JPWO2020184334A1 - 積層体、金属部材の製造方法、及び、樹脂部材の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような加飾成形品の成形方法としては、例えば、加飾シートを真空成形型により予め立体形状に成形しておき、該成形シートを射出成型の型に挿入し、流動状態の樹脂を型内に射出して樹脂と成形シートを一体化するインサート成形法、射出成型の際に金型内に挿入された加飾シートを、キャビティ内に射出注入された溶融樹脂と一体化させ、樹脂成形体表面に加飾を施す射出成型同時加飾法等が知られている。
また、基材との密着性、耐擦傷性および塗面外観が良好で、かつ耐候性に優れる塗料として、例えば、熱硬化性樹脂として、(1)脂環式エポキシ基を含有するビニル単量体(A)、側鎖にポリエステルを含有するビニル単量体(B)とを共重合して得られるエポキシ基含有ポリエステル変性ビニル重合体(D)100重量部に対して、(2)有機金属化合物0.01〜10重量部、(3)シラノール基を有するケイ素化合物0.1〜10重量部を含むことを特徴とする塗料組成物が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
発明者らが検討したところ、特許文献1及び特許文献2に記載の樹脂組成物を積層体として使用する際に、特定の熱硬化性樹脂層の組成および保護フィルムを用いなければ、成型部材と一体成型した後に得られる成形品では優れた鮮映性が得られないことが明らかになった。
<1> 熱可塑性樹脂層、熱硬化性樹脂層、及び、保護フィルムがこの順で積層された積層体であって、
前記熱硬化性樹脂層が、二種類以上の有機金属錯体を含有し、
前記保護フィルムの前記熱硬化性樹脂層と接する側の表面の表面粗さRaが、30nm以下であり、
前記保護フィルムの前記熱硬化性樹脂層側の表面における窒素原子の存在量が1atm%未満である
積層体。
<2> 前記二種類以上の有機金属錯体が、アセチルアセトン錯体、及び、ベンジルアセトン錯体を含む、<1>に記載の積層体。
<3> 前記二種類以上の有機金属錯体の少なくとも1つの金属が、ホウ素である、<1>又は<2>に記載の積層体。
<4> 前記熱硬化性樹脂層が、二種類の有機金属錯体を含有する、<1>〜<3>のいずれか1つに記載の積層体。
<5> 前記熱可塑性樹脂層、及び、前記熱硬化性樹脂層の間に着色層を更に有する、<1>〜<4>のいずれか1つに記載の積層体。
<6> 前記着色層は、窒素原子の存在量が1atm%以下である着色材料を含む、<5>に記載の積層体。
<7> 前記保護フィルムのtanδピーク温度が、70℃以上である、<1>〜<6>のいずれか1つに記載の積層体。
<8> <1>〜<7>のいずれか1つに記載の積層体と、加熱された鋼板と、を熱圧着させてプレス成形し、前記熱硬化性樹脂層を硬化させることを含む、金属部材の製造方法。
<9> <1>〜<7>のいずれか1つに記載の積層体を金型に挿入した後、溶融状態の樹脂を射出成型してインモールド成形し、前記挿入後前記インモールド成形が終了するまでの間に熱硬化性樹脂層を硬化させることを含む、樹脂部材の製造方法。
<10> <1>〜<7>のいずれか1つに記載の積層体を真空加熱成形する工程を含み、真空加熱成形前から真空加熱成形が終了するまでの間に前記熱硬化性樹脂層を硬化させることを含む、樹脂部材の製造方法。
なお、本明細書において、数値範囲を示す「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
また、本明細書における基(原子団)の表記において、置換及び無置換を記していない表記は、置換基を有さないものと共に置換基を有するものをも包含するものである。例えば「アルキル基」とは、置換基を有さないアルキル基(無置換アルキル基)のみならず、置換基を有するアルキル基(置換アルキル基)をも包含するものである。
本明細書において、「(メタ)アクリル」は、アクリル及びメタクリルの両方を包含する概念で用いられる語であり、「(メタ)アクリロイル」は、アクリロイル及びメタクリロイルの両方を包含する概念として用いられる語である。
また、本明細書中の「工程」の用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば本用語に含まれる。 また、本発明において、「質量%」と「重量%」とは同義であり、「部」、「質量部」と「重量部」とは同義である。
特に限定しない限りにおいて、本発明において組成物中の各成分、又は、ポリマー中の各構成単位は、1種単独で含まれていてもよいし、2種以上を併用してもよいものとする。
更に、本発明において組成物中の各成分、又は、ポリマー中の各構成単位の量は、組成物中に各成分、又は、ポリマー中の各構成単位に該当する物質又は構成単位が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する該当する複数の物質、又は、ポリマー中に存在する該当する複数の各構成単位の合計量を意味する。
更に、本発明において、2以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
以下、本発明に係る積層体、並びに、金属部材の製造方法、及び、樹脂部材の製造方法について、説明する。
本発明に係る積層体(以下、単に「積層体」ともいう。)は、熱可塑性樹脂層、熱硬化性樹脂層、及び、保護フィルムがこの順で積層された積層体であって、前記熱硬化性樹脂層が、二種類以上の有機金属錯体を含有し、前記保護フィルムの前記熱硬化性樹脂層と接する側の表面の表面粗さRaが、30nm以下であり、前記保護フィルムの前記熱硬化性樹脂層側の表面における窒素原子の存在量が1atm%未満である。
なお、本明細書において、atm%とは、原子百分率を意味する。
本明細書において、「鮮映性」に優れるとは、入射光の外乱が少なく、入射光がそのまま反射光として捉えやすいほど、鮮映性に優れることを意味する。一般的には、光沢(グロス)の値が高いほど、が鮮映性に優れやすい。
上記効果が得られる詳細なメカニズムは不明であるが、以下のように推測される。
以下、本発明に係る積層体を構成する各構成について以下において説明する。
本発明に係る積層体は、保護フィルムを有する。保護フィルムは、本発明に係る積層体の最外層であることが好ましい。
保護フィルムは、鮮映性の観点から、熱可塑性樹脂により形成された層であることが好ましく、熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムを好適に用いることができる。熱可塑性樹脂としてはフィルム、シート等に成形できるものであれば特に制限されない。
熱可塑性樹脂層易成形に用いられる熱可塑性樹脂は、1種のみで用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、保護フィルムは、後述の熱可塑性樹脂と接することが好ましい。
保護フィルムに使用される熱可塑性樹脂としては、動的粘弾性測定における貯蔵弾性率と損失弾性率との比を正弦正接(tanδ)として測定し、tanδの主ピークを示す温度が70℃以上であることが好ましい。
tanδの主ピークを示す温度が70℃以上であると、耐熱性が得られやすく、搬送時の張力などによるフィルムの歪みを抑制することができ、熱硬化性樹脂の塗工後に保護フィルムに塗工外観悪化を抑制することができる。tanδの主ピークの上限温度は特に制限はないが、積層体として一体成型する場合には、金型を用いて成形した際の傷の影響を抑制できるため、tanδの主ピークの上限温度を有することが好ましく、金型からの入熱により成形体にシワが入るような温度でないことがより好ましい。
上記観点から、保護フィルムに使用される熱可塑性樹脂としては、ポリエステル樹脂を含むことが好ましい。特に好ましくは、上記熱可塑性樹脂層に含まれる熱可塑性樹脂組成物と同じ樹脂の種類から形成された保護フィルムであることが好ましい。
保護フィルムに使用される熱可塑性樹脂は、1種で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
保護フィルムに使用される熱可塑性樹脂の重量平均分子量は、後述の熱可塑性樹脂と同様の方法により求められる。
保護フィルムの上記熱硬化性樹脂層と接する側の表面の表面粗さRa(以下、「保護フィルムにおける表面粗さRa」ともいう。)が、30nm以下である。
表面粗さRaが上記範囲内であると、積層体と成形部材とを一体成型した後の鮮映性に優れる。上記観点から、表面粗さRaは0.1nm以上30nm以下であることが好ましく、1nm以上30nm以下であることがより好ましく、5nm以上30nm以下であることが更に好ましく、10nm以上30nm以下であることが特に好ましい。
本明細書において、保護フィルムにおける表面粗さRaは、保護フィルムを積層体から剥離したあとの、保護フィルムの熱硬化性樹脂層と接する側の表面粗さを意味する。
まず、20mm×100mmの積層体を用意し、保護フィルムの端部に剥離端を作製した後、引張試験機に剥離角度が90°になるようにセットして、保護フィルムを積層体から剥離する。剥離された保護フィルムのサンプリングを行い、10mm×10mmの大きさにカットして、熱硬化性樹脂層と接する側の表面を測定面が上になるように、スライドガラスに貼りつけて試料を作製する。
得られた試料を、真空蒸着機(日本電子(株)製、型番:JEE−AX)で液体窒素を使用して5分アルミ蒸着を行った後、上記光干渉型表面粗さ計で表面粗さRaを測定する。
保護フィルムの上記熱硬化性樹脂層側の表面における窒素原子の存在量(以下、「保護フィルムにおける窒素原子含有量」ともいう。)が1atm%未満である。
熱硬化性樹脂層の硬化反応の開始剤には一般に酸系触媒が用いられる。熱硬化性樹脂層、及び、隣接する層(熱硬化性樹脂と接する側の保護フィルム、保護フィルムが離形層を備える場合にはその離形層、着色層等)を形成する材料(樹脂)に、窒素原子を有するアルカリ性の化合物が含まれる場合、熱硬化性樹脂層に含まれる酸触媒が、熱硬化性樹脂層と隣接する他の層中の窒素原子を有するアルカリ性化合物と経時的に反応を起こすやすい。
保護フィルムにおける窒素原子含有量が1atm%未満であるので、上述の通り、熱硬化性樹脂層と隣接する層への窒素原子を介した反応が抑制されるので、保護フィルムを剥離した際の凝集破壊がより抑制され、熱硬化性樹脂層の表面粗さへの影響が低減されるため、鮮映性に優れる。
上記観点から、保護フィルムにおける窒素原子含有量としては、0.5atm%以下であることがより好ましく、0.3atm%以下であることがより好ましく、実質的に含まないことが更に好ましい。
本明細書において、「実質的に含まない」とは、含有量が0.1atm%未満であることをいう。
具体的には、積層体から保護フィルムを剥離し、保護フィルムの熱硬化性樹脂層側の表面を、表面分析装置(サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製、製品名:K−Alpha)を用いて測定して求めることができる。上記表面分析装置を用いることで、保護フィルムの熱硬化性樹脂層側の表面から厚み方向(深さ)1nm程度の表層にある窒素原子の存在量を測定することができる。
また、保護フィルムの厚みは、積層体の断面を実体顕微鏡で観察し、得られた画像とスケールから、保護フィルムの厚みを求めることができる。
本発明に係る積層体は、熱硬化性樹脂層を有する。
一体成型前の熱硬化性樹脂層が硬化されない場合、一体成型時の熱処理により、熱硬化性樹脂層の樹脂成分が流動しやすく、熱硬化性樹脂層の表面に、例えば、ウネリのような表面粗さが生じやすいと推察される。一方で、熱硬化性樹脂層の硬化が完了してしまうと、熱硬化性樹脂層の一体成型する際の追従性が劣りやすく、一体成型時の応力による熱硬化性樹脂層に割れ、ひび割れ(クラック)が生じやすくなり、熱硬化性樹脂層の表面が粗くなり、鮮映性が得られない可能性がある。
上記観点から、熱硬化性樹脂層は、一体成型時、及び、一体成型後に硬化し、かつ、一体成型前に硬化可能である熱硬化性樹脂層であることが好ましい。
また、上記熱硬化性樹脂層は、二種類以上の有機金属錯体を含有する。上記熱硬化性樹脂層としては、二種類の有機金属錯体を含有する態様が好ましい。
熱硬化性樹脂層が二種類以上の有機金属錯体を含むことで、積層体と成形部材とを一体成型する際に、有機金属錯体が触媒として作用し、本発明に係る積層体と成形部材とを一体成型する際の反応性に優れ、一体成型時及び一体成型後、並びに、一体成型前に熱硬化性樹脂を硬化させることができる。
すなわち、上記二種類以上の有機金属錯体としては、上記観点から、一体成型時及び一体成型後の熱硬化性樹脂層の硬化に寄与する有機金属錯体と、一体成型前に熱硬化性樹脂の硬化に寄与する有機金属錯体と、を含むことが好ましい。
有機金属錯体は、金属に炭素が直接結合した金属−炭素結合を含む化合物であり、遷移金属元素、又は、第12族元素、第13族元素、第14族元素等を有する有機金属錯体が挙げられる。
一体成型における反応性の観点から、有機金属錯体としては、B、Al、Mg、Mn、Ti、Cu、Co、Zn、及び、Zrよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を有する有機金属錯体であることが好ましく、B、及び、Alよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を有する有機金属錯体であることがより好ましく、ホウ素(B)を有する金属錯体であることが更に好ましい。
ベンジルアセトン錯体としては、エチルアセトアセテートアルミニウムジイソプロピレート、ボロニウムトリス(エチルアセトアセテート)、アルキルアセトアセテートボロニウムジイソプロピレート、ボロニウムモノアセチルアセテートビス(エチルアセトアセテート)、ボロニウムトリス(アセチルアセトネート)等のボロニウムアセチルアセトン錯体、ボロニウムトリスベンジルアセトネート、等のべンジルアセトン錯体が挙げられる。
有機金属錯体の総含有量としては、熱硬化性樹脂組成物100質量部に対して、0.5質量部〜5質量部であることが好ましく、1質量部〜3質量部であることがより好ましく、1質量部〜2.5質量部であることが更に好ましい。
熱硬化性樹脂層は、熱硬化性樹脂組成物を用いて形成することができ、熱硬化性樹脂組成物に含まれる熱硬化性樹脂は、熱硬化反応性基を有する樹脂であることが好ましい。
熱硬化性樹脂の中でも、鮮映性の観点から、熱硬化性(メタ)アクリル樹脂であることが好ましい。
これらの中でも、3,4−エポキシシクロヘキシル(メタ)アクリレートであることが好ましい。
これらの中でも、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートのε−カプロラクトン付加物が好ましい。
熱硬化性樹脂層の厚みは、1μm〜100μmの範囲であることが好ましい。熱硬化性樹脂層の厚みが上記範囲であると、鮮映性に優れるだけではなく、美粧性の観点から求められる耐傷付性、耐薬品性にも優れる効果が得られる。
熱硬化性樹脂層の厚みの上限は、塗工時の乾燥能力によって適宜設定することができ、経済性の観点から、多量に乗せる必要がないため、好ましくは75μm以下、より好ましくは50μm以下、さらに好ましくは30μm以下である。
また、熱硬化性樹脂層の厚みの下限は、鮮映性、及び、耐傷付性をより発現するため、好ましくは5μm以上、より好ましくは10μm以上、更に好ましくは15μm以上である。
また、熱硬化性樹脂層の厚みは、積層体の断面を実体顕微鏡で観察し、得られた画像とスケールから、熱硬化性樹脂層の厚みを求めることができる。
本発明に係る積層体に積層された熱可塑性樹脂層は、熱可塑性樹脂を含む層であり、熱可塑性樹脂からなる樹脂フィルムを好適に用いることができる。熱可塑性樹脂としてはフィルム、シート等に成形できるものであれば特に制限されない。
熱可塑性樹脂層に用いられる熱可塑性樹脂は、1種のみで用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ポリエステル樹脂は、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂と比べて、伸長した場合に応力が増加するので、伸びた領域が伸びにくくなる。このため、伸長変形が起きたとしても、伸びた領域は変形に対して抵抗が大きくなっているので、その他の変形しやすい領域が変形し、その他の変形しやすい領域の応力が増加する。
このような領域が連続することで、均一に成型することができる。その結果、熱可塑性樹脂の上部に積層されている熱硬化性樹脂層等も熱可塑性樹脂に連動して変形するため、膜厚斑が起こりにくく、美麗な外観が得られやすい。
熱可塑性樹脂は単独重合体(ホモポリマー)であってもよく、共重合体(共重合ポリマー)であってもよく、さらには熱可塑性樹脂の混合物であってもよい。
また、脂肪族ジカルボン酸としては、特に制限はなく、例えば、アジピン酸、セバシン酸、ダイマー酸、ドデカンジオン酸、シクロヘキサンジカルボン酸及び、それらのエステル形成性誘導体などが挙げられる。
これらの酸成分は1種のみを用いてもよく、2種以上併用してもよく、さらにはヒドロキシ安息香酸のオキシ酸などと、これらを一部共重合してもよい。
これらの中でも耐熱性に優れ、一体成型した後の平坦性を具備できることから、ジオールとしては、エチレングリコール、1,3−ブタンジオール及び1,4−ブタンジオール並びにこれらのエステル形成性誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1種のジオールであることが好ましい。
これらのジオール成分は1種のみで用いてもよく、2種以上併用してもよい。
上記ポリエステル樹脂は、上記単量体の単独重合体(ホモポリマー)に限らず、上記単量体を2種以上用いた共重合体であってもよく、2種以上のポリエステル樹脂の混合物であってもよい。
一体成型時の成形性に優れる観点から、ポリエステル樹脂としては、ブチレンテレフタレート及びエチレンイソフタレートからなる群より選ばれる少なくとも1種に由来する構成単位を有するポリエステル樹脂であることが好ましい。
特に一体成型時の成形性に優れることから、ポリエステル樹脂はモル数を基準として、ポリエステル樹脂を構成する全構成単位に対して、ブチレンテレフタレート及びエチレンイソフタレートに由来する構成単位を80モル%以上有し、ブチレンテレフタレート及びエチレンイソフタレート以外の単量体に由来する構成単位を2モル%〜20モル%共重合したものが特に好ましい。
熱可塑性樹脂の重量平均分子量としては、通常フィルム状に製膜するのに適合した分子量であれば特に制限はされない。例えば、ポリエステルを樹脂とする場合、好ましい重量平均分子量は5,000〜50,000であり、より好ましくは6,000〜40,000であり、さらに好ましくは、7,000〜30,000である。
なお、熱可塑性樹脂がポリエステル樹脂である場合、重量平均分子量は、以下の測定方法により求めることができる。
熱可塑性樹脂の試料を凍結粉砕し、この試料1mgをヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP):クロロホルム=1:1の混合溶媒4mLに一晩溶解し、6mLのクロロホルムで希釈した後、0.45μmメンブレンフィルターでろ過し、測定溶液とした。
上記方法で作製した測定溶液を下記条件でゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)分析装置により測定した。上記重量平均分子量は標準ポリスチレンの換算値として算出した。
・装置名;東ソー(株)製 型番;HLC−8320GPC
・カラム:TSK−GEL GMHHR−M(東ソー(株)製)×2本
・流速:1.0mL/min
・カラム温度:40℃
・検出器:UV
・注入量:200μL
熱可塑性樹脂層の厚みは、10μm〜300μmの範囲であることが好ましい。熱可塑性樹脂の厚みが上記範囲であると、成形性に優れる。熱可塑性樹脂層は、経済性の観点から過度に厚くする必要はないが、金属部材の成形、及び、樹脂部材の成形時の入熱、厚み方向の応力緩和の観点から、ある程度の厚みを有していることが好ましい。
上記観点から、熱可塑性樹脂層の厚みとしては、25μm以上であることが好ましく、より好ましくは50μm以上であり、更に好ましくは75μm以上である。また、上記観点から、熱可塑性樹脂層の厚みとしては、250μm以下であることが好ましく、より好ましくは200μm以下である、更に好ましくは150μm以下である。
また、熱可塑性樹脂層の厚みは、積層体の断面を実体顕微鏡で観察し、得られた画像とスケールから、熱可塑性樹脂層の厚みを求めることができる。
熱可塑性樹脂層がフィラーを含む場合、フィラーとしては、無機フィラーが好ましく、アルミナ、シリカ又はマイカがより好ましい。
熱可塑性樹脂層の熱硬化性樹脂層と接する側の表面粗さRaは100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましい。
熱可塑性樹脂層の温度23℃における波長380nm〜780nm(可視光領域)における全光線透過率は、鮮映性の観点から、80%以上であることが好ましく、より好ましくは85%以上、更に好ましくは90%以上である。
上記全光線透過率は、分光光度計((株)島津製作所製、製品名;UV−3101PC)を用いて測定し、求められる。
表面改質層は、熱可塑性樹脂を製膜する際に工程の中で設けるインライン工法と、熱可塑性樹脂層を製膜したのちに別の工程で設けるオフライン工法等が挙げられる。熱可塑性樹脂として、ポリエステル樹脂を使用する場合、経済性、及び、工程で付与できる熱が高温であること、開放系であり溶剤使用設備が限られることから、水溶性樹脂を塗工するインライン工法が好ましい。
表面改質層を形成する樹脂としては、表面改質層に積層させる樹脂の種類によって適宜設定することができ、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、又は、ウレタン樹脂が好ましく、これらの樹脂は、2種類以上を組み合わせて用いてもよいし、これらの樹脂の共重合体であってもよい。
表面改質層を形成する樹脂は、水に分散された塗料として用いることが好ましく、分散性を確保すること、又、塗工時の膜の硬化を行うことから、界面活性剤、硬化剤、フィラー等の添加剤を加えることも好ましい態様である。
本発明に係る積層体は、上記保護フィルム、熱可塑性樹脂層、及び、熱硬化性樹脂層以外の層(以下、「その他の層」ともいう。)を有していてもよい。積層体がその他の層を有する場合、前記熱可塑性樹脂層、及び、前記熱硬化性樹脂層の間、又は、熱可塑性樹脂層の熱硬化性樹脂層が形成されている面とは反対側に形成されていることが好ましい。
その他の層としては、着色層、クリアパール層、バッカー層、接着剤層、易接着層等が挙げられる。
本発明に係る積層体は、部材のデザイン性の観点から、前記熱可塑性樹脂層、及び、前記熱硬化性樹脂層の間に着色層を更に有することが好ましい。
着色層を構成する成分としては、特に制限はなく、バインダー樹脂、顔料、染料、さらに必要に応じて体質顔料、溶剤、安定剤、可塑剤、触媒、硬化剤などが挙げられ、これら化合物を適宜混合して着色層を形成することができる。
なお、着色剤の混合に用いられるバインダー樹脂は、成形性を有することが好ましい。
本明細書において、「実質的に含まない」とは、窒素原子の存在量が0.1atm%未満であることをいう。
本発明に係る積層体がその他の層として、接着剤層を有する場合、耐久性の観点から、接着剤層の厚みとしては、1μm〜30μmであることが好ましく、5μm〜25μmであることが好ましい。
接着剤層は、通常、接着剤層として用いられる接着剤組成物より形成されうる。
本発明に係る積層体の製造方法の一実施形態として、二軸延伸ポリエステルフィルムを熱可塑性樹脂層とした例にとって以下に説明する。
ポリエステル樹脂としては、特に制限はなく、例えば、市販品のポリエステル樹脂原料を購入し公知の手法で重縮合して得られたものであってもよい。
準備工程は、原料となる樹脂を乾燥する工程を含む。
乾燥方法としては、特に制限はないが、窒素雰囲気、真空雰囲気等において、例えば、160℃で5時間程度の乾燥を行うことが好ましい。乾燥温度及び乾燥時間については、ポリエステル樹脂中の水分含有率が好ましくは50ppm以下となれば、特に制限はない。
なお、ベント式二軸押出機を用いて溶融押出を行う場合は、原料となる樹脂を乾燥する準備工程を省略してもよい。
溶融押出工程は、上記準備工程で得られたポリエステル樹脂原料を、押出し機に投入しシリンダ内で溶融混練する。
熱可塑性樹脂層の製造方法において、溶融されたポリエステル樹脂は、フィルターやギアポンプを通じて、異物の除去、押出量の均整化を行い、Tダイより冷却ドラム上にシート状に吐出して製膜される工程(製膜工程)を含むことが好ましい。
このとき、単層で押出してもよいし、多層で押出してもよい。溶融押出しされた溶融ポリエステル樹脂は、支持体上で冷却され、固化されてシート状に成形されることが好ましい。
これらのキャスト法の中でも、ポリエステル樹脂の生産性及び平面性の観点から、静電印加する方法が好ましい。
延伸工程において、溶融押出工程で得られた未延伸のポリエステルフィルムを延伸する方法としては、未延伸ポリエステルフィルムを長手方向に延伸した後、幅方向に延伸する、若しくは、幅方向に延伸した後、長手方向に延伸する逐次二軸延伸方法、又は、未延伸ポリエステルフィルムの長手方向及び幅方向をほぼ同時に延伸していく同時二軸延伸方法等が挙げられ、適宜選択することができる。
なお、延伸は各方向に対して複数回おこなってもよい。
延伸方法は、公知公用の方法を適用することができ、例えば、ロール延伸やテンターへ導き、フィルムの両端をクリップで把持しながら搬送する延伸方法など、いずれも採用することができる。
二軸延伸された積層体は、平面性、寸法安定性を付与するために、テンター内で延伸温度以上融点以下の熱処理を更に行うことが好ましい。
また、必要に応じて、熱処理から徐冷の際に長手方向及び/又は幅方向に弛緩処理を行ってもよい。
熱硬化性樹脂層の形成工程は、熱可塑性樹脂層の製膜工程において熱可塑性樹脂層に熱硬化性樹脂層形成用塗布液を塗工(インラインコーティング)して、熱硬化性樹脂層を形成する。
なお、熱硬化性樹脂層形成用塗布液の塗工方法、熱処理条件等は、後述する実施例に記載した熱硬化性樹脂層の塗工方法と同様の方法が挙げられる。
熱硬化性樹脂層の表面に離形層を有した保護フィルムを離形層側が接するようにラミネートすることで、熱可塑性樹脂層、熱硬化性樹脂層、及び、保護フィルムがこの順で積層された積層体を製造することができる。
積層体の150℃の伸度が、製膜方向及び幅方向に対して100%以上であると、後述の繊維強化樹脂の形状に追従させることができる。
平滑性の観点から、積層体の150℃における引張応力としては、3MPa〜50MPaであることが好ましく、より好ましくは5〜30MPaである。
積層体の引張応力は、伸長と共に単調に増加する傾向であることが好ましい。「伸長と共に単調に増加する」とは、伸度を横軸、応力を縦軸とした場合に、弾性変形後の変形において、破断するまでの段階で、引張応力の増加が0又は負、すなわち、傾きがゼロ以下になる領域が、破断するまでの伸度において30%以下、更に20%以下であることを意味する。
本発明に係る金属部材の製造方法は、上記積層体と、加熱された鋼板と、を熱圧着させてプレス成形し、前記熱硬化性樹脂層を硬化させることを含む。
鋼板は、通常ロール状に巻きとられており、積層体もロール状の積層体として製品とすることができるため、ロール状の鋼板及び積層体を用いた場合、ロールtоロールでのラミネートが可能である。例えば、鋼板を加熱して、供給した積層体の熱可塑性樹脂層側を熱圧着することで、鋼板にフィルムを貼り合わせてもよい。
熱可塑性樹脂層の中で溶融及び冷却固化を終了させるため、加熱された鋼板に積層体の熱可塑性樹脂層の表面を貼り合わせる際に、積層体は保護フィルム側から冷却されていることを含むことが好ましい。
積層体を貼り合わせる際のラミネートロールの温度は、熱可塑性樹脂層を溶かさない程度に低温にしておくことが好ましい。
つまり積層体を介しすることで、鋼板側は加熱状態、保護フィルム側は冷却状態となり、熱可塑性樹脂層の中で溶融と冷却固化を完了させることが可能となり、溶融樹脂の内部で界面が混合され、接着力をさらに向上させると推測される。
上記の熱圧着によって鋼板と積層体が一体化された鋼板(ラミネート鋼板)は、プレス成形される。プレス成形としては、上記冷間プレス成形が好ましい。ラミネート鋼板において、冷間プレス成形を行う場合、鋼板の端部を高圧でホールドする張り出し成形であってもよく、低圧でホールドし、鋼板が成形によって吸い込まれていく成形であってもよい。積層体における熱可塑性樹脂層を熱融着させることで鋼板(金属部材)の被覆が可能となる。
本発明に係る樹脂部材の製造方法は、上記積層体を金型に挿入した後、溶融状態の樹脂を射出成型してインモールド成形し、前記インモールド成形が終了するまでの間に熱硬化性樹脂層を硬化させることを含む。
また、本発明に係る樹脂部材の製造方法は、上記積層体を真空加熱成形する工程を含み、真空加熱成形前から真空加熱成形が終了するまでの間に前記熱硬化性樹脂層を硬化させることを含む。
本開示に係る樹脂部材の製造方法では、金型等に上記積層体を挿入し、溶融状態の樹脂を射出成型してインモールド成形する。その際、インモールド成形が終了するまでの間に熱硬化性樹脂層を硬化させる、すなわち、金型に積層体を設置する前に、金型形状に即した形に積層体を賦形する段階で熱硬化性樹脂を硬化させる、もしくは、インモールド成形の熱を利用して熱硬化性樹脂層を硬化させる、もしくは、金型に挿入後いったん熱を加えて熱硬化性樹脂層を硬化させた後にインモールド成形する。
上記温度では、積層体の熱可塑性樹脂層が厚み方向に一部溶融し、界面が混合されたのちに、冷却固化されるので、強固な接着力を有する成形が可能となる。射出成型時の金型は、射出する樹脂の溶融温度と同様に、積層体の外観を損なわない範囲の温度になるように冷却して使用することが好ましい。
本発明に係る樹脂部材の製造方法は、本発明に係る積層体を用いて真空加熱成形することを含む。
加熱加圧成形法における成形温度(又は硬化時間)は、各樹脂層の種類により適宜選択してよく、熱可塑性樹脂の成形性の観点から、通常80℃〜180℃の温度が好ましい。
テレフタル酸及びエチレングリコールを重合してポリエステルP1を得た。また、ポリエステルP1を樹脂に平均粒径1.6μmのシリカ粒子を混合して、シリカ粒子含有ポリエステルR1を得た。
ポリエステルP1、及び、シリカ粒子含有ポリエステルR1を160℃で4時間乾燥し、水分を除去した後、ホッパーに供給し、P1とR1とが質量比でP1/R1=90/10となるように供給し、チップ混合した後に、280℃に設定した押出機から、ダイを用いて、シート状に溶融押出した。得られた溶融押出シートの重量平均分子量は40,000であった。
押し出し後、20℃のキャスティングドラムですぐに冷却することで、キャストフィルムを得た後、続く縦延伸工程で、90℃で3.4倍延伸した後、一軸フィルムにジメチルポリシロキサンを主成分樹脂とする離形層形成用塗料をマイクログラビアコーターによって片面に乾燥後の膜厚が80nmとなるように、塗工し、その後ステンター工程に導いて、塗膜を乾燥させて膜とすると同時に、得られた一軸フィルムの横延伸を105℃で3.5倍となるように延伸を行い、結晶化ゾーンにおいて210℃で処理しながら、1%幅方向に幅入れし、熱収縮を抑制して、厚み38μmの二軸延伸フィルムを製膜し、ロール状に巻き取りを行った。
なお、主成分樹脂とは、全ての樹脂成分の示す割合のうち、占める割合が最も多い樹脂成分を表す。
撹拌装置、温度計、還流冷却管、及び、窒素導入管を備えた反応器に、トルエン40部、酢酸イソブチル50部を仕込み、窒素雰囲気中で100℃に昇温し、脂環式エポキシ基含有ビニル単量体として、3,4−エポキシシクロヘキシルメチルアクリレートを45部、側鎖にポリエステルを含有するビニル単量体として2−ヒドロキシエチルアクリレートのε−カプロラクトン10モル付加物を55部、及び、AIBN(重合開始剤;アゾビスイソブチロニトリル)7部からなる混合物を2時間かけて滴下した。滴下終了後も同温度で2時間保持してから、さらにAIBN1部、及び、トルエン10部からなる混合物を滴下した。その後も、同温度に4時間保持して不揮発分が50%で、かつ、数平均分子量が7,000であるエポキシ基含有ポリエステル変性ビニル重合体溶液A(以下、「溶液A」ともいう。)を得た。
次いで、上記溶液A:80部にメチルイソブチルケトン5部、n−ブタノール10部、シュウ酸アニリド系紫外線吸収剤(製品名:Sanduvor3206、クラリアント(株))2部、及び、ヒンダードアミン系光安定剤(製品名:Sanduvor3058、クラリアント(株))2部、並びに、有機金属錯体として、ボロニウムトリスアセチルアセトネート1部、及び、ボロニウムトリスベンジルアセトネート1部を添加して熱硬化性樹脂組成物A−1を得た。
(熱可塑性樹脂層)
テレフタル酸:イソフタル酸の成分モル比が90:10となるようなカルボン酸成分と、エチレングリコールと、を重合してポリエステルP2を得た。
さらに、カルボン酸成分としてテレフタル酸と、ブタンジオールと、を重合してポリエステルP3を得た。
また、樹脂成分としてポリエステルP2と、平均粒径1.6μのシリカ粒子と、を混合して、シリカ粒子含有ポリエステルR2を得た。
ポリエステルP2、ポリエステルP3、及び、シリカ粒子含有ポリエステルR2を160℃で4時間乾燥し、水分を除去した後、ホッパーに供給し、P2とP3とR2とが質量比でP2/P3/R2=50/40/10となるように供給し、チップ混合した後に、280℃に設定した押出機から、ダイを用いて、シート状に溶融押出した。得られた溶融押出シートの重量平均分子量は55,000であった。
押し出し後、20℃のキャスティングドラムですぐに冷却することで、キャストフィルムを得た後、続く縦延伸工程で、70℃で3.0倍延伸した後、一軸フィルムの両面に、下記の表面処理層塗布液をロールコーターによって厚み40nmで塗布し、その後ステンター工程に導いて、塗膜を乾燥させて膜とすると同時に、得られた一軸フィルムの横延伸を95℃で3.2倍となるように延伸を行い、結晶化ゾーンにおいて210℃で処理しながら、1%幅方向に幅入れすることで熱収縮を抑制して、厚み50μmの二軸延伸フィルム(熱可塑性樹脂層)を製膜し、ロール状に巻き取りを行った。
メチルメタクリレート40モル%、エチルアクリレート45モル%、アクリロニトリル10モル%及びN−メチロールアクリルアミド5モル%を付加縮合反応させて得られたアクリル樹脂共重合体を固形分30%で水分散させた塗料を80重量部と、界面活性剤20重量部を混合した水分散塗料を得た。アクリル樹脂共重合体の重量平均分子量は、220,000である。
得られたロール状の二軸延伸フィルム(熱可塑性樹脂層)を繰り出した後、真空釜内にてフィルムの一方の面にインジウムを蒸着した後、再びロール状に巻き取った。さらにインジウム蒸着面側にはアクリル系の粘着剤層を20μmで塗工し、ABS(アクリロニトリル、ブタジエン及びスチレンの共重合体)製の厚み250μmのシートを貼り合わせた。
フィルムの金属蒸着面とは反対側には、トルエン97部にトリフェニルシラノール3部を溶解した硬化剤を上記熱硬化性樹脂組成物A−1:100部に対し10部添加し、乾燥後の膜厚が15μmとなるようにコンマコーターにより塗工した。塗工後、オーブン内で90℃で乾燥し、オーブンから出た後に、熱硬化性樹脂層の上に、上記で作製した保護フィルムをラミネートし、ロール状に巻き取ることで、成形用積層体を得た。
上記成形用積層体を、金型に沿うように設置して、真空成形により予備賦形を行った。フィルムインサート成形用の金型に予備賦形させた成形用積層体をセットし、成形部材としてABS樹脂を用いて、押し出し機によって溶融したABS樹脂を金型内に射出することで、予備賦形の成形用積層体と、成形部材と一体成型を行い、一体成型品を作製した。
得られた、成形用積層体、及び、一体成型品の各種評価結果を表1にまとめた。
成形用積層体として、ABSシートを貼り合わせる前の積層体を用いて、真空加熱成形機内に設置した。下側チャンバー内には、冶具の上にABS樹脂からなる基材を設置し、真空引きしながら、赤外線の加熱により、積層体の温度が140℃になるように加熱を行い、所定の温度に到達すると同時に、下側チャンバーから基材を積層体に向かって突き上げ、さらに同時に上側チャンバーを大気圧に開放することで、圧力によって積層体を基材に貼りつけることで、一体成型品を作成した。
得られた、成形用積層体、及び、一体成型品の各種評価結果を表1にまとめた。
成形用積層体としては後述の通り作成できる。
ポリエステルP1およびポリエステルR1を160℃で4時間乾燥し、水分を除去した後、ホッパーに供給し、P1とR1とが質量比でP1/R1=90/10となるように供給し、チップ混合した後に、280℃に設定した押出機から、ダイを用いて、シート状に溶融押出した。この時、溶融状態で、別のホッパーから、ポリエステルP2およびポリエステルR2を160℃で4時間乾燥し、水分を除去した後、ホッパーに供給して溶融した樹脂を合流させ2層の積層樹脂としてダイから、シート状に押し出しを行った。溶融押出シートの重量平均分子量は60,000であった。
押し出し後、20℃のキャスティングドラムですぐに冷却することで、キャストフィルムを得た後、続く縦延伸工程で、70℃で3.0倍延伸した後、一軸フィルムの両面に、先述の表面処理層塗布液をロールコーターによって厚み40nmで塗布し、その後ステンター工程に導いて、塗膜を乾燥させて膜とすると同時に、得られた一軸フィルムの横延伸を95℃で3.2倍となるように延伸を行い、結晶化ゾーンにおいて210℃で処理しながら、1%幅方向に幅入れすることで熱収縮を抑制して、厚み50μmの二軸延伸フィルム(熱可塑性樹脂層)を製膜し、ロール状に巻き取りを行った。
得られたロール状の二軸延伸フィルム(熱可塑性樹脂層)を繰り出した後、トルエン97部にトリフェニルシラノール3部を溶解した硬化剤を上記熱硬化性樹脂組成物A−1:100部に対し10部添加し、乾燥後の膜厚が15μmとなるようにコンマコーターにより塗工した。塗工後、オーブン内で90℃で乾燥し、オーブンから出た後に、熱硬化性樹脂層の上に、上記で作製した保護フィルムをラミネートし、ロール状に巻き取ることで、成形用積層体を得た。
亜鉛メッキ鋼板270Fの付着油を溶剤で除去した後、鋼板を260℃に加熱して、成形用積層体を鋼板上に速度15m/minでラミネートをした。
50トンプレス機を用いて得られたラミネート鋼板をプレス成形することで、一体成型品を作成することができる。
打点式厚み計(Anritsu Corp.製、製品名:K−402B)で保護フィルム、及び、熱可塑性樹脂層の厚みを測定した。
顕微鏡を用いて、得られた成形用積層体の断面観察を行い、実測により厚みを測定した。
得られた保護フィルムをミクロトームで超薄切片化し、断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察(画像スケールが200nm)して、実測した。
光干渉型表面粗さ計(製品名;NewView7300 ZYGO社製)で、得られた保護フィルム、及び、熱可塑性樹脂層の表面粗さを測定した。保護フィルム、及び、熱可塑性樹脂層は、成形用積層体を作成する前の基材の表面粗さとしてRaを求めた。
得られた保護フィルムの熱硬化性樹脂層側における表面に存在する窒素原子の存在量をXPS(X線光電子分光法 THERMO K−Alpha)で検出した。
得られた保護フィルムを動的粘弾性試験機(製品名;DMA6000 パーキンエルマー社製)で、引っ張り方向に弾性率を測定した。昇温速度2℃/minで1Hzの周波数での貯蔵弾性率および、損失弾性率を測定し、その比を正弦正接(tanδ)として測定し、ピーク値を示す温度(℃)を求めた。
粘着皮膜剥離解析装置(製品名;VPA−3、共和界面化学(株)製)を用いて、成形用積層体を幅25mm(100mm×25mm)で切りだし、保護フィルムをつかみ、熱可塑性樹脂層側を治具に固定した状態で、180°方向に引っ張った。このときの保護フィルムを剥離する際に必要な力を、剥離力(N)として測定した。また保護フィルムを塗工した直後のサンプル、及び、常温(25℃)、常湿(50%)下で2週間保管したロールから、同様に切り出したサンプルについても、それぞれ同様の測定を行った。
なお、2W剥離力とは、2週間保管したロールから切り出したサンプルから、保護フィルムを剥離する際に必要な力を意味する。
常温(25℃)、常湿(50%)下で2週間保管したロールから切り出したサンプル(100mm×25mm)を用いて、上記保護フィルムの剥離を行った後、熱硬化性樹脂層表面の表面粗さ(凹凸差)を光干渉型表面粗さ計(製品名;NewView7300 ZYGO社製)にて測定を行った。
保護フィルムの剥離前の熱硬化性樹脂の表面粗さの測定については、熱硬化性樹脂の塗工のみを行い保護フィルムをラミネートしない状態での、熱硬化性樹脂層の表面を同様に測定した。
常温(25℃)、常湿(50%)下で2週間保管したロールから切り出したサンプル(50mm×50mm)を用いて、上記保護フィルムの剥離を行った後、熱硬化性樹脂層表面をグロス計(製品名;PG−IIM 日本電色工業(株)製)で測定し、剥離後グロスとした。保護フィルムの剥離前の測定については、熱硬化性樹脂の塗工のみを行い保護フィルムをラミネートしない状態での熱硬化性樹脂層の表面を同様に測定し、塗工後グロスとした。剥離後グロスの値から塗工後グロスの値を引いた値をΔグロスとした。Δグロスの値(光沢度)が大きい(即ち、正の値)ほど、光沢性に優れるといえる。
得られた熱可塑性樹脂層の可視光領域の全光線透過率を分光光度計((株)島津製作所製、製品名:UV−3101PC)を用いて、測定した。可視光領域は波長380nm〜780nmとし、受光は積分球方式にて測定し、得られた分光スペクトルの透過率を平均して全光線透過率とした。
(耐薬品性)
得られた一体成型品から試験片(50mm×50mm)を切り出し、保護フィルムを剥離して試験片とした。室温(25℃)で10分間、下記に示す各種薬品を試験片の熱硬化性樹脂層の表面上にそれぞれ1mL滴下し、60℃で2時間乾燥させた後、試験片の表面(熱硬化性樹脂の表面)を目視確認して、試験片の表面の変化を確認した。
薬液:ガソリン、イソプロパノール、5質量%水酸化ナトリウム、及び、10質量%塩酸
A:全薬液に対して、視認できる熱硬化性樹脂の表面における外観変化が認められなかった。
B:視認できる熱硬化性樹脂の表面における外観変化が、少なくとも1種の薬剤で認められた。
得られた成形品から試験片(50mm×50mm)を切り出し、保護フィルムを剥離して試験片とした。グラスウールを学振式摩耗試験機(テスター産業(株)製)に取り付け、試験片の熱硬化性樹脂層の表面を荷重2Nでこするようにして、試験片の表面(熱硬化性樹脂の表面)を目視で確認し、耐傷付性の評価を行った。
−評価基準−
A:熱硬化性樹脂の表面に傷がなく、光沢度の低下も見られない。
B:熱硬化性樹脂の表面に僅かに傷が認められるが、光沢度の低下は認められない。
C:熱硬化性樹脂の表面に傷が入り、光沢度の低下が認められる。
得られた成形品から切り出した試験片(50mm×50mm)に、成形基材樹脂まで達するように十字形状の切込みを入れた。この試験片に対して、45°の角度から、高圧洗浄機を用いて、70℃の水を9MPaの圧力で試験片に当てた。試験片には、基材までいたる切込みを入れて置き、水の噴出前後で、試験片の切込み面に剥離が見られたかどうかを目視確認することで評価を行った。
−評価基準−
A:切込み部からの剥がれがなく良好な密着性を示した。
B:全面に剥がれが見られた。
得られた成形品に対して、アピアランスアナライザー(コニカミノルタジャパン(株)製、製品名;Rhopoint IQ−S)を用いて、20°近傍の正反射ヘーズを測定した。測定値が小さいほど、鮮映性に優れる。
実施例1において、表1に示す組成に変更した以外は、実施例1と同様に積層体を作製し、成形部材の一体成型品を得た。実施例4及び5、並びに、比較例6における熱可塑性樹脂層は、熱可塑性樹脂層の全質量に対して10質量%の添加量の酸化チタンを含有している。また、実施例4及び5、並びに、比較例6における着色層は、着色層の全質量に対して10質量%の添加量の酸化チタンを含有している。
得られた積層体及び一体成型品について、実施例1と同様にそれぞれ評価を行った。
なお、酸化チタン等の着色粒子を含む場合は、着色粒子を含むことによりヘーズが高くなるため、実施例4及び5、並びに、比較例6の鮮映性の評価において、着色粒子を含む成形品同士を比較した際に、測定値が小さいほど、鮮映性に優れるものとして評価を行った。
・ポリエステル樹脂:重量平均分子量;40,000、組成;ポリエチレンテレフタレート
・共重合ポリエステル:重量平均分子量;55,000、組成;ポリエチレンテレフタレート及びイソフタル酸共重合ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートのブレンド樹脂
・耐熱ポリエステル:重量平均分子量;19,000、組成;ポリエチレン−2,6−ナフタレート
・ポリオレフィン:重量平均分子量;300,000、組成;ポリプロピレン
・ジメチルシロキサン:帝人フィルムソリューション(株)製、製品名;ピューレックスA31
・アミノアルキド樹脂:メラミン樹脂、日立化成(株)製、製品名;テスファイン303
・フッ素樹脂:AGC(株)製、製品名;アフレックス
・共重合アクリル: (株)クラレ製、製品名;パラピュア
・凝集シリカ:平均粒径1.6μm
・架橋アクリル、重量平均分子量;220,000
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (10)
- 熱可塑性樹脂層、熱硬化性樹脂層、及び、保護フィルムがこの順で積層された積層体であって、
前記熱硬化性樹脂層が、二種類以上の有機金属錯体を含有し、
前記保護フィルムの前記熱硬化性樹脂層と接する側の表面の表面粗さRaが、30nm以下であり、
前記保護フィルムの前記熱硬化性樹脂層側の表面における窒素原子の存在量が1atm%未満である
積層体。 - 前記二種類以上の有機金属錯体が、アセチルアセトン錯体、及び、ベンジルアセトン錯体を含む、請求項1に記載の積層体。
- 前記二種類以上の有機金属錯体の少なくとも1つの金属が、ホウ素である、請求項1又は請求項2に記載の積層体。
- 前記熱硬化性樹脂層が、二種類の有機金属錯体を含有する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記熱可塑性樹脂層、及び、前記熱硬化性樹脂層の間に着色層を更に有する、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の積層体。
- 前記着色層は、窒素原子の存在量が1atm%以下である着色材料を含む、請求項5に記載の積層体。
- 前記保護フィルムのtanδピーク温度が、70℃以上である、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の積層体。
- 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の積層体と、加熱された鋼板と、を熱圧着させてプレス成形し、前記熱硬化性樹脂層を硬化させることを含む、金属部材の製造方法。
- 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の積層体を金型に挿入した後、溶融状態の樹脂を射出成型してインモールド成形し、前記挿入後前記インモールド成形が終了するまでの間に熱硬化性樹脂層を硬化させることを含む、樹脂部材の製造方法。
- 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の積層体を真空加熱成形する工程を含み、真空加熱成形前から真空加熱成形が終了するまでの間に前記熱硬化性樹脂層を硬化させることを含む、樹脂部材の製造方法。
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