JP7487309B2 - 毛状体を有する樹脂シート及びその成形品 - Google Patents
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Description
(1)一方の面に規則的に配列された毛状体を有する下地層と、下地層の毛状体とは反対側の面に基材層とを有する樹脂シートであって、基材層の厚み(a)が10μm以上250μm以下であり、基材層の厚み(a)及び下地層の厚み(b)がa≦bを満たし、基材層がポリカーボネート系樹脂及び/又はスチレン系樹脂を含み、下地層及び毛状体が熱可塑性ポリウレタン樹脂を含む、樹脂シート。
(2)下地層の厚み(b)が10μm以上500μm以下である、(1)に記載の樹脂シート。
(3)JIS L 1096:2010の45°カンチレバー法に従って測定される剛軟度が150mm以下である、(1)又は(2)に記載の樹脂シート。
(4)下地層と基材層との間にシーラント層を有する、(1)から(3)のいずれかに記載の樹脂シート。
(5)毛状体の平均高さが30μm以上500μm以下、毛状体の平均径が1μm以上60μm以下、毛状体の平均間隔が20μm以上200μm以下である、(1)から(4)のいずれかに記載の樹脂シート。
(6)インサート成形又は真空成形された、(1)から(5)のいずれかに記載の樹脂シートの成形品。
(7)自動車内装部材、電子機器、電子機器外装材、化粧品容器又は容器部材の表面に成形された、(6)に記載の成形品。
本発明の第一実施形態に係る樹脂シートは、一方の面に規則的に配列された毛状体を有する下地層と、下地層の毛状体とは反対側の面に基材層とを有する樹脂シートであって、基材層の厚み(a)が10μm以上250μm以下であり、基材層の厚み(a)及び下地層の厚み(b)がa≦bを満たし、基材層がポリカーボネート系樹脂及び/又はスチレン系樹脂を含み、下地層及び毛状体が熱可塑性ポリウレタン樹脂を含む、樹脂シートである。
図1に示すように、毛状体及び下地層と基材層とが直接積層されたものである。すなわち、第一実施形態に係る樹脂シートの層構成は、上から下に向かって、毛状体及び下地層/基材層という構成を有している。本実施形態における基材層は、下地層と十分な接着性を備えたものとするのが好ましい。
下地層(1a)は、毛状体の下地になる層であり、符号1のうち、表面の毛状体1b以外の部分をいう。下地層の厚みは、毛状体の根元から下地層の反対側の表面までの厚みをいう。下地層の平均厚みは10μm以上500μm以下であることが好ましく、50μm以上450μm以下であることがより好ましく、100μm以上400μm以下であることがさらに好ましい。10μm以上とすることで、毛状体の高さを十分に発現することができる。また、500μm以下とすることで、毛状体を効率よく形成することができる。下地層と毛状体との間には構造的な境界がなく、連続相を形成していてもよい。構造的に境界がないとは、下地層と毛状体とが一体型に形成され、これらの間に構造的に明確な境界部がないことを意味している。また、連続相を形成しているとは、下地層と毛状体との間に継ぎ目がなく、不連続でない(連続相となっている)状態をいう。この点で、下地層に毛状体を植毛している構造とは異なっている。下地層及び毛状体は同組成であってもよく、下地層と毛状体との結合には共有結合が含まれてもよい。共有結合とは、電子対が2つの原子に共有されることによって形成される化学結合をいうが、モノマーが連なった鎖状分子である熱可塑性樹脂において、個々のポリマーは共有結合により結合しており、ポリマー分子間で働くファンデルワールス結合や水素結合よりも強く結合している。
また、下地層及び毛状体は、別個ではない同一個体の熱可塑性樹脂シートに由来してもよい。同一個体の熱可塑性樹脂シートに由来するとは、例えば、毛状体及び下地層が同一の樹脂シートに基づいて直接的又は間接的に得られることを意味する。
また、下地層及び毛状体は、同一個体の熱可塑性樹脂シートから形成されたものであってもよい。同一個体の熱可塑性樹脂シートから形成されるとは、毛状体及び下地層が一の樹脂シートを加工することにより直接的に形成されることを意味する。
下地層と毛状体との間には構造的な境界がなく、連続相を形成していることにより、外的刺激によって毛状体が下地層から分離することが抑制され、触感性が良いシートとなる。また、毛状体を植毛する場合よりも少ない工程で製造することができる。
毛状体(1b)とは、図1に示すように下地層(1a)の表面から毛状に伸びている部分をいう。毛状体は、下地層の表面に規則的に配列されている。ここで、規則的に配列されているとは、毛状体がランダムではない配列状態、即ち、一方向又は二方向に整然と(例えば一定の間隔で)配列されている状態を意味するものである。毛状体の根元の配列状態をもって毛状体の配列が規則的であるか否かを判断する。ある実施形態では、毛状体は所定の間隔で下地層上に位置し、毛状体の底面の位置が下地層の長手方向及び短手方向に整然と配列している。また、毛状体の配置形態は特に限定はされず、縦横に配置した碁盤目配置や千鳥配置などを選択することができる。毛状体が下地層の表面に規則的に配列されていることにより、均一でムラがなく、良触感性が発現しやすくなる。毛状体は、例えば指でなぞるなど荷重がかかることによって毛倒れが起こり、周囲の部分とは光沢、色調が異なって見えるフィンガーマークを形成し得る。また、毛状体により、スエード調の起毛シートのような触感となり得る。
毛状体が下地層に対してほぼ直立している場合は、毛状体の根元から先端までの長さが毛状体の高さを表すことになる。一方、毛状体が下地層に対して傾斜している場合や、毛状体が巻回する部分を有する場合は、毛状体が下地層の表面から最も離間している箇所における、下地層の表面からの距離を毛状体の高さhとする。また、毛状体の先端から根元の中央部までを多点間計測により細分化した間隔の合計値を毛状体の長さLとする。
毛状体の平均高さ、および毛状体の平均長さは、電子顕微鏡及び画像処理ソフトを用いて、樹脂シートの任意の数箇所において毛状体の高さ、および毛状体の長さを測定し、その測定値の算術平均値を用いることができる。
また、毛状体のアスペクト比は、(毛状体の平均高さ/毛状体の平均径)として表すことができる。毛状体のアスペクト比は、2~20であることが好ましく、2~10であることがより好ましく、2~5であることがさらに好ましい。アスペクト比を2以上とすることで、良触感性が確保でき、アスペクト比を20以下とすることで、しっとり感、やわらか感、ふんわり感などの良触感性が得られるだけでなく、毛状体の長さに対する高さの比が一定以下となる虞を低減することができる。
一方、アスペクト比は、毛状体の平均底面径を基準とすることもできる。毛状体の平均底面径は10μm~150μmであることが好ましい。毛状体の平均底面径は、樹脂シートの数箇所において、隣接する毛状体の間隔を測定し、その測定値の算術平均値を用いた値とする。毛状体の底面径を基準とした場合のアスペクト比は、1.0~10であることが好ましく、1.0~5であることがより好ましく、1.0~2.5であることがさらに好ましい。アスペクト比を1.0以上とすることで、良触感性が確保でき、アスペクト比を10以下にすることで、しっとり感、やわらか感、ふんわり感などの良触感性が得られるだけでなく、毛状体の長さに対する高さの比が一定以下となる虞を低減することができる。
第一実施形態に係る樹脂シートにおける基材層としては、下地層との接着性に優れる熱可塑性樹脂を使用することが好ましく、ポリカーボネート系樹脂、スチレン系樹脂、これらをポリマーアロイしたもの等を用いることができる。
他の実施形態においては、ポリカーボネート系樹脂又はスチレン系樹脂に、オレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、アクリル系樹脂、熱可塑性エラストマーなどの熱可塑性樹脂と任意の割合でポリマーアロイしたものを用いることができる。
ポリマーアロイする割合としては、99:1~20:80が好ましく、80:20~30:70がより好ましく、60:40~40:60が更に好ましい。また、積層する場合、共押出成形による積層や無延伸フィルム、二軸延伸フィルムを用いた押出ラミネート成形、ドライラミネート成形による積層がある。
また、本実施形態において、本発明の効果を阻害しない範囲で、基材層が部分的に架橋構造を有していてもよい。
本実施形態において、基材層の平均厚みは、10μm~250μmが好ましく、30μm~230μmであることがより好ましく、50μm~220μmであることがさらに好ましい。10μm以上とすることで、製膜工程が容易になり、250μm以下とすることで、剛軟度の値が高くなるのが抑制される。
本発明の一実施形態における樹脂シートは、良い触感性を有し、かつ複雑な形状を有する部材表面にも二次成形可能である。複雑な形状を有する部材表面にも二次成形可能であれば、自動車内装部材、電子機器、電子機器外装材、化粧品容器又は容器部材等の表面への使用に適している。
また、本発明の他の実施形態における樹脂シートは、縦方向及び横方向の表裏のいずれにおいても剛軟度が30mm以上150mm以下であり、より好ましくは40mm以上120mm以下であり、さらに好ましくは50mm以上100mm以下である。
本発明の第二実施形態に係る樹脂シートの例としては、図3に示すように、下地層(1)と基材層(3)との間に、シーラント樹脂層(2)が形成された樹脂シートである。すなわち、第二実施形態に係る樹脂シートの層構成は、上から下に向かって、毛状体及び下地層(1)、シーラント樹脂層(2)、基材層(3)である。ここで、毛状体は、第一実施形態において説明したものと同じであるので、説明を省略する。
シーラント樹脂層は、下地層と基材層との接着性を発現させるためのものであり、樹脂成分としては、変性オレフィン系樹脂、水添スチレン系熱可塑性エラストマー等を用いることができる。
本発明に係る樹脂シートの製造方法は、限定されず、如何なる方法によってもよいが、典型的には、原料樹脂を溶融押出し、得られた押出し樹脂シートの少なくとも一方の面に規則的に配列された毛状体を付与する工程を含んでなる。
凹凸加工が成された転写ロールとして、レーザー彫刻法や電鋳法、エッチング法、ミル彫刻法などによりロールの表面に数μm~数百μmサイズの微細な凹凸が規則的に施されたものを用いることができる。ここで、規則的とは、凹凸がランダムではない配列状態、即ち、一方向又は二方向に整然と配列した状態を意味するものである。ある実施形態における凹凸の配置として、縦横に配置した碁盤目配置や千鳥配置などを選択することができる。凹凸部の形状としては、例えば、凹部の形状であれば、錐形(円錐、四角錐、三角錐、六角錐など)、半円形、矩形(四角柱)などが挙げられる。サイズとしては、凹部の開口径、凹部深さ、凹部形状の間隔が数μmから数百μmである。転写ロールの材質として、例えば金属、セラミック等を用いることができる。転写ロールの凹部の間隔を調節することで毛状体の間隔を調節することができ、転写ロールの凹部深さを調節することで毛状体高さを調節することができ、それにより触感を調節することもできる。
また、転写ロール表面に高アスペクト比の凹凸加工することが好ましい。例えば、転写ロール表面に凹部形状を加工する場合のアスペクト比(凹部深さ/凹部開口径)は1.0~9.0であることが好ましい。転写ロール表面に高アスペクト比の凹凸加工をするには、レーザー彫刻法または、電鋳法が、エッチング法やブラスト法、ミル彫刻法等に比べて、深さ方向に精密な加工をする場合に適するため、特に好適に用いられる。
転写ロールの材質としては、例えば金属、セラミック等を用いることができる。一方、タッチロールとしては、様々な材質のものを用いることができるが、例えばシリコン系ゴム、NBR系ゴム、EPT系ゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム製のロールを用いることができる。ある実施形態において、ゴム硬度(JIS K 6253)40~100のタッチロールを用いることができる。また、タッチロールの表面に、テフロン(登録商標)層が形成されていてもよい。
タッチロールとしては、様々な材質のものを用いることができるが、例えばシリコン系ゴム、NBR系ゴム、EPT系ゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム製のロールを用いることができる。ある実施形態において、ゴム硬度(JIS K 6253)40~100のタッチロールを用いることができる。また、タッチロールの表面に、テフロン(登録商標)層が形成されていてもよい。
上記の転写ロール及びタッチロールのロールセットを用いることで、本実施形態の樹脂シートを製造することができる。
ある実施形態において、転写ロールの温度を熱可塑性樹脂の結晶融解温度、ガラス転移点または融点の付近の温度(例えば、ランダムポリプロピレンを用いる場合は100~150℃)に調節し、転写ロールとタッチロールとのピンチ圧を30~120Kg/cm2としてキャスティングすることで、本実施形態の樹脂シートを製造することができる。キャスティングした樹脂シートは、ピンチロール等を用いて0.5~30m/分のライン速度で引き取られる。
また、上記実施形態を具体的に示しているが、これらに限定されるものではない。
本発明の成形品は、本発明の樹脂シートを用いた成形品である。本発明の樹脂シートは、一般的な成形だけでなく、成形時に成形品表面に印刷の装飾を施す加飾成形等にも対応可能である。成形方法としては、インサート成形、インモールド成形の他にも、一般的な真空成形、圧空成形やこれらの応用として、樹脂シートを真空状態化で加熱軟化させ、大気圧下に開放することで既存の成形品表面へオーバーレイ(成形)する方法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、成形前にシートを加熱軟化させる方法として非接触加熱である赤外線ヒーター等による輻射加熱等、公知のシート加熱方法を適応することができる。ある実施形態の真空圧空成形において、例えば樹脂シートは表面温度が60℃~220℃で、20秒~480秒間加熱してから既存の成形品表面へと成形され、表面の形状により1.0~4.0倍に延伸される。
本発明にかかる毛状体を表面に付与した樹脂シートは、前記に示した良触感性が必要とされる用途に適用できる。例えば、本発明の樹脂シートは、自動車内装材、電子機器、電子機器外装材、化粧品容器又は容器部材、文房具部材、照明器具部材、生活用品部材として適用できる。
(1)毛状体及び下地層
・(A)TPU(ウレタン系エラストマー)「A3086A17J」(BASF社製)
(2)基材層
・(B)PC/ポリエステル「PCX-6694」(住化ポリカーボネート社製)
樹脂シートの毛状体の高さ(h)、毛状体の径(d)、毛状体の間隔(t)、下地層及び基材層の厚みを、レーザー顕微鏡(VK-X100、キーエンス社製)を用いて測定した。なお、測定した試料は、ミクロトームを用いて樹脂シートの任意の3箇所より断面切片を切り出し用いた。毛状体の平均高さは、それぞれの試料について毛状体10個の高さを測定し、その30測定値の算術平均値を用いた。毛状体の平均径については、それぞれの試料について10個の毛状体の中間高さ(h/2)における径を測定し、その30測定値の算術平均値を用いた。毛状体の平均間隔については、それぞれの試料について毛状体の根元の中心と隣接する毛状体の根元の中心との距離を10箇所測定し、その30測定値の算術平均値を用いた。下地層及び基材層の平均厚みについては、それぞれの試料について各層の厚みを10箇所測定し、その30測定値の算術平均値を用いた。なお、下地層の厚みとは、毛状体の根元から他方の層界面までの距離とする。
良触感性は、男性5人、女性5人の計10人に樹脂シートを触ってもらう官能評価を実施した。樹脂シート表面を触った際の具体的な触感(滑らかさやしっとり感等)で評価し、最も多くの人数が感じた触感をその樹脂シート表面の触感とした。
作製した樹脂シートについて、JIS L 1096:2010、8.21.1記載のA法(45°カンチレバー法)に従って、カンチレバー形剛軟度試験機を用い、JIS L 0105の箇条6に従って作製した20mm×150mmの試験片を縦方向及び横方向にそれぞれ5枚採取し、それぞれ5枚の表裏について測定し、平均値を本実施例における剛軟度とした。
・測定装置:カンチレバー形剛軟度試験機(大栄化学精器社製)
・測定環境:温度23℃、湿度50%
両面真空成形機(NGF-0709-S型、布施真空社製)で樹脂シートを真空雰囲気下で加熱し、その後、雑貨入れ容器型に作製した金型の表面へ真空圧空成形することにより成形品を作製した。成形時のシート表面温度は、良触感性を十分に維持できる温度として110℃に設定した。賦形性の評価は、容器底面のコーナー部分におけるシート追従性を外観により行った。評価基準として、追従できている場合に○とし、追従できない場合(破断が起こったり、容器とシートとの間に隙間がある場合)に×とした。
押出機からTダイ法により押し出された樹脂シートを、ピンチロールを用いて引き取る際に、皺が発生することなく引き取れる場合に○とし、皺が入ってうまく引き取れない場合に×とした。
1台の40mm単軸押出機から、毛状体及び下地層となる(A)熱可塑性樹脂を流し、1台の65mm単軸押出機から、基材層となる(B)熱可塑性樹脂を流し、Tダイ法により押出された樹脂シートを、酸化クロム溶射かつレーザー彫刻法で凹凸加工がなされ、60℃~150℃に調節された凹凸加工が成された転写ロールと、10℃~90℃に調節されたゴム硬度70のシリコン系ゴム製のタッチロールとを用い、キャスティングすることで、ピンチロールを用いてライン速度1m/分~15m/分で引き取った。これにより表1に示す組成、厚み及び表面形状の樹脂シートを得た。
実施例1及び2の樹脂シートは、触感性に関する評価を満足し、さらに特定の剛軟度を有し、押出成形時の成形性及び賦形性の評価基準を満たし、良触感性が維持される成形温度域においても賦形性が確保されることが示された。一方、比較例のシートは、触感性に関する評価を満足したものの、特定の剛軟度を有しておらず、賦形成評価試験において破断、もしくは容器とシートとの間に隙間が生じたり(比較例1~3)、押出成形時に皺が発生し(比較例4)、押出成形時の成形性及び/又は賦形性の評価基準を満たさなかった。
1a 下地層
1b 毛状体
d 毛状体径
h 毛状体の高さ
t 毛状体の間隔
2 シーラント樹脂層
3 基材層
Claims (7)
- 一方の面に規則的に配列された毛状体を有する下地層と、下地層の毛状体とは反対側の面に基材層とを有する樹脂シートであって、
基材層の厚み(a)が10μm以上250μm以下であり、
基材層の厚み(a)及び下地層の厚み(b)がa≦bを満たし、
基材層がポリカーボネート系樹脂及び/又はスチレン系樹脂を含み、
下地層及び毛状体が熱可塑性ポリウレタン樹脂を含み、
JIS L 1096:2010の45°カンチレバー法に従って測定される剛軟度が150mm以下である、樹脂シート。 - 下地層の厚み(b)が10μm以上500μm以下である、請求項1に記載の樹脂シート。
- 下地層と基材層との間にシーラント層を有する、請求項1又は2に記載の樹脂シート。
- 毛状体の平均高さが30μm以上500μm以下、毛状体の平均径が1μm以上60μm以下、毛状体の平均間隔が20μm以上200μm以下である、請求項1から3のいずれか一項に記載の樹脂シート。
- インサート成形又は真空成形された、請求項1から4のいずれか一項に記載の樹脂シートの成形品。
- 自動車内装材、電子機器、電子機器外装材、化粧品容器又は容器部材の表面に成形された、請求項5に記載の成形品。
- 原料樹脂を溶融押出し、得られた押出し樹脂シートを凹凸加工が成された転写ロールと、タッチロールでキャスティングすることにより毛状体を形成する工程を含んでなる、請求項1から4のいずれか一項に記載の樹脂シートの製造方法。
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