JP7361044B2 - 毛状体を有する熱可塑性樹脂シート及びその成形品 - Google Patents
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- B29C35/08—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation
- B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
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- B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
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Description
(1)下地層の少なくとも一方の面に規則的に配列された毛状体を有し、下地層と毛状体との間には構造的な境界がなく、連続相を形成している熱可塑性樹脂シートであって、毛状体の平均高さが30μm以上500μm以下であり、毛状体を有する面の色差測定(JIS Z 8729)に基づくL*a*b*表色系におけるL*値が20以下であり、毛状体を有する面の60度鏡面光沢度(JIS Z 8741)が1.5%以下である、樹脂シート。
(2)毛状体の平均高さが30μm以上250μm以下であり、毛状体の平均長さに対する平均高さの比が0.9以上1.0以下である(1)に記載の樹脂シート。
(3)L*値が15以下、60度鏡面光沢度が0.2%以下である(1)又は(2)に記載の樹脂シート。
(4)毛状体の平均径が1μm以上50μm以下、毛状体の平均間隔が20μm以上200μm以下である(1)から(3)の何れか一つに記載の樹脂シート。
(5)熱可塑性樹脂がオレフィン系樹脂を含む(1)から(4)の何れか一つに記載の樹脂シート。
(6)熱可塑性樹脂がウレタン系エラストマーを含む(1)から(4)の何れか一つに記載の樹脂シート。
(7)多層樹脂シートである(1)から(6)の何れか一つに記載の樹脂シート。
(8)(1)から(7)の何れか一つに記載の樹脂シートを用いてなる成形品。
(9)自動車内装部材、電子機器、電子機器外装材、化粧品容器又は容器部材の表面に真空圧空成形された、(8)に記載の成形品。
本発明の第一実施形態に係る樹脂シートは、下地層の少なくとも一方の面に規則的に配列された毛状体を有し、下地層と毛状体との間には構造的な境界がなく、連続相を形成している熱可塑性樹脂シートであって、毛状体の平均高さが30μm以上500μm以下であり、毛状体を有する面の色差測定(JIS Z 8729)に基づくL*a*b*表色系におけるL*値が20以下であり、毛状体を有する面の60度鏡面光沢度(JIS Z 8741)が1.5%以下である樹脂シートである。
下地層(1a)は、図1に示されるように、毛状体の下地になる層であり、符号1のうち、表面の毛状体1b以外の部分をいう。下地層の厚みは、毛状体の根元から下地層の反対側の表面までの厚みをいう。下地層の平均厚みは15μm~1000μmであることが好ましく、150μm~800μmであることがより好ましい。15μm以上とすることで、毛状体の高さを十分に発現することができる。また、1000μm以下とすることで、毛状体を効率よく形成することができる。下地層と毛状体との間には構造的な境界がなく、連続相を形成している。構造的に境界がないとは、下地層と毛状体とが一体型に形成され、これらの間に構造的に明確な境界部がないことを意味している。また、連続相を形成しているとは、下地層と毛状体との間に継ぎ目がなく、不連続でない(連続相となっている)状態をいう。この点で、下地層に毛状体を植毛している構造とは異なっている。下地層及び毛状体は同組成であり、下地層と毛状体との結合には共有結合が含まれてもよい。共有結合とは、電子対が2つの原子に共有されることによって形成される化学結合をいうが、モノマーが連なった鎖状分子である熱可塑性樹脂において、個々のポリマーは共有結合により結合しており、ポリマー分子間で働くファンデルワールス結合や水素結合よりも強く結合している。
また、下地層及び毛状体は、別個ではない同一固体の熱可塑性樹脂シートに由来してもよい。同一固体の熱可塑性樹脂シートに由来するとは、例えば、毛状体及び下地層が同一の樹脂シートに基づいて直接的又は間接的に得られることを意味する。
また、下地層及び毛状体は、同一固体の熱可塑性樹脂シートから形成されたものであってもよい。同一固体の熱可塑性樹脂シートから形成されるとは、毛状体及び下地層が一の樹脂シートを加工することにより直接的に形成されることを意味する。
下地層と毛状体との間には構造的な境界がなく、連続相を形成していることにより、外的刺激によって毛状体が下地層から分離することが抑制され、触感性が良いシートとなる。また、毛状体を植毛する場合よりも少ない工程で製造することができる。
本発明の樹脂シートの色は、一定以下の明度及び光沢度を満たすものであれば特に限定されないが、HSVモデルにおける明度が80%以下となるような暗色系の色が好ましい。
無機系紫外線吸収剤としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セシウム、酸化鉄及びその他多くの種類のものが使用できる。その中でも特に酸化亜鉛は、透明性や紫外線不透過性の点で優れ好ましい。市販品としては、例えば、トリアジン系紫外線吸収剤「TINUVIN 1600」(BASF社製)などを用いることができる。
無機系紫外線吸収剤を使用する場合、その添加量は樹脂組成物の合計100質量部に対し1~5質量部が好ましい。添加量が1質量部未満では紫外線によるシートの劣化を抑制する効果が低くなる虞があり、5質量部を超えると生産コストが高くなる。
毛状体(1b)とは、図1に示すように下地層(1a)の表面から毛状に伸びている部分をいう。毛状体は、下地層の表面に規則的に配列されている。ここで、規則的に配列されているとは、毛状体がランダムではない配列状態、即ち、一方向又は二方向に整然と配列されている状態を意味するものである。毛状体の根元の配列状態をもって毛状体の配列が規則的であるか否かを判断する。ある実施形態では、毛状体は所定の間隔で下地層上に位置し、毛状体の底面の位置が下地層の長手方向及び短手方向に整然と配列している。また、毛状体の配置形態は特に限定はされず、縦横に配置した碁盤目配置や千鳥配置などを選択することができる。毛状体が下地層の表面に規則的に配列されていることにより、均一でムラがなく、良触感性が発現しやすくなる。毛状体は、例えば指でなぞるなど荷重がかかることによって毛倒れが起こり、周囲の部分とは光沢、色調が異なって見えるフィンガーマークを形成し得る。また、毛状体により、スエード調の起毛シートのような触感となり得る。
毛状体が下地層に対してほぼ直立している場合は、毛状体の長さが毛状体の高さを表すことになる。一方、毛状体が下地層に対して傾斜している場合や、毛状体が巻回する部分を有する場合は、毛状体が下地層の表面から最も離間している箇所における、下地層の表面からの距離を毛状体の高さhとする。また、毛状体の先端から根元の中央部までを多点間計測により細分化した間隔の合計値を毛状体の長さLとする。
毛状体の平均高さ、および毛状体の平均長さは、電子顕微鏡及び画像処理ソフトを用いて、樹脂シートの任意の数箇所において毛状体の高さ、および毛状体の長さを測定し、その測定値の算術平均値を用いることができる。
毛状体の平均長さに対する平均高さの比は、0.9以上1.0以下が好ましく、0.93以上1.0以下がより好ましく、0.95以上1.0以下がさらに好ましい。毛状体の平均長さに対する平均高さの比を0.9以上とすることで、明度及び光沢度を一定以下とすることができる。
また、毛状体のアスペクト比は、(毛状体の平均高さ/毛状体の平均径)として表すことができる。毛状体のアスペクト比は、2~20であることが好ましく、2~10であることがより好ましく、2~5であることがさらに好ましい。アスペクト比を2以上とすることで、良触感性が確保でき、アスペクト比を20以下とすることで、しっとり感、やわらか感、ふんわり感などの良触感性が得られるだけでなく、毛状体の長さに対する高さの比が一定以下となる虞を低減することができる。
一方、アスペクト比は、毛状体の平均底面径を基準とすることもできる。毛状体の平均底面径は10μm~150μmであることが好ましい。毛状体の平均底面径は、樹脂シートの数箇所において、隣接する毛状体の間隔を測定し、その測定値の算術平均値を用いた値とする。毛状体の底面径を基準とした場合のアスペクト比は、1.0~10であることが好ましく、1.0~5であることがより好ましく、1.0~2.5であることがさらに好ましい。アスペクト比を1.0以上とすることで、良触感性が確保でき、アスペクト比を120以下にすることで、しっとり感、やわらか感、ふんわり感などの良触感性が得られるだけでなく、毛状体の長さに対する高さの比が一定以下となる虞を低減することができる。
本発明の一実施形態において、樹脂シートの厚みとは、毛状体の平均高さと下地層の平均厚みを合わせたシート厚みをいう。シート厚みは、好ましくは50μm~1500μm、より好ましくは50~1050μm、さらに好ましくは120~200μmである。厚みを50μm以上とすることで良触感性が十分に確保でき、1500μm以下とすることで製造コストを抑えることができる。
本発明の第二実施形態に係る樹脂シートの例としては、図3に示すように、下地層(1a)と基材層(3)との間に、シーラント樹脂層(2)が形成された樹脂シートである。すなわち、第二実施形態に係る樹脂シートの層構成は、上から下に向かって、毛状体及び下地層(1)、シーラント樹脂層(2)、基材層(3)である。ここで、毛状体は、第一実施形態において説明したものと同じであるので、説明を省略する。但し、毛状体の平均高さ及び下地層の平均厚みの合計で表される毛状体及び下地層の厚みは、115~900μmが好ましい。115μm以上とすることで良触感性を確保でき、900μm以下とすることで生産コストを抑えることができる。
基材層は、スチレン系樹脂、オレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、アクリル系樹脂、熱可塑性エラストマーなどの熱可塑性樹脂が好ましい。また、積層する場合、共押出成形による積層や無延伸フィルム、二軸延伸フィルムを用いた押出ラミネート成形、ドライラミネート成形による積層がある。
また、本実施形態において、本発明の効果を阻害しない範囲で、基材層が部分的に架橋構造を有していてもよい。
シーラント樹脂層は、下地層と基材層との接着性を発現させるためのものであり、樹脂成分としては、変性オレフィン系樹脂、水添スチレン系熱可塑性エラストマー等を用いることができる。
本発明の第三実施形態に係る樹脂シートは、図4に示すように、第二実施形態で示したシーラント樹脂層(2)を用いずに、毛状体及び下地層(1)と基材層(3)を直接積層したものである。すなわち、第三実施形態に係る樹脂シートの層構成は、上から下に向かって、毛状体及び下地層(1)/基材層(3)であり、第二実施形態に係る熱可塑性樹脂シートからシーラント樹脂層を除いた層構成を有している。ここで、毛状体及び下地層は、第一実施形態及び第二実施形態における層と同じであるので、説明を省略する。一方、本実施形態における基材層(3)は、下地層と十分な接着性を備えたものとするのが好ましい。
本発明に係る樹脂シートの製造方法は、限定されず、如何なる方法によってもよいが、典型的には、原料樹脂を溶融押出し、得られた押出し樹脂シートの少なくとも一方の面に規則的に配列された毛状体を付与する工程を含んでなる。
凹凸加工が成された転写ロールとして、レーザー彫刻法や電鋳法、エッチング法、ミル彫刻法などによりロールの表面に微細な凹凸が規則的に施されたものを用いることができる。ここで、規則的とは、凹凸がランダムではない配列状態、即ち、一方向又は二方向に整然と配列した状態を意味するものである。ある実施形態における凹凸の配置として、縦横に配置した碁盤目配置や千鳥配置などを選択することができる。凹凸部の形状としては、例えば、凹部の形状であれば、錐形(円錐、四角錐、三角錐、六角錐など)、半円形、矩形(四角柱)などが挙げられる。そのサイズとしては、凹部の開口径、凹部深さ、凹部形状の間隔が数μmから数百μmである。転写ロールの凹部の間隔を調節することで毛状体の間隔を、転写ロールの凹部深さを調節することで毛状体高さを調節することができ、それにより触感を調節することもできる。
転写ロール表面の少なくとも一部がセラミック溶射されており、該セラミック溶射された表面が凹凸加工されていることが好ましい。セラミック溶射されることにより凹凸の加工性が向上し、また転写ロールから樹脂シートを安定的にリリースできるようになる。
また、転写ロール表面に高アスペクト比の凹凸加工することが好ましい。例えば、転写ロール表面に凹部形状を加工する場合のアスペクト比(凹部深さ/凹部開口径)は1.0~9.0であることが好ましい。転写ロール表面に高アスペクト比の凹凸加工をするには、レーザー彫刻法または、電鋳法が、エッチング法やブラスト法、ミル彫刻法等に比べて、深さ方向に精密な加工をする場合に適するため、特に好適に用いられる。
転写ロールの材質としては、例えば金属、セラミック等を用いることができる。一方、タッチロールとしては、様々な材質のものを用いることができるが、例えばシリコン系ゴム、NBR系ゴム、EPT系ゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、フッ素ゴム製のロールを用いることができる。ある実施形態において、ゴム硬度(JIS K 6253)40~100のタッチロールを用いることができる。また、タッチロールの表面に、テフロン層が形成されていてもよい。
上記の転写ロール及びタッチロールのロールセットを用いることで、本実施形態の樹脂シートを製造することができる。
ある実施形態において、転写ロールの温度を熱可塑性樹脂の結晶融解温度、ガラス転移点または融点の付近の温度(例えば、直鎖状中密度ポリエチレンを用いる場合は90~150℃)に調節し、転写ロールとタッチロールとのピンチ圧を30~150Kgf/cmとしてキャスティングすることで、本実施形態の樹脂シートを製造することができる。キャスティングした樹脂シートは、ピンチロール等を用いて0.5~30m/分のライン速度で引き取られる。
また、上記実施形態を具体的に示しているが、これらに限定されるものではない。
本発明の成形品は、本発明の樹脂シートを用いた成形品である。本発明の樹脂シートは、一般的な成形への対応が可能であり、成形方法としては、インサート成形、インモールド成形の他にも、一般的な真空成形、圧空成形やこれらの応用として、樹脂シートを真空状態化で加熱軟化させ、大気圧下に開放することで既存の成形品表面へオーバーレイ(成形)する方法等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、成形前にシートを加熱軟化させる方法として非接触加熱である赤外線ヒーター等による輻射加熱等、公知のシート加熱方法を適応することができる。ある実施形態の真空圧空成形において、例えば樹脂シートは表面温度が60℃~220℃で、20秒~480秒間加熱してから既存の成形品表面へと成形され、表面の形状により1.05~2.50倍に延伸され得る。
本発明にかかる毛状体を表面に付与した樹脂シートは、前記に示した良触感性が必要とされる用途に適用できる。例えば、本発明の樹脂シートは、自動車内装部材、電子機器、電子機器外装材、化粧品容器又は容器部材、文房具部材、照明器具部材、生活用品部材として適用できる。
(1)毛状体及び下地層
・(A)直鎖状低密度PE(C4) 「ネオゼックス 45200」(プライムポリマー社製)
・(B)TPU(ウレタン系エラストマー)「ET880:ポリエーテル系」(BASF社製)
・(C)離型剤 「ワックスマスターV」(エフ・シー・アイ社製)
(2)基材層
・(D)ABS 「GT-R-61A」(デンカ社製)
(3)着色剤
・(E-1)着色剤 「エラストランマスターカラーブラック590M50」(エフ・シー・アイ社製)
・(E-2)着色剤 「PE-M AZ 90086(KE)40 ブラック」(大日精化工業社製)
・(E-3)着色剤 「AB-M 98H 845 ブラック」(大日精化工業社製)
日本電色工業社製測色色差計「ZE-6000」を使用し、JIS Z 8729に定めるところに従って反射方式で測定した。巾500mmの樹脂シートの両端部より30mmを除く部分、かつ毛状体を有する面の任意10箇所を測定し、その算術平均値を明度とした。
また、BYK製グロスチェッカ「マイクログロス」を使用し、JIS Z 8741に規定される60度鏡面光沢度(G60、入射角60°受光角60°)を測定した。巾500mmの樹脂シートの両端部より30mmを除く部分、かつ毛状体を有する面の任意10箇所を測定し、その算術平均値を光沢度とした。
L*値が20以下かつ60度鏡面光沢度が1.5%以下であれば、深み感、高級感があり、良好な表面質感に寄与していると判断した。
樹脂シートの毛状体の高さ(h)、毛状体の平均長さ(L)、毛状体の径(d)、毛状体の間隔(t)、下地層の厚みを、レーザー顕微鏡VK-X100(キーエンス社製)を用いて測定した。なお、測定した試料は、ミクロトームを用いて樹脂シートの任意の3箇所より断面切片を切り出し用いた。毛状体の平均高さは、それぞれの試料について毛状体10個の高さを測定し、その30測定値の算術平均値を用いた。毛状体の平均長さは、毛状体の先端から根元の中心までを多点間計測モードで等間隔に11点プロットし、隣り合うプロット同士を線で結んだときの10個の間隔の合計値とし、それぞれの試料について毛状体10個の長さを測定し、その30測定値の算術平均値を用いた。毛状体の平均径については、それぞれの試料について10個の毛状体の中間高さ(h/2)における径を測定し、その30測定値の算術平均値を用いた。毛状体の平均間隔については、それぞれの試料について毛状体の根元の中心と隣接する毛状体の根元の中心との距離を10箇所測定し、その30測定値の算術平均値を用いた。下地層の平均厚みについては、それぞれの試料について毛状体の根元から他方の層界面までの厚みを10箇所測定し、その30測定値の算術平均値を用いた。
良触感性は、男性15人、女性15人の計30人に樹脂シートを触ってもらう官能評価を実施した。樹脂シート表面を触った際に心地よさを感じるかを「○」、「×」判断し、「○」と判断した場合、しっとり、やわらか、ふんわりなどの具体的な肌触り感で評価した。このうち、8割以上の同じ肌触り感を評価した場合、その肌触り感とした。また、樹脂シートを用いて真空成形した成形品の表面においても、同じ肌触り感が維持されているかを評価した。
1台の40mm単軸押出機から(B)熱可塑性樹脂と(C)離型剤、(E)着色剤のドライブレンド品を流し、1台の65mm単軸押出機から(D)熱可塑性樹脂と(E)着色剤のドライブレンド品を流し、Tダイ法により押し出された樹脂シートを、酸化クロム溶射かつレーザー彫刻法で凹凸加工が成され、60~150℃に調節された金属製の転写ロールと、10~90℃に調節されたゴム硬度70のシリコン系ゴム製のタッチロールとを用いてキャスティングし、ピンチロールを用いてライン速度2~15m/分で引き取ることにより、一方の面が表1に示す起毛形状を有し、表1に示す組成、厚みの巾500mmの2層の樹脂シートを得た。
1台の65mm単軸押出機から(A)熱可塑性樹脂と(E)着色剤のドライブレンド品を流し、Tダイ法により押し出された1層の樹脂シートを、酸化クロム溶射かつレーザー彫刻法で凹凸加工が成され、60~150℃に調節された金属製の転写ロールと、10~90℃に調節されたゴム硬度70のシリコン系ゴム製のタッチロールとを用いてキャスティングし、ピンチロールを用いてライン速度2~15m/分で引き取ることにより、一方の面が表1に示す起毛形状を有し、表1に示す組成、厚みの巾500mmの単層の樹脂シートを得た。
転写ロールに代えて凹凸加工が成されていないロールを用いた以外は、実施例1と同様にして、平滑状の両表面を有し、表1に示す組成、厚みの巾500mmの2層の樹脂シートを得た。
良触感性に関して、実施例1~3及び比較例3~5の樹脂シートにおいて評価基準を満足する結果が得られた。これに対して、比較例1及び2の樹脂シートでは、良触感性に関する評価基準を満足する結果が得られなかった。
表面質感に関して、実施例1~3の樹脂シートにおいて評価基準を満足する結果が得られた。これに対し、比較例1~5の樹脂シートでは、明度と光沢度の両方もしくは何れかが一定以上となっており、良好な表面質感に関する評価基準を満足する結果が得られなかった。
1a 下地層
1b 毛状体
d 毛状体径
h 毛状体の高さ
t 毛状体の間隔
2 シーラント樹脂層
3 基材層
Claims (7)
- 下地層の少なくとも一方の面に規則的に配列された毛状体を有し、下地層と毛状体との間には構造的な境界がなく、連続相を形成している熱可塑性樹脂シートであって、毛状体の平均高さが30μm以上250μm以下であり、毛状体の平均長さに対する平均高さの比が0.9以上1.0以下であり、毛状体を有する面の色差測定(JIS Z 8729)に基づくL*a*b*表色系におけるL*値が15以下であり、毛状体を有する面の60度鏡面光沢度(JIS Z 8741)が0.2%以下である、樹脂シート。
- 毛状体の平均径が1μm以上50μm以下、毛状体の平均間隔が20μm以上200μm以下である、請求項1に記載の樹脂シート。
- 熱可塑性樹脂がオレフィン系樹脂を含む、請求項1又は2に記載の樹脂シート。
- 熱可塑性樹脂がウレタン系エラストマーを含む、請求項1又は2に記載の樹脂シート。
- 多層樹脂シートである請求項1から4の何れか一項に記載の樹脂シート。
- 請求項1から5の何れか一項に記載の樹脂シートを用いてなる成形品。
- 自動車内装部材、電子機器、電子機器外装材、化粧品容器又は容器部材の表面に真空圧空成形された、請求項6に記載の成形品。
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