JP2017177397A - 樹脂製射出成形品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】射出成形用の樹脂のみによって超撥水性を発揮できる樹脂製射出成形品を提供する。また、そのような樹脂製射出成形品を安定して供給することができる樹脂製射出成形品の製造方法を提案する。【解決手段】本発明の樹脂製射出成形品は、樹脂表面に水の接触角が１５０°以上である超撥水領域を含むことを特徴とする。本発明の樹脂製射出成形品の製造方法は、樹脂表面に水の接触角が１５０°以上である超撥水領域を含む樹脂製射出成形品の製造方法であって、前記超撥水領域に対応する部位に凹凸パターンを有する金型に対し、金型温度を１００℃以上２００℃以下として樹脂を射出する射出工程と、前記射出工程の後に金型を５０℃以上１００℃未満の温度まで冷却する冷却工程と、前記冷却工程の後に成形品を取出す取出し工程と、を含むことを特徴とする。【選択図】なし

Description

本発明は、樹脂製射出成形品及びその製造方法に関する。

従来、例えば醤油やヨーグルトなどの食品やその他の内容物を収容する容器本体や、容器本体の開口部に取付けられるキャップや、そのような容器本体とキャップで構成される容器などの樹脂製射出成形品において、その表面に撥水性を付与することで、内容物の付着による汚れの発生を抑えたり、内容物の取り出しをスムーズにしたりすることができることが知られている（例えば、特許文献１〜２参照）。

特許文献１には、樹脂表面上に水の接触角が１５０°以上の超撥水性のフィルムが接着された樹脂製射出成形品としての容器用キャップが記載されている。また、特許文献２には、樹脂表面上に疎水性酸化物微粒子を付着させることで超撥水性を付与した樹脂製射出成形品としての容器本体が記載されている。

特開２０１３−２４９１２９号公報 特開２０１０−２５４３７７号公報

しかしながら、特許文献１〜２に記載されるような従来の樹脂製射出成形品では、超撥水性を付与するために、射出成形用の樹脂材料とは別に、フィルムや疎水性酸化物微粒子などの材料を必要とし、コストが上昇してしまうという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するために開発されたもので、射出成形用の樹脂のみによって超撥水性を発揮できる樹脂製射出成形品を提供することを目的とする。

また、本発明は、そのような樹脂製射出成形品を安定して供給することができる樹脂製射出成形品の製造方法を提案することを目的とする。

本発明の樹脂製射出成形品は、樹脂表面に水の接触角が１５０°以上である超撥水領域を含むことを特徴とする。

また、本発明の樹脂製射出成形品では、前記超撥水領域は、５μｍ四方の範囲について、該範囲を１μｍ四方の部分に分割した各部分の中心線平均粗さＲａを測定したときに、前記中心線平均粗さＲａが５０ｎｍ以上１００ｎｍ未満である部分の全体に対する割合が０．１〜０．６であり、前記中心線平均粗さＲａが１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である部分の全体に対する割合が０．４〜０．９であるのが好ましい。

さらに、本発明の樹脂製射出成形品は、容器、容器用キャップ又は容器本体であるのが好ましい。

また、本発明の樹脂製射出成形品の製造方法は、樹脂表面に水の接触角が１５０°以上である超撥水領域を含む樹脂製射出成形品の製造方法であって、前記超撥水領域に対応する部位に凹凸パターンを有する金型に対し、金型温度を１００℃以上２００℃以下として樹脂を射出する射出工程と、前記射出工程の後に金型を５０℃以上１００℃未満の温度まで冷却する冷却工程と、前記冷却工程の後に成形品を取出す取出し工程と、を含むことを特徴とすることを特徴とする。

また、本発明の樹脂製射出成形品の製造方法では、前記射出工程において、金型温度を１２０℃以上１６０℃以下とするのが好ましい。

また、本発明の樹脂製射出成形品の製造方法では、前記冷却工程において、金型を８０℃以上１００℃未満の温度まで冷却するのが好ましい。

また、本発明の樹脂製射出成形品の製造方法では、前記凹凸パターンは、ピラーが千鳥配列された形状であるのが好ましい。

また、本発明の樹脂製射出成形品の製造方法では、前記ピラーのピッチは２００〜４００ｎｍであり、前記ピラーの高さは２００〜４００ｎｍであるのが好ましい。

本発明の樹脂製射出成形品によれば、樹脂表面に水の接触角が１５０°以上である超撥水領域を設けたことにより、射出成形用の樹脂のみによって超撥水性を発揮することができる。

また、本発明の樹脂製射出成形品の製造方法によれば、凹凸パターンを有する金型に対し、金型温度を１００℃以上２００℃以下として樹脂を射出する射出工程と、金型を５０℃以上１００℃未満の温度まで冷却する冷却工程と、成形品を取出す取出し工程とを経ることで、本発明の樹脂製射出成形品を安定して供給することができる。

以下に、本発明をより詳細に例示説明する。

まず、本発明の一実施形態である樹脂製射出成形品について、以下に例示説明する。

本実施形態の樹脂製射出成形品は、例えば、醤油やヨーグルトなどの食品やその他の内容物を収容する容器本体や、容器本体の開口部に取付けられるキャップや、そのような容器本体とキャップで構成される容器として構成することができる。なお、容器は、容器本体とキャップとをヒンジを介して連結した一体成形品として構成してもよい。また、本実施形態の樹脂製射出成形品は、容器や容器用部品（容器本体、キャップ等）に限らず、他の用途の物品であってもよい。

本実施形態の樹脂製射出成形品は、樹脂表面に水の接触角が１５０°以上である超撥水領域を含んでいる。なお、樹脂製射出成形品を容器や容器用部品として構成する場合には、内容物と接触する面（容器の内側となる面）に前記超撥水領域を設けることが好ましい。

また、本実施形態では、前記超撥水領域は、５μｍ四方の範囲について、該範囲を１μｍ四方の部分に分割した各部分の中心線平均粗さＲａを測定したときに、中心線平均粗さＲａが５０ｎｍ以上１００ｎｍ未満である部分の全体に対する割合が０．１〜０．６であり、中心線平均粗さＲａが１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である部分の全体に対する割合が０．４〜０．９である。より好ましくは、中心線平均粗さＲａが１４０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である部分の全体に対する割合を０．１〜０．６とする。

このように、本実施形態では、前記超撥水領域が、表面粗さが適度に大きい部分（１００ｎｍ≦Ｒａ＜４００ｎｍ）と適度に小さい部分（５０ｎｍ≦Ｒａ＜１００ｎｍ）が適度な割合で混在した表面を構成していることにより、水の接触角が１５０°以上の超撥水性を発揮している。

なお、前記した中心線平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定されている中心線平均粗さＲａを測定面に対し適用できるように三次元に拡張したもので、例えば原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定することができる。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いる場合、５μｍ四方の範囲について表面形状データを取得し、２５箇所の１μｍ四方部分を指定することで、各部分の中心線平均粗さＲａを算出することができる。

以上説明した本実施形態の樹脂製射出成形品によれば、樹脂表面に水の接触角が１５０°以上である超撥水領域を設けたことにより、射出成形用の樹脂のみによって超撥水性を発揮することができる。

次に、本発明の一実施形態である樹脂製射出成形品の製造方法について、以下に例示説明する。

本実施形態の樹脂製射出成形品の製造方法は、樹脂表面に水の接触角が１５０°以上である超撥水領域を含む樹脂製射出成形品を製造するためのものである。

具体的には、本実施形態の樹脂製射出成形品の製造方法は、前記超撥水領域に対応する部位に凹凸パターンを有する金型に対し、金型温度を１００℃以上２００℃以下として樹脂を射出する射出工程と、前記射出工程の後に金型を５０℃以上１００℃未満の温度まで冷却する冷却工程と、前記冷却工程の後に成形品を取出す取出し工程と、を含んでいる。

ここで、前記射出工程では、金型温度を１２０℃以上１６０℃以下とするのが好ましく、より好ましくは、１３０℃以上１５０℃以下である。

また、前記冷却工程では、金型を８０℃以上１００℃未満の温度まで冷却するのが好ましく、より好ましくは、８５℃以上９５℃未満の温度まで冷却する。

また、前記凹凸パターンは、ピラーが千鳥配列された形状であるのが好ましい。また、前記ピラーのピッチは２００〜４００ｎｍであるのが好ましく、より好ましくは２５０〜３５０ｎｍである。さらに、前記ピラーの高さは２００〜４００ｎｍであるのが好ましく、より好ましくは２５０〜３５０ｎｍである。

このように、本実施形態では、金型に微細な凹凸パターンを設け、射出成形により凹凸構造を転写させ、樹脂表面に高い撥水性を付与するにあたり、金型温度を制御することにより、その凹凸パターンを基盤として部分的に表面粗さを大きくする（凹凸構造を崩す）ことで、超撥水性を付与している。

以上説明したように、本実施形態の樹脂製射出成形品の製造方法によれば、凹凸パターンを有する金型に対し、金型温度を１００℃以上２００℃以下として樹脂を射出する射出工程と、金型を５０℃以上１００℃未満の温度まで冷却する冷却工程と、成形品を取出す取出し工程とを経ることで、樹脂表面に水の接触角が１５０°以上である超撥水領域を含む樹脂製射出成形品を安定して供給することができる。

前述したところは、本発明の一実施形態を示したにすぎず、特許請求の範囲において、種々の変更を加えてよいことは言うまでもない。

本発明の製造方法に従って、本発明の実施例である樹脂製のプレート（板状体）を製作した。その製作の条件は、以下のとおりであった。
・転写させる凹凸パターン：ピラーが千鳥配列された形状（ピッチ３００ｎｍ、高さ３００ｎｍ）
・金型温度：射出工程で１４０℃、冷却工程で９０℃
・樹脂材料：ポリプロピレン（ＢＣ０８Ｆ）

また、射出工程での金型温度を１００℃とし、冷却工程を経ずに成形品を取り出した他は前記実施例の場合と同一の製作条件として、比較例１のプレートを製作した。

さらに、射出工程での金型温度を５０℃とし、冷却工程を経ずに成形品を取り出した他は前記実施例の場合と同一の製作条件として、比較例２のプレートを製作した。

そして、製作した実施例、比較例１〜２のプレートの樹脂表面に形成された超撥水領域を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：ＸＬ−３０ＣＰ、ＰＨＩＬＩＰＳ社製）を用いて観察した。また、これら超撥水領域について、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ ３ａ、日本ビーコ社製）を用いて５μｍ四方の範囲の表面形状データを取得した。さらに、これら超撥水領域について、接触角測定装置（接触角計：ＣＡ−Ｄ、協和界面科学株式会社製）を用いて純水の接触角を測定した。それらの結果を表１に示す。

また、前記した５μｍ四方の範囲の各表面形状データに基づいて算出した２５箇所の１μｍ四方部分の中心線平均粗さＲａを、表２に示す。また、実施例の超撥水領域については、他の４箇所でも５μｍ四方の範囲の表面形状データを取得し（測定例２〜５）、２５箇所の１μｍ四方部分の中心線平均粗さＲａを算出した。その結果も表２に併せて示す。なお、表２には、５μｍ四方の範囲全体の中心線平均粗さＲａも示している。

実施例では、表１に示した表面形状の観察から、部分的に凹凸構造が崩れていることが分かる。また、表２に示した中心線平均粗さＲａのデータから、１μｍ四方部分のＲａで見ると、５０ｎｍ以上１００ｎｍ未満である部分と、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である部分とが混在していることが分かる。そして、実施例では、表面に水滴を垂らすとコロコロと転がる超撥水性（水の接触角が１５０°以上）を発揮していることが分かる。

これに対し、比較例１〜２では、そのような凹凸構造の崩れやＲａの大小部分の混在は見られず、撥水性も不十分であることが分かる。

以上の結果から、本発明により、樹脂表面に水の接触角が１５０°以上である超撥水領域を含む樹脂製射出成形品を得られることが確認された。

Claims (8)

1. 樹脂表面に水の接触角が１５０°以上である超撥水領域を含むことを特徴とする樹脂製射出成形品。
2. 前記超撥水領域は、５μｍ四方の範囲について、該範囲を１μｍ四方の部分に分割した各部分の中心線平均粗さＲａを測定したときに、前記中心線平均粗さＲａが５０ｎｍ以上１００ｎｍ未満である部分の全体に対する割合が０．１〜０．６であり、前記中心線平均粗さＲａが１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下である部分の全体に対する割合が０．４〜０．９である、請求項１に記載の樹脂製射出成形品。
3. 容器、容器用キャップ又は容器本体である、請求項１又は２に記載の樹脂製射出成形品。
4. 樹脂表面に水の接触角が１５０°以上である超撥水領域を含む樹脂製射出成形品の製造方法であって、
   前記超撥水領域に対応する部位に凹凸パターンを有する金型に対し、金型温度を１００℃以上２００℃以下として樹脂を射出する射出工程と、
   前記射出工程の後に金型を５０℃以上１００℃未満の温度まで冷却する冷却工程と、
   前記冷却工程の後に成形品を取出す取出し工程と、
   を含むことを特徴とする樹脂製射出成形品の製造方法。
5. 前記射出工程において、金型温度を１２０℃以上１６０℃以下とする、請求項４に記載の樹脂製射出成形品の製造方法。
6. 前記冷却工程において、金型を８０℃以上１００℃未満の温度まで冷却する、請求項４又は５に記載の樹脂製射出成形品の製造方法。
7. 前記凹凸パターンは、ピラーが千鳥配列された形状である、請求項４〜６のいずれか一項に記載の樹脂製射出成形品の製造方法。
8. 前記ピラーのピッチは２００〜４００ｎｍであり、前記ピラーの高さは２００〜４００ｎｍである、請求項７に記載の樹脂製射出成形品の製造方法。