JP4881986B2 - 光硬化方法及び光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、可視光および／または近赤外光硬化性樹脂組成物を光硬化させる方法及びそのための光照射装置に関する。更に詳しくは、各種ＦＲＰ成形，注型，コーティング，プライマー，パテの分野に使用される可視光および／または近赤外光硬化性樹脂組成物を光硬化させる方法及びそのための光照射装置に関する。

ＦＲＰ成形，注型，コーティング，プライマー，パテ等の分野では、不飽和ポリエステル樹脂，ビニルエステル樹脂，ウレタンアクリレート樹脂，ポリエステルアクリレート樹脂，エポキシ樹脂，フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が使用されているが、これらのうち不飽和ポリエステル樹脂，ビニルエステル樹脂，ウレタンアクリレート樹脂，ポリエステルアクリレート樹脂などのラジカル重合型樹脂は、通常過酸化物触媒を添加して、常温硬化または加熱硬化により硬化させている。
しかし、常温硬化では、完全に硬化するまでに長時間を要し、作業効率が低下するばかりか、揮発性を有する反応性モノマー（スチレンモノマーなど）の揮発も多くなり、作業現場の大気汚染、臭気発生を招き、さらに樹脂組成物の配合比率の変化による性能の低下、樹脂量の損失と引火等の危険性を招く。また、温度により樹脂のゲル化時間が大きく異なるため、触媒量の加減が難しく、可使時間の調整に失敗するトラブルが多い。
また、加熱硬化では硬化炉が必要となり、そのため大きさの制約や莫大な設備投資が必要となるなどの問題点がある。さらに、直接過酸化物触媒を取り扱う危険を常に伴い、更に、現場で過酸化物触媒をスポイト等で秤り、樹脂に混合するといった煩雑な操作を伴う等の問題点もあった。

以上の問題点を解決するために光硬化性樹脂を使用して光硬化する技術が開示されている。可視光から近赤外光領域の光を使用して硬化させることにより、安全で短時間の成形が可能となり、過酸化物硬化の問題点を解決しうることが提案された。詳細な記述は、ハンドレイアップ成形として特開平９−７７８３６号公報，フィラメントワインディング成形として特開平１０−１９５１５６号公報，特開平１０−１８２７６７号公報，特開平１０−１８２７６８号公報，特開平１０−１８２７６９号公報，コンクリート用プライマー、パテとして特開平１１−４９８３５号公報，特開平１１−４９８３４号公報，特開平１１−４９８３３号公報，ＦＲＰ防水として特開平１１−２６３８５７号公報などに見られる。
しかし、何れの場合も、樹脂組成物を効率良く、且つ均一に光硬化させるという点においては、必ずしも満足し得るものではなかった。

本発明はこうした現状に鑑み、可視光および／または近赤外光硬化性樹脂組成物を効率良く、且つ均一に光硬化させる方法およびそのための光照射装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究の結果、３８０〜４５０ｎｍの波長領域の強度５ｍＷ／ｃｍ²以上、均斉度７０％以上で光を樹脂組成物に照射することによりその課題を解決し得ることを見出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、可視光硬化性樹脂を含浸したガラスロービングをマンドレルに巻き取り、該マンドレルを回転させながら、メタルハライドランプ及び水銀灯より選ばれる１種以上のランプを２個以上装備した可視光を放射する光照射装置により、３８０〜４５０ｎｍの波長領域の強度５ｍＷ／ｃｍ²以上、２０ｃｍ×１ｍの照射範囲内における、ある測定箇所の最大照度とそれ以外の測定箇所の最小照度とから求めた均斉度が７０％以上の光を照射することを特徴とする光硬化方法、
を提供するものである。

本発明の光硬化方法及び光照射装置によれば、光硬化性樹脂組成物を効率よく、且つ均一に硬化させることができる。

本発明の実施例１のシールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプ３灯付き光照射装置の斜視図である。 本発明の実施例３の拡散型２ｋＷメタルハライドランプ２灯付き光照射装置の斜視図である。 本発明の実施例４の拡散／集光切り替え型シールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプ付き光照射装置の説明図である。 本発明の実施例５の往復移動機能装置に取り付けた３８０〜４５０ｎｍ強化シールドビーム型４００Ｗメタルハライドランプ３灯付き光照射装置の斜視図である。

１ａ 光照射装置
１ｂ 光照射装置
１ｃ 光照射装置
１ｄ 光照射装置
２ 灯体
３ａ ６００Ｗメタルハライドランプ
３ｂ 拡散２ｋＷメタルハライドランプ
３ｃ 強化６００Ｗメタルハライドランプ
３ｄ ４００Ｗメタルハライドランプ
４ 前面ガラス
５ 拡散ガラス
６ 往復移動機能装置
６ａ スライダ
６ｂ 基部
６ｃ 駆動装置
６ｄ チェーン
６ｅ ガイド
７ａ 枠体
７ｂ 枠体
８ キャスター付き脚部材

本発明は、前記のように可視光硬化性樹脂を含浸したガラスロービングをマンドレルに巻き取り、該マンドレルを回転させながら、光を照射して硬化させる方法であり、光照射装置としては、メタルハライドランプ及び水銀灯より選ばれる１種以上のランプを１個以上装備した装置とし、３８０〜４５０ｎｍの波長領域の強度５ｍＷ／ｃｍ²以上、好ましくは１０ｍＷ／ｃｍ²以上、均斉度７０％以上で光を照射する。

本発明で使用するメタルハライドランプは、ナトリウム，タリウム，インジウム，スカンジウム，ジスプロシウム等の金属蒸気中の放電により発光させるもので、水銀灯に比べてランプ効率が１．６〜１．８倍と高く、白色光で演色性に優れており、屋内外の照明用として幅広く使用されている。本発明においてはジスプロシウムを配合して３８０〜４５０ｎｍを強化したものが特に有効である。
本発明で使用する水銀灯は、蒸気圧の高い水銀蒸気中の放電による発光や発生した紫外線による発光体からの発光を利用したもので、道路照明、工事照明など大規模な照明に多用されいるものが一般的で、公知のものが使用できる。
なお、メタルハライドランプや水銀灯などに使用する安定器としては、ランプ電力，電源電圧，周波数などに対応して異なるが、一般型，低始動電流型，定電力型，直列定電力型，自動調光型などを挙げることができる。

本発明の光照射装置は、上記のメタルハライドランプ及び水銀灯から選ばれたランプを１個以上使用し、被照射物である樹脂組成物に対し３８０〜４５０ｎｍの波長領域の強度５ｍＷ／ｃｍ²以上、均斉度７０％以上での光照射を可能としたものである。
さらに、この光照射装置に往復移動機能を取り付けることで、より広範囲に効率よく光照射できるようにすることもできる。さらにまた、シールドビーム型ランプと拡散レンズを組み合わせて、拡散／集光切り替え型光照射装置とすることで、広い面積を均斉度よく照射でき、且つ狭い面積を強い照度で照射できるようにすることも可能である。

次に、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１（シールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプ３灯付き光照射装置）
色温度５５００Ｋのシールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプを３灯を組み合わせ、図１に示すシールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプ３灯付き光照射装置１ａを作製した。この光照射装置１ａは、シールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプ３ａを有する灯体２を枠体７ａに３個取り付けた構造を有するものである。
（照度および均斉度の確認）
この光照射装置１ａを点灯させ、前面から５０ｃｍの距離で、３８０〜４５０ｎｍの強度を測定すると２０ｃｍ×１ｍの照射範囲内で、最大５５ｍＷ／ｃｍ²、最小４０ｍＷ／ｃｍ²、均斉度７０％以上となっていることを確認した。（光硬化の確認）
可視光硬化型ビニルエステル樹脂、商品名リポキシＬＣ−７２０（昭和高分子（株）製）を、ガラスロ−ビング（４０２６ＴＸ／日東紡（株）製）に含浸させ、その後十分に余剰樹脂を除き、樹脂の含浸したガラスロ−ビングを、直径２０ｃｍ、長さ１ｍの円筒形のマンドレルに厚さが１５ｍｍとなるまで、マンドレル回転速度２４回転／分で繊維が一方向で５０ｖｏｌ％となるようにワインディングを行った。ワインディング終了後、上記光照射装置１ａを使用して５０ｃｍの距離でマンドレルを回転速度２４回転／分で回転させながら光を照射したところ２５分で内部まで完全に硬化した。

実施例２（３８０〜４５０ｎｍ強化シールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプ３灯付き光照射装置）
図１に示す光照射装置１ａのシールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプ３灯を、色温度６０００Ｋのジスプロシウム（Ｄｙ）を配合した３８０〜４５０ｎｍ強化シールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプを３灯に代え、その他は全く同様にした光照射装置１ａ’を製作した。
（照度および均斉度の確認）
この光照射装置１ａ’を点灯させ、前面から５０ｃｍの距離で、３８０〜４５０ｎｍの強度を測定すると２０ｃｍ×１ｍの照射範囲内で、最大６３ｍＷ／ｃｍ²、最小４５ｍＷ／ｃｍ²、均斉度７０％以上となっていることを確認した。
（光硬化の確認）
実施例１と同様にリポキシＬＣ−７２０を、ガラスロ−ビング（４０２６ＴＸ）に含浸させ、その後十分に余剰樹脂を除き、樹脂の含浸したガラスロ−ビングを、直径２０ｃｍ、長さ１ｍの円筒形のマンドレルに厚さが１５ｍｍとなるまで、マンドレル回転速度２４回転／分で繊維が一方向で５０ｖｏｌ％となるようにワインディングを行った。ワインディング終了後、上記光照射装置１ａ’を使用して５０ｃｍの距離でマンドレルを回転速度２４回転／分で回転させながら光を照射したところ２０分で内部まで完全に硬化した。

実施例３（拡散型２ＫＷメタルハライドランプ２灯付き光照射装置）
拡散型２ＫＷメタルハライドランプを２灯を組み合わせ、図２に示す２ＫＷメタルハライドランプ２灯付き光照射装置１ｂを作製した。この光照射装置１ｂは、拡散型２ＫＷメタルハライドランプ３ｂと前面ガラス４を有する灯体２を２個、キャスター付き脚部材８に取り付けた構造を有するものである。
（照度および均斉度の確認）
この光照射装置１ｂを点灯させ、光照射装置１ｃの前面から１ｍの距離で、３８０〜４５０ｎｍの強度を測定すると１ｍ×１ｍの照射範囲内で、最大３５ｍＷ／ｃｍ²、最小２３ｍＷ／ｃｍ²、均斉度７０％以上となっていることを確認した。
（光硬化の確認）
可視光硬化型ビニルエステル樹脂、商品名リポキシＬＣ−７２０（昭和高分子（株）製）を、１ｍ×１ｍの大きさの＃４５０チョップドストランドガラスマット３プライにガラスコンテントが２５Ｗｔ％になるように含浸し、上記光照射装置１ｂを使用して１ｍの距離で１０分間照射したところ１０分で内部まで完全に硬化した。

実施例４（拡散／集光切り替え型シールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプ付き光照射装置）
拡散レンズとシールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプを組み合わせ、図３に示す拡散／集光切り替え型シールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプ付き光照射装置１ｃを作製した。この光照射装置１ｃはシールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプ３ａを有する灯体２を枠体８ｂに取り付けたものであり、そのランプの前面には着脱式拡散ガラス５を取り付ける。
（照度および均斉度の確認）
この光照射装置１ｃを点灯させ、拡散ガラス５を付けた拡散モードで光照射装置１ｃの前面から３０ｃｍで、３８０〜４５０ｎｍの強度を測定すると１５ｃｍ×５０ｃｍの照射範囲内で、最大２８ｍＷ／ｃｍ²、最小１８ｍＷ／ｃｍ²となっていることを確認した。
また、拡散用ガラス５を外し、集光モードで光照射装置１ｃの前面から３０ｃｍで、３８０〜４５０ｎｍの強度を測定すると１５ｃｍ×１５ｃｍの照射範囲４ｄ内で、最大２０５ｍＷ／ｃｍ²、最小１８５ｍＷ／ｃｍ²となっていることを確認した。
（光硬化の確認）
リポキシＬＣ−７２０：５０部、炭酸カルシウム：４０部、タルク：１０部を混合し可視光硬化型パテとしたものを直径５ｃｍ、深さ１ｃｍの円形の型の中に注入し、上記光照射装置１ｃ（集光モード）を使用して３０ｃｍの距離で１５分間照射したところ１５分で内部まで完全に硬化した。

実施例５（往復移動機能付き３８０〜４５０ｎｍ強化シールドビーム型４００Ｗメタルハライドランプ３灯付き装置）
３８０〜４５０ｎｍ強化シールドビーム型４００Ｗメタルハライドランプ３灯付き光照射装置１ｄを往復移動機能装置６と組み合わせ、図４に示す拡散／集光切り替え型シールドビーム型４００Ｗメタルハライドランプ付き光照射装置を作製した。
この往復移動機能装置６は、スライダ６ａに光照射装置１ｄを取り付けて、任意の高さに上下できるもので、基部６ｂに取り付けられた駆動装置６ｃが、スライダ６ａと連結されたチェーン６ｄを動かすことにより、このスライダ６ａが２本のガイド６ｅに案内されて上下する構造となっている。なお、上下の移動速度は変化させることができる。
（移動機能の確認）
光照射装置１ｄを往復移動機能装置６に取り付けて点灯させ、光照射装置１ｄ前面から５０ｃｍの距離で上下２ｍの長さを１０ｃｍ／分〜５ｍ／分の速度範囲での実施例２の２０ｃｍ×１ｍの範囲の強度が一定速度で往復移動できることを確認した。
（光硬化の確認）
幅１ｍ、高さ２ｍのコンクリート板に、可視光硬化型ビニルエステル樹脂プライマー、商品名リポキシＬＣ−７２０Ｐ（昭和高分子（株）製）を、２００ｇ／ｍ²塗布し、光照射装置１ｄを往復移動機能装置６に取り付けて点灯させ、光照射装置１ｄの前面から５０ｃｍの距離で上下２ｍの長さを２０ｃｍ／分の速度で一往復させたところ完全硬化した。

実施例６（６００Ｗ水銀灯３灯付き光照射装置）
実施例１のシールドビーム型６００Ｗメタルハライドランプ３灯を６００Ｗ水銀灯３灯に替え１ａと同様の形状の光照射装置１ａ’’を作製した。
（照度および均斉度の確認）
この光照射装置１ａ’’を点灯させ、前面から４０ｃｍの距離で、３８０〜４５０ｎｍの強度を測定すると、２０ｃｍ×１ｍの照射範囲内で、最大４５ｍＷ／ｃｍ²、最小３２ｍＷ／ｃｍ²、均斉度７０％以上となっていることを確認した。（光硬化の確認）
可視光硬化型ビニルエステル樹脂、商品名リポキシＬＣ−７２０（昭和高分子（株）製）を、ガラスロ−ビング（４０２６ＴＸ／日東紡（株）製）に含浸させ、その後十分に余剰樹脂を除き、樹脂の含浸したガラスロ−ビングを、直径２０ｃｍ、長さ１ｍの円筒形のマンドレルに厚さが１５ｍｍとなるまで、マンドレル回転速度２４回転／分で繊維が一方向で５０ｖｏｌ％となるようにワインディングを行った。ワインディング終了後、上記光照射装置１ａ’’を使用して５０ｃｍの距離でマンドレルを回転速度２４回転／分で回転させながら光を照射したところ３５分で内部まで完全に硬化した。

比較例
（照度および均斉度の確認）
一般照明用２５０Ｗメタルハライドランプを１灯を点灯させ、前面から５０ｃｍの距離で、３８０〜４５０ｎｍの強度を測定すると３０ｃｍ×３０ｃｍの照射範囲内で、最大３ｍＷ／ｃｍ²、最小１ｍＷ／ｃｍ²となっており、均斉度が不十分であることを確認した。
（光硬化の確認）
リポキシＬＣ−７２０（昭和高分子（株）製）を、３０ｃｍ×３０ｃｍの大きさの＃４５０チョップドストランドガラスマット３プライに、ガラスコンテントが２５Ｗｔ％になるように含浸し、上記の一般照明用２５０Ｗメタルハライドランプを使用して５０ｃｍの距離で３０分間照射したところ中央の５ｃｍ×５ｃｍ程度のエリアは内部まで完全に硬化したが、端の部分は内部まで硬化させることができなかった。

Claims (4)

1. 可視光硬化性樹脂を含浸したガラスロービングをマンドレルに巻き取り、該マンドレルを回転させながら、メタルハライドランプ及び水銀灯より選ばれる１種以上のランプを２個以上装備した可視光を放射する光照射装置により、３８０〜４５０ｎｍの波長領域の強度が５ｍＷ／ｃｍ²以上、２０ｃｍ×１ｍの照射範囲内における、ある測定箇所の最大照度とそれ以外の測定箇所の最小照度とから求めた均斉度が７０％以上の光を照射することを特徴とする光硬化方法。
2. メタルハライドランプが３８０〜４５０ｎｍを強化するためにジスプロシウムを使用したメタルハライドランプである請求項１に記載の光硬化方法。
3. 前記ランプがシールドビーム型メタルハライドランプである請求項１又は２に記載の光硬化方法。
4. 前記可視光硬化性樹脂が可視光硬化型ビニルエステル樹脂である請求項１〜３のいずれかに記載の光硬化方法。

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