅に低減できる。しかも、難燃性は、成形体全体が難燃性樹脂である成形体とほぼ同等の優れた難燃性を示す。本発明では、表皮層を非常に薄くして、高い難燃性を維持できる。

本発明のサンドイッチ成形体はサンドイッチ射出成形方法により好適に製造できる。
ここで、サンドイッチ射出成形方法とは、金型内に表皮層を成形する第一樹脂と内部層を成形する第二樹脂を射出して、表皮層及び内部層からなる層構造を成形する方法をいう。
また、サンドイッチ射出成形方法における第一樹脂と第二樹脂の射出方法としては、第一樹脂と第二樹脂の逐次射出、同時射出及び逐次射出と同時射出の組み合わせ射出の三つの射出パターンがあるが、以下、逐次射出を例にとって説明する。

第一樹脂は、第一シリンダから合流ノズルを介して、表皮層の厚さを形成するのに必要な量だけ金型内に射出される。この量は、成形体の大きさ，形状及び表皮層の厚さ等に応じて設定される。このように、第一樹脂を、第一シリンダから表皮層の厚さを形成するのに必要な量だけ射出することにより、表皮層の厚さを精度よく制御することができる。
また、第一樹脂は、金型内のゲート部付近に射出してもよいし、金型に第一樹脂を一時的に溜めておく貯留室（図示せず）を設けて、この貯留室に第一樹脂を射出してもよい。

次に、内部層に該当する第二樹脂を、第二シリンダから射出して、内部層を形成する。
ここで、好ましくは、第一樹脂を射出した後、約０．２ｓｅｃ〜約１．０ｓｅｃ後に、第二シリンダから第二樹脂を射出するとよい。このような射出タイミングを設定することにより、金型内に射出された第一樹脂は、金型と接触した微小部分が冷え始めるものの、その他の大部分は、冷却されずにほぼ均一に射出された状態を維持できるので、より薄くかつ厚さが均一な表皮層を成形することができる。

また、第二樹脂を射出する射出速度は、５００ｍｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは、８００ｍｍ／ｓｅｃ以上とするとよい。この射出速度は、先に射出された第一樹脂の冷却速度に影響を受ける。即ち、金型に触れて冷却される第一樹脂の冷却速度と、冷却されつつある第一樹脂を押し延ばすように金型内に押し込まれる第二樹脂の射出速度の関係により、第一樹脂をどれだけ薄く延ばせるかが決定される。したがって、表皮層の厚さを制御するには、表皮層が厚くならないように、かつ、途中で切れて内部層が露出しないように、両速度を管理する必要があるが、第二樹脂を射出する射出速度を制御する方が、冷却速度を制御するより精度よくかつ容易に制御することができる。
第二樹脂を射出する射出速度を高速にする理由は、高速射出することにより、表皮層を従来技術では実現できなかったレベルまで薄く成形することができるからである。尚、射出機のスクリュウ径は、限定されないが、通常２０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上１６０ｍｍ以下である。

尚、上記の説明では、第一シリンダにて第一樹脂を射出し、第二シリンダにて第二樹脂を射出しているが、このように複数のシリンダを使用する方法に限定されるものではなく、たとえば、可動マンドレルやホットランナー内の切り替えバルブ等を用いることにより一本のシリンダで第一樹脂及び第二樹脂を射出することも可能である。
また、複数のシリンダを使用する場合、合流ノズルを用いて合流させる代わりに、金型内のゲート部等で合流させることも可能である。

このように、本発明にかかるサンドイッチ射出成形方法によれば、表皮層の厚さを精度よく制御することができるとともに、約５００μｍ以下の薄い表皮層を形成することができる。

実施例１〜３、参考例１，２、比較例１及び参考例
表皮層を形成する難燃性樹脂（Ａ）として、ポリカーボネート（ＰＣ）／シリコン共重合体（タフロンＡＣ１０３０：出光石油化学製）を用いた。内部層を形成する樹脂（Ｂ）として、標準的なＰＣ樹脂（タフロンＡ１９００：黒着色）を用いた。尚、ＡＣ１０３０は、ＵＬ規格で１／１６インチではＶ−０を示す。

高速射出が可能なシリンダー内径３０ｍｍの二色成形機を用い、第一シリンダーには表皮層を形成する樹脂（Ａ）を、また第二シリンダーには内部層（コア層）を形成する樹脂（Ｂ）を供給した。金型は、５０×５０×３ｍｍの板状金型を用い、金型温度は５０℃とした。シリンダー温度は、何れも２６０℃とした。

始めに、第一シリンダーより、樹脂（Ａ）を、５０ｍｍ／ｓｅｃで射出してキャビティーの一部に充填した。その後、さらに、０．５秒後に第二シリンダーより、樹脂（Ｂ）を、射出速度１０００ｍｍ／ｓｅｃで射出し、キャビティー内を樹脂で充満させた。冷却固化後、これを取り出し、図１に示す成形体を製造した。
参考のために、表皮層を有さないＰＣ樹脂（タフロンＡ１９００）だけの成形体を比較例１とした。また、表皮層を有さないポリカーボネート（ＰＣ）／シリコン共重合体（タフロンＡＣ１０３０：出光石油化学製）だけの成形体を参考例とした。

得られたサンプルの断面を切り出し表皮層の厚みを測定した。
各サンプルの表皮層の厚み（ｍｍ）と内部層との厚みの比を表１に示す。次に、コーンカロリメーター（型式Ｃ３：東洋精機製）を使用し、これらのサンプルの燃焼特性すなわち着火から３００秒までの発熱速度を測定した。輻射熱５０ＫＷ／ｍ^２での、測定結果を図２に示す。

比較例２−４
実施例１において、表皮層を形成する難燃性樹脂（Ａ）を、シリコン系、リン系、チッソ系難燃剤を含まない難燃性樹脂（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_３Ｋ）（ＡＺ１９００Ｔ：出光石油化学製）に変えた以外は、同様にしてサンプルを作成した。尚、ＡＺ１９００Ｔは、金属塩を用い難燃性を図ったもので、ＵＬ規格で１／１６インチではＶ−０の難燃性を示す。
各サンプルの表皮層厚みを表２に示す。また燃焼特性を図３に示す。

本発明のサンドイッチ成形体は、建材、家庭電化製品、ＯＡ機器の難燃性部品に幅広くかつ有効に利用される。

実施例で製造したサンドイッチ成形体の概略図であり、（ａ）は平面図を、（ｂ）はＡ−Ａ断面における拡大図を示している。 実施例１〜３、参考例１，２、比較例１及び参考例で製造したサンドイッチ成形体の燃焼特性を示す図である。 比較例１〜４で製造したサンドイッチ成形体の燃焼特性を示す図である。

符号の説明

１ サンドイッチ成形体
２ 表皮層
３ 内部層

Claims (3)

1. ハロゲン系難燃剤を含有しない、ポリカーボネートとシリコンの共重合体からなるポリカーボネート系難燃性樹脂からなる表皮層と、非難燃性樹脂からなる内部層からなり、
   前記難燃性樹脂の難燃特性がＵＬ難燃規格において１／８インチ、Ｖ−０以上であり、
   前記表皮層の厚みが５０μｍ〜５００μｍであり、
   前記内部層の非難燃性樹脂がポリカーボネート系樹脂である、サンドイッチ成形体。
2. 前記表皮層と、前記内部層の、厚みの比率が、１：４０〜１：３である請求項１に記載のサンドイッチ成形体。
3. ハロゲン系難燃剤を含有しない、ポリカーボネートとシリコンの共重合体からなるポリカーボネート系難燃性樹脂を、第一シリンダより射出して、表皮層を形成し、
   ポリカーボネート系樹脂を、第二シリンダより、射出速度５００ｍｍ／ｓｅｃ以上で射出して、内部層を形成する、
   請求項１又は２に記載のサンドイッチ成形体の製造方法。

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