JP7269059B2 - 粘弾性体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、粘弾性体およびその製造方法に関する。

粘性が高く、柔らかい粘弾性体は、同時に粘着性も有しているため、他の物体に接着させて使用する場合、接着剤が不要という利点がある。その反面、表面にホコリ（埃）などが付着しやすく、一旦付着すると除去することが難しいという問題があった。加えて、異物の付着を防止するためには、粘着面を保護フィルムなどで覆う必要があり、作業性が低下するという問題もあった。さらに、粘弾性体の接着力の向上のために、接着剤を表面に塗布する必要が生じても、シリコーンからなる粘弾性体では接着剤が限られてしまうという問題があった。そこで、表面の粘着性を低下させ、ホコリ等の付着がしにくく、様々な接着材が使用できる表面を持つ粘弾性体が求められていた。

粘弾性体の粘着性を低下させるため、粘弾性体の表面に、含水ケイ酸アルミニウム（タルク）等の粉末を付着させるという方法が知られている。しかしながら、粘弾性体が衝撃、振動、磨耗等を受けた際に該粉末が脱落、粉落ちするという問題がある。

粘弾性体の表面に、造膜層を設けるという方法が知られている（特許文献１～３）。しかしながら、粘弾性体と造膜した膜の伸び率を同じにすることは難しいという問題がある。そのため、造膜層を設けた粘弾性体を伸び縮みさせた際に、膜の伸びが粘弾性体の伸びより小さい場合、膜が割れ、粘弾性体が破壊されることになり、膜の伸びが粘弾性体より大きい場合、膜にシワが発生することになる。

粘弾性体の表面に、シリコーン系のオイル等を塗布する方法が知られている。しかしながら、粘弾性体の粘着性を弱くすることはできるが、粘弾性体表面の表面張力を下げてしまうため、使用できる接着剤や両面テープが限られるという問題がある。

特開２０１２－８１４３１号公報 特開２００５－３０４７２９号公報 特開２００５－３０５７２２号公報

本発明は、表面にホコリが付着しにくく、様々な両面テープや接着剤を塗布できる表面を有する粘弾性体を提供することを目的とする。

本発明は、粘弾性体表面に発泡層を有し、両者の界面が凹凸形状である粘弾性体に関する。

界面の最深部の基準点から、界面までの厚み方向の最大長さが２０μｍ以上であることが好ましい。

表面に、膜厚が不均一な発泡層を有することが好ましい。

長さ１ｍｍの発泡層において、最小厚さに対する最大厚さが１５０％以上であることが好ましい。

発泡層の平均膜厚が粘弾性体全体の厚さの１０％以下であることが好ましい。

発泡層が、発泡ビーズから形成された単泡であることが好ましい。

発泡層と粘弾性体の間に粘着剤を含まないことが好ましい。

また、本発明は、粘弾性体の表面に発泡ビーズを付着させる工程、および、
得られた粘弾性体を加熱して発泡させる工程
を含む粘弾性体の製造方法に関する。

本発明の粘弾性体では、発泡層は粘弾性体に喰い込むように付着し、発泡層と粘弾性体の界面が平面ではなく凹凸形状をしている。そのため、発泡体と粘弾性体との接触面積が大きくなり、発泡層を構成する発泡体の粉落ちをなくすことができ、伸び縮みさせた際のシワ等の発生を防止することができる。また、発泡層は粘着性を持たず、表面張力が高いため、ホコリ等が付着しても払い落とすことができ、使用できる接着材や両面テープの制限をなくすことができる。

実施例１で作製した粘弾性体の切断面を光学顕微鏡で観察したものである。 実施例１で作製した粘弾性体の表面を光学顕微鏡で観察したものである。 比較例３で作製した粘弾性体の切断面を光学顕微鏡で観察したものである。 発泡層と粘弾性体の界面の最深部の基準点から、界面までの厚み方向の最大長さの説明図である。

本発明の粘弾性体は、粘弾性体表面に発泡層を有し、両者の界面が凹凸形状であることを特徴とする。発泡層は、粘弾性体の片面のみに形成しても、両面に形成しても良い。

粘弾性体の材質は特に限定されず、ウレタンゲル、シリコーンゲル、ハイドロゲルなどが挙げられる。なかでも、長期的な使用において溶媒の揮発が生じ難い点で、ウレタンゲル、シリコーンゲルが好ましい。

シリコーンゲルとしては、２官能のオルガノシロキサンと３官能のオルガノシロキサンを反応させて架橋することにより得ることができる。シロキサンゲルが立体網目構造を形成し、この立体網目構造の間にシリコーンオイルが担持された構造を有する。シロキサンゲルとしては、たとえばポリジメチルシロキサンゲル、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサンゲル、ポリフェニルメチルシロキサンゲルなどとシリコーンオイルで構成された粘弾性体が特に好ましい。シリコーンオイルとしては、たとえばジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイルなどが挙げられる。

両者の界面が凹凸形状であるとは、界面が平滑な平面ではないことをいう。平滑な平面ではないため、発泡層と粘弾性体との接触面積は大きくなり、両者の接着性は高く、接着層を設けなくても発泡層の剥がれなく、両者が強固に接着する。

凹凸形状とは、発泡層と粘弾性体の界面の最深部の基準点から、界面までの厚み方向の最大長さがある程度の長さを有することを意味する。図４は、発泡層と粘弾性体の界面の最深部の基準点から、界面までの厚み方向の長さの説明図である。粘弾性体の厚さ方向に最も深く位置する界面の最深部３に対して、厚さ方向の長さ４が最も大きい部分である。その長さは２０μｍ以上が好ましく、４０μｍ以上がより好ましい。２０μｍ未満では、 発泡層は十分な凹凸形状ではないため、粘弾性体に対しての喰い込みが不足し粘弾性体と強固に接着せず、部分的に粉落ちしやすくなる傾向がある。長さの上限は特に限定されないが、３００μｍ以下が好ましい。なお、最大長さの算出において、１ｍｍ以上の界面長さを測定する必要がある。

発泡層の膜厚は不均一であることが好ましい。不均一であるため、発泡層と粘弾性体の界面に凹凸形状が形成され、接触面積が大きくなって粘弾性体に強固に接着する。ここで、不均一とは、発泡層の厚さが一定ではないことを言う。長さ１ｍｍの発泡層の最小厚さに対する最大厚さは、１５０％以上が好ましく、２００％以上がより好ましく、３００％以上がさらに好ましい。１５０％未満では、発泡層の凹凸形状は浅くなり粘弾性体に対しての喰い込みが不足し粘弾性体と強固に接着しない傾向がある。上限は特に限定されないが、５００％以下が好ましい。

発泡層の平均膜厚は特に限定されないが、５０～３００μｍが好ましく、７０～２００μｍがより好ましい。５０μｍ未満では、発泡層の最小厚さの部分が脱落しやすくなる可能性があり、３００μｍを超えると、発泡層の最大厚さの部分が粘弾性体に対し追従性が悪くなる傾向がある。ここで、平均膜厚は、マイクロスコープによって計測した面積および長さから計算（面積÷長さ）する。

また、発泡層の平均膜厚は、粘弾性体全体の厚さの１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましい。１０％を超えると、発泡層が厚いため粘弾性体への追従性が悪くなる傾向がある。下限は特に限定されないが、０．５％以上が好ましい。

粘弾性体全体の厚さは特に限定されないが、１．０ｍｍ以上が好ましく、３．０ｍｍ以上がより好ましい。１．０ｍｍ未満では、粘弾性体の粘性成分が十分得られない傾向となる。上限は特に限定されないが２０ｍｍ以内が好ましい。

発泡層の作製方法は特に限定されないが、発泡ビーズを発泡させることが好ましい。ここで、発泡ビーズとは、たとえば、熱可塑性樹脂を殻として内部に空気等の気体を含有し、熱により膨張して微小中空粒子を形成するものである。例えば、熱で膨張するものとしては、７０～２５０℃で膨張し、直径が１．５倍以上、体積が約２～１５０倍以上となるものが挙げられる。

具体的な発泡ビーズとしては、たとえば、マツモトマイクロスフェアー（松本油脂製薬株式会社製）、エクスパンセル（日本フィライト株式会社製）、アドバンセル（積水化学工業株式会社製）、クレハマイクロスフェアー（株式会社クレハ製）などが挙げられる。

発泡ビーズの粒径は特に限定されないが、１～８０μｍが好ましく、５～５０μｍがより好ましい。１μｍ未満では、膨張後の発泡ビーズの発泡層の凹凸形状は浅くなり、弾性体に対しての喰い込みが不足し粘弾性体と強固に接着しない傾向がある。一方、８０μｍを超えると、発泡ビーズの膨張ムラが起こりやすくなることや、膨張後の発泡層の最大厚さの部分が粘弾性体に対し追従性が悪くなる傾向がある。

発泡倍率は特に限定されないが、２～３５０倍が好ましく、２～１００倍がより好ましい。２倍未満では、膨張後の発泡ビーズの発泡層の凹凸形状は浅くなり、弾性体に対しての喰い込みが不足し粘弾性体と強固に接着しない傾向がある。一方、３５０倍を超えると、発泡ビーズの膨張ムラが起こりやすくなることや、膨張後の発泡層の最大厚さの部分が粘弾性体に対し追従性が悪くなる傾向がある。

また、本発明の粘弾性体の製造方法は、
粘弾性体の表面に発泡ビーズを付着させる工程、および、
得られた粘弾性体を加熱して発泡させる工程
を含むことを特徴とする。本発明の製造方法によって、前述した本発明の粘弾性体を作製することができる。

粘弾性体の表面に発泡ビーズを付着させる工程において、粘弾性体は粘着性を有しているため、発泡ビーズを接触させるだけで表面に付着する。付着させる量は特に限定されないが、粘弾性体の表面全体に付着させることができる量であれば問題ない。

粘弾性体を加熱して発泡させる温度は特に限定されず、使用する発泡ビーズを発泡させるのに最適な発泡応温度であれば問題ないが、５０～３２０℃が好ましく、７０～２５０℃がより好ましい。５０℃未満では、発泡ビーズの発泡開始温度に到達せず十分な発泡が得られず、３２０℃を超えると、発泡ビーズが発泡倍率の上限と超えて逆に収縮してしまう傾向がある。

本発明の粘弾性体の用途は特に限定されないが、制振材、防振材、防音材、遮熱材、電磁波シールド材、緩衝材、衝撃吸収材等が挙げられる。

以下、実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

実施例１
シリコーンゲルの原料となる２液（信越化学工業株式会社製ＫＥ－１０５２ Ａ液Ｂ液）の配合比率を調整し混ぜ合わせた後、恒温乾燥機にて（２３℃、２４時間）架橋させて粘弾性体を作製した。この粘弾性体の表面に熱膨張性マイクロカプセル（松本油脂製薬株式会社製、マツモトマイクロスフェアーＦ－４８Ｄ、平均粒径９μｍ）０．１ｇを、粘弾性体自身の粘着性を利用して粘弾性体表面に薄く均一に塗布し、恒温乾燥機にて（１１０℃、１時間）マイクロカプセルを発泡させた。発泡倍率は３倍であった。粘弾性体の厚さは４ｍｍ、幅および長さはともに５０ｍｍで、重量は１０．７ｇであった。粘弾性体の切断面を光学顕微鏡で観察したものを図１に、粘弾性体の表面を観察したものを図２に示す。発泡層の平均膜厚は１２０μｍであり、発泡層の平均膜厚は、粘弾性体全体の厚さの３％であった。

比較例１（表面処理無）
シリコーンゲルの原料となる２液（信越化学工業株式会社製ＫＥ－１０５２ Ａ液Ｂ液）の配合比率を調整し混ぜ合わせた後、恒温乾燥機にて（２３℃、２４時間）架橋させて粘弾性体を得た。粘弾性体の厚さは４ｍｍ、幅および長さはともに５０ｍｍで、重量は１０．７ｇであった。

比較例２（タルク）
シリコーンゲルの原料となる２液（信越化学工業株式会社製ＫＥ－１０５２ Ａ液Ｂ液）の配合比率を調整し混ぜ合わせた後、恒温乾燥機にて（２３℃、２４時間）架橋させて粘弾性体を作製した。この粘弾性体の表面に０．１ｇのタルクを付着させ軽く振り余分なタルクを落とした。粘弾性体の厚さは４ｍｍ、幅および長さはともに５０ｍｍで、重量は１０．６ｇであった。

比較例３（膜）
シリコーンゲルの原料となる２液（信越化学工業株式会社製ＫＥ－１０５２ Ａ液Ｂ液）の配合比率を調整し混ぜ合わせた後、恒温乾燥機にて（２３℃、２４時間）架橋させて粘弾性体を作製した。この粘弾性体の表面に縮合タイプシリコーン改質用コーティング材（信越化学工業株式会社製Ｘ－９３－１７５５－１）０．２ｇをこの粘弾性体の表面に均一に塗布し、恒温乾燥機にて（１２０℃、１時間）膜化させた。粘弾性体の厚さは４ｍｍ、幅および長さはともに５０ｍｍで、重量は１０．８ｇであった。粘弾性体の切断面を光学顕微鏡で観察したものを図３に示す。表層の平均膜厚は１００μｍであった。

比較例４（オイル）
シリコーンゲルの原料となる２液（信越化学工業株式会社製ＫＥ－１０５２ Ａ液Ｂ液）の配合比率を調整し混ぜ合わせた後、恒温乾燥機にて（２３℃、２４時間）架橋させて粘弾性体を作製した。この粘弾性体の表面にジメチルシリコーンオイル（信越化学工業株式会社製ＫＦ－９６－３００ＣＳ）を０．１ｇ塗布した。粘弾性体の厚さは４ｍｍ、幅および長さはともに５０ｍｍで、重量は１０．７ｇであった。

各実施例および比較例で作製した粘弾性体を用いて、以下の評価を行った。

＜ホコリ付着テスト＞
各実施例で作製した粘弾性体の重量を計量後（繊維屑付着前重量）、ホコリを模した繊維長１ｍｍ未満のポリエステル繊維で構成した繊維屑を片面に０．２０ｇ、両面で計０．４０ｇ付着させた後、往復２０回振りはらい、再度サンプルの重量（繊維屑付着後重量）を計量した。繊維屑付着後重量から繊維屑付着前重量を引いた値をもとに、以下の評価基準で評価した結果を表１に示す。
〇：付着量が０．０５ｇ未満
×：付着量が０．０５ｇ以上

＜表面接着性テスト＞
両面テープＡ（日東電工株式会社製Ｎｉｔｔｏ５００）、両面テープＢ（ＤＩＣ株式会社製８１０ＨＤ）、および、シリコーンの接着に特化した両面テープＣ（日東電工株式会社製Ｎｉｔｔｏ５３０２Ａ）のそれぞれの両面テープの片面にコピー紙を貼り付け、両面テープと紙とが剥がれないことを確認した。その後、各実施例および比較例で作製した粘弾性体の片面に両面テープの離型紙を剥がして貼りつけ、粘弾性体と両面テープの界面での剥離の有無を確認した。以下の評価基準で評価した結果を表１に示す。
〇：剥離無
×：剥離有

＜表面脱落テスト＞
各実施例および比較例で作製した粘弾性体の表面に幅１２ｍｍ、長さ４０ｍｍのセロハンテープを貼り、その上から１００ｇのローラーを用い１０往復させた。その後、錘を取り除き、続いてセロハンテープも取り除き、セロハンテープに粘弾性体の表面が脱落し付着していないかを確認した。以下の評価基準で評価した結果を表１に示す。
〇：脱落無
×：脱落有

＜伸縮テスト＞
各実施例および比較例で作製した粘弾性体から幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍの試験片を切り出し、両端５ｍｍずつつかみ、もとの長さの３倍にまで引き伸ばし元の長さに戻した。この作業を２０回繰り返した後、表面状態を目視にて観察した。以下の評価基準で評価した結果を表１に示す。
〇：しわ無
×：しわ有

実施例１で作製した本発明の粘弾性体は、全ての評価項目に優れていた。

本発明の粘弾性体は、表面にホコリが付着しにくく、様々な両面テープや接着剤を塗布できる表面を有するため、制振材、防振材、防音材、遮熱材、電磁波シールド材、緩衝材、衝撃吸収材等に最適に使用できる。

１：発泡層
２：粘弾性体
３：界面の最深部
４：界面までの厚み方向の長さ

Claims (7)

1. 粘弾性体表面に発泡層を有し、両者の界面が凹凸形状であり、界面の最深部の基準点から、界面までの厚み方向の最大長さが２０μｍ以上である粘弾性体。
2. 表面に、膜厚が不均一な発泡層を有する請求項１に記載の粘弾性体。
3. 長さ１ｍｍの発泡層において、最小厚さに対する最大厚さが１５０％以上である請求項１または２に記載の粘弾性体。
4. 発泡層の平均膜厚が粘弾性体全体の厚さの１０％以下である請求項１～３のいずれか１項に記載の粘弾性体。
5. 発泡層が、発泡ビーズから形成された単泡である請求項１～４のいずれか１項に記載の粘弾性体。
6. 発泡層と粘弾性体の間に粘着剤を含まない請求項１～５のいずれか１項に記載の粘弾性体。
7. 粘弾性体の表面に発泡ビーズを付着させる工程、および、
   得られた粘弾性体を加熱して発泡させる工程
   を含む粘弾性体の製造方法。

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