JP4552301B2 - 積層体およびその製造方法ならびに熱可塑性発泡接着剤 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性発泡接着剤に関し、さらに詳しくは、接着面間のクリアランスに変動(ばらつき)がある1対の熱可塑性樹脂部材を良好な接着強度で接着した積層体の製造に用いられる熱可塑性発泡接着剤に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車などの車両の内装材として、従来塩化ビニル系樹脂の表皮を、ポリウレタンフォームを用いてABS樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、およびポリプロピレンなどの基材に積層した材料が使用されてきた(例えば、特公平5−1123号公報、特開平8−48201号公報参照)。ポリウレタンフォーム層は、材料にクッション感を与え、表皮裏面の凹凸を吸収し、表皮と基材とを強固に接着することができる。なお、特開平6−106682号公報、特開平7−214672号公報にも記載されているように、表皮と基材との接着力を強化するために、両者間にテルペン系樹脂からなる接着剤を介在させたものも知られている。
ところで、環境保護対策の一環として自動車を構成する材料のリサイクル率を向上することが要求され、2002年には車両重量の90%以上をリサイクル可能な部品にすることが義務付けられることになっている。
【0003】
しかし、従来の塩化ビニル樹脂表皮とポリウレタンフォームとABS樹脂基材とからなる積層材料では、異種材料で構成され、さらに熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とが併用されている上、これらが強固に接着されているので、一旦積層された材料を分離してリサイクルするのは非常に困難である。そこで、内装材や外装材として使用される樹脂材料を同種の樹脂に統一すれば、リサイクルが容易になり、リサイクル率を高めることができると考えられる。
特開平10−244885号公報には、表皮、中間の発泡層および芯材を全てポリオレフィン系樹脂から形成した車両用内装材およびその製造方法が開示されている。しかし、表皮、中間の発泡層および芯材はパウダースラッシュ成形法により形成されるので、表皮および芯材の接着面に発生する凹凸に起因する両者間のクリアランス変動を発泡層により吸収することができない。
なお、特開昭60−248749号公報には、スチレン−ブタジエン共重合体を主成分とする発泡接着剤が開示されている。また、特開平2−199164号公報には、樹脂組成物(表皮)とポリウレタンフォームとの接着性を高めるために、樹脂組成物にテルペンフェノール樹脂を含有させたものが開示されている。
しかし、この場合、樹脂組成物に品質の低下(例えば、べとつき)が生じる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、全ての層が熱可塑性樹脂から形成され、しかも、部材間のクリアランス変動を吸収でき、かつ部材が強固に接着される熱可塑性樹脂積層体の製造に特に適した熱可塑性発泡接着剤を提供することである。また、ほぼ100%リサイクル可能な積層体(積層樹脂成形体)を製造するのに適した熱可塑性発泡接着剤を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、本発明は、スチレン−ブタジエン・ラバーを主成分とするオレフィン系の熱可塑性発泡接着剤であって、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体をシェルとする発泡剤含有マイクロカプセルが、接着剤100質量部に対して3〜10質量部配合されるとともに、トルエン/シクロヘキサン混合溶剤を含有し、かつ固形分が30〜60質量%であり、スチレン−ブタジエン・ラバーが、酸変性スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体を含有するとともに、該共重合体と架橋するイソシアネートを含有し、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体中における塩化ビニリデンとアクリロニトリルの質量比が、50:50〜60:40であり、トルエン/シクロヘキサン混合溶剤中のトルエンの含有量が、20質量%以上である熱可塑性発泡接着剤を提供する。
この熱可塑性発泡接着剤は、接着面間にクリアランス変動を有する1対の熱可塑性樹脂部材を接着して積層体を製造するための熱可塑性材料発泡層を形成するのに、特に有用である。
なお、上記「クリアランス変動」とは、1対の熱可塑性樹脂部材の接着面に発生する凹凸に起因した上記両部材の接着面間のクリアランス変動(ばらつき)を意味し、詳細には上記凹凸の最大高さRt(粗さ曲線から基準長さだけ抜き取った部分の中心線に平行な2直線で抜き取り部分を挟んだ時の2直線の間隔の値)が7.0μm以上のものを対象とする。
このようにして製造された積層体は、厚さが略一定であり、リサイクルが可能であり、接着強度が高く、かつクッション性が良好であるといった特長をもつ。熱可塑性樹脂発泡層を有する場合は、これにより積層体のクッション性がより有効に改善される。あるいは、熱可塑性樹脂発泡層によりクッション性を確保できるので、熱可塑性材料発泡層の材料選定の幅が広がる。
【0006】
上記の積層体の1つの好ましい形態では、熱可塑性樹脂発泡層が表皮側の熱可塑性樹脂部材の接着面上に設けられ、該熱可塑性樹脂部材と熱可塑性樹脂発泡層とのうち、熱可塑性樹脂発泡層にのみテルペン系樹脂および/または変性低分子量ポリオレフィンが添加されている。この場合、表皮のべたつきなどといった品質の低下を招くことなく、接着強度を高めることができる。
の好ましい形態では、表皮側の熱可塑性樹脂部材と熱可塑性樹脂発泡層とがパウダースラッシュ成形法により成形され、テルペン系樹脂および/または変性低分子量ポリオレフィンの添加量は、熱可塑性樹脂発泡層中の熱可塑性樹脂100質量部に対して、3〜20質量部である。この場合、表皮の品質の低下を招くことなく、より有効に接着強度を高めることができる。
【0007】
本発明によれば、上記の積層体は、接着面間にクリアランス変動を有する1対の熱可塑性樹脂部材の接着面間に、発泡剤を含む接着性熱可塑性材料を供給し、該接着性熱可塑性材料を発泡させ、かつ該接着性熱可塑性材料により該1対の熱可塑性樹脂部材を接着することにより製造することができる。この製造方法によれば、厚さが略一定であり、リサイクルが可能であり、接着強度が高く、かつクッション性の良い積層体を容易に製造することができる。
上記の製造方法の1つの好ましい形態では、熱可塑性樹脂部材の少なくとも一方を、パウダースラッシュ成形法により成形する。熱可塑性樹脂部材がパウダースラッシュ成形法で成形された場合、その肉厚のばらつきすなわちその接着面の凹凸が大きくなる。しかし、この製造方法では、発泡剤を含む接着性熱可塑性材料を用いているので、このようなことは、何ら不具合を生じさせない。
上記の製造方法の別の好ましい形態では、熱可塑性樹脂部材の少なくとも一方の接着面に発泡剤を含む熱可塑性樹脂の層を形成し、熱可塑性樹脂部材との接着の際に加熱して発泡させる。この場合、積層体のクッション性がより有効に改善され、あるいは接着性熱可塑性材料の選定の幅が広がる。
上記の製造方法のさらに別の好ましい形態では、熱可塑性樹脂部材の少なくとも一方を、パウダースラッシュ成形法により成形し、その上に、発泡剤を含む熱可塑性樹脂の層をパウダースラッシュ成形法により形成する。この場合、積層体の製造が容易となり、また、先に成形された熱可塑性樹脂部材によりキャビティー部の温度分布を小さくすることが出来るので、発泡剤を含む熱可塑性樹脂の発泡のばらつきが有効に抑制される。
【0008】
上記の製造方法の他の好ましい形態では、熱可塑性樹脂部材の少なくとも一方の接着面に発泡剤を含む熱可塑性樹脂を塗布し、熱可塑性樹脂部材との接着時に発泡させる。この場合、積層体のクッション性がより有効に改善され、あるいは接着性熱可塑性材料の選定の幅が広がる。
上記の製造方法のさらに好ましい形態では、次のような手順により積層体を製造する。
1)第1の型と第2の型とからなる成形型を準備する。
2)パウダースラッシュ成形法により成形された一方の熱可塑性樹脂部材を第1の型にセットする。
3)もう一方の熱可塑性樹脂部材に発泡剤を含む接着性熱可塑性材料を塗布した上で、該熱可塑性樹脂部材を第2の型にセットする。
4)発泡剤を含む接着性熱可塑性材料を加熱して発泡剤を発泡させて、第1の型と第2の型とを型締めし、成形型内において1対の熱可塑性樹脂部材を接着性熱可塑性材料で接着する。
この場合、発泡のための加熱を確実かつ容易に行いつつ、成形の精度を高めることができる。
【0009】
上記の製造方法の別の好ましい形態では、上記の熱可塑性樹脂部材を第1の型にセットする工程で、パウダースラッシュ成形法により成形された一方の熱可塑性樹脂部材の接着面に発泡剤を含む熱可塑性樹脂の層を形成し、該層を加熱して発泡剤を発泡させ該層と熱可塑性樹脂部材とを接着させた後、該層を伴った熱可塑性樹脂部材を第1の型にセットする。この場合、積層体のクッション性がより有効に改善され、あるいは接着性熱可塑性材料の選定の幅が広がる。
【0010】
上記の製造方法のもう1つの好ましい形態では、表皮側の熱可塑性樹脂部材と発泡剤を含む熱可塑性樹脂のうち、発泡剤を含む熱可塑性樹脂にのみテルペン系樹脂および/または変性低分子量ポリオレフィンを添加する。この場合、表皮のべたつきなどといった品質の低下を招くことなく、接着強度を高めることができる。
上記の製造方法のさらなる好ましい形態では、第1の型と第2の型とを型締めする際に、第2の型にセットされた、接着性熱可塑性材料を伴った熱可塑性樹脂部材の接着面を加熱する。この場合、接着剤の浸透が促進され、接着強度が有効に高められる。
【0011】
前記各積層体における熱可塑性材料発泡層、または前記各製造方法における発泡剤を含む接着性熱可塑性材料としては、スチレン−ブタジエン・ラバー(スチレン−ブタジエン共重合体)を主成分とするオレフィン系の熱可塑性発泡接着剤を用いることができる。この熱可塑性発泡接着剤は、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体をシェルとする発泡剤含有マイクロカプセルが接着剤100質量部に対して3〜10質量部配合され、トルエン/シクロヘキサン混合溶剤を含有し、かつ固形分が30〜60質量%であるのが好ましい。この熱可塑性発泡接着剤は、接着力が大きく、低温での軟化が可能であり、発泡性及び施工性に優れている。
【0012】
本発明の熱可塑性発泡接着剤は、スチレン−ブタジエン・ラバーは、酸変性スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体を含有するとともに、該共重合体と架橋するイソシアネートを含有する。これにより、熱可塑性発泡接着剤の耐熱剛性および耐熱接着強度が高められる。
更に、本発明の熱可塑性発泡接着剤では、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体中における塩化ビニリデンとアクリロニトリルの質量比が、50:50〜60:40である。これにより、発泡温度を低下させることができる。
【0013】
本発明の熱可塑性発泡接着剤は、熱可塑性樹脂からなる1層または複数層からなる表皮材と、オレフィン系樹脂からなる接着発泡層と、基材とが一体成形された積層体(積層樹脂成形体)に用いられることを前提としている。そして、オレフィン系樹脂からなる熱可塑性発泡接着剤には、例えばスチレン−ブタジエン共重合体、酸変性SBR(ステレン−ブタジエン・ラバー)(例えば、無水マレイン酸変性SEBS(スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン)等)、粘着付与剤(例えば、αピネンテルペンフェノール、ヘキスト製フリーカルボキシル基とフェニルエステルとを含むアルキルフェノール系樹脂等)、シクロヘキサン/トルエン、アクリロニトリル塩化ビニリデン発泡剤、クルードMDI(メチレンジフェニルジイソシアネート)等が配合されている。
【0014】
【発明の実施の形態】
1.積層体の構成
まず、積層体の構成ないしは構造の基本的な概念を説明する。
熱可塑性樹脂部材および所望の熱可塑性樹脂発泡層を構成する熱可塑性樹脂としては、従来使用されている熱可塑性樹脂がいずれも使用できる。好ましい熱可塑性樹脂の例は、ポリオレフィン(例えば、ポリプロピレンなど)、熱可塑性ポリウレタン、ポリ塩化ビニル等である。中でも、ポリオレフィン、特にポリプロピレンが好ましい。
熱可塑性樹脂部材の一方が内装材等の表皮である場合、熱可塑性樹脂は、軟質熱可塑性樹脂であることが好ましい。
熱可塑性樹脂部材および熱可塑性樹脂発泡層を構成する熱可塑性樹脂は、同じであっても異なっていてもよい。
なお、樹脂材料の典型的な組み合わせを以下の表1に示す。
【表1】
Figure 0004552301
【0015】
熱可塑性樹脂部材を接着する接着性熱可塑性材料を構成する熱可塑性材料は、従来使用されている接着性熱可塑性樹脂のいずれであってもよい。好ましい接着性熱可塑性樹脂の例は、スチレン−オレフィン共重合体(例えば、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体など)、クロロプレン、(水性接着剤用)アクリル樹脂等である。
【0016】
接着性熱可塑性材料または熱可塑性樹脂層に含まれる発泡剤は、従来使用されている発泡剤であってよく、脂肪族炭化水素(例えば、ペンタン、ネオペンタンなど)、塩素化炭化水素(例えば、二塩化メチレンなど)、フッ素化炭化水素(例えば、フレオン(登録商標)など)等の蒸発型発泡剤;重炭酸ナトリウム、アジド化合物、アゾジカーボンアミド等の分解型発泡剤などを使用することができる。
さらに、重合体カプセルの中に発泡剤を封入した発泡ビーズや、熱膨張性マイクロカプセルも用いることができる。
【0017】
次に、積層体(積層樹脂成形体)のより具体的な構成ないしは構造を説明する。なお、この積層体は、例えば自動車のインストルメントパネル(一般に、「インパネ」と略称される。)などの材料として用いられる。
図1(a)に示すように、積層体Sは、表皮側から基材側に向かって、順に、表皮表面層1と、表皮裏面層2(フォーム層)と、オレフィン系樹脂を主成分とする発泡接着層3と、PP基材4とが積層された構造を有している。なお、表皮表面層1と表皮裏面層2とで表皮材F1(図2参照)を形成している。ここで、表皮表面層1は表皮側の「熱可塑性樹脂部材」の一例であり、表皮裏面層2は「熱可塑性樹脂発泡層」の一例であり、発泡接着層3は「熱可塑性材料発泡層」の一例であり、PP基材4は他方の「熱可塑性樹脂部材」の一例である。
【0018】
表皮表面層1は、熱可塑性のオレフィン系樹脂の1つであるTPO(サーモプラスチックオレフィン)樹脂パウダーを原料として、パウダースラッシュ成形法により成形されたものである。このTPO樹脂は例えばポリプロピレンに対して20質量%以上のゴム成分(架橋もしくは半架橋されたもの)を含有するものから成っている。表皮裏面層2は、表皮表面層1の裏側に一体的に、パウダースラッシュ成形法により成形されたものである。表皮裏面層2は、TPO樹脂のパウダーに、発泡剤と、テルペン系樹脂の1つであるテルペンフェノール樹脂とが添加された樹脂原料を用いて、パウダースラッシュ成形法により成形された軟質の発泡層(フオーム層)である。ここで、テルペンフェノール樹脂は、TPO樹脂パウダー100質量部に対して、3質量部添加されている。なお、表皮裏面層2の発泡による膨張率は、約4倍である。また、この表皮裏面層2を形成するTPO樹脂も、例えば上記表皮表面層1を形成するTPO樹脂と同様な樹脂から成っている。
【0019】
発泡接着層3は、スチレン−ブタジエン共重合体と、無水マレイン酸変性SEBSと、αピネンテルペンフェノールと、シクロヘキサン/トルエンと、アクリロニトリル塩化ビニリデン発泡剤とを主成分原料として含んでいる。そして、この主成分原料に、これらの架橋剤であるクルードMDIが、主成分原料100質量部に対して、5質量部配合されている。PP基材4は、オレフィン系樹脂の1つであるポリプロピレン(PP)樹脂を原料として用いて、射出成形により成形されたものである。
【0020】
ところで、図1(a)に示す積層体Sでは、表皮材は、表皮表面層1と表皮裏面層2とで構成されている。
しかしながら、図1(b)に示すように、表皮裏面層2を設けずに、積層体Sの表皮表面層1と同一組成の表皮表面層1’のみで表皮材を構成するようにしてもよい。この積層体S’では、図1(a)に示す積層体Sに比べて、接着性あるいはクッション性はやや低下するものの、その製造は非常に容易である。
【0021】
2.積層体の製造方法
まず、積層体の製造方法の基本的な概念を説明する。
層体は、様々な方法で製造することができるが、好ましい製造方法を、表皮、熱可塑性樹脂発泡層(発泡中間層)、接着性熱可塑性材料の発泡層(発泡接着層)および基材からなる積層体を例にして説明する。
熱可塑性樹脂基材の接着面に、発泡剤を含む接着性熱可塑性材料(発泡接着材料)を塗布する。
別途、表皮となる熱可塑性樹脂シートの一面に、発泡剤を含む熱可塑性樹脂(熱可塑性樹脂発泡組成物)を塗布し、またはパウダースラッシュ成形法により積層する。さらに、熱可塑性樹脂発泡組成物を加熱発泡させ、発泡中間層を形成する。
表皮と熱可塑性樹脂発泡層の積層物を、表皮が成形面に接するように下金型の成形面上にセットし、一方、発泡接着材料が塗布された熱可塑性樹脂基材を、基材が成形面に接するように上金型の成形面にセットする。
発泡接着材料を発泡させると共にまたは発泡させた後、金型間のクリアランスが所定の距離(最終積層体の厚さに対応)に達するまで金型を閉じる。この場合、加熱は、熱風オーブン、遠赤外線、近赤外線などにより行うことができる。加熱温度は、使用する発泡剤の種類により適宜選択する。
その後、金型内で成形品を冷却し、金型を開き、成形された積層体を取り出す。
【0022】
別の製造方法では、表皮と熱可塑性樹脂発泡層の積層物および発泡接着材料が塗布された熱可塑性樹脂基材を、それぞれ下金型および上金型にセットした後、まず金型間のクリアランスが所定の距離に達するまで金型を閉じる。その後、金型を加熱して熱可塑性樹脂発泡組成物および発泡接着材料を発泡させる。この場合、金型の加熱は、熱風オーブン、スチーム加熱、高周波誘導加熱などにより行う。加熱温度は、使用する発泡剤の種類により適宜選択する。
その後、金型内で成形品を冷却し、金型を開き、成形された積層体を取り出す。
【0023】
記製造方法によれば、熱可塑性樹脂部材、例えばインストルメントパネルの表皮と基材との間のクリアランスの変動が吸収され、即ち、上記表皮や基材の接着面に大きな凹凸があっても、該両者間で発泡接着材料が発泡して上記凹部内にも確実に入り込むため、上記凹凸面に対する接着面積を充分に確保でき、部材間の接着強度が改善され、しかもクッション感を有する積層体が得られる。
本発明の熱可塑性発泡接着剤は、パウダースラッシュ成形により製造されるような裏面(基材との接着面)が凹凸を有していて、平滑な面を有する基材と合わせたときにクリアランスの変動が大きい熱可塑性樹脂部材を接着するのに特に有利である。
熱可塑性樹脂発泡層を、熱可塑性樹脂部材と接着性熱可塑性材料層との間に設けた場合、クッション性を熱可塑性樹脂発泡層に担わせ、接着性能を接着性熱可塑性材料層に担わせることができるので、樹脂材料の選択の幅が広がる。
接着性熱可塑性材料の発泡層と、所望により設けられる熱可塑性樹脂発泡層とにより、部材間のクリアランスの変動が吸収されるので、部材裏面の凹凸が表面の性状に影響を与えない。従って、部材表面が平滑であれば、平滑な表面の積層体が得られ、また部材表面がエンボス加工されている場合には、エンボス模様が忠実に保持された積層体が得られる。
【0024】
次に、積層体(積層樹脂成形体)のより具体的な製造方法を、図1(a)に示す積層体S(インストルメントパネル)を製造する場合を例にとって説明する。
図2に示すように、この積層体Sの製造工程は、表皮表面層1および表皮裏面層2からなる表皮材F1を形成する表皮材形成工程(工程1〜4)と、発泡接着層3およびPP基材4からなる基部F2を形成する基部形成工程(工程5〜6)と、表皮材F1と基部F2とを接着して積層体Sを完成させる積層体成形工程(工程7〜8)とに大別される。
【0025】
以下、各工程▲1▼〜▲8▼における処理手順を説明する。
表皮材形成工程において、工程▲1▼(表皮パウダリング工程)では、第1容器5内に収容されている表皮用パウダー6が、加熱された型枠7内に投入される。このとき型枠7の型面近傍の表皮用パウダー6は軟化ないしは溶融して型枠7の型面に付着し、表皮中間体8となる。
工程▲2▼(パウダー交換工程)では、型枠7内の余剰の表皮用パウダー6が第1容器5に戻される一方、第2容器9に収容された、発泡剤を含むフォーム用パウダー10(発泡剤を含む熱可塑性樹脂)が準備される。
【0026】
工程▲3▼(フォーム層積層パウダリング工程)では、第2容器9内に収容されているフォーム用パウダー10が、表皮中間体8が付着している型枠7内に投入され、このとき表皮中間体8の表面近傍のフォーム用パウダー10は、表皮中間体8の上に固着し、プリフォーム層11となる。この後、型枠7内の余剰のフォーム用パウダー10が第2容器9に戻される。
工程▲4▼(PP表皮裏面PPフォーム形成工程)では、表皮中間体8とプリフォーム層11とが固着してなる積層物が、型枠7から取り外される。この後、この積層物が加熱され、これによりプリフォーム層11内の発泡剤が発泡し、プリフォーム層11は表皮裏面層2(フォーム層)となる。なお、表皮中間体8は表皮表面層1となり、表皮表面層1と表皮裏面層2とで表皮材F1を形成する。
【0027】
基部形成工程において、工程▲5▼(射出成形工程)では、射出機12に供給された原料ペレット13(PP)が溶融し、射出機12から射出成形型14のキャビティ内に射出され、基材中間体15が成形される。
工程▲6▼(接着剤塗布工程)では、アプリケータ16を用いて、基材中間体15の片面(表皮側の広がり面)に、オレフィン系樹脂を主原料とする発泡接着剤17(発泡剤を含む接着性熱可塑性材料)がスプレー塗布され、接着剤層18が形成される。なお、基材中間体15と接着剤層18とは基部F2を構成する。
【0028】
積層体成形工程において、工程▲7▼(加熱発泡工程)では、第1金型19a(第1の型)と第2金型19b(第2の型)とからなる成形型19が準備される。第1金型19aと第2金型19bとは、詳しくは図示していないが、ヒンジ部材19cによって開閉可能に連結されている。そして、第1金型19aには、前記の表皮材形成工程で形成された、表皮表面層1と表皮裏面層2とからなる表皮材F1がセットされる。なお、表皮材F1は、表皮表面層1が第1金型19aの成形面と当接するようにして、第1金型19aに付設された真空吸着手段(図示せず)によりセットされる。
【0029】
第2金型19bには、前記の基部形成工程で形成された、基材中間体15と接着剤層18とからなる基部F2がセットされる。なお、基部F2は、基材中間体15が第2金型19bの成形面と当接するようにセットされる。さらに、遠赤外線加熱器20から放射された遠赤外線が基部F2の接着剤層18に照射され、該接着剤層18は加熱されて発泡する。そして、接着剤層18の発泡後、ないしは発泡中に、第1金型19aと第2金型19bとが型締めされる。かくして、成形型19内で、表皮材F1と基部F2とが接着される。これにより、基材中間体15はPP基材4となり、接着剤層18は発泡接着層3となる。
【0030】
この工程▲7▼において、接着剤層18を発泡させるための加熱は、接着剤層18中の溶剤を除去することができ、かつ発泡剤が完全に発泡することができるものでなければならない。この実施の形態では、例えば、加熱温度が約110℃に設定され、加熱時間が約10分に設定されるのが好ましい。この後、表皮材F1と基部F2とが接着されてなる成形体(完成まじかの積層体)は、成形型19から取り外される(脱型される)。
【0031】
工程▲8▼(加熱処理工程)では、表皮材F1と基部F2とからなる成形体が台車21に搭載されて温風式加熱装置(図示せず)に導入され、該成形体に加熱処理が施される。この加熱は、表皮裏面層2に含まれているテルペンフェノール樹脂が、該表皮裏面層2と発泡接着層3との接着力を向上させることができるものでなければならない。この実施の形態では、例えば、加熱温度が約115℃に設定され、加熱時間が約10分に設定されるのが好ましい。この加熱処理により、発泡接着層3に含まれるクルードMDI(イソシアネート)と、表皮裏面層2に含まれるテルペンフェノール樹脂中のマレイン酸とが化学反応を起こして結合し、これにより表皮裏面層2と発泡接着層3とが(ないしは、表皮材F1と発泡接着層3とが)、より強固に接着する。
この後、表皮材F1と基部F2とからなる成形体は、温風式加熱装置から取り出され、自然冷却されて積層体S(例えば、インストルメントパネル)となる。
【0032】
なお、図1(b)に示すような、表皮裏面層2を設けずに表皮表面層1’のみで表皮材を構成した積層体S’を製造する場合は、工程▲3▼および工程▲4▼を省き、工程▲2▼で形成された表皮中間体8を、表皮材として工程▲7▼に送ればよい。
【0033】
この具体的な製造方法、ないしはこれにより製造された積層体Sによれば、およそ次のような効果が得られる。
すなわち、発泡接着層3が表皮材F1およびPP基材4と同様のオレフィン系樹脂で形成されているので、積層体S(例えば、インストルメントパネル)を、材料毎に分別することなく積層されたままの状態でほぼ100%再利用(マテリアルリサイクル)することができる。また、表皮裏面層2に含まれているテルペンフェノール樹脂と、発泡接着層3に含まれているSBR(ステレン−ブタジエン・ラバー)とによって、両層2、3間での材料の相容性が高められるので、両層2、3間の接着性がさらに向上する。なお、表皮裏面層2が、発泡接着層3との相容性がよくない材料(例えば、TPO樹脂)で形成されていても、表皮裏面層2に含まれるテルペンフェノール樹脂中のマレイン酸と、発泡接着層3に含まれるクルードMDIとが、前記のとおり工程▲8▼(加熱処理工程)で化学反応をおこすので、表皮裏面層2と発泡接着層3との接着性は、十分に確保される。
【0034】
さらに、表皮裏面層2の主成分原料であるTPO樹脂に添加されるテルペンフェノール樹脂は、固体(パウダー状)であり、有機溶剤等の溶剤を用いずにTPO樹脂に添加されるので、作業環境に悪影響を及ぼさない。また、成形型19から取り外された、表皮材F1と基部F2とからなる成形体を、工程▲8▼で単に加熱処理するだけで、表皮材F1と基部F2とを強固に接着することができる。このため、表皮材と基部とを、接着剤を用いてスプレー式塗布あるいはカレンダー式塗布により接着する従来の手法に比べて、製造設備が安価となる。さらに、従来は必要であったマスキング作業や塗布後の乾燥作業が不要となるので、製造工程が簡素化され、積層体の量産性が向上する。
【0035】
なお、一般に、表皮裏面層2へのテルペンフェノールの添加は、該表皮裏面層2の成形性を低下させる。しかしながら、この積層体Sでは、テルペンフェノール樹脂の添加量が、該層2内のTPO樹脂パウダー100質量部に対して、3質量部とされているので、実質的には、成形性の低下は微小であり、これに伴って表皮裏面層2の外観ないしは見栄えが損なわれることはない。したがって、何ら副次的な弊害を誘発することなく、表皮裏面層2と発泡接着層3との接着強度を十分に高めることができる。
【0036】
表2に、図2に示すような製造方法により製造された2種類の積層体S1、S2と、表皮材と基材との間にウレタン発泡層が介在する従来の積層体(比較例)とについて、接着直後と、24時間養生後と、加熱処理後とにおける剥離強度を測定した結果を示す。なお、表2中の「材破」は、表皮裏面層2ないしはウレタン層が破損したことを示している。ここで、剥離強度とは、所定の幅(例えば、25mm)の積層体について、該積層体から表皮材を剥離するのに要する、積層体表面(広がり面)に垂直な方向の力であり、この剥離強度が大きいほど接着強度が大きいことになる。表2中の剥離強度の単位[N/25mm]は、幅が25mmの積層体の表皮材を剥離するのに要する力をN(ニュートン)であらわしたことを意味する。
【表2】
Figure 0004552301
表2から明らかなとおり、本発明にかかる熱可塑性発泡接着剤用いて製造した積層体S1、S2では、ウレタン発泡層を用いた従来の積層体に比べて、剥離強度すなわち接着強度が高められている。とくに、加熱処理後では、これが大幅に高められている。
【0037】
以下、図1(a)または図2に示す前記の積層体Sないしはその製造方法(以下、「基本的な積層体S」または「基本的な製造方法」という。)の各種変形例を説明する。
基本的な積層体Sないしはその製造方法では、表皮材は、それぞれパウダースラッシュ成形法により形成された表皮表面層1および表皮裏面層2からなる2層構造のものであるが、表皮材は3層以上の多層構造であってもよい。また、表皮裏面層2は、発泡層でなく、ソリッド層であってもよい。発泡接着層3は、架橋しない1液型のものであってもよい。表皮表面層1または表皮裏面層2の主成分材料は、TPO樹脂に限定されるものではなく、発泡接着層3との相容性がよくないポリオレフィン、ポリエチレン、ポリエステル等の熱可塑性樹脂であってもよい。
【0038】
基本的な積層体Sないしは製造方法では、表皮裏面層2の主成分原料である熱可塑性樹脂にテルペンフェノール樹脂が添加されているが、これに代えて、他のテルペン系樹脂または変性低分子量ポリオレフィンが添加されてもよい。例えば、マレイン化テルペン系樹脂、マレイン酸変性テルペン樹脂等のテルペン系樹脂が添加されてもよい。あるいは、マレイン酸変性低分子量ポリエチレン、マレイン酸変性低分子量ポリプロピレン、カルボン酸変性低分子量ポリプロピレン、水酸基変性低分子量ポリプロピレン等の変性低分子量ポリオレフィンが添加されてもよい。また、これらの混合物が用いられてもよい。これらの添加量は、表皮裏面層2の主成分原料である熱可塑性樹脂(例えば、TPO樹脂)パウダー100質量部に対して、3〜20質量部であればよい。
【0039】
表3に、テルペンフェノール樹脂の添加量(添加部数)が互いに異なる、基本的な製造方法で製造されたいくつかの積層体Sについて、その剥離強度と、外観ないしは見栄え(凹凸)とを測定ないしは観察した結果を示す。
【表3】
Figure 0004552301
【0040】
なお、表3における剥離強度は、積層体Sを25mm幅に切断したものについてのものであり、力の単位はN(ニュートン)である。また、表3中の「材破」は、表皮裏面層2が破損したことを示している。表3から明らかなとおり、テルペンフェノール樹脂の添加量が3質量部未満では、表皮裏面層2と発泡接着層3との接着強度が低く、該積層体Sは実用に供することができない。他方、テルペンフェノール樹脂の添加量が20質量部を超えると、表皮表面層1の外観ないしは見栄えが悪くなる。この外観ないしは見栄えの悪化は、およそ次の理由によるものと考えられる。すなわち、表皮裏面層2を成形するパウダー状の樹脂に添加されるテルペン系樹脂または変性低分子量ポリオレフィンの添加量が20質量部を超えると、パウダースラッシュ成形法による成形時に、パウダー樹脂の流動性(成形性)が低下する。このため、表皮裏面層2の一部が、表皮表面層1内で粒状に一体成形され、これにより表皮表面層1の表面に凹凸が生じ、外観ないしは見栄えが悪くなる。
【0041】
また、工程▲7▼(加熱発泡工程)において接着剤層18を発泡させるための加熱の温度および時間は、前記の基本的な製造方法のそれらに限定されるものではなく、成形体(ないしは基部F2)の大きさあるいは性状等に応じて好ましく選定されるべきものである。また、工程▲8▼(加熱処理)における成形体(表皮材F1および基部F2)の加熱温度および加熱時間も、前記の基本的な製造方法のそれらに限定されるものではなく、成形体の大きさあるいは性状等に応じて好ましく選定されるべきものである。
【0042】
積層体Sは、インストルメントパネルの他に、自動車のドアトリム、グローブリッド、コンソールリッド等にも容易に応用することができる。さらに、積層体Sの形状は、図2に示すような凹状ないしは凸状でなくてもよく、例えば平板状であってもよい。
【0043】
ところで、基本的な積層体Sの製造方法では、工程▲7▼(加熱発泡工程)では、第1金型19aと第2金型19bとが開かれた状態で、第2金型19bにセットされた基部F2の接着剤層18に遠赤外線が照射され、接着剤層18が加熱・発泡させられる。しかしながら、第1金型19aに表皮材F1をセットし、第2金型19bに基部F2をセットした後、両金型19a、19bを型締めし、この後成形型19が閉じられた状態で成形体を加熱して、接着剤層18を加熱・発泡させる(クローズド発泡させる)ようにしてもよい。
【0044】
この場合、成形型19が閉じられた後で接着剤層18が発泡させられるので、表皮材F1(表皮裏面層2)の裏面の凹凸部に、発泡接着層3が満遍なく入り込むことができる。このため、表皮材F1と基部F2との接着強度がさらに向上する。また、型締めと同時に接着剤層18を発泡させれば、接着剤層18の流動性が高まる。また、型締めと同時に接着層18を発泡させることにより、成形サイクルが短縮され、製造工程が簡素化され、積層体Sの量産性が向上する。
【0045】
3.熱可塑性発泡接着剤
以下、積層体Sにおける発泡接着層3(熱可塑性材料発泡層)の材料として用いられる熱可塑性発泡接着剤、すなわち工程▲6▼(接着剤塗布工程)で基材中間体15に塗布される発泡接着剤17の好ましい形態を説明する。
発泡接着剤17はスチレン−ブタジエン共重合体(スチレン−ブタジエン・ラバー)を主成分とするオレフィン系の熱可塑性発泡接着剤である。そして、この発泡接着剤17においては、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体をシェルとする発泡剤含有マイクロカプセルが、接着剤100質量部に対して3〜10質量部配合され、かつトルエン/シクロヘキサン混合溶剤を含んでいる。また、その固形分は30〜60質量%である。
【0046】
そして、スチレン−ブタジエン共重合体は、酸変性スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体を含むとともに、該共重合体と架橋するイソシアネートを含んでいる。また、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体中における塩化ビニリデンとアクリロニトリルの質量比は、50/50(50:50)〜60/40(60:40)である。
【0047】
発泡接着剤17の主成分としてスチレン−ブタジエン共重合体を用いる理由は、以下のとおりである。主成分としてスチレン−ブタジエン共重合体、アクリル重合体またはクロロプレンを含む発泡接着剤17を用いて製造された3種類の積層体の剥離強度を測定した結果を次に示す。
(測定結果)
1)スチレン−ブタジエン共重合体を使用:90N/25mm
2)アクリル重合体を使用 :47N/25mm
3)クロロプレンを使用 :59N/25mm
この測定結果によれば、発泡接着剤17の主成分として、オレフィン系熱可塑性樹脂、とくにスチレン−ブタジエン共重合体を用いるのが好ましいことがわかる。
【0048】
発泡接着剤17の発泡剤として、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体をシェルとする発泡剤含有マイクロカプセル(以下、単に「発泡マイクロカプセル」という。)を用いる理由は、以下のとおりである。すなわち、発泡マイクロカプセルは、一般に、樹脂製のシェル内に熱分解性発泡剤が封止されたものであるが、加熱・発泡時に樹脂製のカプセルが軟化しないと、発泡剤が十分に膨張することができない。この点、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体は、例えばPP(軟化温度:120〜180℃)などと比較して、その軟化温度が比較的低いので(90〜150℃)、発泡マイクロカプセルの材料として用いるのに適している。
【0049】
ここで、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体中における塩化ビニリデンとアクリロニトリルの質量比(以下、「ビニリデン/アクリル比」という。)を50/50〜60/40に設定する理由は、以下のとおりである。
表4に、ビニリデン/アクリル比が互いに異なるいくつかの発泡接着剤17の発泡状態等を観察ないしは測定した結果を示す。
【表4】
Figure 0004552301
【0050】
表4において、「○」は発泡マイクロカプセルが全面的に発泡したことを示し、「△」はマイクロカプセルが部分的に発泡したことを示し、「×」はマイクロカプセルが発泡しなかったことを示している。なお、表4中には示していないが、ビニリデン/アクリル比が70/30の場合は、発泡剤が沈降し、かつ発泡剤が溶剤に溶解するといった不具合が生じた。表4に示す測定結果によれば、ビニリデン/アクリル比を50/50〜60/40に設定すれば、軟化温度が比較的低く、比較的低い温度(100℃)で発泡マイクロカプセルを全面的に発泡させることができることがわかる。
【0051】
マイクロカプセル配合比を、接着剤100質量部に対して3〜10質量部に設定する理由は、以下のとおりである。
表5に、マイクロカプセル配合比が互いに異なるいくつかの発泡接着剤17の発泡状態と、該発泡接着剤17を用いて製造された積層体Sの剥離強度とを観察ないしは測定した結果を示す。
【表5】
Figure 0004552301
表5において、「層間もろい」とは、該発泡接着剤17によって接着される積層体Sの層間部の構造がもろいことを示す。表5に示す測定結果によれば、マイクロカプセル配合比が3/100未満であれば、マイクロカプセルは発泡せず、他面10/100を超えると、発泡接着剤17の接着強度が低下することがわかる。
【0052】
発泡接着剤17において、トルエン/シクロヘキサン混合溶剤を用い、その固形分を30〜60質量%に設定する理由は、以下のとおりである。すなわち、トルエンが含まれていない場合は、工程▲6▼で塗布される際のスプレー性(噴霧性)が悪くなり、接着剤層18が不均一なものとなる。また、シクロヘキサンが含まれていない場合は、発泡マイクロカプセルが溶剤に溶解し、発泡しなくなる。
表6に、トルエン/シクロヘキサン混合溶剤に含まれるトルエンの割合を種々変え、あるいは発泡接着剤17の固形分の割合を種々変えて、発泡接着剤17の塗布状態、発泡状態等を観察ないしは測定した結果を示す。
【表6】
Figure 0004552301
*1:初期厚みからの膨らみ量。
【0053】
表6に示す測定結果によれば、固形分が30質量%未満である場合、または60質量%を超える場合は、スプレー性が悪いことがわかる。さらに、固形分が30質量%未満の場合は、接着剤層18(塗膜)にタレが発生し、十分な厚みの発泡層を得ることができない。また、固形分が60質量%を超える場合は、接着剤層17の厚さが不均一となる。
【0054】
また、スチレン−ブタジエン共重合体に酸変性スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体を含有させ、該共重合体と架橋するイソシアネートを添加するのは、発泡接着層3の耐熱剛性と耐熱接着強度とを高めるためである。
なお、この発泡接着剤17には、その接着性を高めるために、3〜10質量%のテルペン系樹脂を添加するのが好ましい。なお、添加量が3質量%未満の場合は、接着性の向上効果はほとんど認められない。また、添加量が10質量%を超えると、接着発泡層3の物性が低下する。
【0055】
【実施例】
以下、実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。
実施例1
この実施例では、ポリプロピレン基材、発泡接着剤層、熱可塑性オレフィン樹脂発泡層および熱可塑性オレフィン樹脂の表皮が、この順に積層された積層体を製造した。
ポリプロピレン基材は、射出成形により製造した。厚さは、3mmであった。
発泡接着剤は、シクロヘキサンに、スチレン−ブタジエン共重合体を添加したベース接着剤100重量部に対し、塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体発泡ビーズ3重量部、およびテルペンフェノール3重量部を混合して調製した。
熱可塑性オレフィン樹脂発泡層を形成する樹脂材料として、熱可塑性ポリオレフィンエラストマーを用い、パウダースラッシュ成形して熱可塑性オレフィン樹脂表皮と積層したのち、加熱発泡により形成した。
熱可塑性オレフィン樹脂の表皮は、熱可塑性ポリオレフィンエラストマーをパウダースラッシュ成形して製造した。厚さは、1.2mmであった。(パウダースラッシュ発泡層の厚みは2.0mm)
【0056】
表皮の裏面に、上記発泡材料をパウダースラッシュ成形にて積層し、加熱発泡により熱可塑性オレフィン樹脂発泡層を形成し、2層パウダースラッシュ表皮を、金型成形面に接するように下金型にセットした。
一方、ポリプロピレン基材の一面に、発泡接着剤を塗布し、60℃で予備加熱した後、基材が金型成形面に接するように上金型にセットした。
次いで、発泡接着剤を熱風オーブンにより110℃で5分間加熱して発泡させ、金型をクリアランス距離が1.4mmになるまで閉じ、養生した後、室温まで冷却し、金型を開け、成形された積層体を取り出した。
表皮と基材とは強固に接着されており、初期接着強度(はり合わせ直後)は9.8N/25mm以上であった。表皮の凹凸模様は乱れていなかった。また、積層体全体のクッション感も良好であった。
【0057】
実施例2
発泡接着剤として、シクロヘキサンに、スチレン−ブタジエン共重合体100重量部、ジニトロソペンタメチレンテトラミン(発泡剤)10重量部、酸基含有物質(サリチル酸)10重量部およびテルペンフェノール3重量部を混合して調製したものを用い、遠赤外線による加熱温度を150℃とする以外は実施例1と同じ方法で積層体を製造した。
表皮と基材とは強固に接着されており、表皮の凹凸模様は乱れていなかった。
また、積層体全体のクッション感も良好であった。
【0058】
実施例3
表7〜10に、本発明にかかる種々の発泡接着剤を用いて製造された積層体の性能ないしは性状を、従来のポリウレタン系の発泡接着剤を用いて製造された積層体の性能ないしは性状と比較して示す。ここで、積層体の性能としては、前記の剥離強度(接着強度)と、耐熱クリープ試験によって得られる耐熱性と、短期耐熱性と、圧痕復元性とを用いている。なお、表7〜10において、「初期接着強度」は、発泡接着剤を用いて表皮材と基材とを貼り合わせた直後における剥離強度を意味する。「24hr養生後」は、貼り合わせた後、24時間経過した時点での剥離強度を意味する。
【0059】
耐熱クリープ試験とは、およそ次のような試験である。
図3に示すように、まず表皮材F1とPP基材4とを発泡接着剤(接着剤層18、接着発泡層3)で貼り合わて積層体Sを製作し、この積層体Sを3日間又は7日間、室温で養生する。次に、この積層体Sを、表皮材F1が下向きとなるように保持した上で、表皮材F1の一端におもり25を懸垂する。そして、これらを95℃の雰囲気下に1時間保持した後、表皮材F1が長手方向に剥離した長さLを測定する。この剥離した長さが積層体Sの耐熱性の指標となる(剥離した長さが長いほど耐熱性が低い)。なお、ここでは、接着面は、25mm×50mmの矩形とした。また、おもり25の質量は、50gである。
【0060】
短期耐熱性は、表皮材を120℃まで加熱した後80℃の雰囲気下で保持するといった熱負荷を、積層体に2回かけた後、その外観の変化により評価する。なお、短期耐熱性に関して、表7〜10中の「○」は、外観に何ら異常が生じなかったことを意味する。
【0061】
圧痕復元性は、およそ次のような手順で測定される。
図4に示すように、まず、テストピースとして、広がり面の形状が30mm×30mmの積層体Sを準備し、その厚さを測定する。次に、積層体Sを加熱して30分間90℃に保つ。この後、オーブン内において、積層体Sの上に治具26を介して2kgのおもり27を1分間載せる。なお、治具26の、積層体Sとの当接面26aは、直径20mmの円形である。そして、上記治具26及びおもり27を取り除いて、積層体Sを常温に30分間保持した後の該積層体Sの厚さを測定し、初期の厚さとの差(へこみ量)を求める。このへこみ量が圧痕復元性の指標となる。なお、表7〜10中の「」(左向き矢印)は、処方番号が当該処方番号より1つ小さい処方番号の処方と同じであることを示す。
【0062】
表7〜10によれば、本発明にかかる熱可塑性発泡接着剤を用いて製造した積層体は、ポリウレタン系の接着発泡層を用いた従来の積層体に比べて、接着強度、耐熱性、圧痕復元性が優れていることがわかる。
【0063】
【表7】
Figure 0004552301
【0064】
【表8】
Figure 0004552301
【0065】
【表9】
Figure 0004552301
【0066】
【表10】
Figure 0004552301

【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)は本発明にかかる熱可塑性発泡接着剤を用いて製造した積層体の立面断面図であり、(b)は本発明にかかる熱可塑性発泡接着剤を用いて製造したもう1つの積層体の立面断面図である。
【図2】 図1(a)、(b)に示す積層体の製造方法を示す製造工程図である。
【図3】 耐熱クリープ試験の試験方法を示す図である。
【図4】 圧痕復元性の測定方法を示す図である。
【符号の説明】
S…積層体、S’…積層体、F1…表皮材、F2…基部、1…表皮表面層、1’…表皮表面層、2…表皮裏面層、3…接着発泡層、4…PP基材、5…第1容器、6…表皮用パウダー、7…型枠、8…表皮中間体、9…第2容器、10…フォーム用パウダー、11…プリフォーム層、12…射出機、13…原料ペレット、14…射出成形型、15…基材中間体、16…アプリケータ、17…発泡接着剤、18…接着剤層、19…成形型、19a…第1金型、19b…第2金型、19c…ヒンジ部材、20…遠赤外線加熱器、21…台車、25…おもり、26…治具、26a…当接面、27…おもり。

Claims (1)

  1. スチレン−ブタジエン・ラバーを主成分とするオレフィン系の熱可塑性発泡接着剤であって、
    塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体をシェルとする発泡剤含有マイクロカプセルが、接着剤100質量部に対して3〜10質量部配合されるとともに、トルエン/シクロヘキサン混合溶剤を含有し、かつ固形分が30〜60質量%であり、
    スチレン−ブタジエン・ラバーが、酸変性スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体を含有するとともに、該共重合体と架橋するイソシアネートを含有し、
    塩化ビニリデン−アクリロニトリル共重合体中における塩化ビニリデンとアクリロニトリルの質量比が、50:50〜60:40であり、
    トルエン/シクロヘキサン混合溶剤中のトルエンの含有量が、20質量%以上である熱可塑性発泡接着剤。
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