JP2011122052A - 樹脂成形品、樹脂組成物および樹脂成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車使用環境下で傷が目立ちにくい耐傷付き性とシルバーメタリック色塗装に匹敵する光輝感とを両立した樹脂成形品を製造することを目的とする。
【解決手段】本発明は、ポリプロピレン複合樹脂材料に対して、粒子径（平均粒子径）が２０μｍ以下のアルミニウム光輝材を１．０〜４．０重量％（ｗｔ％）になるように添加した樹脂組成物を用いて、成形品に転写するシボ形状のシボ深さを５μｍ以上から２０μｍ以下にして樹脂成形品を成形する。
【選択図】図１

Description

本発明は、樹脂成形品、樹脂組成物および樹脂成形品の製造方法に関し、特に基礎材料としての樹脂にアルミニウム光輝材等を含有させて、メタリック調の樹脂成形品を得るための技術に関する。

例えば自動車業界においては、自動車内装に対するユーザのニーズが多様化し、特に内装樹脂部品を中心にしてメタリック調、木目調、ファブリック調等の加飾が施されるようになってきている。このような樹脂加飾部品の中でとりわけ市場要求の高いものの一つとして、光輝感のあるシルバーメタリック調の樹脂加飾部品がある。

従来、このようなシルバーメタリック調の樹脂加飾部品の多くは、光輝感を充分なものとするために、塗装により加飾されることが多かった。しかし、塗装工程で用いられる塗料には、そのままでは環境に影響を及ぼすおそれのある揮発性有機化合物（以下、ＶＯＣ（volatile organic compounds））が含まれているもので、大気に放出されることで環境悪化の可能性がある。

そこで、昨今では、予め着色材や光輝材を混練した着色樹脂材料を成形することで、塗装工程を省くことがなされている。このような樹脂加飾部品の無塗装化は、塗料の使用量を削減し、ＶＯＣの放出あるいは発生を低減し、更には塗装工程廃止による省エネルギーや塗膜除去の必要性が無いため樹脂加飾部品のリサイクル性を向上させるので、非常に有効である。

一方、特に光輝材を混練した着色樹脂材料では、樹脂加飾部品を成形するときに、ウェルドラインなどの外観不良が発生しやすいという問題を有している。このような外観の不具合を解消する技術として、従来では金型や樹脂成形品の形状等に工夫を施していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−８３４３４号公報

本出願人は、金型や樹脂成形品の形状等に工夫を施さず、無塗装樹脂部品に要求される機械物性、耐候（光）性、耐傷付き性などを満足させながら、シルバーメタリック調の無塗装化の出願を既に行っている（特願２００８−２８１８３２）。この出願では、ＡＥＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂に代表されるスチレン系共重合体樹脂を中心に展開し、シルバーメタリック色に樹脂材料を着色するために添加するアルミニウム光輝材が、その粒子径と添加量により光輝感と機械物性に影響を与えることを明らかにした。

一方で、ポリプロピレン複合樹脂材料（ＰＰ樹脂）は安定した材料性能と安価な材料価格からバンパ、インストルメントパネル、ドアトリムをはじめとして自動車内外装部品で多量に適用され、自動車用の樹脂材料の中で最も使用量が多い。シルバーメタリック色樹脂部品の無塗装化に関してもＰＰ樹脂を用いることで、スチレン系共重合体樹脂からの材料価格の低減、樹脂材料の統合化によるコストダウンやリサイクルの効率化向上の面で大きなメリットがある。また、ＰＰ樹脂はスチレン系共重合体と比較して、耐候（光）性や耐薬品性に優れるため、自動車の苛酷な長期使用環境下での耐久性において有利な点が多い。ただし、ＰＰ樹脂はスチレン系共重合体と比較してその材料硬度や表面特性の観点から耐傷付き性能に劣るため、シルバーメタリック色の樹脂部品が求める高い意匠性や外観品質に対して、適用するのは困難であるとされてきた。

樹脂部品の耐傷付き性を向上させる（傷が付きにくい、目立ちにくい）手段としては、（ａ）樹脂材料の硬度を増加させる、（ｂ）滑剤等を添加して表面特性を変化させる（ｃ）成形品にシボ形状を施すなどが挙げられる。（ａ）や（ｂ）の手段は、樹脂材料の重合設計や配合処方が変化するため、機械物性や各種性能に影響を及ぼしてしまう。（ｃ）の手段は、樹脂材料の材料性能を変化させない有効な手段であるが、シボ形状によっては成形品の光輝感が著しく損なわれてしまう。

そこで、本発明はＰＰ樹脂をメタリック色樹脂部品の無塗装化に適用することを目的にする。具体的には、例えば自動車使用環境下で発生する傷を防止しシルバーメタリック色塗装に匹敵する光輝感を両立させるために、成形品に転写するシボ形状のシボ深さと添加するアルミニウム光輝材の粒子径と添加量を最適化することを目的とする。

本発明に係る樹脂成形品は、ポリプロピレンにエラストマー成分を添加した樹脂材料に対して光輝材を含有させた樹脂組成物を用いて成形したことを特徴とする。
また、シボ深さを５μｍ以上２０μｍ以下としたシボ形状を転写成形したことを特徴とする。
また、前記樹脂材料に対して前記光輝材の添加量を１．０重量％以上４．０重量％以下としたことを特徴とする。
また、前記光輝材の粒子径を２０μｍ以下としたことを特徴とする。
また、前記樹脂材料に対して前記光輝材の添加量を１．０重量％とし、前記光輝材の粒子径を１０μｍとし、シボ深さを２４μｍ以下としたシボ形状を転写成形したことを特徴とする。
また、前記樹脂材料に対して前記光輝材の添加量を１．０重量％とし、前記光輝材の粒子径を２０μｍとし、シボ深さを２８μｍ以下としたシボ形状を転写成形したことを特徴とする。
また、前記樹脂材料に対して前記光輝材の添加量を０．５重量％とし、前記光輝材の粒子径を１０μｍとし、シボ深さを５μｍ以下としたシボ形状を転写成形したことを特徴とする。
また、前記光輝材は、アルミニウム光輝材であることを特徴とする。
また、自動車用内外装樹脂部品に成形されることを特徴とする。

本発明に係る樹脂組成物は、ポリプロピレンにエラストマー成分を添加した樹脂材料に対して光輝材を含有させたことを特徴とする。
本発明に係る樹脂成形品の製造方法は、ポリプロピレンにエラストマー成分を添加した樹脂材料に対して光輝材を含有させた樹脂組成物を用いて成形することを特徴とする。

本発明によれば、塗装することなく高い光輝感の樹脂成形品を成形することができる。
具体的には、例えば、自動車使用環境下で傷が目立ちにくい耐傷付き性とシルバーメタリック色塗装に匹敵する光輝感とを両立した樹脂成形品を成形することができる。

本実施形態に係る樹脂組成物における、光輝材の添加量、光輝材の粒子径およびシボ深さを説明するための図である。 本実施形態に係る樹脂成形品におけるシボ形状を示す図である。 変角測色測定法の測定原理を説明するための図である。 光輝材の粒子径が異なる試料におけるシボ深さとＦＦ値との関係を示す図である。 光輝材の添加量が異なる試料におけるシボ深さとＦＦ値との関係を示す図である。 耐傷付き性試験方法に使用する試験機を示す図である。 耐傷付き性試験方法に使用する引掻き針を示す図である。 耐傷付き性試験方法において試料に発生させる引掻き傷を示す図である。 光輝材の粒子径１０μｍ、添加量１．０ｗｔ％の試料におけるシボ深さと光沢差との関係を示す図である。 光輝材の粒子径が異なる試料におけるシボ深さと光沢差との関係を示す図である。 光輝材の添加量が異なる試料におけるシボ深さと光沢差との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明は、ポリプロピレン複合樹脂材料に対して、粒子径（平均粒子径）が２０μｍ以下のアルミニウム光輝材を１．０〜４．０重量％（ｗｔ％）になるように添加した樹脂組成物を用いて、転写（転写成形）するシボ形状のシボ深さを５μｍ以上から２０μｍ以下にして樹脂成形品を成形する。すなわち、図１に示す範囲Ａのような、光輝材の粒子径、光輝材の添加量およびシボ深さで樹脂成形品を成形する。

このような条件で成形することで、シルバーメタリック色塗装に匹敵する光輝感の発現と、例えば自動車使用環境下で発生する傷の防止を両立したシルバーメタリック色樹脂部品を製造できる。また、シルバーメタリック色だけではなくゴールドやガンメタリック等の他色メタリック調に対しても適用できる。上述した条件は、耐傷付き性、光輝感および物性の低下等に関する諸要求を考慮し、鋭利研究の結果見出したものであるが、その詳細については後述する。

＜基礎材料としての樹脂材料について＞
本実施形態では、樹脂材料として、着色前の状態で半透明なポリプロピレン複合樹脂材料（ＰＰ複合樹脂材料）を用いた。まず、ベースとなるポリプロピレンは、ポリプロピレンの中でも透明性に優れるホモポリプロピレンとした。
ポリプロピレン：ホモポリプロピレン（曲げ弾性率 ２３００ＭＰａ、シャルピー衝撃強さ（２３℃）２．０ｋＪ／ｍ²）
ただし、ホモポリプロピレンはブロックポリプロピレンと比べて耐衝撃性が劣る。従来、耐衝撃性を向上させるためにゴム成分を添加するが、強度、剛性、耐熱性が低下してしまう。対策として、フィラーを添加していたが、樹脂材料の透明性が低下したり、樹脂成形品にウェルドラインが発生したりしてしまう。

そこで、本実施形態では、エラストマー成分を添加する。ここで、オレフィン系エラストマー等のエラストマー成分は、耐衝撃性を向上させることができるが、透明性および剛性が低下するという問題がある。したがって、本実施形態では、オレフィン系エラストマーに代えて、スチレン系エラストマーであるスチレン・エチレン・ブタジエン・スチレンを添加した。
エラストマー：スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン（ＳＥＢＳ）（重量平均分子量６０，０００、スチレン含有量３０ｗｔ％）
ＳＥＢＳを添加することで、フィラーやオレフィン系エラストマーを添加する場合に比べて、ＰＰ複合樹脂材料の透明性や剛性の低下が少なく、耐衝撃性を向上させることができる。

なお、ＳＥＢＳの添加量は、２０〜２８重量％であり、望ましくは２２〜２３重量％である。このように配合したＰＰ複合樹脂材料は、全光線透過率で７０％以上（試験片厚さ２ｍｍ）を保つことができた。なお、透明性の指標として、全光線透過率を評価した。全光線透過率の測定に際し、スガ試験機株式会社製ヘーズコンピューターＨＺ−２を使用した。

＜光輝材について＞
本実施形態では、メタリック調を発現させるために、基礎材料としてのＰＰ複合樹脂材料に含有させる光輝材に、アルミニウム光輝材（アルミペースト：東洋アルミ株式会社製）を用いた。アルミニウム光輝材の粒子径（平均粒子径）４０μｍ以上では、光輝感が低下しメタメリズムの抑制が困難となる。したがって、アルミニウム光輝材の粒子径の最大値は４０μｍまでとした。また、アルミニウム光輝材の添加量が５ｗｔ％を超えると、材料物性の著しい低下やコンパウンドが困難となるため、添加量の最大値は４ｗｔ％までとした。

＜樹脂組成物について＞
上述したＰＰ複合樹脂材料に上述したアルミニウム光輝材を溶融混練することにより、シルバーメタリック色のポリプロピレン系樹脂組成物を製造することができる。溶融混練は、一軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、ロールミキサー、ニーダー等の混練機を用いて、混練・造粒できる。なお、本実施形態では、典型的にはシルバーメタリック調の樹脂成形品を成形するものとし、この場合は着色が不要である。一方、ゴールドメタリック調や所謂ガンメタリック調の樹脂成形品を成形する場合、溶融状態において適宜無機顔料、有機顔料を混入させて着色をする。
本実施形態では、下記の表１、２に示すようにアルミニウム光輝材の粒子径と添加量を変化させた実験試料を作製した。

＜シボ形状について＞
図２に樹脂成形品に転写するシボ形状の模式図を示す。本実施形態では、シボの最大高さ間隔となるシボのピッチ間を一定（５００μｍ〜８００μｍ）とし、シボの深さを５μｍ以上から５１μｍ以下で異なる射出成形用のシボ板作製金型を使用した。シボ板は厚さ３ｍｍのものを射出成形で作製した。また、磨きが金型仕上げ＃３０００以上の所謂鏡面と呼ばれる平板作製金型も併せて使用し、シボの深さが０μｍのものも射出成形で作製した。
上述のようにアルミニウム光輝材の粒子径および添加量を変化させたポリプロピレン系樹脂組成物を用いて、シボの深さが異なるシボ板（樹脂成形品）を成形した。
本実施形態では、樹脂成形品のシボの深さが光輝感や耐傷付き性に与える影響を検証した。

＜光輝感評価＞
本実施形態では、次式（１）によって、光輝感を示す指標であるフリップフロップ値（以下、ＦＦ値）を算出して、光輝感の評価を行った。
ＦＦ値＝ハイライト時の明度（２５°）／シェード時の明度（７５°）・・・（１）

２５°、７５°のそれぞれの角度は、測定試料（樹脂成形品）が平面上に置かれたとして、その鉛直方向を基準（０°）とした場合の角度を示す。基本的に、メタリック調は鏡面反射成分の強い仕上面を有する。よって、ハイライト方向（２５°）の光源に対する鏡面反射成分は強く、シェード方向（７５°）は拡散反射光成分が弱いので、ハイライト時とシェード時の明度の比率であるＦＦ値で光輝感の高さを評価できる。この評価では、ＦＦ値が高いほど、光輝感が高いと評価できる。また、ＦＦ値は光輝材の粒子径（比表面積）や添加量（総面積）が敏感に影響する。

ＦＦ値を求めるための反射成分の明度の測定方法としては、所謂、変角測色測定法を使用し、式（１）におけるハイライト時の明度（２５°）及びシェード時の明度（７５°）を求めた。
図３は、変角測色測定法の測定原理を説明するための図である。図３に示すように変角測色測定法では、それぞれ配置角の異なる３つの光源（１〜３）を配して、光源に対する測定試料の反射成分の明度を、測定試料の鉛直方向に配された受光センサで測定することで行う。図３においては、光源１〜３の配置角はそれぞれ、測定試料の鉛直方向を基準として、２５°、４５°、７５°となっている。なお、測定を行うための測定機器としては、コニカミノルタ社製の分光測色計（ＣＭ−５１２ｍ３）を使用した。

図４、表３にそれぞれアルミニウム光輝材の粒子径を変化させた表１の実験試料について、シボ深さを変化させて測定したＦＦ値の結果を示す。なお、比較の一例としてのシルバーメタリック塗装をした成形品は、自動車内装用としては、一般にＦＦ値２．０以上が要求される。

図４、表３から、アルミニウム光輝材の添加量を一定の１．０ｗｔ％として、アルミニウム光輝材の粒子径とシボの深さを変化させた場合には、以下の傾向が見られることが判明した。
（１−１）ＦＦ値はシボの深さが浅い領域においてアルミニウム光輝材の粒子径が小さいほど高い値を示し、光輝感が高かった。
（１−２）粒子径が４０μｍ（試料Ｄ）では、シボの深さに関わらずＦＦ値が２以下となり、シルバーメタリック塗装と同等レベルの光輝感を達成できなかった。
（１−３）シボの深さが浅い領域で光輝感が高い試料（すなわち粒子径が小さい試料ほど）は、シボの深さが深くなるに従って光輝感の低下度合いが大きかった。
（１−４）粒子径が５μｍ（試料Ａ）では、シボの深さが２４μｍ以上でＦＦ値が２以下となった。

以上から、シルバーメタリック色塗装と同等レベルの光輝感であるＦＦ値が２以上を達成するには、アルミ光輝材の粒子径が２０μｍ以下で、シボ深さが２０μｍ以下に規定すればよいことがわかる。なお、シボ深さが２０μｍ以下とは、試料Ａの各点のプロットから線形近似式を算出し、ＦＦ値が２．０以上となる条件を導き出した結果である。

図５、表４にそれぞれアルミニウム光輝材の添加量を変化させた表２の実験試料について、シボ深さを変化させて測定したＦＦ値の結果を示す。

図５、表４から、アルミニウム光輝材の粒子径を一定の１０μｍとして、アルミニウム光輝材の添加量とシボの深さを変化させた場合には、以下の傾向が見られることが判明した。
（２−１）ＦＦ値はシボの深さが浅い領域においてアルミニウム光輝材の添加量が多いほど高い値を示し、光輝感が高かった。
（２−２）添加量が０．５ｗｔ％（試料Ｅ）では、シボの深さが１３μｍ以上ではＦＦ値が２以下となり、シルバーメタリック色塗装と同等レベルの光輝感を達成できなかった。
（２−３）シボの深さが浅い領域で光輝感が高い試料（すなわち添加量が多い試料ほど）は、シボの深さが深くなるに従って光輝感の低下度合いが大きかった。
（２−４）添加量が２．０ｗｔ％（試料Ｆ）、４．０ｗｔ％（試料Ｇ）では、シボの深さが２４μｍ以上でＦＦ値が２以下となった。

図５、表４から、ＦＦ値が２以上を達成するには、アルミニウム光輝材の添加量が１ｗｔ％以上から４ｗｔ％以下で、シボ深さが２０μｍ以下に規定すればよいことがわかる。なお、添加量の上限は、材料物性の著しい低下やコンパウンドの困難さを懸念して、最大値を４ｗｔ％と規定した。

上述したような光輝感評価の結果から、アルミニウム光輝材の粒子径、添加量およびシボの深さを下記に規定した範囲であることが望ましい。
（３−１）アルミニウム光輝材の粒子径は、２０μｍ以下とする。
（３−２）アルミニウム光輝材の添加量は、１ｗｔ％以上から４ｗｔ％以下とする。
（３−３）シボの深さは、２０μｍ以下とする。

＜耐傷付き性評価＞
本実施形態では、自動車用内外装樹脂部品の使用環境下で発生する可能性が高い引掻き傷を取り上げて、耐傷付き性の評価を行った。
図６は、耐傷付き性試験方法に使用する試験機を示す図である。本実施形態では、試験機として、株式会社安田精機製作所製の自動クロスカット試験機Ｎｏ．５５１−ＡＵＴＯを使用した。試験機１０は、試料Ｗを載置する試料台１１、試料Ｗに引掻き傷を発生させる引掻き針１２、引掻き針１２を試験機１０に取り付ける取付治具１３、引掻き針１２を一定の荷重で試料Ｗに押し付けるための分銅１４を備えている。

図７は、引掻き針１２の形状を説明するための図である。引掻き針１２は、サファイア製であって、直径３ｍｍの針の先端が角度６０°に形成され、Ｒ０．３ｍｍの面取りが施されている。
図８は、試験機１０により試料に発生させる引掻き傷を説明するための図である。引掻き傷２０は、碁盤目間隔ｔ＝１ｍｍで、縦横それぞれ引掻き本数１１×１１本の碁盤目状に発生させる。

試験機１０により試料に発生させた引掻き傷に対して、数値評価と目視評価とを行った。数値評価は、図３に示すように光源の入射角を４５°（光源２）とし、測定角も同様に４５°とした。試験前後の光沢値を測定し、その光沢差を評価の対象とした。光沢値の測定には、スガ試験機株式会社製のデジタル変角光沢計を用いた。光沢差が小さいほど耐傷付き性が優れ、傷が目立たなくなる。

図９にアルミニウム光輝材の粒子径１０μｍ、添加量１．０ｗｔ％の実験試料（試料Ｂ）における耐傷付き性を、試験前後の光沢差で数値評価した結果を示す。
図９から、シボの深さが深くなるに従い、光沢差が小さくなり、耐傷付き性に優れていることが判明した。また、目視評価からシボの深さが５μｍ以上では傷が目立たないことが判明した。

次に、表５、表６にそれぞれアルミニウム光輝材の粒子径および添加量を変化させた表１、表２の実験試料について、シボ深さを変化させて光沢差を測定した結果と目視評価結果とを示す。数値は、耐傷付き性試験前後の光沢差を示し、括弧内は目視評価を示す。○は、傷が目立ちにくいことを示し、×は、傷が目立ちやすいことを示す。

また、図１０、図１１に、シボ深さ５〜２８μｍの範囲内での耐傷付き性の数値評価結果を示す。
アルミニウム光輝材とシボの深さを変化させた場合には、以下の傾向が見られることが判明した。
（４−１）シボの深さが深くなるに従い、光沢差は小さくなり耐傷付き性に優れた。
（４−２）シボの深さが５μｍ以上では、光沢差が５以下となり、傷が目立たなかった。
（４−３）シルバーメタリック色の着色樹脂材料は、光沢差が５程度を境界として、傷の目立ち具合が変化した。
（４−４）アルミニウム光輝材の粒子径や添加量の違いが、耐傷付き性に与える影響は見られなかった。

以上から、自動車使用環境下で特にその発生が顕著である引掻き傷に対して、シルバーメタリック色のポリプロピレン系樹脂組成物による無塗装化を図る場合には、アルミニウム光輝材の粒子径や添加量に関わらず、成形品に転写するシボの深さが５μｍ以上であると効果的であることが判明した。

以上のように、成形品に転写するシボ形状のシボ深さと添加するアルミニウム光輝材の粒子径と添加量を最適化することで、自動車使用環境下で発生する傷を防止しシルバーメタリック色塗装に匹敵する光輝感を両立させたポリプロピレン系樹脂組成物による無塗装化したシルバーメタリック色樹脂部品を成形することができる。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
例えば、樹脂部品の無塗装化において、メタリック塗装と同等の光輝感が必要とされる部品への適用が期待できる。例えば、自動車内外装部品だけでなく、二輪車部品、家電、ＡＶ機器、ＯＡ機器、化粧品、生活用品、事務用品など幅広い展開が期待される。また、例えばシルバーメタリック色に限らず、各種メタリック色に対応することができる。

１０：試験機 １１：試料台 １２：引掻き針 １３：取付治具 １４：分銅

Claims (11)

1. ポリプロピレンにエラストマー成分を添加した樹脂材料に対して光輝材を含有させた樹脂組成物を用いて成形したことを特徴とする樹脂成形品。
2. シボ深さを５μｍ以上２０μｍ以下としたシボ形状を転写成形したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形品。
3. 前記樹脂材料に対して前記光輝材の添加量を１．０重量％以上４．０重量％以下としたことを特徴とする請求項２に記載の樹脂成形品。
4. 前記光輝材の粒子径を２０μｍ以下としたことを特徴とする請求項２または３に記載の樹脂成形品。
5. 前記樹脂材料に対して前記光輝材の添加量を１．０重量％とし、
   前記光輝材の粒子径を１０μｍとし、
   シボ深さを２４μｍ以下としたシボ形状を転写成形したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形品。
6. 前記樹脂材料に対して前記光輝材の添加量を１．０重量％とし、
   前記光輝材の粒子径を２０μｍとし、
   シボ深さを２８μｍ以下としたシボ形状を転写成形したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形品。
7. 前記樹脂材料に対して前記光輝材の添加量を０．５重量％とし、
   前記光輝材の粒子径を１０μｍとし、
   シボ深さを５μｍ以下としたシボ形状を転写成形したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂成形品。
8. 前記光輝材は、アルミニウム光輝材であることを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の樹脂成形品。
9. 自動車用内外装樹脂部品に成形されることを特徴とする請求項１ないし８の何れか１項に記載の樹脂成形品。
10. ポリプロピレンにエラストマー成分を添加した樹脂材料に対して光輝材を含有させたことを特徴とする樹脂組成物。
11. ポリプロピレンにエラストマー成分を添加した樹脂材料に対して光輝材を含有させた樹脂組成物を用いて成形することを特徴とする樹脂成形品の製造方法。

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