JP4773917B2 - 一体押出成形体および建築用部材 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウム製芯材入り一体押出成形体および建築用部材に関する。

従来より、芯材入り合成樹脂製品の製造方法として、表面に樹脂系接着剤を塗布した金属製芯材を用いて合成樹脂により積層成形及び／又は押出成形によって芯材入りの合成樹脂製品を得ることを特徴とした方法が知られている（特許文献１）。具体的には、あらかじめフェノール変成アクリル系接着剤、変性ウレタン系接着剤、シランカップリング剤から成る接着剤などをアルミニウム芯材に塗布しておき、当該芯材を押出成形機にかけて、芯材入り合成樹脂成形体を得るものである。しかしながら、そのような方法では、接着剤を芯材に予め塗布する必要があるので、製造が煩雑であり生産性に問題があった。

そこで生産性に優れた方法、特に建築用板材の製造方法として、所定の厚み寸法、幅寸法および長手寸法を有し、長手方向に一様断面を有するとともに、波板状に形成された金属製の芯材と、この芯材を包含する樹脂とを含んだ建築用板材を製造する方法であって、金属帯板材を長手方向に搬送しつつ、長手方向に一様断面の波板状をした芯材を連続形成する第１工程と、樹脂押出成形法により、上記芯材を包含する樹脂成形物を連続形成する第２工程と、上記第２工程で形成された樹脂成形物を所定長さごとに切断して単位板材を得る第３工程と、を含むことを特徴とする方法が開示されている（特許文献２）。具体的には、０．３〜１．０ｍｍ程度の肉厚の波板状芯材の表面に樹脂原料と共に複合押出成形（共押出成形）を行うものである。しかしながら、そのような方法では、確かに生産性は向上するが、金属製芯材にそのまま直接的に合成樹脂を被覆しているので金属製芯材と合成樹脂とが接着不良を起こした。
特開昭６２−１３３１５号公報 特開２００３−１３５４３号公報

接着性の向上のために、特許文献２の技術において、金属製芯材の表面にエンボス加工を施すことが考えられる。しかしながら、当該加工処理は、非常に煩雑である上に、平板状以外の異形状の芯材や中空状の芯材に対しては、対応することが極めて困難となる。
通常、アルミニウム芯材に対しては、耐食性や耐摩耗性を向上させるため、アルマイト処理という表面処理が施される。このアルマイト処理は、一定条件を満たした電解液中において陽極で電解することにより、アルミニウムの表面に酸化皮膜を生成させるものである。当該処理で得られるアルミニウム皮膜は、微細孔を有するため汚染物質や腐食物質を吸着し、耐食性が不十分であり、しかも汚れやすいため、通常アルマイト処理の後工程で封孔処理、例えば加圧水蒸気や酢酸ニッケルを用いた封孔処理が施されている。
本発明者は、このアルマイト処理工程に着目し、封孔処理の有無と被覆層に用いる樹脂を特定することにより接着性能が向上することを見出したものであり、特に、浸水処理後の接着性能の向上を見出したものである。さらには、被覆層とアルミニウム製芯材との十分な接着性を有し、しかも、生産性に優れた一体押出成形体および建築用部材を提供することを見出したものである。

本発明によれば、以下の発明が提供される。
１．アルミニウム製芯材の外表面における周方向の一部または全部に、該芯材の長手方向に沿って合成樹脂からなる少なくとも２層以上の被覆層が形成されてなる一体押出成形体であって、上記被覆層は、芯材と接触する合成樹脂層がポリエステル系樹脂層であり、上記芯材は、少なくとも被覆層形成領域において封孔処理を伴わないアルマイト処理が施されていることを特徴とする一体押出成形体。
２．ポリエステル系樹脂層は、エポキシ樹脂および／または無機フィラーを含むことを特徴とする上記１に記載の一体押出成形体。
３．上記１または２のいずれかに記載の一体押出成形体からなる建築用部材。

本発明の一体押出成形体は、アルミニウム製芯材と被覆層との接着性、特に浸水処理後
の芯材と被覆層との接着性が向上する。さらに、被覆層が多層構成である場合における、各層の接着性能についても非常に優れるものである。

本発明の一体押出成形体は、アルミニウム製芯材の外表面に合成樹脂からなる被覆層が形成されてなるものである。例えば図１に示すように、被覆層２は芯材１の長手方向Ｌにおいて連続的に形成される。芯材１断面の周方向Ｃにおいて被覆層２は、例えば図１に示すように該周方向Ｃの全部において継ぎ目なく連続的に形成されてもよいし、または該周方向Ｃの一部において形成されてもよい。図１は、本発明の一体押出成形体の一例を示す概略見取り図である。なお、本明細書中、一体押出成形とは、被覆層用樹脂を押出成形すると同時に当該層を、送り込まれた芯材に順次被覆して一体化することを意味し、そのよう方法で形成されたものを一体押出成形体という。

本発明の芯材は、アルミニウム製芯材が用いられる。ここで、アルミニウム製とは、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる中空または中実の形態を有するものであり、その全体形状は特に制限されず、例えば、平板形状、棒形状等であってよい。通常、芯材はアルミニウムまたはアルミニウム合金の押出成形により形成される。なお、本発明において「アルミニウム製」とは、「アルミニウム合金製」もその範疇に含むものである。

芯材が中空の形態を有する場合のアルミ部分の厚みは、１．０ｍｍ以上、特に１．１〜５．０ｍｍであることが好ましい。また芯材が中空または中実の形態を有する場合の全体寸法は特に制限されるものではなく、得られる一体押出成形体の用途に応じて適宜設定されればよい。

本発明の芯材は、後述の被覆層の形成前において、アルマイト処理を施されてアルマイト層が形成される。アルマイト処理とは、いわゆる陽極酸化処理のことであり、アルミニウム表面に酸化被膜を得る処理である。本発明においては、一般的な陽極酸化処理方法の原理をそのまま採用して形成することができる。一例を挙げれば、所定のアルミニウム材を脱脂洗浄した後、電解研磨を行い、水洗したのち電解槽で陽極酸化処理を行う方法である。電解液は、リン酸溶液、硫酸溶液、スルファミン酸溶液、シュウ酸溶液等を使用することができる。陽極酸化処理は、２０〜４０℃の電解液中で、アルミニウム材を陽極として電解処理することによって行われる。なお、通常のアルマイト処理においては、後工程として封孔処理が行われる。封孔処理は、陽極酸化処理で生じた微細孔により、耐食性の低下等の悪影響を防ぐためのものであり、加圧水蒸気中での処理や酢酸ニッケル・酢酸コバルトの水溶液中で処理する方法が用いられている。しかし本発明では、封孔処理を行わない段階のものを芯材として使用する。酸化被膜の表面の微細孔ゆえ、ポリエステル系樹脂との接着力が大きく向上するためである。

本発明のアルミニウム芯材には、長手方向に沿って深さ０．０３〜１．０ｍｍ程度の溝を有することが好ましい。当該溝を設けることにより、さらなる接着性の向上が見られるからである。溝の深さおよびピッチは、芯材の長手方向の長さ１ｍあたり任意の３箇所において、測定された値の平均値で示すものとする。測定方法は特に限定されるものではないが、マイクロゲージを用いた方法が簡易である。上記溝は、例えばアルミの押出金型に、所望の溝形状を付与しておき、当該金型よりアルミを押出成形することにより、非常に均一な溝を有する芯材が得られる。なお、本発明は、芯材が、芯材長手方向の溝以外に、例えば、当該長手方向に対して略垂直な方向の溝やエンボス加工による凹凸を有することを妨げるものではない。

本発明では、芯材の長手方向に沿って合成樹脂からなる少なくとも２層以上の被覆層が形成されてなる。
本発明では、芯材と接触する合成樹脂層（２Ａ）は、ポリエステル系樹脂層である。
ポリエステル系樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ−１，４−シクロヘキサジメチレンテレフタレート、これらの共重合ポリエステル、飽和共重合ポリエステル樹脂などのポリエステル系樹脂である。なお、接着性を損なわない範囲で、上記各ポリエステル系樹脂と、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレンとアクリル酸誘導体等を混合してもよい。

これらポリエステル系樹脂は、アルミニウム芯材と非常に好ましい接着性を示す。前述のとおり、アルミニウム芯材はアルマイト処理後の封孔処理が施されていないため、表面に微細孔を有する酸化被膜を有している。この微細孔が存在するゆえ、たとえばＥＶＡ樹脂等であっても、アンカー的な効果により接着性が向上するのであるが、微細孔の存在ゆえ浸水条件下の接着力が低下するのである。なお、吸水性が低いポリエチレン樹脂は、アルミ芯材に微細孔を有しているとしても、接着性が非常に弱い。すなわち、ポリエステル系樹脂を用いることによって、アルミニウム芯材に対して接着力を有すると共に、浸水処理条件下であっても、接着性能を維持しうるのである。さらに、ポリエステル系樹脂は、被覆層（２Ｂ）として通常用いられるポリメチルメタクリレート樹脂（以後、ＰＭＭＡ樹脂という）、メチルメタクリレート−スチレン共重合樹脂（以後、ＭＳ樹脂という）などのアクリル系樹脂との接着性に優れる。したがって、芯材及び被覆層（２Ｂ）との双方の接着性に優れる一体押出成形体が得られるのである。

上記ポリエステル系樹脂に、エポキシ樹脂、タルク、硫酸バリウム、炭酸バリウム、マイカ、酸化チタン等の無機フィラーを混合するのが好ましい。ポリエステル系樹脂は低粘度であり、アルミニウム芯材上に、均一な厚みに積層することが難しく、接着ムラが生じるおそれがあり、成形が非常に困難となるためである。従来技術にあるような、芯材に塗布するような方式であるのならば、低粘度であることはかえって好ましいのであるが、本発明のような一体押出成形の場合では、低粘度であれば樹脂が流れてしまうため、非常に成形が困難となるのである。したがって、エポキシ樹脂や無機フィラーを混合し、粘度を上昇させることで、アルミ芯材上にポリエステル系樹脂を均一な厚みに積層することが容易となり、接着ムラも生じにくく、成形が容易となるのである。なお、ポリエステル系樹脂層のメルトインデックス（ＪＩＳ−Ｋ−７２１０に準拠：１９０℃、２．１６ｋｇ）は、１０〜５０ｇ／１０分が好ましい。

被覆層のうち芯材と接触しない合成樹脂層（２Ｂ）の材質は、特に限定されるものではなく、例えばポリ塩化ビニル樹脂（以後、ＰＶＣ樹脂という）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂（以後、ＡＢＳ樹脂という）、アクリロニトリル−スチレン−アクリルゴム共重合樹脂（以後、ＡＳＡ樹脂という）、ポリスチレン樹脂、ハイインパクトポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂（以後、ＡＳ樹脂という）、シリコン系複合ゴム変性アクリロニトリル−スチレン共重合樹脂（以後、ＳＡＳ樹脂という）、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂（以後、ＰＭＭＡ樹脂という）、メチルメタクリレート−ブチルアクリレート共重合樹脂、メチルメタクリレート−スチレン共重合樹脂（以後、ＭＳ樹脂という）などのアクリル系樹脂またはポリエステル系樹脂もしくはこれらの混合樹脂等が挙げられる。成形性、強靭性、経済性の面から特に好ましいのは、ＰＶＣ樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＳＡＳ樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂、ＰＭＭＡ樹脂であり、これらの樹脂はそれ自体、より硬質のものである。なお、これらの合成樹脂には、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、シラスバルーン等の充填材や軽量化材、ガラス繊維やセルロース繊維等の補強材、難燃剤、その他熱安定剤、滑剤等の合成樹脂成形体に添加される各種添加剤を含むことができる。

被覆層の好ましい構成を以下に示す。ただし、以下の構成に限定されるものではない。なお、最初に記載の層は芯材と接触する層であり、順に最表面層に近づく層を示し、最後に記載の層は最表面層である；
（１）エポキシ樹脂および／または無機フィラーを含むポリエステル系樹脂からなる層−ＰＭＭＡ樹脂からなる透明保護層；
（２）エポキシ樹脂および／または無機フィラーを含むポリエステル系樹脂からなる層−種剤を有する着色ＳＡＳ樹脂からなる表面加飾層；
（３）エポキシ樹脂および／または無機フィラーを含むポリエステル系樹脂からなる層−種剤または加飾性粉粒体を有するＰＭＭＡ樹脂からなる加飾層−ＰＭＭＡ樹脂からなる
表面層

上記芯材の外表面に形成される被覆層２は合成樹脂からなる。通常非発泡層であるが、２倍以下の低発泡層でもよい。
被覆層の厚みは、硬度、摩耗性、生産安定性の観点から２層の合計厚み０．３ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以上である。なお、芯材と接する層（いわゆる内層）の厚みは、前記接着性の観点より、少なくとも芯材の溝深さよりも厚くすることが極めて好ましい。特に、被覆層の厚みが０．６ｍｍ以上であれば、表面加飾層を形成する場合、安定した加飾表現が可能となる。なお、厚みの上限は特に制限されるものではないが、一体成形時の樹脂圧力が過剰になること、生産性及びコストの面より３ｍｍ以下であり、好ましくは２ｍｍ以下である。

本発明の一体押出成形体は、生産性、長尺物成形、製品特性の一定性という面から、被覆層の押出成形と同時に被覆層を芯材と一体化させる、いわゆる一体押出法によって製造される。特に、２層以上の合成樹脂層からなる被覆層を有する一体押出成形体を製造する場合には、図２に示すような共押出式の一体化押出成形機によって製造される。詳しくは、各合成樹脂層を形成する樹脂を溶融・混練するための各押出機２１、２２より押し出された樹脂を１個のダイス２３内で積層すると同時に、当該層を、送り込まれた長手方向の溝を有する芯材１に順次被覆して一体化する。一体化された後は、通常、冷却され、所望寸法に切断される。図２では２台の押出機が使用されているが、これに制限されず、被覆層を構成する合成樹脂層の数に応じて適宜設置されればよい。

本発明の一体押出成形体は、アルミ製芯材の表面全面を合成樹脂にて被覆されている必要はない。例えば図１のような断面略長方形状のものであれば、上面及び下面を被覆し、側面は芯材むき出し状態であるような被覆状態であっても良い。また、建築用部材であれば外観として現れる部分のみが被覆されているような場合も本発明に含まれる。

［芯材］
下記に示す３種類のアルミ合金製の芯材を用いた。
芯材Ａ：アルマイト処理有り（封孔処理無し）
芯材Ｂ：アルマイト処理有り（封孔処理有り）
芯材Ｃ：アルマイト処理無し
なお、アルマイト処理は、一般的な硫酸法を用いて行う。また、封孔処理は酢酸ニッケルを用いた方法を用いる。さらに、全周には、いわゆるローレット加工により長手方向に沿って０．１ｍｍの深さの溝を設けている。いずれのアルミ製芯材も、断面直方体形状のものであり、全幅４０ｍｍ、全高１５ｍｍ、全長３ｍである。また、アルミ部分の厚みは１．２ｍｍである。なお、成形時の樹脂圧による変形防止として、中空内部に２本のリブを有している。

［内層の材質］
下記に示す３種類の内層樹脂を用いた。
内層ａ：ポリエステル系樹脂（東亞合成社製「アロンメルト」、融点１１５℃、メルトインデックス３５ｇ／１０分、ＥＶＡ樹脂約１０％、エポキシ樹脂約２０％、無機フィラー約１０％含有）
内層ｂ：ポリエステル系樹脂（東亞合成社製「アロンメルト」、融点１２５℃、メルトインデックス４０ｇ／１０分、ポリエチレン樹脂約１５％含有）
内層ｃ：ポリエステル系樹脂（東亞合成社製「アロンメルト」、融点１３５℃、メルトインデックス６０ｇ／１０分）
内層ｄ：エチレン系樹脂（三井・デュポンポリケミカル社製「ハイミラン」、融点９１℃、メルトインデックス５ｇ／１０分）

［評価サンプルの作成方法］
（実施例１）
図２に示す共押出式の一体化押出成形機によって一体押出成形体サンプルを２本製造した。詳しくは、外層２Ｂ（最表面層）、内層２Ａ（芯材と接触する層）の合成樹脂を、それぞれ外層用押出機２２、内層用押出機２１から同時に押出し、ダイス２３内でアルミ製芯材１に積層・被覆して、アルミ製芯材の外表面における周方向の全部に２層型被覆層を有する一体押出成形体を製造した。なお、押出条件、押出樹脂、芯材条件は次のとおりである。
外層用押出機：４０φ、一軸押出機（押出温度約１８０℃）
内層用押出機：４０φ、一軸押出機（押出温度約１５０℃）
内層樹脂：前記内層ａを用いた。なお、冷却後の内層厚みは０．３ｍｍである。
外層樹脂：ＰＭＭＡ樹脂（三菱レイヨン社製「アクリペット」）を用いた。冷却後の外層厚みは０．５ｍｍである。
アルミ製芯材は、芯材Ａを用いる。なお、ダイス内に挿入直前に予備加熱（約１００℃）を行う。

（実施例２〜３および比較例１〜３）
アルミ製芯材及び内層樹脂として表１に示すものを用いたこと以外、実施例１と同様の方法により、一体押出成形体を製造した。

［評価方法］
・常温保管後の接着性
まず、サンプル作成後、２４時間常温にて保管し、ＪＩＳＫ５４００：１９９０の８．５．２碁盤目テープ試験に準じて、接着性試験を行った。詳しくは、サンプル表面にマス目を作成した。マス目はカッターナイフにて作成し、カッターナイフによる切り目間隔は２ｍｍ、マス目の総数は１００個とした。テープの貼り方及びテープの剥がし方についてはＪＩＳ法に準じて行った。表１中の評価結果において、分子は剥離しなかった碁盤目の数であり、分母は全碁盤目数である。
上記接着性試験は一体押出成形体の長手方向における中央において行った。なお、剥離碁盤目が１つでもある場合、当該一体押出成形体は好ましいものではない。

・浸漬試験後の接着性
また、別サンプルについて、サンプル作成後２４時間常温にて保管し、その後室内にて常温の水に３０日間浸漬した。浸漬後、再び２４時間常温にて保管・乾燥させ、前記同様の接着性試験を行った。結果は表１に示す。

・成形性
実施例サンプルについて、押出成形時おける厚みムラの生じ易さを確認し、成形性を以下のとおり評価した。
◎：厚みムラが出にくく、成形が容易である。
○：厚みムラが若干見られ、成形に若干時間がかかる。
△：厚みムラが見られ、成形が難しく、成形にかなり時間を要する。

本発明のアルミ製芯材入り一体押出成形体は、建築用化粧材、建築用手摺り、防犯用面格子、デッキ材、バルコニールーバー等の建築用部材として有用である。

本発明の一体押出成形体の一例を表す概略見取り図である。 本発明の一体押出成形体を製造するための共押出式の一体押出成形機の概略断面図である。

符号の説明

１：芯材、２：被覆層、２１：２２：押出機、２３：ダイス。

Claims (3)

1. アルミニウム製芯材の外表面における周方向の一部または全部に、該芯材の長手方向に沿って合成樹脂からなる少なくとも２層以上の被覆層が形成されてなる一体押出成形体であって、上記被覆層は、芯材と接触する合成樹脂層がポリエステル系樹脂層であり、上記芯材は、少なくとも被覆層形成領域において封孔処理を伴わないアルマイト処理が施されていることを特徴とする一体押出成形体。
2. ポリエステル系樹脂層は、エポキシ樹脂および／または無機フィラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の一体押出成形体。
3. 請求項１または２に記載の一体押出成形体からなる建築用部材。
   
   

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