JP2005186283A - 積層体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡樹脂層を非発泡樹脂層で挟持した構造の積層体を容易にかつ短時間に製造することができ、しかも発泡樹脂層は均一性に優れ、品質の良い積層体を製造することができる積層体の製造方法を提供する。
【解決手段】非極性樹脂層の両主面上に極性樹脂層を積層一体化し、この積層体に非極性流体を極性流体とともにそれぞれを亜臨界もしくは超臨界状態として含浸させた後、圧力を解放して前記非極性樹脂層を発泡させる。
【選択図】なし

Description

本発明は、発泡樹脂層を非発泡樹脂層で挟持した構造の積層体の製造方法に関する。

発泡ポリエチレンなどの発泡樹脂層を非発泡樹脂層で挟持した構造の積層体は、発泡樹脂が有する軽量性、断熱性、遮音性などの特性と、非発泡樹脂が有する強度などの特性を併せ持つものとして、建築用資材をはじめ、梱包資材、家具、日用品などに幅広く使用されている。

従来、この種の積層体は、発泡樹脂層および非発泡樹脂層をそれぞれ個別に作製した後、積層し、接着または融着により一体化する方法、あるいは、発泡樹脂層のみを予め製造しておき、その両主面に非発泡樹脂層を押出し、一体に融着させる方法により製造されている。しかしながら、これらの方法は、いずれも製造工程が煩雑であるという問題がある。

このため、各樹脂層を積層した後、中心の発泡樹脂層となる樹脂層のみを選択的に発泡させる技術が検討されている。かかる方法を採ることができれば、製造工程を簡略化することができ、生産効率を大きく向上させることができる。

なお、2種以上の樹脂層を積層した後に、発泡させて、発泡度あるいは発泡セル構造の異なる積層体を得る技術はこれまでにも提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、いずれも積層した層のすべてを発泡させるものであり、上記のような中間層のみを選択的に発泡させる技術は未だ確立されていない。しかも、従来の方法は、製造に時間がかかる、使用樹脂の制約が大きい、発泡体の均一性に欠けるなどの問題もあった。
特開平１１−１７０２８８号公報

本発明は上記従来の事情に対処してなされたもので、発泡樹脂層を非発泡樹脂層で挟持した構造の積層体を容易にかつ短時間に製造することができ、しかも発泡樹脂層は均一性に優れ、品質の良い積層体を製造することができる積層体の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願の請求項１に記載の発明の積層体の製造方法は、非極性樹脂層の両主面上に極性樹脂層を積層一体化し、この積層体に非極性流体を極性流体とともにそれぞれを亜臨界もしくは超臨界状態として含浸させた後、圧力を解放して前記非極性樹脂層を発泡させることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の積層体の製造方法において、非極性流体および極性流体を30MPa以上の圧力下で前記積層体に含浸させることを特徴とするとするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の積層体の製造方法において、非極性流体および極性流体を均一相状態で前記積層体に含浸させることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか1項記載の積層体の製造方法において、非極性流体が、二酸化炭素、窒素、メタン、エタンおよびプロパンの群より選ばれる少なくとも1種であり、極性流体が、水、メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノールの群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか1項記載の積層体の製造方法において、非極性流体が、二酸化炭素であり、極性流体が、水であることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか1項記載の積層体の製造方法において、非極性樹脂層が、炭化水素系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、およびこれらの架橋体の群より選ばれる少なくとも１種からなり、極性樹脂層が、芳香族ポリエステル系樹脂、ポリケトン系樹脂、ポリイミド系樹脂の群より選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とするものである。

本発明の積層体の製造方法によれば、非極性流体を極性流体とともに積層体に含浸させることにより、非極性流体を非極性樹脂層に極めて短時間に含浸させることができ、その後の圧力の解放によって、非極性樹脂層のみが均一に発泡した品質の良い積層体を効率よく製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明において使用される非極性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレン共重合体などの炭化水素系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体などのフッ素系樹脂、ポリジメチルシロキサンなどのシリコーン系樹脂、これらの架橋体などが挙げられる。また、極性樹脂としては、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などの芳香族ポリエステル系樹脂、ポリエーテルエーテルケトンなどのポリケトン系樹脂、ポリイミド系樹脂などが挙げられる。

これらの非極性樹脂および極性樹脂には、ポリマー成分のみならず各種添加剤が配合されていてもよい。添加剤としては、無機充填剤、難燃剤、老化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、着色剤などが挙げられる。

本発明においては、上記のような非極性樹脂および極性樹脂を用いて、非極性樹脂層の両主面上に極性樹脂層を積層一体化した積層体を作製した後、この積層体に非極性流体を極性流体とともにそれぞれを亜臨界もしくは超臨界状態として含浸させる。このように非極性流体を極性流体とともに含浸させることにより、非極性流体を非極性樹脂層内に選択的かつ速やかに含浸させることができる。すなわち、非極性流体は非極性溶媒としての性質を有するため、単独で非極性樹脂層内に含浸させようとすると、非極性樹脂層の通過に時間がかかり、非極性樹脂層内への含浸に非常に長い時間がかかるが、極性溶媒の性質を有する極性流体とともに含浸させることによって、極性樹脂層内を速やかに通過させることができ、短時間に非極性樹脂層内に含浸させることができる。

なお、非極性流体を含浸させる際の、圧力、温度、時間などの条件は、積層体を構成する樹脂の種類や各樹脂層の厚さ、所望の発泡度などによって適宜定められるが、圧力については、次述する場合を除き、30MPa以上とすることが好ましく、50MPa〜100MPaの範囲であるとより好ましい。圧力があまり低いと含浸に時間がかかり、逆にあまり高いと装置への負担が大きくなる。

本発明においては、特に、亜臨界もしくは超臨界状態とした非極性流体と極性流体とが均一相を形成する条件で含浸させることが好ましい。このように非極性流体と極性流体が均一相状態になる条件で含浸させることにより、非極性流体の極性樹脂層内の浸透がより円滑になり、含浸時間をさらに短縮することができる。なお、図１は、極性流体の水と非極性流体の二酸化炭素の臨界軌跡を示したもので、この臨界軌跡の右側が水と二酸化炭素が均一相となる領域である。

本発明において、積層体への非極性流体と極性流体の含浸工程は、例えば図２に示すようなセミバッチ式の装置を用いて行うことができる。以下、非極性流体および極性流体にそれぞれ二酸化炭素および水を用いる場合を例に説明する、

すなわち、図２は、本発明に使用される装置の一例（非極性流体および極性流体にそれぞれ二酸化炭素および水を使用）を概略的に示したものである。
図２に示すように、この装置は、電気炉１ａを備えた耐圧容器１と、液体二酸化炭素ボンベ２と、この液体二酸化炭素ボンベ２から耐圧容器１内に加圧した二酸化炭素を送り込む送液ポンプ３と、純水貯溜槽４と、この純水貯溜槽４から耐圧容器１内に加圧した純水を送り込む送水ポンプ５と、耐圧容器１から排出される水などを冷却して回収する回収装置６と、これらの各機器を接続する配管７とを備えている。図中、８は流量計、９は温度測定用熱電対、１０は温度制御用熱電対、１１は減圧弁をそれぞれ示している。

このような装置においては、まず、耐圧容器１に、非極性樹脂層の両主面上に極性樹脂層を積層一体化した積層体を投入する。次いで、純水貯溜槽４から純水を連続的に供給し、耐圧容器１内を前述したような圧力範囲にまで昇圧した後、純水の供給を継続したまま、液体二酸化炭素ボンベ２から液体二酸化炭素を耐圧容器１内へ連続的に供給する。

耐圧容器１内の圧力が安定したところで、耐圧容器１を加熱して、耐圧容器１内の純水が亜臨界もしくは超臨界状態の水となる温度（二酸化炭素の臨界圧力および臨界温度はそれぞれ7.3MPaおよび31℃であり、したがって、当然ながらこの温度では二酸化炭素は超臨界状態となる）、あるいは耐圧容器１内の純水と二酸化炭素が均一相を形成する条件の温度まで昇温し、一定時間、保持する。この保持時間の間に、積層体の非極性樹脂層に超臨界二酸化炭素が含浸される。前述したように、本発明においては、超臨界二酸化炭素は亜臨界水もしくは超臨界水とともに含浸されるので、非常に短い保持時間で超臨界二酸化炭素を非極性樹脂層に含浸させることができる。

この後、耐圧容器1の加熱を中止し、超臨界二酸化炭素および純水の供給も中止し、耐圧容器１内の圧力を瞬間的に開放する。圧力を瞬時に開放することで、積層体の非極性樹脂層内に含浸された超臨界二酸化炭素が気化し、非極性樹脂層のみが選択的に発泡した積層体が得られる。なお、発泡した積層体は、気泡の成長を抑制するため、急速に冷却することが好ましい。

本発明の積層体の製造方法においては、非極性樹脂層の両主面上に極性樹脂層を積層一体化した後に、非極性樹脂層のみを選択的に発泡させることができる。このため、発泡樹脂層を非発泡樹脂層で挟持した構造の積層体を製造するにあたり、従来のように発泡樹脂層を予め製造しておく必要はなく、少ない工程数で容易に製造することができる。しかも、非極性流体を極性流体とともに含浸させるので、含浸も短時間に行うことができ、効率のよい製造が可能である。

次に、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

実施例
未架橋の低密度ポリエチレン（MI=3.0）に架橋剤としてジクミルパーオキサイドを配合し、ロールを用いて115℃〜120℃で混練りした後、シート状に押出し、150℃、20MPa、30分間の条件で架橋させて、約5mm厚の架橋ポリエチレンシート（ゲル分率 約85％）を作製した。次いで、この架橋ポリエチレンシートの両主面に、約1mm厚のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるシートを積層し、270℃、20MPaの条件で加熱加圧して一体に融着させ、約6mm厚の3層構造の積層シートを作製した。

この積層シートから50mm×50mmのシートを切り出し、図1に示す装置の耐圧容器（内径60mm、深さ60mm）１内に投入した後、この耐圧容器１内を十分に脱気した純水で満たし、密閉した。

密閉後、純水貯溜槽４から脱気した純水を送液し、耐圧容器1内の内圧を70MPaまで昇圧した。さらに純水を1ml/minの流量で連続的に送液するとともに、液体二酸化炭素ボンベ２から液体二酸化炭素を3ml/minの流量で連続的に送液し、耐圧容器1内の内圧が安定したところで、耐圧容器1内を300℃まで昇温し、1分間保持した。その後、耐圧容器1の加熱を中止するとともに、耐圧容器1内の圧力を瞬時に解放し、内部の積層シートを取り出した。

この積層シートを光学顕微鏡で観察したところ、外側のＰＥＴシートに気泡は全く認められず、内層の架橋ポリエチレンシートのみが発泡していた。気泡は架橋ポリエチレンシート内に均一に分布しており、その直径は平均で10μｍ、気泡密度は約300個/cm³であった。

比較例
実施例と同様に作製した50mm×50mmの積層シートを、図1に示す装置の耐圧容器（内径60mm、深さ60mm）１内に投入し、密閉した。

次いで、耐圧容器１内を二酸化炭素ガスで十分に置換した後、液体二酸化炭素ボンベ２から液体二酸化炭素を送液し、耐圧容器1内の内圧を70MPaまで昇圧した。さらに液体二酸化炭素を3ml/minの流量で連続的に送液し、耐圧容器1内の内圧が安定したところで、耐圧容器1内を300℃まで昇温し、1分間保持した。その後、耐圧容器1の加熱を中止するとともに、耐圧容器1内の圧力を瞬時に解放し、内部の積層シートを取り出した。

この積層シートを光学顕微鏡で観察したところ、外側のＰＥＴシートに気泡は全く認められず、内層の架橋ポリエチレンシートのみが発泡していた。しかしながら、気泡の分布は不均一で、架橋ポリエチレンシートの周縁部では気泡密度約300個/cm³であったが、中心に近づくにつれて気泡数は減少し、中心部約10mm四方では気泡は全く観察されなかった。また、気泡の直径も、周縁部では平均約10μｍであったが、中心部に近づくにつれて徐々に小さくなっていた。

水と二酸化炭素の臨界軌跡を示すグラフ。 本発明の実施に使用される装置の一例を概略的に示す図。

符号の説明

１…耐圧容器、１ａ…電気炉、２…液体二酸化炭素ボンベ、４…純水貯溜槽、６…回収装置

Claims (6)

1. 非極性樹脂層の両主面上に極性樹脂層を積層一体化し、この積層体に非極性流体を極性流体とともにそれぞれを亜臨界もしくは超臨界状態として含浸させた後、圧力を解放して前記非極性樹脂層を発泡させることを特徴とする積層体の製造方法。
2. 非極性流体および極性流体を30MPa以上の圧力下で前記積層体に含浸させることを特徴とする請求項１記載の積層体の製造方法。
3. 非極性流体および極性流体を均一相状態で前記積層体に含浸させることを特徴とする請求項１記載の積層体の製造方法。
4. 非極性流体が、二酸化炭素、窒素、メタン、エタンおよびプロパンの群より選ばれる少なくとも1種であり、極性流体が、水、メタノール、エタノール、プロパノールおよびブタノールの群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項記載の積層体の製造方法。
5. 非極性流体が、二酸化炭素であり、極性流体が、水であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項記載の積層体の製造方法。
6. 非極性樹脂層が、炭化水素系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、およびこれらの架橋体の群より選ばれる少なくとも１種からなり、極性樹脂層が、芳香族ポリエステル系樹脂、ポリケトン系樹脂、ポリイミド系樹脂の群より選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか1項記載の積層体の製造方法。

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