JP6914156B2 - 積層構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
前記接着性樹脂組成物は、アクリル系モノマー又はアクリル系オリゴマーをさらに含むことが好ましい。
前記接着性樹脂組成物は、アクリル系モノマーをさらに含み、前記アクリルモノマーは、水酸基を含有したモノマーであることが好ましい。
前記接着性樹脂組成物は、アクリル系オリゴマーをさらに含み、前記アクリル系オリゴマーとして、硬化性ウレタンアクリレートを含有することが好ましい。
前記接着層は、ヘイズが2.0%以下であり、かつ前記第1の樹脂層または前記第2の樹脂層に対する接着強度が20N/25mm以上であることが好ましい。
前記接着層は、ヘイズが1.0%以下であり、かつ可視光の透過率が85%以上であることが好ましい。
前記接着層の厚さは、20μm以上、200μm以下であることが好ましい。
前記中間積層体の前記第1の樹脂層または前記第2の樹脂層に対する前記接着性樹脂層の接着強度は、20N/25mm未満であり、前記積層構造体の前記第1の樹脂層または前記第2の樹脂層に対する前記接着層の接着強度は、20N/25mm以上であることが好ましい。
前記積層工程において、前記接着性樹脂層を前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層のうち一方に貼着させた後、前記第2のセパレーターを剥がす前に、押圧ローラを用いて、前記第2のセパレーターを介して前記接着性樹脂層を押圧することができる。
前記第2成形工程において、前記樹脂部材を形成する際の前記原材料樹脂の溶融温度は、前記熱重合開始剤の1分間半減期温度よりも高いことが好ましい。
[積層構造体](第1実施形態)
図1は、第1実施形態の製造方法によって作製された積層構造体の一例である積層構造体30を示す概略図である。図2は、積層構造体30の一部を示す拡大図である。
図1および図2に示すように、積層構造体30は、底部32と、底部32の両端からそれぞれ延出する傾斜部33と、傾斜部33の外端から外方に延出するフランジ部34とを備えている。傾斜部33は、底部32の両端からそれぞれ外方に向かって上昇するように傾斜している。
樹脂層21,22,26の原材料樹脂としては、ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレンなど)、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、アクリル、ポリ塩化ビニル、セルロースエステル、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)等の熱可塑性樹脂が好ましい。樹脂層21,22,26は、樹脂層21,22,26の面上又は内部に、異種材料(金属、無機物、有機物等)の薄膜、パターン、粒子、細線、微細構造物等を含んでもよい。樹脂層21,22,26の材質、厚み、形状等は、それぞれ同じであっても異なっても構わない。
樹脂層21,22は、内面21a,22aで接着層23と接触している。
第3の樹脂層26の、第2の樹脂層22側の面を内面26aといい、内面26aと反対の面を外面26bという。第3の樹脂層26の内面26aは第2の樹脂層22の外面22bに接している。
底部32、傾斜部33,およびフランジ部34は、それぞれの外面が平坦でもよいし、少なくとも一部が曲面であってもよい。
前記被膜は、遮光性であってもよいし、光透過性を有していてもよい。
模様または色彩による内面21aの加飾は、被膜形成に限らず、第1の樹脂層21の材料に着色剤を含有させることによって行ってもよい。
前記加飾は、第1の樹脂層21の内面21aに限らず、外面21bに施してもよい。すなわち、内面21aと外面21bの一方または両方に施すことができる。前記加飾は、第2の樹脂層22の内面22aおよび外面22bの一方または両方に施してもよい。
第1の樹脂層21と第2の樹脂層22のうち少なくともいずれか一方は、少なくとも内面が加飾されていることが好ましい。
第2の樹脂層22および第3の樹脂層26のヘイズは、2.0%以下(好ましくは1.0%以下)が好適である。
第1の樹脂層21は、遮光性を有していてもよいし、可視光透過率およびヘイズが前述の範囲であってよい。
接着性樹脂層11は、後述のように、熱硬化することによって、図1に示す接着層23となる。
セパレーター12,13としては、樹脂フィルムの代わりに、紙、合成紙、金属箔、各種シート等を用いることもできる。セパレーター12,13が透明性を有すると、セパレーター12,13が剥離されない接着性樹脂フィルム10のまま、接着性樹脂層11の光学的な検査を行うことができるため好ましい。
アミド基(−CONR2,Rは水素原子又はアルキル基等の置換基)を有するアクリル系モノマーとしては、アクリルアミド、メタクリルアミド等が挙げられる。
ニトリル基(−CN)を有するアクリル系モノマーとしては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等が挙げられる。
(B)架橋剤(硬化剤)による(A)アクリル系ポリマーの硬化は、被着体に貼合する前の接着性樹脂層を製造する段階で、エージングにより進行させてもよい。
接着性樹脂組成物が熱重合開始剤を含むことにより、積層構造体30を製造する過程における各プロセスでかかる熱エネルギーを利用して、積層体(例えば後述する中間積層体24(図8参照))や接着性樹脂層11の強度を高めることができるという利点がある。熱重合開始剤は紫外線重合開始剤とは違い、紫外線を通さない素材を用いて積層体を製造しようとしたときにも、接着性樹脂組成物を硬化させて、高強度の積層体を製造することができるという利点がある。
ラジカル開始剤としては、低温で作用するレドックス開始剤や有機金属化合物なども知られているが、接着性樹脂層の取り扱い性の点では、より高温で作用する、(有機)過酸化物系、アゾ系等が好ましい。熱重合開始剤は、接着性樹脂層の製造過程において(特に、溶媒の乾燥工程において)、反応もしくは半減しないために、熱重合開始剤の半減期が1分間となる温度(以下「1分間半減期温度」と称する場合がある。)が、接着剤原材料組成物が含有する有機溶剤の沸点よりも高いことが好ましい。
dx/dt=k(a−x) ・・・(1)
ln a/(a−x)=kt ・・・(2)
kt1/2=ln2 ・・・(3)
そのため、熱重合開始剤を一定温度で熱分解させ、時間(t)とln a/(a−x)の関係をプロットし、得られた直線の傾きからkを求めると、式(3)により、その温度における半減期t1/2を算出できる。
例えば、接着性樹脂組成物は、(D)アクリル系モノマー又はアクリル系オリゴマーを含有することができる。
(D)アクリル系モノマー又はアクリル系オリゴマーのうち、アクリル系モノマーとしては、(A)アクリル系ポリマーを構成するモノマーと同様なモノマー、例えば、アルキル(メタ)アクリレート、水酸基を含有する(メタ)アクリレート、アクリルアミド等の1種又は2種以上が挙げられる。1分子中の(メタ)アクリロイル基等の重合性官能基の数は、ひとつでも2以上でもよい。
相溶剤として、熱反応後に硬くなるようなアクリル系モノマーを使用すると、塗料の安定性と同時に、硬化後、粘着剤層が硬くなる効果も期待できる。アクリル系モノマーは相溶性が良いことに加え、アクリル系ポリマーやアクリル系オリゴマーと比較すると粘度が低いため、塗料の粘度が高すぎる場合に添加することで製膜時に最適な粘度へ調整することが可能となり生産性向上にも寄与する。
以下、積層構造体30の製造方法について説明する。
図3に示す接着性樹脂フィルム10は、次の方法により作製することができる。
図3に示すように、接着剤原材料組成物を、溶媒を含んだ状態で、セパレーター12に塗布し、乾燥し、その上にセパレーター13を被せて保護することで接着性樹脂フィルム10を得る。接着剤原材料組成物は、ダイやパイプドクターを用いて塗布することが好ましい。溶媒の乾燥においては、ドライヤー等で乾燥させることが好ましい。溶媒の乾燥時間に関しては、生産性を考慮すると、10分間以下であることが好ましく、2〜5分間であることがさらに好ましい。また、溶媒を十分に乾燥することが必要なため、溶媒の沸点以上の温度で乾燥させることが好ましく、熱重合開始剤の1分間半減期温度以下で乾燥させることが好ましい。
この工程では、図4〜図8に示すように、中間積層体24を作製する。以下、積層工程を詳しく説明する。
図4および図5に示すように、接着性樹脂フィルム10から第1のセパレーター12を剥がして、接着性樹脂層11の粘着面11aを露出させる。図6に示すように、粘着面11aを第1の樹脂層21の内面21aに当接させることによって、接着性樹脂層11を第1の樹脂層21の内面21aに貼着させる。
押圧ローラ31の外周面(押圧面)の素材は、例えば、ゴム、樹脂、金属等である。押圧ローラ31の具体例としては、シリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルブタジエンゴム(NBR)、フッ素ゴム、クロロプレンゴム等のゴム;ポリオレフィン(ポリエチレン、ポリプロピレンなど)などの樹脂;ステンレス鋼等の金属などが挙げられる。
図7に示すように、第2のセパレーター13を接着性樹脂層11から剥がす。
図8に示すように、接着性樹脂層11の第2面11bに第2の樹脂層22を貼り付ける。これによって、第1の樹脂層21と第2の樹脂層22とが接着性樹脂層11を介して積層された積層体を得る。この積層体を、中間積層体24という。
第1の樹脂層21または第2の樹脂層22に対する接着性樹脂層11の接着強度は、例えば20N/25mm未満である。
この工程では、図9〜図11に示すように、いわゆるプレス成形によって、中間積層体24を成形する。以下、第1成形工程を詳しく説明する。
図9に示すように、この工程では、金型40を使用する。金型40は、第1金型41と、第2金型42とを有する。以下の説明においては、第2金型42に対して第1金型41が上にあるとして、その位置関係を説明する場合がある。
第2金型42は、第2形成部44を有する。第2形成部44は、第2の樹脂層22の外面22b(図1参照)に即した形状の天面44aと、天面44aに対して傾斜した側面44bとを有する。
第1形成部43と第2形成部44とは、第1金型41と第2金型42との間に、第1の樹脂層21、接着層23および第2の樹脂層22(図1参照)に即した形状の空間を形成する。
図9に示す中間積層体24は平坦である。
これによって、プレス成形により中間積層体24を成形する。成形された中間積層体24は、底部52と、底部52の両端からそれぞれ延出する傾斜部53と、傾斜部53の外端から外方に延出するフランジ部54とを備えた形状となる。
図11に示すように、成形された中間積層体24を金型40から取り出す。
この工程では、図12〜図14に示すように、いわゆるインサート成形によって、第2の樹脂層22の外面22bに第3の樹脂層26(樹脂部材)を形成する。以下、第2成形工程を詳しく説明する。
図12に示すように、この工程では、金型140(射出成形用金型)を使用する。金型140は、第1金型141と、第2金型142とを有する。以下の説明においては、第2金型142に対して第1金型141が上にあるとして、その位置関係を説明する場合がある。
第2金型142は、第2形成部144を有する。第2形成部144は、第3の樹脂層26の外面26b(図1参照)に即した形状の天面144aと、天面144aに対して傾斜した側面144bとを有する。
第2金型142は、溶融した原材料樹脂25を第2形成部144に供給する流路145を有する。
第2金型142の第2形成部144の内面と中間積層体24との間には、第3の樹脂層26(図1参照)に即した形状の空間146が確保される。
原材料樹脂25の温度(溶融温度)は、例えば100〜250℃である。溶融温度は、熱重合開始剤の1分間半減期温度よりも高いことが好ましい。これによって、熱重合開始剤の反応性を高めることができる。
第2成形工程では、接着性樹脂層11は完全に硬化する必要はなく、接着性樹脂層11の少なくとも一部において硬化が進行すればよい。
接着性樹脂層11の硬化が不十分である場合には、さらに加熱を行う工程によって、接着性樹脂層11の硬度を高めることができる。
さらに、前記製造方法では、接着性樹脂フィルム10を用いて第1の樹脂層21に接着性樹脂層11を形成するため、塗布により接着性樹脂層を形成する製法に比べて工程を簡略化し、作業効率を高めることができる。
図15は、第2実施形態の製造方法によって作製された積層構造体の一例である積層構造体130を示す概略図である。なお、第1実施形態と共通の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図15に示すように、積層構造体130は、第2の樹脂層22と第3の樹脂層26との間に第2接着層123が設けられている点で、第1実施形態の積層構造体30(図1参照)と異なる。積層構造体130の接着層23を第1接着層23ともいう。
以下、積層構造体130の製造方法について説明する。
第1実施形態と同様にして、図3に示す接着性樹脂フィルム10を作製する。
図4〜図8に示すように、第1実施形態と同様にして、中間積層体24を作製する。この中間積層体24において、接着性樹脂層11は第1接着性樹脂層11ともいう。
図9〜図11に示すように、第1実施形態と同様にして、プレス成形によって中間積層体24を成形する。
図16に示すように、第1積層工程に準じて、第2の樹脂層22の外面22bに第2接着性樹脂層111を形成することによって、中間積層体124を得る。第2接着性樹脂層111は、第1実施形態における接着性樹脂層11と同様の構成としてよい。
図17および図18に示すように、第1実施形態と同様にして、いわゆるインサート成形によって、第2接着性樹脂層111の外面に、射出成形により第3の樹脂層26(樹脂部材)を形成する。
原材料樹脂25の熱が第2接着性樹脂層111に伝わり、さらに、第2の樹脂層22を介して第1接着性樹脂層11に伝わることによって、第1接着性樹脂層11および第2接着性樹脂層111の温度は、例えば100〜250℃となる。例えば30秒〜10分の時間の加熱により、第1接着性樹脂層11の少なくとも一部は熱硬化して第1接着層23となる。また、前記加熱により、第2接着性樹脂層111の少なくとも一部は熱硬化して第2接着層123となる。この際、アクリル系ポリマーと架橋剤との反応(重合、架橋等)が進行し、第1接着性樹脂層11が硬化するとともに、樹脂層21,22の間の接着力が上昇する。また、第2接着性樹脂層111が硬化するとともに、樹脂層22,26の間の接着力が上昇する。
第2成形工程では、第1接着性樹脂層11および第2接着性樹脂層111は完全に硬化する必要はなく、第1接着性樹脂層11の少なくとも一部、および第2接着性樹脂層111の少なくとも一部において硬化が進行すればよい。
第1接着性樹脂層11および第2接着性樹脂層111の硬化が不十分である場合には、さらに加熱を行う工程によって、第1接着性樹脂層11および第2接着性樹脂層111の硬度を高めることができる。
さらに、前記製造方法では、接着性樹脂フィルム10を用いて第1接着性樹脂層11および第2接着性樹脂層111を形成するため、塗布により接着性樹脂層を形成する製法に比べて工程を簡略化し、作業効率を高めることができる。
積層構造体は、4つ以上の樹脂層の間に、それぞれ接着層を有してもよい。積層構造体に含まれる2以上の接着層の1つ以上(好ましくは全部)が、本実施形態で示された接着層であることが好ましい。
前述の予備工程において、図3に示す接着性樹脂層11を製造する際には、溶媒を含んだ接着剤原材料組成物から、溶媒を加熱により除去する工程を設けることが好ましい。
第2成形工程においては、生産性の観点から短時間、例えば5分間以内で接着層の反応がある程度進んでいる、もしくは、終わっていることが好ましい。
接着性樹脂組成物は、半透明や不透明でもよいが、透明性を有していることが好ましい。
なお、基準直線は、内面21aを平坦化した場合に直線であればよい。Y方向は、内面21aの面内においてX方向と直交する方向である。
アクリル系ポリマーを含むポリマー溶液として、SKダイン(登録商標)2094(綜研化学株式会社)、架橋剤としてE−AX(綜研化学株式会社)を用い、アクリル系ポリマー100重量部に対して、架橋剤0.2重量部の割合で配合した。得られた混合物に、熱重合開始剤として、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート(日油株式会社製;製品名:パーブチル(登録商標)O)0.08重量部と、アクリル系モノマーである、4−ヒドロキシブチルアクリレート(大阪有機化学工業株式会社;4HBA)40重量部と、を加えて、接着剤原材料組成物を調製した。
接着剤原材料組成物は、溶媒として、酢酸エチル(沸点77℃)を含み、コーティングするための塗料として、粘度等の性状が改善されている。
次に、得られた積層体の接着性樹脂層の上面に、セパレーター(藤森工業株式会社製;製品名;38E−0010BDAS、厚み38μm)を貼合して、接着性樹脂フィルムを作製した。
その後、1週間のエージングを行うことで、アクリル系ポリマーと架橋剤(エポキシ系)の反応を終了させて、架橋されたアクリル系ポリマーと、架橋剤と、熱重合開始剤と、アクリル系モノマーと、の4種類の成分が含まれる接着性樹脂層を得た。
接着剤原材料組成物の組成及び接着剤樹脂層厚みを表1に示す。
なお、表1において、商品が溶液として市販されている場合、重量部の数値は、そのうち接着性樹脂層を構成する各成分の重量部を示す。
接着剤原材料組成物の組成及び接着剤樹脂層厚みを表1に示す。
実施例2では、イソシアネート系の架橋剤(TD−75、コロネートHX)がアクリル系ポリマーの官能基のみならず、水酸基を含有するアクリル系モノマー(4HBA)の一部とも反応して、架橋されたアクリル系ポリマーを形成するが、その場合でも、実施例1と同様に、接着性樹脂層には、アクリル系ポリマーと、架橋剤と、熱重合開始剤と、アクリル系モノマーと、の4種類の成分が含まれる。
接着性樹脂層が熱重合開始剤およびアクリル系モノマーを含まないこと以外は実施例1と同様にして接着性樹脂フィルムを作製した。
次に、評価方法及びその結果について、説明する。
図4に示す第1の樹脂層21は、15cm×15cmに裁断した厚み100μmのポリエチレンテレフタレート(PET)シートである。
図4および図5に示すように、接着性樹脂フィルム10から第1のセパレーター12を剥がして、接着性樹脂層11の粘着面11aを露出させ、図6に示すように、接着性樹脂層11を第1の樹脂層21の内面21aに貼着させた。押圧ローラ31を第2のセパレーター13の外面に沿って長さ方向(矢印方向)に転動させることによって、第2のセパレーター13を介して接着性樹脂層11を第1の樹脂層21の内面21aに向けて押圧した。図7に示すように、第2のセパレーター13を接着性樹脂層11から剥がし、図8に示すように、接着性樹脂層11の第2面11bに第2の樹脂層22(PET)を貼り付けることによって中間積層体24を得た。
図9および図10に示すように、中間積層体24を間に挟んだ状態で、第1金型41と第2金型42とを閉じることによって、プレス成形により中間積層体24を成形した。図11に示すように、成形された中間積層体24を金型40から取り出した。
図12に示すように、第1金型141と第2金型142との間に中間積層体24を配置して、第1金型141と第2金型142とを閉じた。
図13に示すように、溶融した原材料樹脂25(PET)を流路145から空間146に供給(射出)し、空間146に充てんさせることによって、第3の樹脂層26(厚み100μm)を形成した。原材料樹脂25の温度(溶融温度)は200℃とした。加熱時間(第1金型141と第2金型142とが閉じられている時間)は1分間とした。図14に示すように、積層構造体30を金型40から取り出した。
○: ウキ・剥がれ無し
△: 部分的にウキ・剥がれ
×:全面ウキ・剥がれあり
実施例1〜4は、いずれも十分な接着強度(密着度)を示した。これに対し、比較例1では、接着強度(密着度)が低かった。
Claims (12)
- 第1の樹脂層と第2の樹脂層とが接着性樹脂層を介して積層された中間積層体を作製する積層工程と、
前記中間積層体を成形する第1成形工程と、
前記成形が施された中間積層体の表面に、原材料樹脂を用いて射出成形により樹脂部材を形成することによって、前記接着性樹脂層の少なくとも一部が熱硬化されて接着層となった積層構造体を得る第2成形工程と、を有し、
前記接着性樹脂層を構成する接着性樹脂組成物は、少なくとも(A)アクリル系ポリマーと、(B)架橋剤と、(C)熱重合開始剤とを含有する、積層構造体の製造方法。 - 前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層のうち少なくともいずれか一方は、少なくとも内面が加飾されている、請求項1に記載の積層構造体の製造方法。
- 前記接着性樹脂組成物は、アクリル系モノマー又はアクリル系オリゴマーをさらに含む、請求項1または2に記載の積層構造体の製造方法。
- 前記接着性樹脂組成物は、アクリル系モノマーをさらに含み、
前記アクリルモノマーは、水酸基を含有したモノマーである、請求項1または2に記載の積層構造体の製造方法。 - 前記接着性樹脂組成物は、アクリル系オリゴマーをさらに含み、
前記アクリル系オリゴマーとして、硬化性ウレタンアクリレートを含有する、請求項1または2に記載の積層構造体の製造方法。 - 前記接着層は、ヘイズが2.0%以下であり、かつ前記第1の樹脂層または前記第2の樹脂層に対する接着強度が20N/25mm以上である、請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の積層構造体の製造方法。
- 前記接着層は、ヘイズが1.0%以下であり、かつ可視光の透過率が85%以上である、請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の積層構造体の製造方法。
- 前記接着層の厚さは、20μm以上、200μm以下である、請求項1〜7のうちいずれか1項に記載の積層構造体の製造方法。
- 前記中間積層体の前記第1の樹脂層または前記第2の樹脂層に対する前記接着性樹脂層の接着強度は、20N/25mm未満であり、
前記積層構造体の前記第1の樹脂層または前記第2の樹脂層に対する前記接着層の接着強度は、20N/25mm以上である、請求項1〜8のうちいずれか1項に記載の積層構造体の製造方法。 - 前記積層工程において、前記中間積層体を作製するにあたって、第1および第2のセパレーターとその間に積層された前記接着性樹脂層とを有する構造体から前記第1のセパレーターを剥がして露出した前記接着性樹脂層の面を前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層のうち一方に貼着させた後、前記第2のセパレーターを剥がし、露出した前記接着性樹脂層の面を前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層のうち他方に貼着させる、請求項1〜9のうちいずれか1項に記載の積層構造体の製造方法。
- 前記積層工程において、前記接着性樹脂層を前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層のうち一方に貼着させた後、前記第2のセパレーターを剥がす前に、押圧ローラを用いて、前記第2のセパレーターを介して前記接着性樹脂層を押圧する、請求項10に記載の積層構造体の製造方法。
- 前記第2成形工程において、前記樹脂部材を形成する際の前記原材料樹脂の溶融温度は、前記熱重合開始剤の1分間半減期温度よりも高い、請求項1〜11のうちいずれか1項に記載の積層構造体の製造方法。
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