JP5562032B2 - 積層パネル - Google Patents

Description

本発明は、概して、積層パネルに関し、より具体的には、耐久性及び耐薬品性を改善した表面層を有する積層パネル、及びその製造方法に関する。

本出願は、２００６年１１月６日に出願の米国暫定特許出願第ＵＳ６０／８６４，４７７号に対して優先権を主張する、２００６年１１月２８日に出願の米国特許出願第ＵＳ１１／５６４，０９４号に開示された本質的主題の利益を主張するものであり、該内容は参照することによって援用される。
今日の耐薬品性積層体の多くは、高コストであること、又は性能が低いこと、あるいはその両方を特徴としている。耐薬品性は、一般的に、全米科学機器協会（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｆｕｒｎｉｔｕｒｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：ＳＥＦＡ）によって公表された規格において、より具体的には、ＳＥＦＡ ８．１と称される規格において定義される（ｗｗｗ．ｓｅｆａｌａｂｓ．ｃｏｍ）。上述の規格は、化学スポット試験であり、該試験では、積層体は、積層体の表面に個々に適用された４９の異なる化学試剤のうちの１つ以上に曝露され、所定期間、そこに放置される。所定期間の終了時に、試剤が除去され、試剤によって生じた変化によって積層体を評価する。積層体が化学分解に耐える能力が、積層体の耐薬品性の尺度である。

いくつかの積層体は、比較的厚い樹脂被覆層を利用することによって耐薬品性を提供している。厚い樹脂被覆層は、積層体に望ましくない不明瞭な外観を与える可能性があり、また、積層体のコストを大幅に上昇させる可能性もある。他の積層体は、積層体の耐薬品性を増加させるように、フルオロポリマー障壁を利用している。フルオロポリマー障壁は、特定の化学物質に対しては、ある程度の耐性を提供するが、ある種の溶媒に対しては比較的少ない保護性しか提供しない。さらに他の積層体は、耐薬品性を生じさせるように、Ｅ-Ｂ（電子線）硬化箔を使用している。しかしながら、多くのＥ-Ｂ箔は、積層工程で利用される比較的高い圧力に対処できないため、高圧積層用途には不適である。好適なものとするように、硬化の程度及び適用されるトップコートの量とともに、箔の基本質量(basis weight)を増加させなければならず、箔のコストを増加させている。

積層体が摩耗に耐える能力は、積層体に高く望まれる品質である。耐摩耗性積層体は、しばしば、高濃度の耐摩耗性粒子を含む被覆層を利用している。耐摩耗性粒子は、被覆層及び隣接する装飾層を、装飾層内の望ましくない摩耗から保護する。残念ながら、積層体を摩耗から保護するのを助ける耐摩耗性粒子は、積層体の製造工程で使用される機械も摩耗させてしまう。積層体は、しばしば、上昇した温度、及び圧力下で、バッチプレスのプレス板の間で形成される。最外層（例えば、被覆層）内の耐摩耗性粒子は、非常に高価なプレス板を摩耗させ、それによって、該プレス板の耐用年数が短くなり、工程の全体的なコストが増加する。摩耗は、特に型押しプレス板にとっての問題である。型押しプレス板の「頂部及び底部」(peak and balley)によって、不均等な負荷が生じ、プレス板の「頂部」及び他の鋭利な特徴の摩耗をさらに早める。

摩耗性及び耐薬品性に加えて、所望の透明度を有する必要があり、例えば、望ましくない色合い又は不明瞭性（以下、透明度の不足を「不明瞭性（ｈａｚｉｎｅｓｓ）」と称する）が低いことが必要である。不明瞭性は、不純物及び／又は樹脂配合剤に添加される粒子のサイズを含む、種々の事物によって生じ得る。樹脂配合剤は、しばしば、処理及び物理的品質を改善するように、添加物（例えば、増粘剤、懸濁剤、分散剤等）を含む。粒径が約２５０ナノメートル（２５０ｎｍ）である固体粒子形態の添加物は、可視光の波長範囲に対するそれらのサイズのため、不明瞭性を生じさせる可能性がある。

従って、所与の期間、所望のレベルの耐薬品性及び耐久性があり、所望の透明度があり、かつ費用効率の高い、積層パネル及びその作製方法が必要である。

本発明によれば、積層体を製造する方法であって、１）装飾層、コア層、及び任意選択で被覆層を含む層のスタックを提供するステップと、２）装飾層及び被覆層のうちの１つ又は両方に、熱硬化性樹脂内に配置されたナノクレイ粒子を含む樹脂配合剤を含浸させるステップであって、熱硬化性樹脂内のナノクレイ粒子の濃度は、樹脂内に物理的障壁を形成するのに十分高く、かつ不明瞭な外観を回避するのに十分低い、ステップと、３）層のスタックに、層を互いに接着させるのに十分な熱及び圧力を印加するステップと、を含む方法が提供される。
本発明の一態様によれば、上述の方法によって製造することができる積層体が提供される。
いくつかの実施形態では、積層体は、装飾層の反対側のコア層の側に貼り付けられるバッカー層をさらに含む。

本発明の積層パネルは、ＳＥＦＡ８．１の試験規格の範囲内で使用される４９の化学物質のうちの多くによる化学分解に耐える能力を含む、望ましい性能特性を有する、費用効率が高く、製造が容易な積層体である。本積層体は、望ましい耐薬品性を提供し、さらに、基本的な装飾設計又は色彩を不明瞭にさせない、望ましい透明度を提供する。これは、明白な商業上の利点である。本発明の別の利点は、ナノクレイ粒子を使用しても、使用されるレベルにおける積層体の二次成形特性に不利益とならないことである。本発明のさらに別の利点は、ナノクレイ粒子を有する樹脂配合剤が、耐水性及び耐久性を含む、積層体の特定の特性を改善することである。本発明のさらに別の利点は、硬化度が高められた樹脂が、樹脂内に配置された合成粒子の近傍に生じるようであることである。硬化度が高められることで、障壁の形成が促進され、その結果、積層体が化学分解及び摩耗に耐える能力が高くなる。

本発明のこれらの、及び他の特徴及び利点は、下記に提供される図面及び発明を実施するための形態を考慮することで明らかとなろう。

本発明の第１の実施形態による、重ね合わせ構成層の断面図（原寸に比例せず）である。 本発明の別の実施形態による、重ね合わせ構成層の断面図（原寸に比例せず）である。 本発明の別の実施形態による、重ね合わせ構成層の断面図（原寸に比例せず）である。 合成層状ケイ酸塩粒子の概略図である。 静電引力によって配列された複数の合成層状ケイ酸塩粒子の概略図である。

従って、着色状態での高い吸収性、速い着色速度と退色速度のような良好なフォトクロミック特性を示すだけでなく、空間的に整列された状態のときに、例えば、液晶或いは配向されたポリマーホスト材料に組み込まれたときに、二色性と光偏光が可能である化合物が求められている。

図１〜図３を参照すると、耐薬品性及び耐久性を改善した積層パネル１０（又は「積層体」）が提供されている。本願明細書で使用する「耐薬品性」という用語は、積層構造体１０が、それ自体を有害な化学物質（例えば、ＳＥＦＡ８．１規格の化学物質）への曝露から、所定の期間、保護する能力を指す。積層体１０は、コア層３０上に重ね合わせられた装飾層２０を含む。いくつかの実施形態では、バッカー層４０が、コア層３０の、装飾層２０が重ね合わせられた表面の反対側の表面に配置される。いくつかの実施形態では、オーバーコート層５０は、装飾層２０及び／又はコア層３０の反対側のバッカー層４０上に重ね合わせることができる。
装飾層２０は、印刷された装飾パターン又は同一調の色彩を含有する、１つ以上の紙シート又はウェブを含む。下述するように、装飾層２０は、乾燥していてもよく（即ち、樹脂を含浸させていない）、又は樹脂を少なくとも部分的に含浸させてもよい。樹脂は、下述する樹脂配合剤でもよく、又は樹脂配合剤に適合する他の樹脂でもよい。

コア層３０は、従来技術において既知のように、フェノール樹脂を含浸させた１枚以上のクラフト紙を含み得る。いくつかの実施形態（例えば、低圧積層体）では、コア層３０は、合板、中質繊維板、高密度繊維板、削片板、再生プラスチック、ＡＢＳ／ＰＣ、ナイロン、又はＰＶＣを含む、クラフト紙以外の材料を含み得る。これらの実施形態では、装飾層２０は、一般的に、積層構造体１０を生成するように、コア層３０上へ熱融着される。

バッカー層４０を含む積層体の実施形態では、バッカー層４０は、装飾層２０の反対側のコア層３０の側に接着される。バッカー層４０は、一般的に、熱硬化性樹脂でコーティングするか、又は該樹脂を少なくとも部分的に含浸させて部分的に硬化され得る、セルロース材料を含む、１枚以上のシートを備える。許容可能なバッカー層４０の材料には、難燃性のクラフト紙又は装飾紙が挙げられる。バッカー層４０内で使用される装飾紙は、装飾層２０と同じ印刷パターン又は同一調の色彩であってもよく、また、装飾層２０と同じ樹脂又は樹脂配合剤を含浸させてもよい。一般的に、バッカー層４０は、装飾層２０の基本質量とほぼ等しい基本質量を有する。

図２及び図３を参照すると、オーバーコート層５０を含む積層体１０の実施形態では、オーバーコート層５０は、装飾層２０及びバッカー層４０のうちの１つ又は両方の上部表面上に配置され得る。オーバーコート層５０は、樹脂配合剤のみを含みうるか、又は樹脂配合剤に加えて、一般的にセルロース材料から成る１枚以上のオーバーレイシート５１を備え得る。オーバーレイシート５１が含まれる場合、シート５１は、乾燥した（即ち、含浸されていない）状態で積層スタックに適用され得、あるいは、樹脂配合剤を少なくとも部分的に含浸され得る。オーバーコート層５０が積層体１０に含まれているときには、装飾層２０及び／又はバッカー層４０は、乾燥した（即ち、含浸されていない）状態で積層スタックに適用するか、樹脂配合剤を含浸させるか、又は異なる樹脂を含浸させることができる。

樹脂配合剤は、熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。許容可能な熱硬化性樹脂の例には、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂等が挙げられる。熱硬化性樹脂は、当技術分野において既知であり、市販されている。特定の樹脂の特性については、樹脂の特定のパラメータが、その場の用途に最も適応するように選択されること以外は、詳細に説明しない。例えば、樹脂及び添加物は、その場の用途に対して、耐薬品性及び結合強度、耐火性、パネルの全体的な柔軟性、熱、水分、又は放射線サイクル等による耐劣化性等を提供するそれらの能力に基づいて選択される。

図４を参照すると、樹脂配合剤は、積層体の耐摩耗性及び耐薬品性を改善するように、所定量のナノクレイ粒子５２を含む。その所定量は、一般的に、粒子５２の質量が、樹脂配合剤の総質量の約０．００５％から１．００％の範囲である濃度が生じるように選択される。この範囲によって、硬化した樹脂の総質量の約０．０１％から２．００％の範囲の、樹脂配合剤内の合成粒子質量濃度が得られる。しかしながら、合成粒子５２は、樹脂配合剤の総質量の約０．０１％から１．０％の範囲であることが好ましい。樹脂配合剤内のナノクレイ粒子の質量濃度をより低くすることで、許容可能な耐摩耗性及び耐薬品性、ならびにより望ましい透明度が得られる。

好適な一実施形態では、ナノクレイ粒子５２は、合成層状ケイ酸塩粒子５２である。合成ケイ酸塩粒子５２は、平均粒径が５０ナノメートル（５０ｎｍ）未満であることが好ましい。発明者らは、平均粒径が約２５ナノメートル（例えば、幅５４が約２５ｎｍ、厚さ５６が約１ｎｍであるウエハ状）である合成ケイ酸塩粒子が、特に良好に機能することを経験した。粒子５２は、水に不溶であるが、水和物は、樹脂と混合すると膨張して無色になる。平均粒径が５０ナノメートル（５０ｎｍ）未満である合成ケイ酸塩粒子は、いくつかの理由から好まれる。第１に、平均粒径が１００ナノメートル（１００ｎｍ）未満である粒子は、硬化した樹脂を光が通過するのを妨げないため、再外層の透明度に顕著な影響を与えずに、添加物として添加することができる。第２に、平均粒径が５０ナノメートル（５０ｎｍ）未満である粒子は、平均粒径がより大きい同じ量の粒子によって提供される表面積よりも、大きな総粒子表面積を樹脂配合剤内に提供する。粒子の表面積が大きくなることによって、小さい表面積によって可能な樹脂との結合よりも、より物理的かつ化学的な樹脂との結合を形成することができ、その結果、その結合は、硬化した樹脂配合剤を含む層の耐摩耗性及び耐薬品性を高める。合成ケイ酸塩粒子はまた、透明度を損ない得る不純物の含有が（例えば、採掘しなければならない自然発生的な添加物とは対照的に）比較的低レベルであることからも好まれる。Ｇｏｎｚａｌｅｓ Ｔｅｘａｓ、ＵＳＡにあるＳｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｌａｙ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．は、Ｌａｐｏｎｉｔｅ（登録商標）の商標で一連の合成層状ケイ酸塩粒子（例えば、ＬａｐｏｎｉｔｅＲＤ、ＬａｐｏｎｉｔｅＸＬＧ、ＬａｐｏｎｉｔｅＲＤ等）を提供している。Ｌａｐｏｎｉｔｅ（登録商標）という粒子製品は、含水ナトリウムリチウムケイ酸マグネシウムを含む。

図４及び図５を参照すると、合成層状ケイ酸塩粒子５２は、それらが、粒子５２の縁部５８の周囲には正電荷を有し、粒子５２の面６０上には負電荷を有する（又はその逆）、静電的に帯電した粒子であることからも好まれる。個々の粒子５２に静電荷が存在する結果として、粒子５２が、それら自体を「不安定な構造（ｈｏｕｓｅ ｏｆ ｃａｒｄｓ）」と称される構造で、未硬化の樹脂内で配列する、即ち、第１の粒子５２の縁部５８が第２の粒子５２の隣接する面６０に引き付けられて配置される、等が考えられる（図５を参照されたい）。積層体が硬化した後、粒子５２の配列は保持され、樹脂内に配置された物理的障壁を生じさせる。好適なサイズの合成ケイ酸塩粒子はまた、上述した物理的障壁の形成も容易にする。

他の実施形態では、ナノクレイ粒子は、自然発生的な形態又は表面改変形態であり得るスメクタイト類からの粘土鉱物を含む。モンモリロナイトは、ナノクレイ粒子として使用することができるスメクタイト粘土鉱物の一実施例である。モンモリロナイトは、水の添加によって膨張する。
樹脂配合剤への他の添加物には、触媒及び離型剤が挙げられる。樹脂配合剤に適した触媒及び離型剤の相対的な割合（％）は、特定の用途に適合するように変化させることができ、従来技術で既知である。

本積層パネル１０は、積層体を構成する種々の層の間に十分な接着を生じさせるのに十分な期間、積層体１０の温度及び圧力を上昇させる、様々な工程を使用して製造することができる。高圧バージョンの本積層体１０は、概して、約１１０℃から約１７０℃の範囲の温度、及び約５００ｐｓｉから約１６００ｐｓｉの範囲の圧力で処理される。硬化温度及び圧力は、一般的に、使用中の特定の樹脂、及び硬化した積層体の最終的に望まれる特性に基づいて選択される。硬化温度は、処理速度に適合するように操作することもでき、例えば、高い硬化温度を高い処理速度で使用することができ、また、低い硬化温度を低い処理速度で使用することができる。

発明者らは、製造工程中に、樹脂内に配置された合成層状ケイ酸塩粒子の近傍にある樹脂配合剤内で、硬化度が高められることを発見した。発明者らは、粒子の比較的大きな表面積及び組成が、さらなる硬化を生じさせる役割を果たしているものと考えている。硬化した樹脂内の合成層状ケイ酸塩粒子の濃度、及びそれらが生じさせる物理的障壁は、硬化が高められた樹脂の領域をもたらす。高められた硬化は、積層体の耐摩耗性及び耐薬品性を促進する。
以下の実施例は、本積層体１０及びその製造工程を例示したものである。これらの実施例は、積層体１０及びその製造工程の特定の実施形態を例示するために提供されたものであり、本発明の内容に関していかなる限定も構成するものではない。

実施例１
積層体１０の１つの高圧バージョンは、不連続プレス機を使用して製造される。コア層３０及び装飾層２０を備えたビルドアップは、重ね合わせにより作製される。コア層３０は、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂のようなフェノール樹脂を含浸させた、少なくとも１枚のクラフト紙を備える。

装飾層２０は、熱硬化性樹脂配合剤を部分的に含浸させた紙シートを含む。部分的な含浸は、完全飽和に必要な樹脂配合剤の総量の約４０％から６０％までが使用されるように実行される。樹脂配合剤は、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、及び、樹脂配合剤の最終質量の約０．００５％から約１．０％の範囲内の濃度で、合成ケイ酸塩粒子（例えば、Ｌａｐｏｎｉｔｅ（登録商標）Ｒという商標の合成物層状ケイ酸塩）を含み、また、必要に応じて触媒及び離型剤を含む。装飾シート２０は、取り扱い性のため、揮発性成分が約５．０％から約１５．０％になるように乾燥させることが好ましい。装飾シート２０は、揮発性成分が約９．０％から約１２．０％になるように乾燥させることが最も好ましい。

ビルドアップは、不連続プレス機の鋼鉄コール（ｃａｕｌ）板（「プレス板」としても知られる）間に配置され、約７００ｐｓｉから１２００ｐｓｉの範囲の圧力が印加される。選択された圧力に到達した時点で、プレス機を約１４０℃の温度に加熱する。プレス機は、用途、樹脂の特定の成分等に基づいて、約５分から５０分の加熱サイクルの間、上述の圧力及び温度に保持する（総サイクル時間は、最長で約６０分の範囲である）。次いで、プレスされた積層体１０は、まだ不連続プレス機内にある間に、積層体の温度が約６０℃以下に下がるまで、加圧下で冷却する。その後圧力を解放して、耐薬品性の積層体を不連続プレス機から取り出す。得られる積層体１０の厚さは、コア層３０内の、及び装飾層２０内のシート数に依存する。積層体１０を冷却している間、積層体１０を加圧下でプレス機内に保持することで、完成品となる積層体の平坦度が改善される。

実施例２
本積層体１０の１つの高圧バージョンは、上述の実施例１に類似した様態で製造される。本実施例では、樹脂配合剤のオーバーコート層５０が、続いて、乾燥した装飾層２０の表面に適用されるが、表面は、コア層３０から離して配置される。ビルドアップは、不連続プレス機の鋼鉄コール板の間に配置され、実施例１に開示された処理ステップが行われる。

実施例３
本積層体１０の１つの高圧バージョンは、上述の実施例２に類似した様態で製造される。本実施例では、樹脂のオーバーコート層５０は、オーバーレイシート５１と組み合わせて装飾シート２０に適用されるか、又は、樹脂配合物を少なくとも部分的に含浸させたオーバーレイシート５１を備えたオーバーコート層５０と置き換えられる。ビルドアップは、不連続プレス機の鋼鉄コール板の間に配置され、実施例１に開示された処理ステップが行われる。

実施例４
本積層体１０の１つの高圧バージョンは、上述の実施例３に類似した様態で製造され、オーバーコート層５０は、樹脂配合剤を少なくとも部分的に含浸させたオーバーレイシート５１を備える。本実施形態では、装飾層２０は乾燥、したがって、樹脂配合剤を含浸させていないじょうたいであり得る。

実施例５
本積層体１０の１つの高圧バージョンは、積層体１０が、装飾層２０の反対側のコア層３０の側に配置されたバッカー層４０を含むこと以外は、上述の実施例１、２、３、又は４に類似した様態で製造される。バッカー層４０は、装飾層の基本質量と同様の基本質量であり得、それによって、積層体１０の平衡を保つことができる。バッカー層４０は、難燃性のクラフト紙、又は速硬性のフェノール樹脂で処理されたクラフト紙のような材料を備え得る。

実施例６
本積層体１０の１つの低圧のバージョンは、不連続プレス機を使用して製造される。装飾層２０及びコア層３０を備えたビルドアップは、重ね合わせにより作製される。装飾層２０は、実施例１に開示されたものに類似する。コア層３０は、合板、中質繊維板、高密度繊維板、削片板、再生プラスチック、ＡＢＳ／ＰＣ、ナイロン、又はＰＶＣのうちの１つ以上の材料を備える。本実施形態では、装飾層２０は、積層構造体１０を生成するように、コア層３０上に熱融着される。

ビルドアップは、不連続プレス機の鋼鉄コール板間に配置され、約３００ｐｓｉから４００ｐｓｉの範囲の圧力が印加される。プレス機は、約１８０℃から２１０℃の範囲の温度に予熱する。所定の圧力に到達した時点で、プレス機は、約２０秒から６０秒の範囲の加熱サイクルの間、上述の圧力及び温度に保持する。その後圧力を解放することができ、また、加圧された積層体１０は、事前に冷却することなく不連続プレス機から取り出すことができる。

当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができること、及び本発明が明細書内の説明及び例示に限定されるとみなすべきではないことが明らかとなろう。

Claims (10)

1. 積層パネルであって、
   第１の側、及び前記第１の側の反対側に第２の側を有するコア層と、
   前記コア層の前記第１の側に接着された装飾層と、
   前記コア層の反対側の前記装飾層の側に配置されるオーバーコート層であって、前記オーバーコート層は、粒子の平均粒径が５０ｎｍ以下である、硬化した熱硬化性樹脂の層内に配置されたナノクレイ粒子を含む、オーバーコート層と、
   を備え、
   前記オーバーコート層及び装飾層における熱硬化性樹脂が硬化され、各層が結合されて、積層パネルを形成していることを特徴とする積層パネル。
2. 前記ナノクレイ粒子は、スメクタイト粘土鉱物を含む、請求項１に記載の積層パネル。
3. 前記スメクタイト粘土鉱物は、モンモリロナイトを含む、請求項２に記載の積層パネル。
4. 前記ナノクレイ粒子は、合成層状ケイ酸塩粒子を含む、請求項１に記載の積層パネル。
5. 前記合成層状ケイ酸塩粒子は、オーバーコート層の質量の０．０１％から２．００％の範囲である、請求項４に記載の積層パネル。
6. 前記コア層は、複数枚のクラフト紙を備える、請求項４に記載の積層パネル。
7. 前記コア層の前記第２の側に結合されたバッカー層をさらに備える、請求項４に記載の積層パネル。
8. 前記オーバーコート層は、セルロース材料を含む１枚以上のオーバーレイシートを含む、請求項４に記載の積層パネル。
9. 前記合成層状ケイ酸塩粒子は、一対の面の間に配置された縁部を有する、請求項４に記載の積層パネル。
10. 前記各粒子の縁部は、第１の電荷を有し、前記面は、前記第１の電荷とは反対の第２の電荷を有する、請求項９に記載の積層パネル。

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