JP5042932B2 - 木質感を有する多層押出成形体 - Google Patents

Description

本発明は、木質感と耐候性に優れた表面層を有する多層押出成形体に関する。

単調で人工的な合成樹脂製品から自然志向への流れの中で、建材分野においても木調への志向は一層進みつつある。木調への技術として、当初は合成樹脂製品の表面への木目印刷や更に低発泡技術が用いられてきた。近年、このような木調に加えて環境意識の高まりと一層の木質感を得るために樹脂に木材を混入して成形を行う木粉混入押出製品が市場に出始めている。木材を樹脂に混入することにより、より進んだ木調の風合いが得られるだけでなく、成形品の強度や熱膨張率等の物理的特性および鋸引き性、釘打性等の加工性も向上している。しかしその反面、木材の混入によって、紫外線や水分に曝された場合に材料の変退色が顕著になる傾向がある。また、木質を混入しないＡＢＳ樹脂やＰＳ樹脂等をベースとした合成樹脂製品、例えば建材であっても、これらの樹脂の不充分な耐候性のため変色が発生する。
また、木粉混入合成樹脂成形体にサンディング処理を施し、その上に印刷を施したり（例えば、特許文献１、特許文献２参照）、塗装を施す技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開昭６１−１０８５０２号公報（特許請求の範囲） 特開昭６１−１００４０８号公報（特許請求の範囲） 特開２００１−３５３７０７号公報（特許請求の範囲）

本発明は、上記のような木粉を混入した、または耐候性の不充分な合成樹脂を用いた木調風合いを有する押出成形品において、耐候性を向上させることを意図したものであり、それによって優れた木質感を付与するとともに耐候性に優れた合成樹脂系成形品、特に押出成形品を提供せんとするものである。

本発明は、耐候性に優れた着色樹脂をベース樹脂とする表層材と基材とを含んでなる多層押出成形体の表層材表面がサンディング処理されたことにより、微細な凹凸が形成され表面艶消し状態とされた木質感を有する多層押出成形体に関する。
本発明は、着色剤を含有し且つそのＭＦＲ値が表層材ベース樹脂のＭＦＲ値よりも低い種剤樹脂をベース樹脂と混合してなる表層用樹脂を押出成形することにより表層材中に上記種剤樹脂による模様が形成された上記の多層押出成形体に関する。

耐候性樹脂層を表層材とし、その表面をサンディング処理、または更に木目印刷とクリア塗装を施した本発明の多層押出成形体は、従来にない木質感を発現し、且つ耐候性にも優れる。多層成形の基材として木粉を含有したものまたは発泡体としたものは、上記特性に加えて、さらに軽量性と加工性にも優れるため、建材、特に屋外で使用される外壁材等としても有用である。

本発明は、合成樹脂層または木粉混入合成樹脂層を基材層とし、耐候性の優秀な樹脂材料を表層とする多層成形を行い、その表面をサンディングして木質感を発現するとともに耐候性を改良するものである。以下、本発明を更に詳しく説明する。
本発明の木質感を有する多層押出成形体は、基材層と表層材を同時押出成形により製造することができる。表層材料には木材と同系色に調色した耐候性に優れた合成樹脂を使用する。耐候性に優れた樹脂としては、例えばＰＭＭＡ樹脂、ＡＡＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂およびＭＳ樹脂等が例示できる。

木目模様を出して木質感を一層効果的に発現するために、表層用のベース合成樹脂に着色した種剤樹脂を混合して押出成形を行うことができる。種剤樹脂はベース樹脂よりもＭＦＲ値が低い樹脂を用いることが好ましい。種剤樹脂はベース樹脂よりも流動性が低いため押出成形の混練工程ではベース樹脂と均一に混合しないため、このような種剤樹脂を混合することにより成形体中に不規則な且つ境界のはっきりしない筋模様を形成して木目調に似た外観を与えることができる。
種剤として用いる樹脂の種類は、ベース樹脂と同じまたはベース樹脂と相溶性のある樹脂が好ましい。相溶性のある樹脂とは、例えばベース樹脂がＰＭＭＡの場合にはＡＢＳ、ＡＡＳ、ＡＥＳ等がこれに相当する。
種剤樹脂の着色剤としては、耐候性に優れる一般の無機顔料を使用する。
ベース樹脂に対する種剤樹脂の混合割合は、ベース樹脂に対して好ましくは０.２〜１０重量％、より好ましくは０.５〜５重量％である。

また、表層材にはフィラーが含有されてもよい。フィラーを含有することにより表層材を不透明にすることができ、より木質感を発現しやすくなる。この目的で混合するフィラーとしては、通常、合成樹脂のフィラーとして使用されているものが使用でき、例えば、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、シリカ、ガラスビーズ、ワラストナイト等が例示できる。フィラーの混合量は、押出成形性を損なわない範囲であれば特に制限されない。

多層押出成形体を構成する基材は、成形体の形状を保持し、且つ成形体の物性を決定するものである。基材は木粉を混合した合成樹脂、低発泡合成樹脂、低発泡合成樹脂中に木粉を混合したもの、無垢の合成樹脂を用いることができる。鋸引き性や釘打性等の加工性の点、および軽量性の点で、前３者が特に好ましい。また基材は、平板、異型断面、中空部を有する形状のいずれであってもよい。
木粉を含有する基材層は、基材を構成する熱可塑性合成樹脂に対して木粉が１０〜８５重量％、好ましくは４０〜６５重量％含有されているものが好ましい。
基材に使用する樹脂は、押出成形が可能な樹脂であれば限定はされず、例えば、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ樹脂）、アクリロニトリル／スチレン共重合樹脂（ＡＳ樹脂）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ樹脂）、ハイインパクトポリスチレン樹脂（ＨＩＰＳ樹脂）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ樹脂）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ樹脂）、アクリロニトリル／エチレンプロピレンゴム／スチレン共重合樹脂（ＡＥＳ樹脂）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ樹脂）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂）等を例示することができる。特に好ましい樹脂はＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂、ＰＶＣ樹脂である。

表層材表面に施すサンディング処理は、ベルトサンダーやドラムサンダー等の研磨装置を用いて行うことができる。サンディング処理は、処理されるべき成形体を一定速度で搬送しながら、成形体の搬送方向と反対方向に回転する研磨材を成形体の表層材表面に当接して行う。サンディングは押出成形に続いて同じライン上で成形体が固化したのちに行うこともできるし、押出成形し、一定長さで裁断していったん成形体として蓄積した後、別のラインで行ってもよい。
サンディング処理によって、ランダムで１方向のスジが表層材表面に形成され、木調が発現する。表層材にフィラーが少量添加されていると、サンディングによりこのフィラーが表面に出てきて木質感が強調される。また、回転する研磨材を少し揺動させると研磨痕が不規則になり、より自然な仕上がりとなる。

研磨材は、粗さが＃２０〜＃４００が好ましく、＃４０〜＃３２０が特に好ましい。
研磨材の回転速度は、表面速度として２〜３０ｍ／ｓｅｃ、特に２〜１５ｍ／ｓｅｃが好ましい。また成形体搬送速度は０.５〜２０ｍ／ｍｉｎ、特に２〜１０ｍ／ｍｉｎが好ましい。

サンディング処理を施した多層押出成形体はそれ自体ですでに十分な木質感と優れた耐候性を持っているが、サンディングされた表層材の上から更に木目印刷を施してもよい。木目印刷は、例えば木目の年輪模様に相当する柄部分を印刷するようなものであり、得られた製品は、サンディングによる模様と印刷模様が合わさることにより、より好ましい木質感を表現する。印刷工程は、例えば、木目柄が刻まれたローラーに塗料を付着させ、木目柄の塗料を一旦転写ローラーに付着させてから成形体表層材に転写する方法が好ましいが、これに限定されるものではない。印刷された木目柄を物理的な力による剥離や紫外線から保護するために、クリアまたは艶消しクリア塗料を上塗りすることが好ましい。

こうして得られた本発明の木質感を有する多層押出成形体は、表面に微細な凹凸が形成されているため、光が乱反射して光沢が失われ、表面は艶消し状態となる。さらに一定方向にランダムに細かい筋状の溝が刻まれていると、木材の繊維質のような外観と触感が発現する。このような表面の非光沢性、外観および触感が木質感のポイントとなる。
加えて、表層材へのフィラーの添加および／または木質感を付与した加工面への木目印刷によって木質感はより深みのあるものとなる。

［実施例］
以下、実施例によって本発明をより詳細に且つ具体的に説明する。
実施例 １
（１）基材および表層材用樹脂組成物の調製
基材用樹脂組成物−木粉５５重量％含有ＡＢＳ樹脂（非発泡）
次の各成分（木粉、ＡＢＳ樹脂、添加剤）
木粉（平均粒径２００μｍ） ５５重量％
ＡＢＳ樹脂粉末 ３４重量％
ＡＳ樹脂粉末 ５重量％
ステアリン酸マグネシウム ４重量％
ポリエチレンワックス ２重量％
をヘンシェルミキサーに投入し、通常の粉末混合用の羽根を用いて、羽根回転数１７７０ｒｐｍで３分間混合した。得られた粉末混合物を、下記の二軸混練押出機を用い、下記の押出条件のもとでゲル化混練を行い、３ｍｍφストランドとして押し出したものをホットカッターでペレットに造粒した。
二軸混練押出機 ：日本製鋼所社製 タイプ「ＴＥＸ３０」、
３０ｍｍφスクリュー
シリンダー温度 ：１８０℃
スクリュー回転数：６０ｒｐｍ（同方向）
スクリュー構造 ：フルフライトとニーディングの組合せ
シリンダーバレル：ベント孔を２ヵ所設けてあり、シリンダーの加熱と、
スクリューの混練により、木粉に含有する水分を除去する。
表層材用樹脂組成物−着色ＰＭＭＡ樹脂
ＰＭＭＡ樹脂１００重量部に、ベンガラ２重量部、チタンエロー０.８重量部、およびカーボンブラック０.２重量部を混合して、木材と同じ色調に着色し、上記基材樹脂組成物と同様にしてペレットとした。

（２）多層成形体の押出成形
上記の表層材および基材用組成物のペレットを用いて、下記の条件で２層異型押出成形を行った：
基材用押出成形機：スクリュー径５０ｍｍφ、Ｌ／Ｄ＝２８
表層材用押出機 ：スクリュー径４０ｍｍφ、Ｌ／Ｄ＝２０
シリンダー温度 ：平均１７０℃、ダイス１９０℃
スクリュー回転数：１０ｒｐｍ
成形体形状 ：図１に記載。
幅１６０ｍｍ×高さ３０ｍｍ（肉厚１０ｍｍ）。

（３）成形体表面のサンディング処理
ベルトサンダーを用いて押出成形体（平板）の表層にサンディング処理を行った。上記押出成形機から出てきた成形体を所定の長さで裁断し、冷却したものを、搬送ベルトに載せて、成形体の長手方向に搬送しながら、成形体の進行方向と反対方向に回転しているベルトサンダーの研磨ベルトで成形体表層表面にサンディングを行った。サンディング条件は次の通りである：
研磨ベルト粒度：＃１００
研磨ベルト回転表面速度：５ｍ／ｓｅｃ
押出成形体搬送速度：１０ｍ／ｍｉｎ
サンディング処理を終えた成形体は目視にて木質感を評価し、耐候性はサンシャインウエザオメーターを２０００時間試験後の外観および色差(ΔＥ)をもって評価した。

実施例 ２
実施例１で製造した木質感を有する２層成形体の、サンディング処理表面に、木目の年輪部分のみを描くように茶褐色の耐候性塗料を用いて印刷を行った。年輪部分の間の部分は塗料を載せていないため、サンディングした面がそのまま表面に現れた。最後に表層材全面に無色の耐候性クリア塗料を上塗りした。
得られた成形体は実施例１と同様に評価した。

実施例 ３
基材および表層材用樹脂組成物の配合を次のようにした以外は、実施例１と同様にしてサンディング処理を施した木質感を有する多層押出成形体を製造した。
基材用樹脂組成物−木粉５５重量％含有ＡＢＳ樹脂（発泡体）
木粉（平均粒径２００μｍ） ５５重量％
ＡＢＳ樹脂粉末 ３２重量％
ＡＳ樹脂粉末 ６重量％
ステアリン酸マグネシウム ３重量％
ポリエチレンワックス １重量％
発泡剤（重曹） ３重量％
表層材用樹脂組成物−着色ＡＡＳ樹脂（タルク５重量％含有）
ＡＡＳ樹脂１００重量部に、ベンガラ２重量部、チタンエロー０.８重量部、およびカーボンブラック０.２重量部を混合し、木材と同じ色調に着色した。またサンディングした際の木質感を高めるためにタルクを全組成物中５重量％となるように添加した。

実施例 ４
（１）基材および表層材用樹脂組成物の調製
基材用樹脂組成物−ＡＢＳ樹脂（発泡体）
次の樹脂成分からなる組成物を実施例１と同様にしてペレットとした。
ＡＢＳ樹脂粉末 ８０重量％
ＡＳ樹脂粉末 ６重量％
ステアリン酸マグネシウム ３重量％
ポリエチレンワックス １重量％
タルク ７重量％
発泡剤（重曹） ３重量％
表層材用樹脂組成物（着色ＰＭＭＡに種剤を混合）
実施例１と同様にして調製した着色ＰＭＭＡ樹脂組成物（ベース樹脂：ＭＦＲ＝１５ｇ／１０ｍｉｎ）および次の種剤をペレットとして調製した。
種剤は、ＭＦＲが０.８のＰＭＭＡ樹脂１００重量部にベンガラ１重量部、カーボンブラック１重量部を混合してペレットとした。
ベース樹脂と種剤のそれぞれのペレットを混合して表層材用樹脂組成物とした。

（２）多層成形体の押出成形
表層材として上記のように、ベース樹脂１００重量部と種剤３重量部とのペレット混合物を表層材用押出成形機のホッパーに投入し、基材用樹脂組成物とともに同時２層成形体を押出成形した。
（３）成形体表面のサンディング処理および木目印刷
得られた押出成形体の表層に実施例１と同様にサンディング処理を施し、更に実施例２と同様に木目印刷した。

比較例 １
ＡＢＳ樹脂に対して実施例１で用いた木粉５５重量％を混合した非発泡の単層押出成形体を成形し、この表面を実施例１と同じ方法および条件でサンディング処理した。
得られた成形体は、サンディング加工によって木質感は表現されているが、耐候性に劣る木粉がそのまま表面に露出しているため、耐候性試験の結果は好ましくなかった。

比較例 ２
実施例１で成形した２層押出成形品をサンディングも木目印刷も施すことなくそのまま耐候性試験にかけた。
耐候性試験の結果は、この成形品が表面を耐候性に優れたＰＭＭＡ樹脂で被覆しているため良好であったが、表面外観は光沢があり、木質感には程遠く、プラスチック様であった。

〔押出成形品の評価〕
実施例および比較例で製造した成形体について、木質感および耐候性を評価し、結果を表１に記載した。
耐候性は次の条件で促進試験を行い、外観変化と試験前後の色差によって評価した。
木質感および外観は目視による感覚評価によった。
耐候性試験条件
装置：サンシャインウエザオメーター（スガ試験機社製）
試験条件：ブラックパネル温度 ６３℃、降水あり
促進試験期間：２０００時間
色差測定
色差計：ＣＭ３６００Ｄ（ミノルタ社製）
色差ΔＥが５以内を耐候性良好と評価した。

本発明の表層材と基材とからなる異形押出成形体の一例を示す断面図。

符号の説明

１：基材、
２：表層材。

Claims (5)

1. ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ樹脂）、アクリロニトリル／アクリルゴム／スチレン共重合樹脂（ＡＡＳ樹脂）、アクリロニトリル／エチレンプロピレンゴム／スチレン共重合樹脂（ＡＥＳ樹脂）およびメチルメタクリレート／スチレン共重合樹脂（ＭＳ樹脂）からなる群から選ばれる耐候性に優れた樹脂を着色してなる着色樹脂をベース樹脂としフィラーを含有する不透明表層材と基材とを含んでなる多層押出成形体の表層材表面がサンディング処理されてなる、微細な凹凸が形成され表面艶消し状態とされた木質感を有する多層押出成形体。
2. 着色剤を含有し且つそのＭＦＲ値が表層材ベース樹脂のＭＦＲ値よりも低い種剤樹脂を
   ベース樹脂と混合してなる表層用樹脂を押出成形することにより表層材中に上記種剤樹脂
   による模様が形成された請求項１に記載の多層押出成形体。
3. 表層材表面がサンディング処理を施されたのち木目印刷され、更にクリア塗装されてい
   る請求項１〜２のいずれかに記載の多層押出成形体。
4. 基材層が熱可塑性樹脂の低発泡押出成形性体である請求項１〜３のいずれかに記載の多
   層押出成形体。
5. 基材層が木粉を５〜８５重量％含有する木粉含有熱可塑性樹脂成形体またはその低発泡
   成形体である請求項１〜３のいずれかに記載の多層押出成形体。

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