JP5821102B1 - 熱硬化性樹脂成形品及びその製造方法 - Google Patents

熱硬化性樹脂成形品及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】熱硬化性樹脂組成物の成形と同時にエンボスや模様の加飾が可能な熱硬化性樹脂成形品の製造方法を提供する。【解決手段】成形型表面の少なくとも意匠面を形成する領域に、ベースフィルム及び加飾層を有する加飾フィルムを、前記加飾層が内側を向くように配置する工程と、前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂組成物を射出し、前記熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化させることで、前記熱硬化性樹脂組成物の硬化物の表面に前記加飾フィルムが設けられた熱硬化性樹脂成形品を得る工程とを有し、前記ベースフィルムとして、前記熱硬化性樹脂組成物の熱硬化温度における、引張破断伸びが５００％以上であり、１００％引張応力が０．１ＭＰａ以上であるフィルムを用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、熱硬化性樹脂成形品及びその製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、加飾フィルムを使用して、熱硬化性樹脂組成物の成形と同時にエンボスや模様の加飾が可能な熱硬化性樹脂成形品及びその製造方法に関する。
熱可塑性樹脂成形品（プラスチック）の加飾方法としては、成形後のリードタイムの短縮化やトータル工程の歩留まりのコントロールが可能なインモールド成形法が主流になっている。インモールド成形法では、予めデザインが施された加飾フィルムを射出成形機の金型内に挟み込んだ状態で、熱可塑性樹脂を射出成形（インジェクション成形）することにより、加飾フィルムのデザインが熱可塑性樹脂に転移させる。このとき、加飾フィルム全体を成形品に残すインモールドラミネーション法と、加飾フィルムの加飾面のみを成形品に転写してベースフィルムを剥がすインモールド転写法がある。インモールド転写法における加飾面は、グラビア印刷などの印刷や塗装により形成される。
なお、熱可塑性樹脂をインジェクション成形する際に表面を加飾フィルムで加飾させる際には、インジェクション成形のための高い成形圧力（約３００〜７００ｋｇ／ｃｍ２）と高い樹脂温度（１５０〜３５０℃）に耐えられるようにする必要がある。そのため、加飾フィルムの基材となるベースフィルムの樹脂としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、又は架橋処理したオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）を用いるのが通常である。また、加飾フィルムの構成は、一般的には、ベースフィルム／離型層／保護層／加飾層／接着層からなっている。
特許文献１には、保護層と着色層と接着層とがこの順で配され、いずれかの層間に、または、保護層の着色層とは反対の面上に、成形用フィルムが配された積層構造を有する加飾成形用積層フィルムであって、少なくとも活性水素成分（Ａ）と有機イソシアネート成分（Ｂ）とから形成され、脂環式炭化水素基を有するポリカーボネート骨格を有するポリウレタン樹脂（Ｕ）を前記保護層が含有してなり、少なくとも条件（１）［ポリウレタン樹脂（Ｕ）が分子内にアルコキシシリル基および／またはシラノール基を有するポリウレタン樹脂（Ｕ１）である。］および条件（２）［前記保護層がグリシジルエーテル基ならびにアルコキシシリル基および／またはシラノール基を有する化合物（Ｘ）を含有し、ポリウレタン樹脂（Ｕ）がアミノ基またはカルボキシル基および／もしくはその塩を有するポリウレタン樹脂（Ｕ２）である。］のいずれかを満たすことを特徴とする加飾成形用積層フィルムが記載されている。
一方、熱硬化性樹脂を反応射出成形（ＲＩＭ成形）する際に表面を加飾する場合は、金型表面に塗装するインモールドコーティング、及び熱硬化性樹脂の成形品に成形後に塗装、印刷、転写等の工法により加飾することが通常である。インモールドコーティング法は、色が単色に限られることと、エンボスの付与はできるが金型の抜き角度の制約が発生する。また、成形後の加飾では、成形品の表面の離型剤を除去する必要があり、エンボスは付けられない。さらに成形後のリードタイムや２次加工時の品質不具合による歩留まり低下が懸念される。
ＷＯ２０１３／９９８２９Ａ１
熱硬化性樹脂組成物の反応射出成形（ＲＩＭ成形）であれば、インモールド転写法のような加飾方法が適用できる可能性はある。しかし、ＲＩＭ成形において熱硬化性樹脂組成物を射出する圧力は一般に１〜１０ｋｇ／ｃｍ２、成形温度は一般に４０〜８５℃といずれも低いため、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＰＥＴ、又は架橋処理したＴＰＯを基材に用いた加飾フィルムでは、形状追従性が低いという問題があった。一方で、加飾フィルムを高温で真空成形すれば形状追従性は改善されるが、三次元のエンボスを形成しようとした場合にエンボスが潰れてしまうという問題があった。
そこで本発明では、熱硬化性樹脂組成物の成形と同時にエンボスや模様の加飾が可能な熱硬化性樹脂成形品の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、成形型表面の少なくとも意匠面を形成する領域に、ベースフィルム及び加飾層を有する加飾フィルムを、前記加飾層が内側を向くように配置する工程と、
前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂組成物を射出し、前記熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化させることで、前記熱硬化性樹脂組成物の硬化物表面に前記加飾フィルムが設けられた熱硬化性樹脂成形品を得る工程と
を有し、前記ベースフィルムとして、前記熱硬化性樹脂組成物の熱硬化温度における、引張破断伸びが５００％超であり、１００％引張応力が０．１ＭＰａ以上２．５ＭＰａ以下であるフィルムを用いる熱硬化性樹脂成形品の製造方法である。
また、本発明は、成形型表面の少なくとも意匠面を形成する領域に、ベースフィルム及び加飾層を有する加飾フィルムを、前記加飾層が内側を向くように配置する工程と、
前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂組成物を射出し、前記熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化させることで、前記熱硬化性樹脂組成物の硬化物の表面に前記加飾フィルムが設けられた熱硬化性樹脂成形品を得る工程と
を有し、前記ベースフィルムとして、非架橋型オレフィン系熱可塑性樹脂で形成された、前記熱硬化性樹脂組成物の熱硬化温度における、引張破断伸びが５００％以上であり、１００％引張応力が０．１ＭＰａ以上であるフィルムを用いる熱硬化性樹脂成形品の製造方法である。
本発明によれば、熱硬化性樹脂組成物の成形と同時にエンボスや模様の加飾が可能な熱硬化性樹脂成形品の製造方法を提供できる。
本発明の一実施形態に係る熱硬化性樹脂成形品の製造フローを示す模式的断面図であり、（ａ）は成形型に加飾フィルムを配置した状態、（ｂ）は成形型を型閉めして熱硬化性樹脂組成物を注入した状態、（ｃ）は熱硬化性樹脂組成物を熱硬化させ成形型を型開きした状態、（ｄ）熱硬化性樹脂成形品を取り出してベースフィルムを剥がした状態を示す。 本発明で使用する加飾フィルムの一例の構成を示す模式的断面図である。
本発明の一実施形態に係る熱硬化性樹脂成形品の製造フローの一例を図１に示す。本発明では、成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂組成物を射出し、熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化させる、いわゆる反応射出成形（ＲＩＭ成形）を行う。その際に、ＲＩＭ成形により得られる熱硬化性樹脂成形品の表面に、直接エンボス加工を施すことなく、エンボスや模様の加飾を施すことができる。
本発明では、まず、図１（ａ）に示すように、成形型表面の少なくとも意匠面を形成する領域に、加飾フィルム１０を配置する。図１（ａ）において、成形型は、下面に凸部を有する雄型（上型）１と、上面に凹部を有する雌型（下型）２とからなる。雄型（上型）１及び雌型（下型）２は、アルミニウムのような金属製でもよく、樹脂製でもよい。
加飾フィルム１０は、その構成例を図２に示すように、ベースフィルム１１及び加飾層１２を有しており、加飾層１２が内側を向くように成形型表面に配置する。こうすることで、ＲＩＭ成形により得られる熱硬化性樹脂成形品の表面に加飾層１２が配置される。ベースフィルム１１は、加飾層１２の基材として役割を持つものであり、後で剥がしても構わないが、熱硬化性樹脂成形品の表面に加飾層１２とともに配置され、全体として加飾するものでもよい。
ベースフィルム１１の加飾層１２を設ける側の表面には、革模様、木目模様などの三次元のエンボスが形成されていることが好ましい。こうすることで、そのエンボスが加飾層１２に転写され、熱硬化性樹脂組成物２１の硬化物２２の表面に、三次元のエンボスを持つ加飾層１２が設けられた熱硬化性樹脂成形品を得ることができる。エンボスが形成されているベースフィルム１１は、例えば、ベースフィルム１１の表面にシボロールでシボ転写することにより形成することができる。
本発明では、ベースフィルムとして、ＲＩＭ成形する熱硬化性樹脂組成物の熱硬化温度における引張破断伸びが５００％以上であり、熱硬化性樹脂組成物の熱硬化温度における１００％引張応力が０．１ＭＰａ以上であるフィルムを用いることが特徴である。引張破断伸びが５００％以上であることで、形状追従性が良好となり、熱硬化性樹脂成形品の形状を変えることなく加飾することができる。また、１００％引張応力が０．１ＭＰａ以上であることで、ベースフィルムの加飾層を設ける側の表面に三次元のエンボスを形成して、そのエンボスが転写された加飾層により加飾する場合でも、その三次元のエンボスが潰れることがない。上記引張破断伸びは、５００％超（引張伸び５００％で破断せず）であることが好ましい。
上記１００％引張応力は、０．５ＭＰａ以上であることが好ましく、１．０ＭＰａ以上であることがより好ましく、２．０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。また、上記１００％引張応力は、５．０ＭＰａ以下であることが好ましく、３．５ＭＰａ以下であることがより好ましく、２．５ＭＰａ以下であることがさらに好ましい。
なお、ベースフィルムの引張破断伸び及び１００％引張応力は、初期チャック間距離６０ｍｍ、引張速度２００ｍｍ／ｍｉｎの条件で引張試験を行うことで測定したものである。
ベースフィルム１１は、非架橋型オレフィン系熱可塑性樹脂で形成されていることが好ましい。オレフィン系熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン；エチレン−αオレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチルメタクリレート共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、エチレン−ｎブチルアクリレート共重合体、プロピレン−αオレフィン共重合体等のオレフィン系共重合体などが挙げられる。また、オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）を用いることもできる。
なお、これらは非架橋型（架橋処理していない樹脂）であることが好ましい。非架橋型であることで、ＲＩＭ成形する熱硬化性樹脂組成物の熱硬化温度における引張破断伸びが５００％以上であり、熱硬化性樹脂組成物の熱硬化温度における１００％引張応力が０．１ＭＰａ以上であるベースフィルムとなりやすい。
熱可塑性樹脂をインジェクション成形する際に表面を加飾フィルムで加飾させる際には、インジェクション成形のための高い成形圧力（約３００〜７００ｋｇ／ｃｍ２）と高い樹脂温度（１５０〜３５０℃）に耐えられるようにする必要がある。そのため、加飾フィルムの基材となるベースフィルムの樹脂としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、又は架橋処理したオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）を用いるのが通常である。しかし、熱硬化性樹脂組成物をＲＩＭ成形する場合の圧力は、後述するようにインジェクション成形に比べて低いので非架橋型のオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）を用いることが好ましく、それによって形状追従性が良好となり、熱硬化性樹脂成形品の形状を変えることなく加飾することができる。
加飾層１２は、樹脂に顔料や染料等を添加した塗料組成物により形成することができる。より具体的には、ベースフィルム１１の表面に、必要に応じて三次元のエンボスを形成した後、上記の塗料組成物を塗布することで加飾層１２を形成することができる。加飾層１２を形成する塗料組成物のベース樹脂は、ＲＩＭ成形する熱硬化性樹脂組成物との接着性の観点から、熱硬化性樹脂であることが好ましく、アクリルウレタン樹脂がより好ましい。なお、ベースフィルム１１の加飾層１２を設ける側の表面に三次元のエンボスが形成されている場合、加飾層１２のベースフィルム１１と反対側の表面は、図２に示すように平坦でもよく、ベースフィルム１１に形成された三次元のエンボスによる凹凸が形成されていてもよい。
加飾フィルム１０の厚さは、０．０２５〜０．８ｍｍとすることが好ましく、０．３〜０．５ｍｍとすることがより好ましい。ベースフィルム１１の厚さは、０．０２〜０．７ｍｍとすることが好ましく、０．０３〜０．５ｍｍとすることがより好ましい。加飾層１２の厚さは、０．００５〜０．１ｍｍとすることが好ましく、０．０２〜０．０６ｍｍとすることがより好ましい。なお、ベースフィルム１１の加飾層１２を設ける側の表面に三次元のエンボスが形成されている場合、ベースフィルム１１及び加飾層１２の厚さは、その平均値を意味するものとする。
加飾フィルム１０は、ベースフィルム１１及び加飾層１２以外の他の層を有していてもよい。他の層としては、離型層、保護層、接着層などが挙げられる。一般的な加飾フィルムの構成は、ベースフィルム／離型層／保護層／加飾層／接着層からなっているが、本発明で使用する加飾フィルムは、ベースフィルム／加飾層のみでもよい。
加飾フィルム１０は、成形型表面の少なくとも意匠面を形成する領域の形状に予め腑形された状態で配置されてもよいが、図１（ａ）の雌型（下型）２の上に配置された後、雌型（下型）２の表面に設けられた吸引口（不図示）から吸引することで腑形されてもよい。また、前述のように、本発明で用いる加飾フィルムは形状追従性が良好であるので、加飾フィルム１０を腑形せずに次の工程（ＲＩＭ成形工程）を行っても構わない。
本発明では、次いで、図１（ｂ）に示すように、成形型を型閉めした上で、成形型のキャビティ内に液状の熱硬化性樹脂組成物２１を射出する。そして、図１（ｃ）に示すように、成形型のキャビティ内の熱硬化性樹脂組成物２１を加熱硬化させ、成形型を型開きして、成形型から熱硬化性樹脂成形品を取り出すことで、熱硬化性樹脂組成物２１の硬化物２２の表面に加飾フィルム１０が設けられた熱硬化性樹脂成形品を得る。その後、必要に応じてバリ取りを行う。
図１（ｂ）において、熱硬化性樹脂組成物２１は、雄型（上型）１に設けられた注入口２０から注入される。液状の熱硬化性樹脂組成物としては、ウレタン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、ポリエステル樹脂組成物、フェノール樹脂組成物等が挙げられるが、ウレタン樹脂組成物が好ましい。ＲＩＭ成形により、成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂組成物を射出する圧力は、一般に、１〜１０ｋｇ／ｃｍ２である。
熱硬化性樹脂組成物の熱硬化温度は、３０〜１１０℃であることが好ましく、４０〜８５℃とすることがより好ましく、例えば６５℃とすることができる。加熱は、例えば、図示しない加熱手段により雄型（上型）２及び雌型（下型）４を常時加熱することにより行うことができる。成形型１の温度は、熱硬化性樹脂組成物の熱硬化温度とすればよく、３０〜１１０℃とすることが好ましく、４０〜８５℃とすることがより好ましく、例えば６５℃程度に保持することができる。なお、熱硬化性樹脂組成物としてウレタン樹脂組成物を用いた場合、熱硬化性樹脂組成物はウレタン反応により硬化するが、ウレタンウレア反応により硬化させることで反応時間をより短く、かつ耐熱性を高くすることもできる。
さらに、得られた熱硬化性樹脂成形品からベースフィルム１１を剥がしてもよい（図１（ｄ））。こうすることで、熱硬化性樹脂組成物２１の硬化物２２の表面に加飾層１２が設けられた熱硬化性樹脂成形品を得ることができる。ベースフィルムの加飾層を設ける側の表面に三次元のエンボスが形成されている場合、そのエンボスが加飾層１２に転写され、熱硬化性樹脂組成物２１の硬化物２２の表面に、三次元のエンボスを持つ加飾層１２が設けられた熱硬化性樹脂成形品を得ることができる。熱硬化性樹脂成形品から剥がしたベースフィルム１１は、表面に形成された三次元のエンボスが潰れていないことから、再度塗装等で加飾層を設けることにより何度でも加飾フィルムとして利用が可能である。
以上のように、本発明の方法によって熱硬化性樹脂組成物のＲＩＭ成形を行うことで、熱硬化性樹脂組成物の成形と同時にエンボスや模様の加飾が容易となり、特にエンボスや模様で加飾された熱硬化性樹脂成形品を得ることが可能となる。なお、成形型自体にエンボスを付している訳ではないので、一般的な加飾成形しない成形型を用いることができる点もメリットである。
＜実施例１＞
まず、成形型の雌型（下型）２の上に、ベースフィルム１１及び加飾層１２からなる加飾フィルム１０を、加飾層１２が上方を向くように配置した。そして、雌型（下型）２の表面に設けられた吸引口（不図示）から吸引することで、図１（ａ）に示すように、成形型表面の意匠面を形成する領域の形状に腑形した。
なお、ベースフィルム１１としては、非架橋型のオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）を用い、予めシボロールでシボ転写することにより表面に革模様を形成し、その上にアクリルウレタン樹脂による加飾層１２を形成した（加飾フィルム１０の厚さ：０．３８ｍｍ、ベースフィルム１１の厚さ：０．３５ｍｍ、加飾層１２の厚さ：０．０３ｍｍ）。ベースフィルム１１の６５℃における引張破断伸びは５００％超（引張伸び５００％で破断せず）であり、６５℃における１００％引張応力は２．４ＭＰａであった。
次いで、図１（ｂ）に示すように、成形型を型閉めした上で、成形型のキャビティ内にウレタン樹脂組成物を注入し、ウレタン樹脂組成物を加熱硬化させた。ウレタン樹脂組成物の加熱硬化は、６５℃×６分で行った。その後、図１（ｃ）に示すように、成形型の型開きをしてウレタン樹脂成形品を取り出し、バリを除去した。さらに、図１（ｄ）に示すように、ベースフィルム１１を剥がすことで、表面に加飾層１２が設けられたウレタン樹脂成形品を得た。ウレタン樹脂成形品の表面には、革模様は崩れることなく加飾層１２が形成されていた。
＜実施例２＞
ベースフィルム１１の表面に、予めシボロールでシボ転写することにより木目模様を形成したこと以外は、実施例１と同様に実施した。得られたウレタン樹脂成形品の表面には、木目模様が崩れることなく加飾層１２が形成されていた。
＜比較例１＞
ベースフィルム１１として、架橋処理したオレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）を用いたこと以外は、実施例１と同様に実施した。ベースフィルム１１の６５℃における引張破断伸びは４８５％であり、６５℃における１００％引張応力は４．０ＭＰａであった。得られたウレタン樹脂成形品の加飾層１２は浮き上がっており、ベースフィルム１１が成形型に馴染まず、凹Ｒの成形ができなかった。
＜比較例２＞
実施例１で用いた加飾フィルム１０を、真空成形装置を用いて１４０℃にて成形したところ、ベースフィルム１１の表面に形成されていた革模様は崩れてしまった。なお、ベースフィルム１１の１４０℃における引張破断伸びは５００％超であり、１４０℃における１００％引張応力は０．０６ＭＰａであった。
１ 雄型（上型）
２ 雌型（下型）
１０ 加飾フィルム
１１ ベースフィルム
１２ 加飾層
２０ 注入口
２１ 熱硬化性樹脂組成物
２２ 硬化物

Claims (8)

  1. 成形型表面の少なくとも意匠面を形成する領域に、ベースフィルム及び加飾層を有する加飾フィルムを、前記加飾層が内側を向くように配置する工程と、
    前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂組成物を射出し、前記熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化させることで、前記熱硬化性樹脂組成物の硬化物の表面に前記加飾フィルムが設けられた熱硬化性樹脂成形品を得る工程と
    を有し、前記ベースフィルムとして、前記熱硬化性樹脂組成物の熱硬化温度における、引張破断伸びが５００％超であり、１００％引張応力が０．１ＭＰａ以上２．５ＭＰａ以下であるフィルムを用いる熱硬化性樹脂成形品の製造方法。
  2. 前記ベースフィルムは、非架橋型オレフィン系熱可塑性樹脂で形成されている請求項１に記載の熱硬化性樹脂成形品の製造方法。
  3. 成形型表面の少なくとも意匠面を形成する領域に、ベースフィルム及び加飾層を有する加飾フィルムを、前記加飾層が内側を向くように配置する工程と、
    前記成形型のキャビティ内に熱硬化性樹脂組成物を射出し、前記熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化させることで、前記熱硬化性樹脂組成物の硬化物の表面に前記加飾フィルムが設けられた熱硬化性樹脂成形品を得る工程と
    を有し、前記ベースフィルムとして、非架橋型オレフィン系熱可塑性樹脂で形成された、前記熱硬化性樹脂組成物の熱硬化温度における、引張破断伸びが５００％以上であり、１００％引張応力が０．１ＭＰａ以上であるフィルムを用いる熱硬化性樹脂成形品の製造方法。
  4. 前記成形型のキャビティ内に前記熱硬化性樹脂組成物を射出する圧力が、１〜１０ｋｇ／ｃｍ２である請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂成形品の製造方法。
  5. 前記熱硬化性樹脂組成物の熱硬化温度が、３０〜１１０℃である請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂成形品の製造方法。
  6. 前記熱硬化性樹脂組成物が、熱硬化性ウレタン樹脂組成物である請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂成形品の製造方法。
  7. 前記熱硬化性樹脂成形品から前記ベースフィルムを剥がす工程
    をさらに有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱硬化性樹脂成形品の製造方法。
  8. 前記ベースフィルムの加飾層を設ける側の表面には、三次元のエンボスが形成されている請求項７に記載の熱硬化性樹脂成形品の製造方法。
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