JP5670206B2 - セルロース含有層を有する多層複合材料とその製造方法及び用途 - Google Patents

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Description

本発明は、以下の成分:
(A)セルロース系材料の層、
(B)必要に応じて少なくとも一層の接着層(bonding layer)、及び
(C)その層厚全体を貫通する毛細管(capillaries)を有するポリウレタン層、
を含むことを特徴とする多層複合材料に関する。
本発明はまた、本発明の多層複合材料の製造方法とその用途に関する。
紙や厚紙、木材は、高価値用途に加え、新聞紙や紙箱、簡単な座椅子などの単純用途にも利用されている。高価値用途には、高価なパンフレットやカタログ類や高価な包装材、家具が含まれる。実際、このような物質の多くは当初魅力的な外観を有していても、短い使用期間後にはその外観が変化している。指紋や汗の染み、除去の難しい汚れや水分が、該当するセルロース系基材の外観を速やかに低下させる。
ラッカーの塗膜を形成することで、これらの欠点から免れるようにしようとする努力が何度もなされてきた。しかしながら、このようなラッカーの塗膜は、通常、そのセルロース系材料が光沢やテカリのある外観を持つことが期待される用途にのみ好適である。多くの場合、艶のない塗膜は不可能である。また、テカリのあるラッカー塗膜は、指紋などでの汚れに特に敏感である。
本発明の目的は、セルロース系基材を、肉眼的に魅力的な外観と心地よい触覚を持つように、また指紋や汗の染みや水分に抵抗を示すように加工することである。
本発明者等は、本目的が冒頭に述べた多層複合材料により達成されることを見出した。この材料は、成分として、(A)セルロース系材料の層と、(B)必要に応じて少なくとも一種の接着層と、(C)その層厚全体を貫通する毛細管を有するポリウレタン層とを有している。
セルロース系材料の層(A)(以降、短縮してセルロース系材料(A)ともいう)は、いろいろな種類のセルロース系材料を含んでいてもよい。含まれるセルロースがヘミセルロースやリグノセルロースであってもよい。
セルロース系材料(A)は、例えば厚紙や板紙または紙であってもよい。本出願の目的の紙は、非塗工紙であっても、または好ましくは塗工紙あるいは通常の加工紙であってもよい。特に、紙は、漂白紙を含んでもよい。紙は、一種以上の顔料を、例えばチョークやカオリンまたはTiOを含んでいてもよく、紙、厚紙または板紙は、無着色(淡褐色)であっても、着色されていてもよい。本出願の目的の紙や厚紙、板紙は、印刷されていても、印刷されていなくてもよい。
本発明の一実施形態においては、紙にはクラフト紙が含まれる。
本発明のもう一つの実施形態においては、紙にはポリアクリレート分散液で処理された紙が含まれる。
本発明のもう一つの実施形態においては、セルロース系材料(A)には木材またはチップボードが含まれる。木材は、例えばラッカー塗装されていてもされていなくてもよく、本発明の目的の木材は、殺菌性とされたものであってもよい。化粧板も、本発明の目的の木材にカウントされる。
本発明の一実施形態においては、セルロース系材料(A)は木材プラスチック複合物(WPC)を含んでいてもよい。
木材プラスチック複合物に含まれる天然繊維は、セルロース繊維またはリグノセルロース繊維であることが好ましい。繊維の例としては、亜麻やサイザル麻、麻、コイヤー、アバカ麻(いわゆるマニラ麻)の繊維があげられ、また稲や竹、麦わら、ピーナツ殻の繊維もあげられる。木材繊維が、セルロース繊維の好ましい例である。木材繊維は、無処理木材の繊維であっても、再生木材の繊維であってもよい。木材繊維は、ツガやモミ、マツ、カラマツなどの軟木やブナやオークなどの硬木などの異なる木材種の繊維をさらに含んでいてもよい。かんな屑やチップ、オガクズなどの屑木材もまた好適である。この木材繊維の組成は、セルロースやヘミセルロース、リグニンなどの構成成分において変わりうる。
木材プラスチック複合物中のプラスチックは、特に熱可塑性樹脂を含み、これは、新品の熱可塑性ポリマーであっても、使用後の回収物であってもよい。木材プラスチック複合物用のプラスチックは、好ましくはポリオレフィン類から選ばれ、より好ましくはポリエチレン、特にHDPEや、ポリプロピレン、特にアイソタクチックポリプロピレン、ポリ塩化ビニル(PVC)から選ばれ、特に非可塑化PVCや、ポリ酢酸ビニルおよびそのポリエチレンやポリプロピレンとの混合物から選ばれる。
木材プラスチック複合物は、例えば押出成型により加工できる。
セルロース系材料の層(A)の層厚は、セルロース系材料(A)が何かにより大きな範囲で変動しうる。紙の層の層厚は、例えば50〜150μmの範囲で、特に80〜120μmの範囲で変動しうる。厚紙や板紙は、複数の紙の層を含んでいてもよく、0.1mm〜5cmの範囲、好ましくは1mm〜1cmの範囲の層厚を持つことができる。
木材とチップボードと木材プラスチック複合物の層厚は、0.5mm〜10cmであってよく、化粧板(veneer)の場合は、この範囲は実際の木材層にあてはまる。
本発明の多層複合材料はさらに、少なくとも一種のその層厚全体を貫通する毛細管を有するポリウレタン層(C)を有する。以降、この「その層厚全体を貫通する毛細管を有するポリウレタン層(C)」を短縮してポリウレタン層(C)と称す。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン層(C)は、15〜300μmの範囲の平均層厚をもち、好ましくは20〜150μmの範囲、より好ましくは25〜80μmの範囲の平均層厚をもつ。
本発明のある好ましい実施形態においては、ポリウレタン層(C)は、ポリウレタン層(C)の層厚全体を貫通する毛細管を有している。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン層(C)は、100cm当たり、平均して少なくとも100個の、好ましくは少なくとも250個の毛細管を有している。
本発明の一実施形態においては、これらの毛細管の平均直径は、0.005〜0.05mmの範囲、好ましくは0.009〜0.03mmの範囲である。
本発明の一実施形態においては、これらの毛細管がポリウレタン層(C)中で均一に分布している。しかしながら、本発明のある好ましい実施形態においては、これらの毛細管がポリウレタン層(C)中で不均一に分布している。
本発明の一実施形態においては、これらの毛細管が実質的に弓状となっている。本発明のもう一つの実施形態においては、これらの毛細管が実質的に直線状である。
これらの毛細管は、孔を開ける必要なくして、ポリウレタン層(C)に透気性と透湿性を与える。本発明の一実施形態においては、ポリウレタン層(C)の、ドイツ工業規格DIN53333に準じて測定した透湿性は、1.5mg/cm・hを超える。これにより、汗などの水分がポリウレタン層(C)中を移動することが可能となる。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン層(C)及び毛細管は、ポリウレタン層(C)の層厚全体を貫通しない空孔を有する。
一実施形態においては、ポリウレタン層(C)が模様(パターニング(patterning))を示す。この模様は自由に選択可能であり、例えば皮革または木材表面の模様を再現するものであってもよい。本発明の一実施形態においては、この模様がヌバック皮革を再現するものであってもよい。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン層(C)がベルベット様の外観を持つ。
本発明の一実施形態においては、この模様が、例えば20〜500μmの範囲の、好ましくは30〜200μmの範囲、より好ましくは60〜100μmの範囲の平均長の短毛をもつベルベット表面に相当していてもよい。この短毛は、例えば円形断面を有していてもよい。本発明のある特定の実施形態においては、この短毛が円錐状の形状をしている。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン層(C)の短毛の平均的な相互間隔は50〜350μmであり、好ましくは100〜250μmである。
ポリウレタン層(C)が短毛を有する場合、上記の平均厚の記載は、短毛のないポリウレタン層(C)に適用される。
このポリウレタン層(C)は、好ましくはセルロース系材料(A)に、少なくとも一層の接着層(B)を経由して貼り付けられる。
接着層(B)は、好ましくは硬化有機接着剤の断続層、即ち不連続層を有していてもよい。
本発明の一実施形態においては、接着層(B)は、点状に貼り付けられた層であっても、短冊状に貼り付けられた層であっても、ダイヤモンド形や長方形、正方形、蜂の巣形などの格子状に貼り付けられた層であってもよい。そのような場合、ポリウレタン層(C)は、接着層(B)の隙間よりセルロース系材料(A)と接触することとなる。
本発明のもう一つの実施形態においては、接着層(B)が連続的な層を有している。
本発明の一実施形態においては、接着層(B)は、例えばポリビニルアセテート系、ポリアクリレート系または特にポリウレタン系の硬化有機接着剤層を、好ましくはガラス転移温度が0℃未満のポリウレタン系の硬化有機接着剤層を有している。
この有機接着剤は、例えば熱的に、化学線照射あるいは養生により硬化させたものであってもよい。
本発明のもう一つの実施形態においては、接着層(B)が、接着剤ガーゼを有している。
本発明の一実施形態においては、この接着層(B)の最大厚は、100μmであり、好ましくは50μm、より好ましくは30μm、最も好ましくは15μmである。
本発明の一実施形態においては、接着層(B)がマイクロバルーンを含んでいる。このマイクロバルーンは、平均粒径が5〜20μmの範囲にある球状粒子であり、高分子材料から、特にポリ塩化ビニルまたはポリ塩化ビニリデンなどのハロゲン化ポリマーまたは塩化ビニルと塩化ビニリデンのコポリマーなどからなる。マイクロバルーンの中は空でもよいが、沸点が室温より少し低い物質で、例えばn−ブタンで、特にイソブタンで充たされていることが好ましい。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン層(C)は、同一組成あるは異なる組成の少なくとも2層の接着層(B)で、セルロース系材料(A)に張り合わされていてもよい。一つの接着層(B)が顔料を含み、他の接着層(B)が顔料を含んでいなくてもよい。
ある変形例では、一つの接着層(B)がマイクロバルーンを含み、他の接着層(B)がマイクロバルーンを含んでいなくてもよい。
本発明の一実施形態においては、本発明の多層複合材料がこれら以外の層を持たない。 本発明のもう一つの実施形態においては、本発明の多層複合材料が、セルロース系材料(A)と接着層(B)の間に、接着層(B)とポリウレタン層(C)の間に、または同一または異なる二層の接着層(B)の間に、少なくとも一層の中間層(D)を有していてもよい。中間層(D)は、織物や紙、バット状材料、ポリプロピレンやポリウレタンなどの合成材料バット状材料(不織布)、特に熱可塑性ポリウレタンの不織布からから選ばれる。
本発明の多層複合材料が少なくとも一層の中間層(D)を有する実施形態においては、ポリウレタン層(C)が、セルロース系材料(A)ではなく、中間層(D)と直接接触することが好ましい。
本発明の一実施形態においては、中間層(D)の平均径(層厚)が、0.05mm〜5cmの範囲であり、好ましくは0.1mm〜0.5cmの範囲、より好ましくは0.2mm〜2mmの範囲である。
中間層(D)の、ドイツ工業規格DIN53333に準じて測定した透湿性が、1.5mg/cm・hを超える範囲となることが好ましい。
本発明の多層複合材料は高い機械的強度と堅牢性を有している。これらはまた、高い透湿性を有している。こぼれた液体の液滴は、例えばクロスで容易に除くことができる。本発明の多層複合材料はまた、魅力のある外観と非常に心地よい柔らかな手触りを有する。
本発明の多層複合材料は、例えば車の内装材料に、例えば天井のライナーやダッシュボード、内装品、センターコンソールなどに有利に使用される。また、本発明の多層複合材料を、包装材に、例えば装飾包装や装飾材料に使用することが有利である。
本発明の一実施形態においては、本発明の多層複合材料は、パンフレットや内容見本、カタログなどの高価な印刷物に、特に年報や本など、例えばブックカバーなどに使用することが有利である。
本発明の多層複合材料を、建物の内装に、例えば家具の被覆に使用することもまた有利である。
本発明はまた、本発明の多層複合材料の製造方法(以降、本発明の製造方法と称する)を提供する。本発明の製造工程の一つの実施形態は、鋳型を用いてポリウレタン層(C)を形成し、少なくとも一種の有機接着剤を均一にまたは部分的にセルロース系材料(A)の上及び/又はポリウレタン層(C)の上に塗布し、次いでポリウレタン層(C)を、点状、短冊状または面状にセルロース系材料(A)に貼り付ける(接着させる)ことにより進行する。
本発明の一実施形態においては、本発明の多層複合材料は、まずポリウレタンフィルム(C)を供給し、少なくともセルロース系材料(A)または上記ポリウレタンフィルム(C)または両方の面上に、有機接着剤を部分的に、例えば模様がある形で塗布し、次いで、二つの面を相互に接触させる塗布工程により生産される。その後、このように得られる系を、相互にプレスあるいは熱処理しても、あるいは熱処理しながらプレスしてもよい。
このポリウレタンフィルム(C)は、本発明の多層複合材料のポリウレタン層(C)を形成する。ポリウレタンフィルム(C)は、次のように生産できる。
ポリウレタン水分散液を、事前に加熱した鋳型に塗布し、水を蒸発させ、その後、得られたポリウレタンフィルム(C)をセルロース系材料(A)に転写する。
ポリウレタン水分散液は、従来法により、特に噴霧により、例えばスプレーガンによる噴霧により鋳型に塗布される。
この鋳型は、例えばレーザー彫刻で形成された模様、あるいはネガ鋳型(negative mold)で形成された模様(構造ともいう)を有している。
本発明の一つの実施形態は、支持体上にエラストマー層を、あるいはエラストマー層を有する複合層を有し、そのエラストマー層がバインダーと、必要に応じて他の添加物や副原料を含む鋳型を供給することを含む。鋳型の供給は、以下の工程:
1)必要に応じて添加物及び/又は副原料を含む液体バインダーを、模様がある表面上に、例えばもう一つの鋳型または元の模様の上に塗布する工程、
2)例えば熱硬化や放射線硬化、養生によりこのバインダーを硬化させる工程、
3)このようにして得られる鋳型を分離し、必要に応じて、それを例えば金属板または金属製シリンダ等の支持体に支持体に付ける工程、
を含むことができる。
本発明の一つの実施形態は、液体シリコーンを模様上に塗布し、このシリコーンを養生させて硬化させた後、剥ぎ取ることで進行する。このシリコーンフィルムを次いでアルミニウム支持体に貼り付ける。
本発明の一つの好ましい実施形態は、支持体上にレーザー彫刻性の層を持つ、あるいはレーザー彫刻性の層を含む複合層をもつ鋳型であって、このレーザー彫刻性層がバインダーと、必要に応じて、他の添加物や副原料をふくむものを与える。このレーザー彫刻性層は、好ましくはまたエラストマー性である。
ある好ましい実施形態においては、鋳型の供給は、以下の工程:
1)バインダーと好ましくは添加物と副原料とを含んでいるレーザー彫刻性の層、またはレーザー彫刻性の層を有する複合層を支持体上に供給する工程、
2)レーザー彫刻性層を熱化学的あるいは光化学的に、または化学線により強化する工程、
3)レーザーを用いて、表面構造化塗膜の表面構造に相当する表面構造を、レーザー彫刻性層(laser-engravable layer)中に彫刻する工程、
を含む。
好ましくはエラストマー性のレーザー彫刻性層またはその複合層は、支持体上にあってもよく、好ましくは支持体上に存在する。好適な支持体の例としては、織物や、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドまたはポリカーボネートの自己支持性フィルム/シートがあげられ、好ましくは、PETまたはPENの自己支持性フィルム/シートである。
同様に有用な支持体としては、紙や、セルロースなどの編物があげられる。支持体として、上記の材料の円錐状または円柱状のスリーブを用いてもよい。またスリーブとして好適なのは、ガラス繊維の織物、またはガラス繊維と高分子材料からなる複合材料である。好適な支持体材料としては、さらにアルミニウム、スチール、磁化性ばね鋼、または他の鉄合金の、固体または織物状、シート状または円柱状の支持体などの金属性支持体があげられる。
本発明の一実施形態においては、レーザー彫刻性層への接着を改善するために、この支持体上に接着促進層を塗布してもよい。本発明のもう一つの実施形態は、接着促進層を必要としない。
このレーザー彫刻性層は、少なくとも一種のバインダーを含み、これが熱化学的な強化過程で反応してポリマーを与えるプレポリマーであってもよい。好適なバインダーは、レーザー彫刻性の層またはその鋳型に望ましい特性、例えば硬度、弾性または柔軟性に応じて選択することができる。好適なバインダーは、実質的に三種の群に分けられるが、バインダーがそれに限定されるわけではない。
第一の群は、エチレン性不飽和基を有するバインダーを含む。エチレン性不飽和基は、光化学的に熱化学的に、電子線により、あるいはこれらのいずれか所望の組合せにより架橋可能である。また、フィラーによる機械的な強化も可能である。このようなバインダーは、例えば、イソプレンまたは1,3−ブタジエンなどの1,3−ジエン系モノマーの重合体である。このエチレン性不飽和基は、ポリマーの鎖構成単位として働いても(1,4付加)、あるいはポリマー鎖に側基として結合(1,2付加)してもよい。これらの例としては、天然ゴム、ポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレンブタジエンゴム、ニトリルブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)コポリマー、ブチルゴム、スチレンイソプレンゴム、ポリクロロプレン、ポリノルボルネンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン系モノマー(EPDM)ゴムまたはエチレン性不飽和基を有するポリウレタンエラストマーがあげられる。
他の例として、アルケニル芳香族化合物と1,3−ジエンの熱可塑性エラストマーのブロックコポリマーがあげられる。これらのブロックコポリマーは、線状ブロックコポリマーを有していても、ラジカルブロックコポリマーを有していてもよい。通常、これらはA−B−A型の三ブロックコポリマーであるが、A−B型の二ブロックポリマー、またはA−B−A−B−A型などの複数の交互エラストマー性熱可塑性ブロックを持つものを有していてもよい。2つ以上の異なるブロックコポリマーの混合物を用いることもできる。市販の三ブロックコポリマーは、しばしば一定の比率の二ブロックコポリマーを含んでいる。ジエン単位は、1,2結合でも、1,4結合でもよい。スチレン−ブタジエン型の、またスチレン−イソプレン型のブロックコポリマーも使用できる。これらは、例えばクラトン(登録商標)という名称で市販されている。スチレンからなる末端ブロックとランダムなスチレン−ブタジエンの中間ブロックとからなる熱可塑性エラストマー性ブロックコポリマーを使用することも可能であり、これはスチロフレックス(登録商標)という名前で市販されている。
エチレン性の不飽和基を有するバインダーの他の例としては、グラフト反応によりポリマー分子中に架橋性基が導入された変性バインダーがあげられる。
第二の群には、官能基を有するバインダーが含まれる。これらの官能基は、熱化学的に、電子線により、光化学的に、あるいはこれらのいずれか所望の組合せにより架橋可能である。また、フィラーにより機械的な強化も可能である。好適な官能基の例としては、−Si(HR)O−、−Si(R)O−、−OH、−NH、−NHR、−COOH、−COOR、−CONH、−O−C(O)NHR、−SOHまたは−CO−があげられる。バインダーの例としては、シリコーンエラストマー、アクリレートゴム、エチレン−アクリレートゴム、エチレン−アクリル酸ゴムまたはエチレン−ビニルアセテートゴム、およびこれらの部分加水分解誘導体類、熱可塑性エラストマーのポリウレタン、スルホン化ポリエチレンまたは熱可塑性エラストマーのポリエステルがあげられる。上式において、Rとまた存在するならRは、相互に異なるか、好ましくは同一であり、それぞれ、有機基から、特にC−C−アルキル基から選ばれる。
本発明の一つの実施形態では、エチレン性不飽和基と官能基の両方をもつバインダーを用いる。例としては、官能基とエチレン性不飽和基を有する付加架橋型シリコーンエラストマー、ブタジエンと(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸またはアクリロニトリルとのコポリマー、ブタジエンまたはイソプレンと、官能基を有するスチレン誘導体類とのコポリマーまたはブロックコポリマー、例えばブタジエンと4−ヒドロキシスチレンのブロックコポリマーがあげられる。
バインダーの第三の群は、エチレン性不飽和基も官能基も持たないものである。例えば、ポリオレフィンまたはエチレン−プロピレンエラストマーまたは、例えばSEBSゴムなどのジエン単位の水素化で得られる生成物があげられる。
最も感度よくレーザー彫刻をするためには、エチレン性不飽和または官能基を持たないバインダーを含むポリマー層は、通常、機械的に、高エネルギー放射線により、あるいはこれらの組み合わせにより強化する必要がある。
二種以上のバインダーの混合物を使用することもでき、その場合、その混合物中の二種以上のバインダーは、上記の群のひとつから来るものであっても、二つあるいはすべて三つの群から来るものであってもよい。ポリマー層のレーザー彫刻加工への適性と逆成型加工に悪影響がでない限り、可能な組合せに制限は少ない。例えば、少なくとも一種の官能基非含有エラストマーのバインダーと、少なくとも一種の他の官能基とエチレン性不飽和基とを有するバインダーとの混合物を使用することが有利である。
本発明の一実施形態においては、このエラストマー層中または特定のレーザー彫刻性層中の一種以上のバインダーの比率は、特定のエラストマー層または特定のレーザー彫刻性層の全構成成分の総量に対して30質量%〜99質量%の範囲であり、好ましくは40〜95質量%の範囲、最も好ましくは50〜90質量%の範囲である。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン層(C)は、シリコーン鋳型を用いて形成される。このシリコン鋳型は、分子内に少なくとも一つの、好ましくは少なくとも3つのO−Si(R)−O−基を有する少なくとも一種のバインダーを用いて得られた鋳型である。
必要に応じて、このエラストマー層またはレーザー彫刻性層は、反応性の低分子量またはオリゴマー性化合物を含んでいてもよい。オリゴマー性の化合物の分子量は、通常20000g/mol以下である。反応性の低分子量又はオリゴマー性化合物を以降、単にモノマーと称す。
光化学的または熱化学的な架橋の速度、あるいは望ましくは高エネルギー放射線による架橋の速度を上げるために、モノマーを添加してもよい。第一の群及び第二の群から選ばれるバインダーを使用する場合、加速のためのモノマーの添加が通常、全く必須というわけではない。第三群からのバインダーの場合、モノマーの添加は、いずれの場合も、通常好ましいのであって、全く必須というのではない。
架橋速度の問題とは別に、モノマーを架橋密度の制御のために用いることもできる。加える低分子量化合物の種類と量にもよっては、広い架橋あるいは狭い架橋が得られる。既知のエチレン性不飽和モノマーを、まず第一に用いてもよい。これらのモノマーは、実質的にバインダーに適性を示し、少なくとも一種の光化学的あるいは熱化学的に反応性の基を有している必要がある。これらは揮発性であってはならない。好適なモノマーの沸点は、低くとも150℃であることが好ましい。特に好ましいのは、アクリル酸またはメタクリル酸の一官能性または多官能性のアルコール、アミン、アミノアルコールまたはヒドロキシエーテルやヒドロキシエステルを有するアミド類、スチレンまたは置換スチレン類、フマル酸またはマレイン酸のエステル類、またはアリル化合物類である。例としては、n−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アルリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ジオクチルフマレート、N−ドデシルマレイミド、イソシアヌル酸トリアリルがあげられる。
熱化学的な強化に好適なモノマーとしては、特に、環状シロキサンなどの反応性低分子量シリコーン類、Si−H−官能性シロキサン類、アルコキシ基またはエステル基を有するシロキサン類、含硫シロキサン類やシラン類、1,4−ブタンジオールや、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール等のジアルコール類、1,6−ヘキサンジアミンや1,8−オクタンジアミンなどのジアミン類、エタノールアミンやジエタノールアミンやブチルエタノールアミンなどのアミノアルコール類、1,6−ヘキサン二酸やテレフタル酸、マレイン酸またはフマル酸などのジカルボン酸類があげられる。
エチレン性不飽和基と官能基とを両方持つモノマーを使用することもできる。例えば、エチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールモノ(メタ)アクリレートまたは1,6−ヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレートなどのω−ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート類があげられる。
エラストマー層の性質が悪影響を受けないなら、もちろん異なるモノマーの混合物を使用することもできる。一般に、モノマーの添加量は、エラストマー層または特定のレーザー彫刻性層の全構成成分の量に対して0〜40質量%の範囲であり、好ましくは1〜20質量%の範囲である。
一実施形態においては、一種以上のモノマーを一種以上の触媒と共に用いてもよい。したがって、鋳型を得るための工程2)を加速するために、一種以上の酸の添加により、あるいは有機スズ化合物によりシリコーン鋳型を加速することができる。
好適な有機スズ化合物としては、ジ−N−ブチルスズジラウレートや、ジ−N−ブチルスズジオクタノエート、ジ−N−ブチルスズジ−2−エチルヘキサノエート、ジ−N−オクチルスズジ−2−エチルヘキサノエート、ジ−N−ブチルビス−(1−オキソネオデシルオキシ)スタナンがあげられる。
このエラストマー層あるいはレーザー彫刻性層は、さらに、IR吸収剤、染料、分散剤、帯電防止剤、可塑剤または研磨剤粒子などの添加物や副原料を含んでいてもよい。このような添加物や副原料の量は、一般的には、エラストマー層または特定のレーザー彫刻性層の全成分の量に対して30質量%を超えてはならない。
このエラストマー層またはレーザー彫刻性層は、複数の個別の層からなっていてもよい。これら個別の層は、同一材料の組成物であっても、実質的に同一材料の組成物であっても、異なる材料の組成物であってもよい。レーザー彫刻性層または個別の層のすべての層厚は、通常0.1〜10mmの範囲であり、好ましくは0.5〜3mmの範囲である。この層厚は、用途にあるいは機械に関連する、レーザー彫刻運転および負の成型運転の加工上の変数に応じて適当に選択することができる。
エラストマー層またはレーザー彫刻性層は、必要に応じて、さらに300μm以下の層厚を持つ最上層を有していてもよい。このような最上層の組成は、最適の彫刻性と機械的な安定性を基に選択可能であるが、下層の組成は、最適の硬度や弾性により選択される。
本発明の一実施形態においては、この最上層自体が、レーザー彫刻運転中に、下層とともにレーザー彫刻可能であるか除去可能である。この最上層は少なくとも一種のバインダーを含んでいる。さらに、レーザー照射吸収剤や、モノマーまたは助剤を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態においては、シリコーン鋳型は、レーザー彫刻により構造化されたシリコーン鋳型を含む。
本発明の方法では、熱可塑性エラストマーのバインダーまたはシリコーンエラストマーを使用することが極めて有利である。熱可塑性エラストマーのバインダーが用いられる場合には、例えばフレキソ印刷用品向けにEP−A0084851に開示されているように、生産は、好ましくは支持体フィルム/シートとカバーフィルム/シートまたはカバー部材との間に押出し、次いでカレンダ加工することで行なわれる。比較的厚い層でも、このようにして一回の運転で製造できる。多層の部材は、共押出しで生産できる。
レーザー彫刻で鋳型に構造をもたらすには、レーザー彫刻運転に先立って、加熱により(熱化学的に)、紫外光照射により(光化学的に)、または高エネルギー放射線照射により(化学線により)またはこれらのいずれか所望の組合せによりレーザー彫刻性層を強化することが好ましい。
その後、このレーザー彫刻性層または複合層が、上述のように、例えば接着テープ、減圧、締め付け装置または磁力により、例えばプラスチック、ガラス繊維強化プラスチック、金属または発泡体からなる円柱状の(一時的な)支持体上に貼り付けられて、彫刻される。また、平面状の層または複合層も、上述のように彫刻できる。レーザー彫刻運転中の彫刻滓を除くために、必要に応じて、このレーザー彫刻性の層を、洗浄剤と回転式円筒状洗浄装置または連続洗浄装置とを用いて洗浄する。
この鋳型は、負の鋳型または正の鋳型として製造できる。
第一の実施例では、鋳型が負の構造を有し、そのためセルロース系材料(A)に接着可能な塗膜が、鋳型の表面に液体プラスチック材料を塗布し次いでそのポリウレタンを固化させることにより直接得られる。
第二の変形例では、鋳型が正の構造を有し、そのためまずレーザーで構造化された正の鋳型から負の鋳型が生産される。次いで、負の鋳型の表面に液体プラスチック材料を塗布し、次いでそのプラスチック材料を固化させることでシート状の支持体に接着可能な塗膜が得られる。
10〜500μmの範囲の大きさの構造要素が、この鋳型に刻印されていることが好ましい。これらの構造要素は、凹凸の形であってよい。これらの構造要素は、単純な幾何形状であることが好ましく、その例としては、円や楕円、角形、ひし形、三角形、星形があげられる。これらの構造要素は、規則的なまたは不規則なスクリーンを形成してもよい。例としては、従来のドットスクリーンや、周波数変調(FM)スクリーンなどの確率的スクリーンがあげられる。
本発明の一実施形態においては、この鋳型はレーザーを用いて構造化され、鋳型内に平均深度が50〜250μmの範囲であり中心−中心間距離が50〜250μmの範囲である凹みが形成される。
例えば、鋳型表面に直径が10〜500μmの範囲である凹みが形成されるように、この鋳型は刻印される。鋳型表面での直径は、好ましくは20〜250μmの範囲であり、より好ましく30〜150μmの範囲である。凹みの間隔は、例えば10〜500μmの範囲であり、好ましくは20〜200μmの範囲、より好ましくは最大で80μmである。
本発明の一実施形態においては、この鋳型は、好ましくは表面微細構造と表面粗大構造とを有している。粗大構造と微細構造はともにレーザー彫刻で形成できる。この微細構造は、例えば粗さ強度が1〜30μmの範囲で、粗さ頻度が0.5〜30μmの範囲にあるマイクロラフネス(微小粗度)であってもよい。マイクロラフネスの大きさは、好ましくは1〜20μmの範囲であり、より好ましくは2〜15μmの範囲、より好ましくは3〜10μmの範囲である。
レーザー彫刻には、特にIRレーザーが好適である。しかしながら、もしレーザーが十分な強度をもつなら、短波長のレーザーを使うこともできる。例えば、二倍周波数(532nm)または三倍周波数(355nm)のNd−YAGレーザーが使用可能であり、あるいはエキシマレーザー(例えば248nm)が使用可能である。レーザー彫刻運転に、例えば波長が10640nmのCOレーザーを用いてもよい。波長が600〜2000nmのレーザーを使用することが特に好ましい。例えば、Nd−YAGレーザー(1064nm)、IRダイオードレーザーまたは固体レーザーが使用可能である。Nd/YAGレーザーが特に好ましい。刻印される画像情報は、レイアウトコンピューターシステムからレーザー装置に直接転送される。これらのレーザーは連続運転可能であり、またパルスモードでも運転可能である。
得られた鋳型は、通常、生産後のそのままの形で直接使用される。必要なら得られた鋳型をさらに洗浄してもよい。このような洗浄工程により、緩んではいるがまだ完全に分離されていない層構成成分が表面から除去される。一般に、水、水/界面活性剤、アルコールまたは好ましくは低膨潤性の不活性有機洗浄剤で処理するだけで十分であろう。
他の工程において、ポリウレタンの水性製剤が鋳型に塗布される。この塗布は好ましくは噴霧により行われる。ポリウレタンの製剤を塗布する時には、鋳型を例えば少なくとも80℃の温度に、好ましくは少なくとも90℃の温度に加熱しておくべきである。ポリウレタン水性製剤中の水は気化して、固化中のポリウレタン層中に毛細管を形成する。
ポリウレタン分散液の「水性」とは、ポリウレタン分散液が、分散液中に5質量%未満の量で、好ましくは有機溶媒の1質量%未満の量で水を含んでいることを意味することとする。検出可能な揮発性有機溶媒が存在しないことが特に好ましい。なお、揮発性有機溶媒とは、標準的な圧力下で沸点が200℃以下の有機溶媒をいう。
このポリウレタン水分散液の固形物含量は、5〜60質量%の範囲であり、好ましくは10〜50質量%の範囲、より好ましくは25〜45質量%の範囲である。
ポリウレタン(PU)は、公知で市販されており、通常、比較的高分子量の、例えばポリカーボネート、ポリエステルまたはポリエーテルセグメントなどのポリヒドロキシ化合物からなる軟らかい相と、低分子量延長剤とジ−またはポリイソシアネートから形成される固いウレタン相とからなっている。
ポリウレタン(PU)の製造方法は、よく一般的に知られている。一般に、ポリウレタン(PU)は、
(a)イソシアネート、好ましくはジイソシアネートを、
(b)通常分子量(Mw)が500〜10000g/molの範囲、好ましくは500〜5000g/molの範囲、より好ましくは800〜3000g/molの範囲にあるイソシアネート反応性化合物と、
(c)分子量が50〜499g/molの範囲にある鎖延長剤と、
必要に応じて、
(d)触媒
(e)及び/又は通常の添加物材料の存在下で
反応させて製造される。
以下に、好ましいポリウレタン(PU)を製造するための出発成分と製造方法を例示する。ポリウレタン(PU)の製造に通常用いられる成分(a)と(b)と(c)と、必要に応じて用いられる成分(d)及び/又は(e)を例示する。
イソシアネート(a)としては、通常知られている脂肪族や環状脂肪族、芳香族脂肪族及び/又は芳香族イソシアネートがあげられ、その例としては、トリ−、テトラ−、ペンタ−、ヘキサ−、ヘプタ−及び/又はオクタメチレンジイソシアネート、2−メチルペンタメチレン−1,5−ジイソシアネート、2−エチルブチレン−1,4−ジイソシアネート、ペンタメチレン−1,5−ジイソシアネート、ブチレン−1,4−ジイソシアネート、1−イソシアナト−3,3,5−トリメチル−5−イソシアナトメチルシクロヘキサン(イソホロンジイソシアネート、IPDI)、1,4−及び/又は1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(HXDI)、1,4−シクロヘキサンジイソシアネート、1−メチル−2,4−及び/又は−2,6−シクロヘキサンジイソシアネート及び/又は4,4’−、2,4’−及び2,2’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、2,2’−、2,4’−及び/又は4,4’ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5−ナフチレンジイソシアネート(NDI)、2,4−及び/又は2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’−ジメチルビフェニルジイソシアネート、1,2−ジフェニルエタンジイソシアネート及び/又はフェニレンジイソシアネートがあげられる。4,4’−MDIの使用が好ましい。また、脂肪族のジイソシアネートも好ましく、特にヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)が好ましく、特に芳香族ジイソシアネート、例えば2,2’−、2,4’−及び/又は4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)や上記の異性体の混合物が好ましい。
イソシアネート反応性化合物(b)としては、よく知られているイソシアネート反応性化合物が使用され、その例としては、分子量(Mw)が500〜8000g/molの範囲、好ましくは600〜6000g/molの範囲、特に800〜3000g/molの範囲で、好ましくはイソシアネートに対する平均官能価が1.8〜2.3であり、好ましくは1.9〜2.2、特に2であるポリエステルオール類、ポリエーテルオール類及び/又はポリカーボネートジオール類(これらは、通常「ポリオール類」に含まれる)があげられる。ポリエーテルポリオールの使用か好ましく、その例としては、よく知られる出発物質と従来から使用されているアルキレンオキシド、例えばエチレンオキシド、1,2−プロピレンオキシド及び/又は1,2−ブチレンオキシドからなるもの、好ましくはポリオキシテトラメチレン(ポリ−THF)、1,2−プロピレンオキシド、エチレンオキシド系のポリエーテルオール類があげられる。ポリエーテルオールはポリエステルオールより耐加水分解性が高いという利点を有し、好ましくは成分(b)として、特に軟質ポリウレタン(PU1)の製造に用いられる。
ポリカーボネートジオールとしては、特に脂肪族のポリカーボネートジオール類があげられ、その例としては、1,4−ブタンジオールポリカーボネートや1,6−ヘキサンジオールポリカーボネートがあげられる。
ポリエステルジオールとしては、少なくとも一種の第一級ジオールの重縮合物が、好ましくは少なくとも一種の第一級脂肪族ジオール、例えばエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコールまたはより好ましくは1,4−ジヒドロキシメチルシクロヘキサン(異性体混合物)または上記のジオールの少なくとも二種の混合物と、少なくとも一種の、好ましくは少なくとも二種のジカルボン酸またはその無水物との重縮合物があげられる。好ましいジカルボン酸としては、アジピン酸やグルタル酸、コハク酸などの脂肪族のジカルボン酸や、フタル酸や特にイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸があげられる。
ポリエーテルオールは、好ましくは高活性触媒の存在下で、アルキレンオキシドを、特にエチレンオキシド、プロピレンオキシド、あるいはこれらの混合物を、例えば、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,2−ブチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−プロパンジオールなどのジオール、又はグリセロールなどのトリオールに添加して製造される。このような高活性触媒としては、例えば、水酸化セシウム物や二金属シアン化物触媒(DMC触媒とも呼ばれる)があげられる。ヘキサシアノコバルト酸亜鉛がよく用いられるDMC触媒である。反応後にこのDMC触媒をポリエーテルオール中に残存させてもよいが、好ましくは例えば沈降または濾過により除去する。
単一のポリオールに代えて、いろいろなポリオールの混合物を用いることもできる。
分散性を向上させるために、イソシアネート反応性化合物(b)は、カルボン酸基またはスルホン酸基を有する1種以上のジオールまたはジアミン(b’)を、特にアルカリ1,1−ジメチロールブタン酸、1,1−ジメチロールプロピオン酸または次式
Figure 0005670206
の金属塩またはアンモニウム塩を、ある程度含んでいてもよい。
有用な鎖延長剤(c)としては、広く知られている脂肪族、芳香脂肪族、芳香族及び/又は環状脂肪族化合物で、分子量が50〜499g/molの範囲で少なくとも2個の官能基を持つものがあげられ、好ましくは分子内に正確に2個の官能基を有する化合物であり、その例としては、ジアミン類及び/又はアルキレン基中に2〜10個の炭素原子を有するアルカンジオール類があげられ、特に1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール及び/又は分子中に3〜8個の炭素原子を有するジ−、トリ−、テトラ−、ペンタ−、ヘキサ−、ヘプタ−、オクタ−、ノナ−及び/又はデカアルキレングリコール類、好ましくは相当するオリゴ−及び/又はポリプロピレングリコール類があげられ、鎖延長剤(c)の混合物もまた使用可能である。
成分(a)〜(c)が、二官能性化合物、即ちジイソシアネート(a)、二官能性ポリオール、好ましくはポリエーテルオール(b)と、二官能性鎖延長剤、好ましくはジオールとを含むことが特に好ましい。
特に、ジイソシアネート(a)のNCO基と構成単位成分(b)と(c)のヒドロキシル基の間の反応を促進するのに有用な触媒(d)は、従来の第三級アミン類、例えばトリエチルアミンや、ジメチルシクロヘキシルアミン、N−メチルモルホリン、N,N’−ジメチルピペラジン、2−(ジメチルアミノエトキシ)エタノール、ジアザビシクロ−(2,2,2)オクタン(DABCO)および類似の第三級アミン類や、特に有機金属化合物類、例えばチタン酸エステル類、鉄(III)アセチルアセトネートなどの鉄化合物類、スズジアセテートやスズジオクトエート、スズジラウレートなどのスズ化合物、またはジブチルスズジアセテートやジブチルスズジラウレートなどの脂肪族のカルボン酸のスズジアルキル塩などである。これらの触媒は、通常、成分(b)100重量部に対して0.0001〜0.1重量部の量で使用される。
触媒(d)に加えて、助剤及び/又は添加物(e)を成分(a)〜(c)に添加することもできる。例としては、発泡剤や、粘着防止剤、表面活性物質、フィラー、例えばナノ粒子系のフィラー(特に、CaCO系フィラー)、核剤、滑剤、染料や顔料、酸化防止剤(例えば、加水分解、光、熱または変色の防止剤)、無機及び/又は有機フィラー、強化剤、可塑剤、金属不活性化剤があげられる。ある好ましい実施形態においては、成分(e)が、高分子状あるいは低分子状カルボジイミドなどの加水分解安定剤をも含んでいる。軟質ポリウレタンは、好ましくはトリアゾール及び/又はトリアゾール誘導体と酸化防止剤とを、該当する軟質ポリウレタンの全重量に対して0.1〜5質量%の量で含んでいる。有用な酸化防止剤は、一般に保護すべきプラスチック材料中で起こりうる望まざる酸化反応を抑制または防止する物質である。一般に、酸化防止剤は市販されている。酸化防止剤の例としては、立体障害性フェノールや、芳香族アミン、チオ相乗剤、三価リン系有機リン化合物、立体障害性アミン光安定剤があげられる。立体障害性フェノールの例は、Plastics Additive Handbook, 5th edition, H. Zweifel, ed., Hanser Publishers, Munich, 2001([1]), pages 98−107 and page 116−121 に記載されている。芳香族アミンの例が、[1]の107−108ページに記載されている。チオ相乗剤の例が、[1]の104−105頁と112−113頁に記載されている。ホスフィットの例が、[1]の109−112頁に記載されている。ヒンダードアミン光安定剤の例が、[1]の123−136頁に記載されている。フェノール性酸化防止剤は、酸化防止剤混合物中で使用することが好ましい。ある好ましい実施形態においては、酸化防止剤が、特にフェノール性酸化防止剤が、350g/molを超える、より好ましくは700g/molを超えるモル質量を有し、10000g/mol以下、好ましくは3000g/mol以下の最大モル質量(Mw)を有している。これらは、より好ましくは180℃以下の融点を有している。非晶質または液状の酸化防止剤を使用することがさらに好ましい。二種以上の酸化防止剤の混合物を、同様に成分(e)として用いることもできる。
上述の成分(a)と(b)と(c)、また適当なら(d)と(e)に加えて、通常分子量が31〜3000g/molである鎖長調整剤(鎖伸長停止剤)を用いることもできる。このような鎖長調整剤は、一個のみのイソシアネート反応性官能基を有する化合物であり、その例としては、単官能性アルコール類、単官能性アミン類及び/又は単官能性ポリオール類があげられる。このような鎖長調整剤により、特に軟質ポリウレタンの場合に、流動挙動を特定の値に調整することができる。鎖長調整剤は、一般的には成分(b)の100重量部に対して0〜5重量部の量で、好ましくは0.1〜1重量部の量で使用でき、本来、成分(c)の中に含まれている。
ポリウレタン形成反応の末期に、特定成分(a)の(b)と(c)、また適当なら(d)と(e)に加えて、2個以上のイソシアネート反応性基を有する架橋剤、例えばヒドラジン水和物を用いることもできる。
ポリウレタン(PU)の硬度を調整するため、成分(b)と(c)は、比較的巾広いモル比内で選択が可能である。成分(b)の総鎖延長剤(c)に対するモル比は、10:1〜1:10の範囲である、特に1:1〜1:4の範囲であることが有益である。なお、軟質ポリウレタンの硬度は、(c)の含量が増えると増加する。ポリウレタン(PU)製造のための反応を、インデックスが0.8〜1.4:1の範囲、好ましくはインデックスが0.9〜1.2:1の範囲、より好ましくはインデックスが1.05〜1.2:1の範囲で行うことができる。このインデックスは、反応に用いる成分(a)のすべてのイソシアネート基の、成分(b)、適当なら成分(c)および適当なら鎖伸長停止剤としての単官能性のイソシアネート反応性成分(例えばモノアルコール)のイソシアネート反応性基、即ち活性水素に対する比率で定義される。
ポリウレタン(PU)は従来法により、例えばワンショット法またはプレポリマー法で連続的に製造でき、あるいは従来のプレポリマー法により回分的に製造できる。これらのプロセスでは、反応成分の(a)と(b)と(c)、また適当なら(d)及び/又は(e)を、逐次あるいは同時に混合して反応を直ちに起こすことができる。
ポリウレタン(PU)は、従来法により水中に分散可能であり、例えばポリウレタン(PU)をアセトンに溶解し、あるいはアセトン溶液を調整し、この溶液を水と混合し、次いで例えば蒸留によりアセトンを除去して分散される。ある実施例においては、ポリウレタン(PU)がN−メチルピロリドンまたはN−エチルピロリドンの溶液として調整され、水と混合し、N−メチルピロリドンまたはN−エチルピロリドンが除かれる。
本発明の一実施形態においては、本発明の水分散液は、二種の異なるポリウレタン:ポリウレタン(PU1)及びポリウレタン(PU2)を含み、ここで、ポリウレタン(PU1)は、ポリウレタン(PU)について上述したようにして形成されるいわゆる軟質ポリウレタンであり、ポリウレタン(PU2)は、少なくとも一種の硬質ポリウレタン(PU2)である。
硬質ポリウレタン(PU2)は、原理的には軟質ポリウレタン(PU1)と同様に製造されるが、他のイソシアネート反応性化合物(b)または他のイソシアネート反応性化合物(b)の混合物が使用される。なお、これらを以降、イソシアネート反応性化合物(b2)または短縮して化合物(b2)とも呼ぶ。
化合物(b2)の例としては、特に1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、これらの相互混合物、あるいはポリエチレングリコールとの混合物があげられる。
本発明の一実施形態においては、ジイソシアネート(a)とポリウレタン(PU2)は、それぞれジイソシアネートの混合物、例えばHDIとIPDIの混合物であり、軟質ポリウレタン(PU1)よりは硬質ポリウレタン(PU2)の製造のために、より多量のIPDIが選ばれる。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン(PU2)のドイツ工業規格DIN−53505(3s)に準じて求めたショアA硬度は、60より大きく100以下の範囲にある。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン(PU)のレーザー光散乱により求めた平均粒子径は、100〜300nmの範囲、好ましくは120〜150nmの範囲にある。
本発明の一実施形態においては、軟質ポリウレタン(PU1)のレーザー光散乱によりもとめた平均粒子径は、100〜300nmの範囲であり、好ましくは120〜150nmの範囲である。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン(PU2)のレーザー光散乱によりもとめた平均粒子径は、100〜300nmの範囲であり、好ましくは120〜150nmの範囲である。
このポリウレタン水分散液は、さらに少なくとも一種の硬化剤(架橋剤ともいう)を含んでいてもよい。例えば熱的な活性化により複数のポリウレタン分子を架橋可能な化合物が、硬化剤として有用である。特に好適なのは、特にヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネート系の三量体ジイソシアネートである。極めて好ましくは、式Iaまたは式Ibの架橋剤(以降、短縮して化合物(V)と呼ぶ)である。
Figure 0005670206
[但し、式中、RとRとRは、異なっていても、好ましくは同一であってもよく、それぞれA−NCOとA−NH−CO−Xから選ばれる。
式中、A1は、2〜20個の炭素原子を有するスペーサーであり、非置換アリーレン又は1〜4個のC1−C4−アルキル基置換のアリーレン、アルキレン、1,4−シクロヘキシレンなどのシクロアルキレンから選ばれる。好ましいスペーサーA1は、フェニレン、特にパラフェニレン、トリレン、特にパラリレン、およびエチレン(CH2CH2)や−(CH23−、−(CH24−、−(CH25−、−(CH26−、−(CH28−、−(CH210−、−(CH212−などのC2−C12−アルキレンである。
Xは、O(AO)から選ばれ、式中、
AOは、C−C−アルキレンオキシドで、例えばブチレンオキシド、特にエチレンオキシド(CHCHO)及びプロピレンオキシド(CH(CH)CHO)、または(CHCH(CH)O)であり、
xは、1〜50の整数、好ましくは5〜25の整数であり、
は、水素およびC−C30アルキル、特にC−C10アルキル、例えばメチルやエチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、ネオペンチル、1,2−ジメチルプロピル、イソアミル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、n−デシルから選ばれ、より好ましくはC−Cアルキル、例えばメチルやエチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチルから選ばれる。]
特に好ましい化合物(V)は、式中のRとRとRが、それぞれ同じ(CH−NCO、(CH−NCOまたは(CH12−NCOであるものである。
ポリウレタン水分散液は、他の構成成分を、例えば(f)反応性基を有するシリコーン化合物(以降、シリコーン化合物(f)とも呼ぶ)を含んでいてもよい。
シリコーン化合物(f)の反応性基の例としては、カルボン酸基や、メチルカルボキシレートまたはカルボン酸無水物など、特に無水コハク酸基などのカルボン酸誘導体があげられ、より好ましくはカルボン酸基があげられる。
反応性基の例としてさらに、第一級および第二級アミノ基、例えばNH(iso−C)基、NH(n−C)基、NH(シクロ−C11)基、NH(n−C)基があげられ、特にNH(C)基とNH(CH)基があげられ、最も好ましくはNH基があげられる。
また、アミノアルキルアミノ基も、例えば−NH−CH−CH−NH基や、−NH−CH−CH−CH−NH基、
−NH−CH−CH−NH(C)基、−NH−CH−CH−CH−NH(C)基、−NH−CH−CH−NH(CH)基、−NH−CH−CH−CH−NH(CH)基も好ましい。
これら一つ以上の反応性基は、直接シリコーン化合物(f)に結合していてもよいし、あるいは好ましくはスペーサーAを介して結合していてもよい。Aは、非置換アリーレン又は1〜4個のC−アルキル基で置換されたアリーレン、アルキレン基、1,4−シクロヘキシレン等のシクロアルキレンから選ばれる。好ましいスペーサーAは、フェニレン(特にpara−フェニレン)、またトリレン(特にpara−トリレン)、エチレン(CHCH)や−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH−、−(CH10−、−(CH12−、−(CH14−、−(CH16−、−(CH18−などのC−C18−アルキレンである。
シリコーン化合物(f)は、これらの反応性基に加えて、非反応性基、例えば、特にジ−C−C10−アルキル−SiO基、またはフェニル−C−C10−アルキル−SiO基、特にジメチル−SiO基、また必要に応じて一個以上のSi(CH−OH基またはSi(CH基を含む。
本発明の一実施形態においては、シリコーン化合物(f)は、平均して分子当たり1〜4個の反応性基を有している。
本発明のある好ましい実施形態においては、シリコーン化合物(f)は、分子当たり平均して1〜4個のCOOH基を有している。
本発明の他の好ましい実施形態においては、シリコーン化合物(f)は、分子当たり1〜4個のアミノ基またはアミノアルキルアミノ基を有している。
シリコーン化合物(f)は、Si−O−Si単位を鎖状または分岐状の配列で有している。
本発明の一実施形態においては、シリコーン化合物(f)の分子量Mnは、500〜10000g/molの範囲、好ましくは5000g/mol以下である。
シリコーン化合物(f)が分子当たり2個以上の反応性基を持つ場合、これらの反応性基は、2つ以上のケイ素原子を介してあるいは同一のケイ素原子を介してSi−O−Si鎖に、直接またはスペーサーAを介して結合していてもよい。
これらの一個以上の反応性基は、シリコーン化合物(f)の一個以上の末端ケイ素原子に、直接またはスペーサーAを介して結合していてもよい。本発明のもう一つの実施形態においては、これら一個以上の反応性基が、シリコーン化合物(f)の一個以上の非末端ケイ素原子に、直接またはスペーサーAを介して結合していてもよい。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン水分散液が、さらに、アミノ基もCOOH基も持たないポリジ−C−C−アルキルシロキサン(g)(短縮して、ポリジアルキルシロキサン(g)またはポリジメチルシロキサン(g)ともいう)を、好ましくはポリジメチルシロキサンを含んでいる。
ポリジアルキルシロキサン(g)中のC−C−アルキルは、同一であっても好ましくは異なっていてもよく、メチルやエチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチルから選ばれ、
非分岐のC−C−アルキルが好ましく、メチルが特に好ましい。
ポリジアルキルシロキサン(g)、好ましくはポリジメチルシロキサン(g)は、好ましくはSi−O−Si鎖を有する非分岐のポリシロキサンまたは分子当たり3個以下の、好ましくは1個以下の分岐を持つポリシロキサンである。
ポリジアルキルシロキサン(g)、特にポリジメチルシロキサン(g)は、一個以上のSi(C−C−アルキル)−OH基を有していてもよい。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン水分散液は、
全体で20〜30質量%のポリウレタン(PU)、または
全体で20〜30質量%のポリウレタン(PU1)及び(PU2)、
1〜10%の、好ましくは2〜5質量%の硬化剤、
1〜10質量%のシリコーン化合物(f)、並びに
0〜10%、好ましくは0.5〜5質量%のポリジアルキルシロキサン(g)を含む。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン水分散液は、
10〜30質量%の軟質ポリウレタン(PU1)と0〜20質量%の硬質ポリウレタン(PU2)を含んでいる。
本発明の一実施形態においては、本発明の水分散液は、合計で5〜60質量%、好ましくは10〜50質量%、より好ましくは25〜45質量%の固形物含量をもつ。
これらの質量%は、それぞれ活性成分または固体成分に適用されるもので、本発明の水分散液の全体に対するものである。100質量%の残りは、好ましくは連続相、例えば水あるいは1種以上の有機溶媒と水の混合物である。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン水分散液は、顔料、艶消剤、光安定剤、帯電防止剤、防汚剤、きしみ防止剤、増粘剤(特にポリウレタン系増粘剤)およびマイクロバルーンから選ばれる少なくとも1種の添加物(h)を含んでいる。
本発明の一実施形態においては、ポリウレタン水分散液は、合計で20質量%の添加物(h)を含んでいる。
ポリウレタン水分散液は、一種以上の有機溶媒を含んでいてもよい。好適な有機溶媒の例としては、エタノールやイソプロパノールなどのアルコール類、特にグリコール類、ジグリコール類、トリグリコール類またはテトラグリコール、および二重にまたは好ましくは一重にC−C−アルキルエーテル化されたグリコール類、ジグリコール類、トリグリコール類またはテトラグリコール類があげられる。好適な有機溶媒の例としては、エチレングリコールや、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ジプロピレングリコール、1,2−ジメトキシエタン、メチルトリエチレングリコール(メチルトリグリコール)、トリエチレングリコールn−ブチルエーテル(ブチルトリグリコール)があげられる。
ポリウレタン水分散液は、ポリウレタン(PU)と硬化剤とシリコーン化合物(f)とを、水および適当なら一種以上の上記有機溶媒と混合することで生産できる。必要なら、ポリジアルキルシロキサン(g)と添加物(h)も混合される。例えば攪拌の形でこの混合を行ってもよい。ポリウレタン(PU)と硬化剤、シリコーン化合物(f)、水および適当なら一種以上の上記有機溶媒と、また望ましいならポリジアルキルシロキサン(g)と添加物(h)の添加順序は、自由に選択可能である。
水中または水と有機溶媒の混合物に分散したポリウレタン(PU)または分散した軟質ポリウレタン(PU1)と硬質ポリウレタン(PU2)から出発し、好ましくは撹拌下で、硬化剤とシリコーン化合物(f)と、また必要ならポリジアルキルシロキサン(g)と、適当なら一種以上の有機溶媒を添加することが好ましい。しかしながら、有機溶媒は加えないことが好ましい。
ある好ましい実施形態においては、添加物(h)の一例としての増粘剤が、ポリウレタン水分散液の粘度を目標値に調整するために、最後に加えられる。
ポリウレタン層(C)が硬化した後、鋳型から、例えば剥離により分離し本発明の多層複合材料中にポリウレタン層(C)を形成するポリウレタンフィルム(C)を得る。
本発明の製造方法の他の運転においては、好ましくは有機接着剤が、ポリウレタンフィルム(C)またはセルロース系材料(A)上に、不均一に、例えば点状、ドット状あるいは短冊状に塗布される。本発明のある実施例においては、ある好ましくは有機接着剤がポリウレタンフィルム(C)に塗布され、またある好ましくは有機接着剤がセルロース系材料(A)に塗布されるが、これら二つの接着剤は、例えば一種以上の添加物が異なるため、あるいはこれらが化学的に異なる好ましくは有機接着剤を含んでいるため、相互に異なっている。その後、ポリウレタンフィルム(C)とセルロース系材料(A)とが、接着剤層がポリウレタンフィルム(C)とセルロース系材料(A)の間となるようにして、相互に張り合わせられる。これらの一種以上の接着剤を、例えば熱的に、化学線照射によりまたは養生により硬化させて本発明の多層複合材料を得る。
本発明の一実施形態においては、中間層(D)が、セルロース系材料(A)と接着層(B)の間、接着層(B)とポリウレタン層(C)の間、または二枚の接着層(B)の間に形成される。
この中間層(D)については、すでに述べた。
この層は、手動であるいは機械的に連続的あるいは回分的に形成することができる。
本発明はまた、本発明の多層複合材料のシート製造への利用を提供する。シートは、例えば輸送手段用シート、例えばボートや自動車、飛行機、列車、路面電車、バス用のシートであり、特にチャイルドシートである。本発明はさらに、本発明の多層複合材料を用いるシートの製造方法を提供する。
本発明はまた、本発明の多層複合材料を含むシートを提供する。本発明のシートの表面には汗がほとんどたまらず、水分や他の液体/流体は吸着される。
本発明はまた、本発明の多層複合材料の車の内装材料中での、例えばダッシュボード、天井のライナー、内装トリム、センターコンソール中での利用を提供する。本発明の多層複合材料は、非常に心地よい手触りと魅力的な視覚的外観を有し、熱及び/又は音の絶縁効果を持つ。本発明はまた、少なくとも一種の本発明の多層複合材料を内装部品内に含む車両を提供する。
他の本発明の多層複合材料の用途は、家具の製造、例えばソファ等、リビング椅子やひじ掛けのある椅子やない椅子などの横たわることのできる椅子の製造である。本発明の複合材料の他の用途は、建築物の内装部品としての利用、あるいはその製造にための利用である。
本発明はまた、本発明の多層複合材料の、包装材の、例えばカートンや、大型小型の箱類、カバー、包装紙、包装材としての利用、あるいはその製造への利用を提供する。これらの包装材は、一部あるいはほとんどが装飾目的であってもよい。本発明はまた、本発明の多層複合材料からなるあるいはそれを用いてなる包装材料を提供する。本発明はまた、本発明の多層複合材料の、装飾材料としての利用あるいはその製造における利用を提供する。本発明はまた、本発明の多層複合材料からなるあるいはそれを用いて得られた装飾材料を提供する。例としては、花冠やラミネーションがあげられる。
本発明はまた、本発明の多層複合材料の、パンフレット、内容見本、カタログ、特に年報や本などの、例えばブックカバーなどの高価格印刷物の製造における利用を提供する。
以下、実施例でもって本発明を説明する。
I. 出発原料の製造
I.1 ポリウレタン水分散液1(Disp.1)の製造
以下のものを攪拌容器中で混合した。
7質量%の、ジイソシアネートとして重量比で13:10のヘキサメチレンジイソシアネート(a1.1)とイソホロンジイソシアネート(a1.2)と、ジオールとして、モル比で1:1:2のイソフタル酸とアジピン酸と1,4−ジヒドロキシメチルシクロヘキサン(異性体混合物)の重縮合で得られた分子量Mwが800g/molのポリエステルジオール(b1.1)とポリエステルジオール(b1.1)に対して5質量%の1,4−ブタンジオール(b1.2)と、3質量%のモノメチルル化ポリエチレングリコール(c.1)と、3質量%のHN−CHCH−NH−CHCH−COOHから得られた軟質ポリウレタン(PU1.1)の水分散液(粒子径:125nm、固形物含量:40%、ただし、軟質ポリウレタン(PU1.1)の軟化点:62℃、軟化は55℃で開始、ショアA硬度:54)、
65質量%の、イソホロンジイソシアネート(a1.2)、1,4−ブタンジオール、1,1−ジメチルプロピオン酸、ヒドラジン水和物、ポリプロピレングリコールの反応で得られた硬質ポリウレタン(PU2.2)(分子量Mw:4200g/mol、軟化点:195℃、ショアA硬度:86)の水分散液(粒子径:150nm)、
3.5質量%の化合物(V.1)の70質量%溶液(プロピレンカーボネート中):
Figure 0005670206
6質量%のEP−A0738747(f.1)の実施例2に記載のシリコーン化合物の65質量%水分散液、
2質量%のカーボンブラック、
0.5質量%のポリウレタン系増粘剤、および
1質量%のイソブタンで満たされたポリ塩化ビニリデンマイクロバルーン(直径:20μm、例えばエキスパンセル(R)としてアクゾノベルより購入可能)。
得られた水分散液1(Disp.1)の固形分含量は35%であり、DIN−EN−ISO2431(1996年5月)で求めた23℃での動粘度は25秒であった。
I.2 水性製剤分散液2(Disp.2)の製造
以下のものを攪拌容器中で混合した。
7質量%の、ジイソシアネートとして重量比で13:10のヘキサメチレンジイソシアネート(a1.1)とイソホロンジイソシアネート(a1.2)とジオールとして、モル比で1:1:2のイソフタル酸とアジピン酸と1,4−ジヒドロキシメチルシクロヘキサン(異性体混合物)との重縮合で得られた分子量Mwが800g/molのポリエステルジオール(b1.1)と5質量%の1,4−ブタンジオール(b1.2)とから得られた軟質ポリウレタン(PU1.1)と
3質量%のモノメチル化ポリエチレングリコール(c.1)と、
3質量%のHN−CHCH−NH−CHCH−COOHとの水分散液(粒子径:125nm、固形物含量:40%)、
(質量%はすべてポリエステルジオール(b1.1)に対するもの)、(軟化点:62℃、軟化開始温度:55℃、ショアA硬度:54)、
65質量%の、イソホロンジイソシアネート(a1.2)、1,4−ブタンジオール(b1.2)、1,1−ジメチロールプロピオン酸、ヒドラジン水和物、および分子量Mwが4200g/molのポリプロピレングリコール(b1.3)の反応により得られた硬質ポリウレタン(PU2.2)の水分散液(粒子径:150nm)、
(ポリウレタン(PU2.2)の軟化点:195℃、ショアA硬度:90)、
3.5質量%の化合物(V.1)の70質量%溶液(プロピレンカーボネート中)、(NCO含量:12%)、および
2質量%のカーボンブラック。
得られたポリウレタン分散液(Disp.2)の固形物含量は35%であり、DIN−EN−ISO2431(1996年5月)で求めた23℃での動粘度は25秒であった。
II. 鋳型の製造
液体シリコーンを、フルグレイン牛皮の模様を有する表面の上に注いだ。酸性硬化剤としてのジ−N−ブチルビス(1−オキソネオデシルオキシ)−スタナンの25質量%テトラエトキシシラン溶液を添加して、このシリコーンを硬化させて、平均で2mm厚のシリコーンゴムを得て、鋳型として用いた。この鋳型は、1.5mm厚のアルミニウム支持体に貼り付けた。
III. IIの鋳型上へのポリウレタン水分散液の塗布
IIの鋳型を加熱可能な表面上に置き、91℃に加熱した。次いで、その上に分散液1を、噴射ノズルから88g/m(湿重量)の速度で噴霧した。径が0.46mmの噴射ノズルを用い、65barの圧力で噴霧して、塗布の際に空気の混合を防いだ。この後、表面の粘着性がなくなるまで91℃で固化させた。
この噴射ノズルは、下を通過する表面の上20cmの位置にあり、表面の輸送方向にまた表面の輸送方向の横向きに移動可能であった。この表面が噴射ノズルを通過するのには約14秒間かかり、その温度は59℃であった。85℃の乾燥した熱風流中に約2分間さらすと、得られたネット状の外観を持つこのポリウレタンフィルム(C.1)は、ほとんど脱水状態となっていた。
同様にして、この塗布後の鋳型に、直ちに接着層(B.1)として、50g/m(湿重量)の速度で分散液2を塗布し、次いで乾燥させた。この結果、ポリウレタンフィルム(C.1)と接着層(B.1)が塗布された鋳型を得た。
坪量が210g/mである厚紙(A.1)に、分散液2を30g/m(湿式)で噴霧した。厚紙(A.1)の表面は、数秒後には乾燥しているように見えた。
IV. 本発明の多層複合材料の製造
その後、板紙(A.1)の噴霧面を、ポリウレタンフィルム(C.1)と共に鋳型上におかれた未だに熱い接着層(B.1)に乗せ、プレス中で4bar、110°Cで15秒間圧縮した。このようにして得られた本発明の多層複合材料MSV.1を次いでプレスから除き、鋳型をそこから取り除いた。
このようにして得られた本発明の多層複合材料MSV.1には、心地よい触覚と、皮革表面と全く同じ外観と、通気性を有していた。また、本発明の多層複合材料MSV.1から、ほこりなどの汚染物を容易に取り除くことができた。MSV.1に空気を通過させることもできた。

Claims (16)

  1. (A)セルロース系材料の層、
    (B)必要に応じて少なくとも一層の接着層、及び
    (C)その層厚全体を貫通する、100cm 当たり平均して少なくとも250個の毛細管を有するポリウレタン層
    を構成材として含み、
    ポリウレタン層(C)の平均層厚が15〜300μmであり、そしてポリウレタン層(C)が、ベルベット様の外観を有し、且つ20〜500μmの範囲の平均長の短毛を有し、その短毛の平均的な相互間隔が50〜350μmであることを特徴とする多層複合材料。
  2. セルロース系材料(A)が、紙、厚紙、木材、チップボードおよび木材プラスチック複合物から選ばれる請求項1に記載の多層複合材料。
  3. 前記接着層(B)が硬化した有機接着剤層を含む請求項1または2に記載の多層複合材料。
  4. 前記ポリウレタン層(C)が模様を示す請求項1〜3のいずれか1項に記載の多層複合材料。
  5. 前記毛細管が、0.009〜0.03mmの平均直径を有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の多層複合材料。
  6. 前記接着層(B)が、硬化した有機接着剤の断続層を含む請求項1〜5のいずれか1項に記載の多層複合材料。
  7. 更に、セルロース系材料(A)と接着層(B)の間、接着層(B)とポリウレタン層(C)の間または二層の接着層(B)の間に形成された少なくとも1層の中間層(D)を含み、中間層(D)が織物、バット状材料、皮革および連続気泡発泡体から選ばれる請求項1〜6のいずれか1項に記載の多層複合材料。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の多層複合材料を製造する方法であって、
    鋳型を用いてポリウレタン層(C)を形成し、セルロース系材料(A)及び/又はポリウレタン層(C)上に、均一にまたは部分的に少なくとも一種の有機接着剤を塗布し、次いでポリウレタン層(C)を点状に、短冊状にまたは面状にセルロース系材料(A)に接着させることを特徴とする製造方法。
  9. 前記ポリウレタン層(C)が、シリコーン鋳型を用いて形成される請求項8に記載の方法。
  10. 前記シリコーン鋳型が、レーザー彫刻により構造化されたシリコーン鋳型を含む請求項9に記載の方法。
  11. 前記鋳型が、レーザーを用いて、平均深さが50〜250μmの範囲にあり、中心−中心間距離が50〜250μmの範囲にある凹みを鋳型内に刻印して構造化される請求項8〜10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 中間層(D)が、前記セルロース系の材料(A)の層と前記接着層(B)の間、前記接着層(B)とポリウレタン層(C)の間、または二層の接着層(B)の間に配置される請求項8〜11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の多層複合材料の包装材料としての使用方法。
  14. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の多層複合材料からなる、あるいはそれを用いて得られる包装材料。
  15. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の多層複合材料の装飾材料としての使用方法。
  16. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の多層複合材料からなる、あるいはそれを用いて得られる装飾材料。
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