JP6540404B2 - 積層体及び積層体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層体及び積層体の製造方法に関する。

従来、熱可塑性樹脂同士を接合する方法として、レーザー溶着による方法が知られている。レーザー溶着の特徴としては、例えば、加熱が局所的のため熱による影響が少ないこと、非接触で接合できること、複雑な形状の接合が容易であること、接着剤が不要であること等が挙げられる。そのため、高品質な材料が求められる分野、例えば、自動車産業、電気・電子産業等において、レーザー溶着で得られる材料の需要が高まっている。

熱可塑性樹脂同士を接合する方法として、例えば、特許文献１には、近赤外線レーザーを用いたレーザー溶着が提案されている。また、特許文献２には、中赤外線レーザーを用いたレーザー溶着が提案されている。

特開２００８−１０５４３０号公報 特開２００９−１２５９６３号公報

しかしながら、特許文献１に提案されている方法は、近赤外線により熱可塑性樹脂が熱劣化してしまい、また、近赤外線を吸収させるために染料を用いるため、熱可塑性樹脂が着色し、無色透明な熱可塑性樹脂には適用できない。特許文献２に提案されている方法は、中赤外線により熱可塑性樹脂が熱劣化してしまい、また、波長が大きいため、微細な接着には適用できない。

そこで、本発明の目的は、界面の接着性に優れ、外観や透明性に優れた積層体を提供することにある。
また、本発明の目的は、工程が簡便で、界面の接着性に優れ、外観や透明性に優れた積層体の製造方法を提供することにある。

本発明は、第１の樹脂層と第２の樹脂層との溶着積層体であって、ＩＳＯ１３４６８−
１に準拠して測定した第１の樹脂層の全光線透過率Ｔ１が、８０％〜９５％であり、第１
の樹脂層の波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ１が、０．００１≦Ａ１≦０．５であり、Ｉ
ＳＯ１３４６８−１に準拠して測定した第２の樹脂層の全光線透過率Ｔ２が、８０％〜９
５％であり、第２の樹脂層の波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ２が、第２の樹脂層の厚さ
をＤ２としたとき、５≧Ａ２≧０．０３×Ｄ２であり、第１の樹脂層の吸光度Ａ _１ が第２
の樹脂層の吸光度Ａ _２ よりも低い積層体に関する。

また、本発明は、波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_１が式（１）であり、ＩＳＯ１３４６８−１に準拠して測定した全光線透過率Ｔ_１が８０％〜９５％である第１の樹脂層と、波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_２が式（２）であり、ＩＳＯ１３４６８−１に準拠して測定した全光線透過率Ｔ_２が８０％〜９５％である第２の樹脂層とを重ね、波長２５０ｎｍ〜３８０ｎｍのレーザーを照射して第１の樹脂層と第２の樹脂層とを溶着させる積層体の製造方法に関する。

本発明の積層体は、界面の接着性に優れ、外観や透明性に優れる。
また、本発明の積層体の製造方法は、工程が簡便で、積層体の界面の接着性に優れ、積層体の外観や透明性に優れる。

以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

（積層体）
本発明の積層体は、第１の樹脂層と第２の樹脂層とを溶着させたものである。

（第１の樹脂層）
第１の樹脂層の全光線透過率Ｔ_１は、８０％〜９５％であり、８２％〜９４％が好ましく、８４％〜９３％がより好ましい。第１の樹脂層の全光線透過率Ｔ_１が８０％以上であると、積層体の透明性に優れる。また、第１の樹脂層の全光線透過率Ｔ_１が９５％以下であると、第１の樹脂層の設計の自由度に優れる。
尚、本明細書において、全光線透過率は、ＩＳＯ１３４６８−１に準拠して測定した値とする。

第１の樹脂層の波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_１は、０．００１≦Ａ_１≦０．５であり、０．００３≦Ａ_１≦０．３が好ましく、０．００５≦Ａ_１≦０．０８がより好ましい。第１の樹脂層の波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_１が０．００１以上であると、第１の樹脂層の設計の自由度に優れる。第１の樹脂層の波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_１が０．５以下であると、紫外線の透過性に優れる。
尚、本明細書において、波長３５５ｎｍにおける吸光度は、分光光度計で測定した値とする。

第１の樹脂層を構成する樹脂は、前述した全光線透過率Ｔ_１の範囲、前述した波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_１の範囲を満たし、熱可塑性樹脂であれば特に限定されず、例えば、アクリル樹脂；ポリカーボネート樹脂；ポリスチレン、メチルメタクリレート・スチレン共重合体等のスチレン樹脂；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等のポリエステル樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂等が挙げられる。これらの第１の樹脂層を構成する樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの第１の樹脂層を構成する樹脂の中でも、積層体の界面の接着性に優れることから、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂が好ましく、積層体の透明性に優れることから、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂がより好ましく、アクリル樹脂が更に好ましい。

第１の樹脂層は、前述した波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_１の範囲を満たすため、紫外線吸収剤を含んでもよい。

第１の樹脂層に用いる紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、サリンレート系化合物、シアノアクリレート系化合物、ニッケル系化合物等が挙げられる。これらの紫外線吸収剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの紫外線吸収剤の中でも、紫外線吸収能力に優れることから、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物、ベンゾフェノン系化合物が好ましく、ベンゾトリアゾール系化合物がより好ましい。

第１の樹脂層中の紫外線吸収剤の含有量は、前述した波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_１の範囲を満たすことを勘案し、第１の樹脂層を構成する樹脂１００質量部に対して、０．００１質量部以下が好ましく、０．００００１質量部〜０．００１質量部がより好ましい。

第１の樹脂層の厚さＤ_１は、０．０１ｍｍ〜２００ｍｍが好ましく、０．０２ｍ〜１５０ｍｍがより好ましい。第１の樹脂層の厚さＤ_１が０．０１ｍｍ以上であると、積層体の機械特性に優れる。また、第１の樹脂層の厚さＤ_１が２００ｍｍ以下であると、紫外線の透過性に優れ、積層体の透明性に優れる。
尚、本明細書において、厚さは、一方の面から他方の面までの最短の距離の平均値とする。

（第２の樹脂層）
第２の樹脂層の全光線透過率Ｔ_２は、８０％〜９５％であり、８２％〜９４％が好ましく、８４％〜９３％がより好ましい。第２の樹脂層の全光線透過率Ｔ_２が８０％以上であると、積層体の透明性に優れる。また、第２の樹脂層の全光線透過率Ｔ_２が９５％であると、第２の樹脂層の設計の自由度に優れる。
尚、本明細書において、全光線透過率は、ＩＳＯ１３４６８−１に準拠して測定した値とする。

第２の樹脂層の波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_２は、第２の樹脂層の厚さをＤ_２（ｍｍ）としたとき、Ａ_２≧０．０３×Ｄ_２であり、０．０３≦Ａ_２≦１０が好ましく、０．１≦Ａ_２≦５がより好ましい。第２の樹脂層の波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_２が０．０３×Ｄ_２以上であると、積層体の界面の接着性に優れる。第２の樹脂層の波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_２が１０以下であると、低波長域の可視光の透過率に優れ、積層体の透明性に優れる。

第２の樹脂層を構成する樹脂は、前述した全光線透過率Ｔ_２の範囲、前述した波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_２の範囲を満たし、熱可塑性樹脂であれば特に限定されず、例えば、アクリル樹脂；ポリカーボネート樹脂；ポリスチレン、メチルメタクリレート・スチレン共重合体等のスチレン樹脂；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等のポリエステル樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂等が挙げられる。これらの第２の樹脂層を構成する樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの第２の樹脂層を構成する樹脂の中でも、積層体の界面の接着性に優れることから、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂が好ましく、積層体の透明性に優れることから、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂がより好ましく、アクリル樹脂が更に好ましい。

第２の樹脂層は、前述した波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_２の範囲を満たすため、紫外線吸収剤を含むことが好ましい。

第２の樹脂層に用いる紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、サリンレート系化合物、シアノアクリレート系化合物、ニッケル系化合物等が挙げられる。これらの紫外線吸収剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの紫外線吸収剤の中でも、紫外線吸収能力に優れることから、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物、ベンゾフェノン系化合物が好ましく、ベンゾトリアゾール系化合物がより好ましい。

第２の樹脂層中の紫外線吸収剤の含有量は、前述した波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_２の範囲を満たすことを勘案し、第２の樹脂層を構成する樹脂１００質量部に対して、０．００２質量部〜０．２質量部が好ましく、０．００３質量部〜０．１質量部がより好ましい。

第２の樹脂層の厚さＤ_２は、０．０１ｍｍ〜２００ｍｍが好ましく、０．０２ｍ〜１５０ｍｍがより好ましい。第２の樹脂層の厚さＤ_２が０．０１ｍｍ以上であると、積層体の機械特性に優れる。また、第２の樹脂層の厚さＤ_２が２００ｍｍ以下であると、積層体の透明性に優れる。

（第１の樹脂層・第２の樹脂層）
第１の樹脂層の形状と第２の樹脂層の形状は、溶着させる部分が相互に合っていれば、特に限定されない。

第１の樹脂層と第２の樹脂層は、前述した波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_１の範囲と前述した波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_２の範囲とを満たせば、両層に紫外線吸収剤を含んでもよく、一方の層に紫外線吸収剤を含んでもよく、両層に紫外線吸収剤を含まなくてもよいが、波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_１や波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_２の調整が容易であることから、第２の樹脂層に紫外線吸収剤を含むことが好ましい。

積層体の全光線透過率は、７０％〜９４％が好ましく、７５％〜９３％がより好ましい。積層体の全光線透過率が７０％以上であると、透明性に優れる。また、積層体の全光線透過率が９４％であると、積層体の設計の自由度に優れる。

（製造方法）
本発明の積層体の製造方法は、波長２５０ｎｍ〜３８０ｎｍのレーザーを照射して第１の樹脂層と第２の樹脂層とを溶着させる方法である。

照射するレーザーの波長は、２５０ｎｍ〜３８０ｎｍであり、２７５ｎｍ〜３７５ｎｍが好ましく、３００ｎｍ〜３７０ｎｍがより好ましい。照射するレーザーの波長が２５０ｎｍ以上であると、樹脂層の安定性に優れる。また、照射するレーザーの波長が３８０ｎｍ以下であると、紫外線吸収剤との反応性に優れる。

レーザーの照射条件は、第１の樹脂層や第２の樹脂層の材料特性に応じて、適宜設定すればよい。

照射するレーザーパワーは、０．０１Ｗ〜５０Ｗが好ましく、０．１Ｗ〜３０Ｗがより好ましく、１Ｗ〜１０Ｗが更に好ましい。照射するレーザーパワーが０．０１Ｗ以上であると、積層体の界面の接着性に優れる。また、照射するレーザーパワーが５０Ｗ以下であると、積層体の外観に優れる。
尚、レーザーパワーは、繰返周波数やパルス幅を調整することで設定することができる。

照射するレーザーの重ね打ち回数は、１回でもよく、複数回でもよい。
照射するレーザーの走査速度は、適宜設定すればよい。

レーザーの照射は、積層体の界面の接着性に優れることから、第１の樹脂層の表面から第２の樹脂層へ向けて行うことが好ましい。このとき、積層体の界面の接着性に優れることから、第１の樹脂層の吸光度Ａ_１が第２の樹脂層の吸光度Ａ_２よりも低いことが好ましい。

照射するレーザーの焦点位置は、積層体の界面の接着性に優れることから、第２の樹脂層の内部であることが好ましい。

第１の樹脂層と第２の樹脂層との間に紫外線感光剤を塗布し、レーザーを照射することで、溶着部分に着色することができる。
紫外線感光剤としては、例えば、ロイコ染料；臭化銀、ヨウ化銀等のハロゲン化銀等が挙げられる。これらの紫外線感光剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。これらの紫外線感光剤の中でも、化合物の安定性に優れることから、ロイコ染料、ハロゲン化銀が好ましく、インキビヒクルを含むロイコ染料がより好ましい。

（用途）
本発明の積層体は、界面の接着性に優れると共に、微細な接着が可能であることから外観や透明性に優れる。そのため、本発明の積層体は、外観や透明性に優れる用途、例えば、自動車部品、電気・電子部品、機能性部品、家電製品、食品包装材、医療用器具等の用途に好適に用いることができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（全光線透過率の測定）
第１の樹脂層の全光線透過率Ｔ_１（％）、第２の樹脂層の全光線透過率Ｔ_２（％）、積層体の全光線透過率（％）について、ＩＳＯ１３４６８−１に準拠し、ヘイズメーター（機種名「ＨＭ−１５０」、（株）村上色彩技術研究所製）を用いて測定した。

（吸光度の測定）
第１の樹脂層の波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_１、第２の樹脂層の波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_２について、分光光度計（機種名「Ｕ−４１００」、（株）日立製作所製）を用いて測定した。

（接着性の評価）
第２の樹脂層の表面と地面に固定したアクリル樹脂板とを両面テープで固定し、第１の樹脂層の表面とフックを有するアクリル樹脂製の治具とを溶着して固定し、上部からぶら下げたフォースゲージ（機種名「ＦＧＣ−５」、日本電産シンポ（株）製）をフックにかけ、２Ｎ、３０Ｎで上部から引っ張り、積層体の剥がれ（第１の樹脂層と第２の樹脂層との剥がれ）の有無を確認し、以下のように評価した。
Ａ：３０Ｎの力で引っ張っても剥がれなかった。
Ｂ：２Ｎの力で引っ張っても剥がれなかったが、３０Ｎの力で引っ張ったら剥がれた。
Ｃ：２Ｎの力で引っ張ったら剥がれた。

［実施例１］
第１の樹脂層として、厚さ３ｍｍのアクリル樹脂板（紫外線吸収剤を含まない）を、第２の樹脂層として、厚さ３ｍｍのアクリル樹脂板（アクリル樹脂１００質量部に対してベンゾトリアゾール系化合物０．００６質量部含む）を準備した。
準備した第１の樹脂層と第２の樹脂層とを重ね合わせ、紫外線レーザー装置（機種名「ＰＬＵ−５」、フィジカルフォトン（株）製、最大出力５Ｗ）を用い、波長３５５ｎｍ、レーザーパワー４．５Ｗ、走査速度１０ｍｍ／秒、重ね打ち回数１回、焦点位置（第１の樹脂層と第２の樹脂層との界面から第２の樹脂層内部までの距離）１．５ｍｍの条件で、第１の樹脂層側からレーザーを照射し、レーザー溶着させた積層体を得た。溶着部分は、３０ｍｍ角の直線状の正方形と４０ｍｍ角の直線状の正方形とした。
得られた積層体の評価結果を、表１に示す。得られた積層体は、透明で十分に接着していた。

［実施例２］
レーザーパワーを変更した以外は、実施例１と同様に操作し、レーザー溶着させた積層体を得た。
得られた積層体の評価結果を、表１に示す。得られた積層体は、透明で十分に接着していた。

［実施例３］
第２の樹脂層として、厚さ３ｍｍのアクリル樹脂板（アクリル樹脂１００質量部に対してベンゾトリアゾール系化合物０．０４質量部含む）を用いた以外は、実施例１と同様に操作し、レーザー溶着させた積層体を得た。
得られた積層体の評価結果を、表１に示す。得られた積層体は、透明で十分に接着していた。

［実施例４］
レーザーパワーを変更した以外は、実施例３と同様に操作し、レーザー溶着させた積層体を得た。
得られた積層体の評価結果を、表１に示す。得られた積層体は、透明で接着していた。

［実施例５］
第２の樹脂層として、厚さ３．５ｍｍのアクリル樹脂板（韓国デラグラス（株）製、吸光度０．１４９）を用いた以外は、実施例１と同様に操作し、レーザー溶着させた積層体を得た。
得られた積層体の評価結果を、表１に示す。得られた積層体は、透明で十分に接着していた。

［実施例６］
レーザーパワーを変更した以外は、実施例５と同様に操作し、レーザー溶着させた積層体を得た。
得られた積層体の評価結果を、表１に示す。得られた積層体は、透明で十分に接着していた。

［実施例７］
第２の樹脂層として、厚さ２．５ｍｍのアクリル樹脂板（豊盛社製、吸光度０．１４５）を用いた以外は、実施例１と同様に操作し、レーザー溶着させた積層体を得た。
得られた積層体の評価結果を、表１に示す。得られた積層体は、透明で十分に接着していた。

［実施例８］
レーザーパワーを変更した以外は、実施例７と同様に操作し、レーザー溶着させた積層体を得た。
得られた積層体の評価結果を、表１に示す。得られた積層体は、透明で十分に接着していた。

［比較例１］
第２の樹脂層として、厚さ３ｍｍのアクリル樹脂板（紫外線吸収剤を含まない）を用いた以外は、実施例１と同様に操作し、積層体を得た。
得られた積層体の評価結果を、表１に示す。得られた積層体は、接着していなかった。

実施例１〜８で得られた積層体は、透明で接着していた。
一方、波長３５５ｎｍにおける吸光度が本発明の範囲とは異なる樹脂を用いた比較例１で得られた積層体は、接着していなかった。

本発明の積層体は、界面の接着性に優れると共に、微細な接着が可能であることから外観や透明性に優れる。そのため、本発明の積層体は、外観や透明性に優れる用途、例えば、自動車部品、電気・電子部品、機能性部品、家電製品、食品包装材、医療用器具等の用途に好適に用いることができる。

Claims (12)

1. 第１の樹脂層と第２の樹脂層との溶着積層体であって、
   ＩＳＯ１３４６８−１に準拠して測定した第１の樹脂層の全光線透過率Ｔ_１が、８０％
   〜９５％であり、
   第１の樹脂層の波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_１が、下式（１）であり、
   ０．００１≦Ａ_１≦０．５ （１）
   ＩＳＯ１３４６８−１に準拠して測定した第２の樹脂層の全光線透過率Ｔ_２が、８０％
   〜９５％であり、
   第２の樹脂層の波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ２が、第２の樹脂層の厚さをＤ_２（ｍ
   ｍ）としたとき、下式（２）であり、
   ５≧Ａ_２≧０．０３×Ｄ_２ （２）
   第１の樹脂層の吸光度Ａ _１ が第２の樹脂層の吸光度Ａ _２ よりも低い、積層体。
2. ＩＳＯ１３４６８−１に準拠して測定した積層体の全光線透過率が、７０％〜９４％で
   ある、請求項１に記載の積層体。
3. 第１の樹脂層の厚さＤ１が、０．０１ｍｍ〜２００ｍｍである、請求項１又は２に記載
   の積層体。
4. 第１の樹脂層を構成する樹脂が、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂
   、ポリエステル樹脂及びポリオレフィン樹脂から選ばれる少なくとも１種である、請求項
   １〜３のいずれかに記載の積層体。
5. 第１の樹脂層を構成する樹脂が、アクリル樹脂である、請求項４に記載の積層体。
6. 第２の樹脂層を構成する樹脂が、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、スチレン樹脂
   、ポリエステル樹脂及びポリオレフィン樹脂から選ばれる少なくとも１種である、請求項
   １〜５のいずれかに記載の積層体。
7. 第２の樹脂層に、紫外線吸収剤を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の積層体。
8. 波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_１が下式（１）であり、ＩＳＯ１３４６８−１に準拠
   して測定した全光線透過率Ｔ_１が８０％〜９５％である第１の樹脂層と、
   ０．００１≦Ａ_１≦０．５ （１）
   波長３５５ｎｍにおける吸光度Ａ_２が下式（２）（第２の樹脂層の厚さをＤ_２（ｍｍ）
   とする）であり、ＩＳＯ１３４６８−１に準拠して測定した全光線透過率Ｔ_２が８０％〜
   ９５％である第２の樹脂層とを重ね、
   ５≧Ａ_２≧０．０３×Ｄ_２ （２）
   波長２５０ｎｍ〜３８０ｎｍのレーザーを照射して第１の樹脂層と第２の樹脂層とを溶
   着させる、
   積層体の製造方法。
9. 照射するレーザーパワーが、０．０１Ｗ〜５０Ｗである、請求項８に記載の積層体の製
   造方法。
10. 第１の樹脂層の表面から第２の樹脂層へレーザーを照射する、請求項８又は９に記載の
    積層体の製造方法。
11. 照射するレーザーの焦点位置が、第２の樹脂層の内部である、請求項８〜１０のいずれ
    かに記載の積層体の製造方法。
12. 第１の樹脂層と第２の樹脂層との間に紫外線感光材を塗布し、レーザーを照射する、請
    求項８〜１１のいずれかに記載の積層体の製造方法。