JPH045016A - 軽量板状成形品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、軽量板状成形品に関し、さらに詳しくは、発
泡体で形成された板状芯材と、ノルボルネン系モノマー
の塊状重合体の外周層を有し、かつ、成形品の他部材へ
の取付構造を有する軽量板状成形品に関する。

［従来の技術］ 不飽和ポリエステルやエポキシ樹脂、フェノール樹脂、
ポリウレタン樹脂などを外周層とし、発泡体を芯材とす
る複合成形品は、軽量であるため、ウィンドサーフィン
やサーフボード、ボート、カヌーの櫂などのレジャー用
品、大型パレットなどとして市販されている。

これらの複合成形品は、−Ｍ的には、発泡体のまわりに
ガラス繊維などの強化繊維を当てて、その上に熱硬化性
樹脂を塗布し、硬化させる、いわゆるハンドレイアップ
法で作られているが、手作業が中心となるために生産性
が悪（、量産には不向きである。

他の方法としては、芯材となる発泡体のまわりをガラス
やカーボン、アラミドのごとき強化繊維の織布で包んで
金型内にセットし、次いで液状熱硬化性樹脂を金型内に
注入し、加熱硬化させて複合成形品を得る方法がある（
特開昭６３−１６２２０７号公報）。この方法は、強化
繊維を均一な厚みで芯材に巻くことが困難であり、また
、ガラス繊維を取り扱うことにより、繊維の破断切片が
手や顔などの身体に突き刺さり、作業環境としては非常
に好ましくない。さらに、強化繊維を部分的に巻いた発
泡体を金型内にセットし、熱硬化性樹脂を注入すると、
強化繊維の存在しない部分では外周層の樹脂強度が弱（
なる。そこで、樹脂のみでも十分な強度をもたせるには
、エポキシ樹脂のごとき高価な材料を用いる必要がある
。

また、繊維補強材を用いると、反応液の充填が困難であ
り、しかも成形品表面に補強材が露出して、表面平滑性
の良好な複合成形品を得ることが困難である。

このため、発泡体を芯材とする複合成形品において、工
業的に簡単な成形方法で、強靭な成形物を安価に作るこ
とが望まれている。

さらに、軽量で耐熱性や強度に優れた板状成形品を、発
泡体を芯材とし、樹脂贋を外周層とすることにより作成
できれば、仕切板や表示板、テーブル板などとして用い
ることができるが、従来の方法では、外観が良好で平滑
性に優れた板状複合成形品を製造することが困難である
。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、ジシクロペンタジェンのごときノルボルネン
系モノマ〜をメタセンス触媒の存在下、金型内で塊状重
合すると、剛性があり、衝撃強度の高い成形品が得られ
る。ノルボルネン系モノマーを含む反応液は、一般に低
粘度の液体であることから、比較的低い圧力で、金型内
に注入し、かつ成形することができるため、大型の成形
品であっても容易に成形ができる。

そこで、本発明者らは、ノルボルネン系モノマーを使用
して、発泡体を芯材とする複合成形品の製造を試みたと
ころ、成形圧力が低いことから、発泡体の気泡の破壊や
変形がないこと、強度が小さく安価な金型を使用するこ
とができること、しかも強化繊維を使用しなくても十分
な強度を有する複合成形品が得られること、など多くの
長所をもっていることが分かった。

ところが、この方法では、芯材と金型内面との間に一定
の間隙を設けて、その間隙に反応液を注入することが必
要であるが、間隙を設ける適当な方法が限られるという
問題がある。

例えば、芯材の所望箇所に支持体を設置し、支持体によ
り芯材と金型内面との間に間隙を設ける方法が考えられ
るが、支持体とノルボルネン系ポリマー層との接着性が
不足する場合が多く、また、支持体の端部が成形品表面
に露出するため、外観が損なわれる。特に、大型板状芯
材を用いる場合においては、多数の支持体が必要となる
ことから、このような問題は深刻となる。

方、板状の複合成形品を仕切板や表示板などとして用い
る場合には、これらを他部材に取り付けるための取付部
品を設置することが必要であるが、このような取付部品
を成形品に設けるための作業は煩雑である。

そこで、本発明者らは、鋭意研究した結果、発泡体で形
成された板状芯材に、取付構造を設けた支持体を取付構
造部が露出するように配設し、該支持体により板状芯材
と金型内面との間に間隙が生じるように板状芯材を金型
内に設置し、芯材と金型内面との間に設けた間隙に、ノ
ルボルネン系モノマーとメタセンス系触媒を含む反応液
を供給し、塊状重合させると、ノルボルネン系ポリマー
からなる外周層を好適に形成させることができ、しかも
取付構造を有する部材が一体的に成形された軽量板状成
形品の得られることを見出した。

本発明は、これらの知見に基づいて完成するに至ったも
のである。

［課題を解決するための手段］ かくして、本発明によれば、発泡体で形成された板状芯
材に、取付構造を設けた支持体を少なくとも１個、取付
構造部が露出するように配設し、該支持体により板状芯
材と金型内面との間に間隙が生じるように板状芯材を金
型内に設置し、ノルボルネン系モノマーとメタセンス系
触媒を含む反応液を金型内に供給して塊状重合させ、ノ
ルボルネン系ポリマーからなる外周層を形成して成るこ
とを特徴とする軽量板状成形品が提供される。

以下、本発明について詳細に説明する。

（発泡体からなる芯材） 本発明の軽量板状成形品は、芯材として高分子発泡体を
使用する。これにより、大型であっても軽量で、かつ強
度の強い成形品となる。

この発泡体として、スキン層（緻密層）を有するととも
に、発泡倍率が５〜１５倍程度程度発泡倍率の板状発泡
体を用いると、ボイドや凹凸の発生がなく、また、波打
ち現象のない平面性、平滑性に優れた板状成形品を得る
ことができるため、好ましい。

高分子発泡体は、成形時に原形を保持しつるものであれ
ばいずれでもよく、その具体例としては、例えば、ポリ
ウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレ
ン、ポリ塩化ビニルなどの発泡体が例示される。これら
の中でも、ポリウレタンや架橋ポリエチレンなどの熱硬
化型発泡体が好ましい。

スキン層を有する板状発泡体は、金型内で高分子発泡体
を成形することにより、所定形状のものとして得ること
ができる。例えば、ポリウレタン発泡体の場合には、発
泡剤を含有する反応原液を閉じた金型中に注入して発泡
成形する反応射出成形（ＲＩＭ）法により、表面にスキ
ン層を有する発泡体を好適に得ることができる。

発泡体の形状は、板状成形品の形状よりも外周層を形成
する樹脂の肉厚だけ小さい形状（板状発泡体）とする。

（軽量板状成形品） 本発明における軽量板状成形品は、方形、円形、その他
の平板状の成形品である。

また、ノルボルネン系ポリマーからなる外周層の厚みは
、２〜１０ｍｍ程度である。

このような軽量板状成形品は、例えば、仕切板、表示板
、テーブル板などとして用いることができる。この場合
、取付構造を有しているため、それを利用して、他部材
に容易に取付けることができる。

（金型内への芯材の設置） 本発明においては、発泡体からなる板状芯材を金型内に
設置して、芯材と金型内面との間に設けた間隙に、ノル
ボルネン系モノマーとメタセンス系触媒を含む反応液を
供給し、塊状重合させることにより、ノルボルネン系ポ
リマーからなる外周層を形成する。

板状芯材と金型内面との間に間隙を設ける手段として、
本発明では、板状芯材に、取付構造を設けた支持体を配
設し、該支持体により板状芯材と金型内面との間に間隙
が生じるように板状芯材を金型内に設置する。

この方法の具体例について、図面を参照しながら説明す
る。第１図は、金型内に芯材を配設し、軽量板状成形品
を成形する場合の１実施態様を示す断面略図である。第
２図は、得られた軽量板状成形品の平面図である。

上下の金型５．６に囲まれた空間内に、芯材１を配設す
る場合　芯材１に側部端面から支持体２を埋設し、その
端部を露出するように配設する。

支持体２の少なくとも一端には、例えば、ボルト用の穴
などの取付構造３を設けてお（。

一方、下部金型６には、支持体の露出した部分の大きさ
と厚みに見合う空所を形成し、ておき、その空所に支持
体の芯材からはみ出した箇所を置き、上下の金型で挟む
ことにより、芯材を金型内面と一定の間隙を置いて設置
することができる。

かくして金型内に設けられた間隙に、ノルボルネン系モ
ノマーを含む反応原液を注入しく注入口は図示せず）、
塊状重合させてノルボルネン系ポリマーからなる外周層
４を形成する。

大型の複合成形品の場合には、特に、芯材を金型内にき
ちんと固定することが重要となる。成形時に芯材が動く
と、外周層の厚みが不均一となり、ひどいときには、表
面に露出することがある。

このような支持体は、成形時に変形しない高強度の材料
、例えば、アルミニウム等の金属、ノルボルネン系ポリ
マー、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性
樹脂；木材などで作成する。

支持体の形状は、適宜窓めることができるが、通常、板
状のものが好適に用いられる。また、支特休の少なくと
も一端には、成形品の取付構造を設けておく。取付構造
としては、ボルトやネジ穴、溝などを挙げることができ
、成形品の用途に応じて所望の構造を選択できる。

支持体は、例えば、第１図および第２図に示すように、
板状芯材を貫通して配設することができる。この場合、
支持体は、補強板としての機能も兼ね備えている。

また、支持体を、芯材の両端面からクロスして配設する
方法、あるいは各支持体を両端面から挿入する方法（貫
通させないで）、支持体を一つの端面からのみ埋設する
方法などがある。用いる支持体の数は、少なくとも１個
である。

支持体は、その少な（とも一端に成形品（完成品）の取
付構造を形成し、必要がなければ、他端は、内部に埋設
してもよいし、成形後に切断してもよい。

取付構造を設けた支持体の他の例として、第３図にその
断面図を示す。補強板（例えば、アルミニウム板）８に
、尖端部に雌ネジ型の取り付は構造１０を有する支持体
９を１個または複数個設けたもの（図面では１個のみを
示す）を、発泡体で形成された板状芯材１に配設し、支
持体９の尖端部を下部金型６に設けた空所７に嵌込んで
固定する。そして、芯材１と上下の金型５．６の内面と
の間の間隙にノルボルネン系モノマーを含む反応原液を
注入しく注入口は図示せず）、塊状重合させてノルボル
ネン系ポリマーからなる外周層４を形成する。かくして
得られた板状成形品は、取り付は構造９の尖端部に設け
られた雌ネジ構造を利用して、例えば、尖端部に雄ネジ
構造を有する脚部を取り付ければ、テーブルとして使用
することができる。なお、このような補強板と支持体を
板状芯材１に配設するには、例えば、金型内で発泡成形
するに際し、予め支持体付き補強板を金型内に設置して
おき、そこに発泡用原液を注入して発泡成型する方法が
好適である。

（ノルボルネン系モノマー） 本発明において使用するノルボルネン系モノマーは、ノ
ルボルネン環を有するものであればよいが、熱変形温度
の高い複合成形品を得ようとする場合には、二環体以上
の多環ノルボルネン系モノマーを用いることが好ましい
。

また、本発明においては、生成するノルボルネン系ポリ
マーを熱硬化型とすることが好ましく、そのためには架
橋性モノマーを使用することが好ましい。

ノルボルネン系モノマーとしては、例えば、２−ノルボ
ルネン、５−メチル−２−ノルボルネン、５−エチル−
２−ノルボルネン、５−ブチル−２−ノルボルネン、５
−へキシル−２−ノルボルネン、５−エチリデン−２−
ノルボルネン、５−ビニル−２−ノルボルネン、５−フ
ェニルノルボルネンなどの二環体、ジシクロペンタジェ
ンやジヒドロジシクロペンタジェンなどのごとき二環体
、テトラシクロドデセン、メチルテトラシクロドデセン
、エチルテトラシクロドデセン、ジメチルテトラシクロ
ドデセン、エチリデンテトラシクロドデセン、フェニル
テトラシクロドデセンなどのごとき匹環体、トリシクロ
ペンタジェンなどのごとき二環体、テトラシクロペンタ
ジェンなどのごとき七環体などが例示される。これらの
モノマーは、１種以上を組合わせて用いてもよい。

なかでも、入手の容易さ、反応性、耐熱性等の見地から
、二環体ないし二環体が賞用される。

一方、架橋性モノマーは、反応性の二重結合を２個以上
有する多環ノルボルネン系モノマーであり、その具体例
としてジシクロペンクジエン、トリシクロペンタジェン
、テトラシクロペンタジェンなどが例示される。したが
って、ノルボルネン系モノマーと架橋性モノマーが同一
物である場合には格別他の架橋性モノマーを用いる必要
はない。

これらのノルボルネン系モノマーは、単独で使用しても
よいし、また、２種以上を混合して用いることもできる
。

なお、上記ノルボルネン系モノマーの１種以上と共に開
環重合し得るシクロブテン、シクロペンテン、シクロペ
ンクジエン、シクロオクテン、シクロドデセンなどの単
環シクロオレフィンなどを、本発明の目的を損なわない
範囲で併用することができる。

（メタセンス触媒） 本発明で用いる触媒は、ノルボルネン系モノマーの開環
重合用触媒として公知のメタセンス触媒系であればいず
れでもよく　（例えば、特開昭５８−１２７７２８号、
同５８−１２９０１３号、同５９−５１９１１号、同６
０−７９０３５号、同６０−１８６５１１号、同６１−
１２６１１５号など）、特に制限はない。

メタセンス触媒の具体例としては、タングステン、モリ
ブデン、タンタルなどのハロゲン化物、オキシハロゲン
化物、酸化物、有機アンモニウム塩などが挙げられ、ま
た、活性剤（共触媒）の具体例としては、アルキルアル
ミニウムハライド、アルコキシアルキルアルミニウムハ
ライド、アリールオキシアルキルアルミニウムハライド
、有機スズ化合物などが挙げられる。

アルキルアルミニウムハライドの場合は、触媒を含む溶
液を混合すると即座に重合を開始するという問題がある
ので、その場合には活性剤とエーテル類、エステル類、
ケトン類、ニトリル類、アルコール類などの調節剤を併
用することにより重合の開始を遅らせることができる（
例えば、特開昭５８−１２９０１３号公報、同６１−１
２０８１４号公報）。ガラス繊維などの充填剤を用いる
場合には、充填剤への含浸を均一に行なわせるためには
、ポットライフが長いものの方が有利であり、その見地
から３０℃でのポットライフが５分以上、特に１０分以
上のものが好ましい。

また、触媒、活性剤に加えてクロロホルム、四塩化炭素
、ヘキサクロロシクロペンタジェンなどのごときハロゲ
ン化炭化水素（例えば特開昭６０−７９０３５号）や四
塩化ケイ素、四塩化ゲルマニウム、四塩化鉛などのハロ
ゲン化金属を併用してもよい。

メタセンス触媒は、モノマーの１モル対し、通常、約０
６０１〜５０ミリモル、好ましくは０゜１〜１０ミリモ
ルの範囲で用いられる。活性剤（共触媒）は、触媒成分
に対して、通常、０．１〜２００（モル比）、好ましく
は２〜１０（モル比）の範囲で用いられる。

メタセンス触媒および活性剤は、いずれもモノマーに溶
解して用いる方が好ましいが、生成物の性質を本質的に
損なわない範囲であれば少量の溶剤に懸濁または溶解さ
せて用いてもよい。

（塊状重合） 本発明においては、表面にスキン層を有する低発泡倍率
の板状発泡体からなる芯材を金型内に設置し、ノルボル
ネン系モノマーをメタセンス触媒により塊状で開環重合
する方法が用いられる。実質的に塊状重合であればよく
、少量の不活性溶剤が存在していてもかまわない。

好ましい塊状重合体の製造法では、ノルボルネン系モノ
マーを二液に分けて別の容器に入れ、一方にはメタセン
ス触媒を、他方には活性剤を添加し、二種類の安定な反
応溶液を調製する。この二種類の反応溶液を混合し、次
いで所定形状の金型中に注入し、そこで塊状による開環
重合を行なう。

金型は、特に制限されないが、アルミニウム、低融点合
金などの金属製のものが好ましい。

本発明においては従来からＲＩＭ成形装置として公知の
衝突混合装置を、二種類の反応原液を混合するために使
用することができる。この場合、一種類の反応原液を収
めた容器は別々の流れの供給源となる。二種類の流れを
ＲＩＭ機のミキシング・ヘッドで瞬間的に混合させ、次
いで、成形金型中に注入し、そこで即座に塊状重合させ
て成形品を得る。

衝突混合装置以外にも、ダイナミックミキサーやスタチ
ックミキサーなどの低圧注入機を使用することもできる
。室温におけるポットライフが１時間もあるような場合
には、ミキサー中で二種類の反応溶液の混合が完了して
から、予備加熱した金型中へ数回にわたって射出あるい
は注入してもよく、例えば、特開昭５９−５１９１１号
公報公報、米国特許筒４，４２６，５０２号公報明細書
）、また、連続的に注入してもよい。

この方式の場合には、衝突混合装置に比較して装置を小
型化することができ、また、低圧で操作可能という利点
を有するうえ、ガラス繊維などの充填剤の充填量が多い
場合に、注入スピードをゆっくりすることにより、系内
に均一に反応原液を含浸させることが可能となる。

また、本発明では二種類の反応原液を使用する方法に限
定されない。当業者であれば容易に理解しつるように、
例えば第三番目の容器にモノマーと所望の添加剤を入れ
て第三の流れとして使用するなど各種の変形が可能であ
る。

金型温度は、通常、１０〜１５０℃、より好ましくは３
０〜１００℃である。

金型内の圧力は、芯材となる発泡体を変形させない範囲
とする。具体的には、０．１〜１０ｋｇ／　ｃ　ｒｔｒ
、好ましくは５ｋｇ／ｃｒｒ？までの範囲内である。

重合時間は適宜選択すればよいが、通常は約２０分より
短かく、好ましくは５分以内であるが、それより長（で
もよい。

なお１反応原液は通常窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気
下で貯蔵され、また操作されるが、成形金型は必ずしも
不活性ガスでシールしなくてもよい。

（任意成分） 酸化防止剤、充填剤、強化材、顔料、着色剤、発泡剤、
難燃剤、摺動付与剤、エラストマー、ジシクロペンタジ
ェン系熱重合樹脂の水添物など種々の添加剤を配合する
ことにより、得られるポリマーの特性を改質することが
できる。

酸化防止剤としては、フェノール系、リン系、アミン系
など各種のプラスチック・ゴム用酸化防止剤がある。

充填剤にはミルドガラス、ガラス長繊維、ガラスマット
、カーボンブラック、タルク、炭酸カルシウム、雲母な
どの無機質充填剤がある。

強化繊維は、外周層の強度をさらに高める目的で、本発
明とあわせて用いることもできる。

エラストマーとしては、天然ゴム、ポリブタジェン、ポ
リイソプレン、スチレン−ブタジェン共重合体（ＳＢＲ
）、スチレン−ブタジェン−スチレンブロック共重合体
（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレンブロック
共重合体（ＳＩＳ）、エチレン−プロピレン−ジェンタ
ーポリマー（ＥＰＤＭ）、エチレン酢酸ビニル共重合体
（ＥＶＡ）およびこれらの水素化物などがある。

添加剤は予め反応溶液のいずれか一方または双方に混合
しておくか、あるいは金型のキャビティーに入れておく
。また、発泡体のまわりに強化繊維を巻きつけ樹脂の強
度を高めることも、本発明の目的を阻害しない範囲で実
施することができる。

［実施例］ 以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する
。なお、実施例中の部は、特に断りのないかぎり重量基
準である。

［実施例１］ ５４５ｍｍＸ５４５ｍｍＸ３０ｍｍの空間を有する発泡
用金型（アルミニウム製）に、ポリウレタンフォーム用
発泡原液（無電化社製、アゾカフオームミックス；ポリ
オールとイソシアネート、発泡材を混合した液体〕を注
入し、約１５分間で、ポリウレタン製の板状発泡体を得
た。

得られた板状発泡体は、発泡倍率が約１０倍、密度は０
．１２ｇ／ｃｒｔｒで、表面にスキン層を有するもので
あった。

該板状発泡体の両側面に、支持体として、１００ｍｍＸ
２５０ｍｍＸ３ｍｍの大きさのアルミ板であって、その
長平方向の一端にボルト用の穴（直径１０ｍｍ）を設け
たもの２個を、それぞれ埋設し、その穴を有する端部（
１００ｍｍＸ１００ｍｍ）をはみ出させた。

５５０ｍｍＸ５５０ｍｍＸ４０ｍｍの空間を有する金型
内に、前記支持体付き板状発泡体を置いた。なお、下部
金型の両端には、予め、支持体のはみ出した大きさと厚
さに見合う空所を設けておき、上下の金型を閉じたとき
に、板状発泡体と金型内面との間に間隙が生じるように
しである。

金型は６０℃に加熱し、垂直に立てた。反応液の注入口
は、金型の下方に設けた。

ジシクロペンタジェノ（ＤＣＰ）１００部に、スチレン
−イソプレン−スチレンブロック共重合体（ＳＩＳ）（
フィンタック３４２１、日本ゼオン社商品名）６．５部
を入れて混合した。この液を２つの容器に入れ、一方に
は、ＤＣＰに対しジエチルアルミニウムクロリド（ＤＥ
ＡＣ）を４１ミリモル濃度、ｎ−プロピルアルコールを
４１ミリモル濃度、四塩化ケイ素を２１ミリモル濃度と
なるようにそれぞれ添加した（Ａ？夜）。

他方には、ＤＣＰに対し、トリ（トリデシル）アンモニ
ムモリブデートを１０ミリモル濃度となるように添加し
、さらにＤＣＰ１００部当たりフェノール系酸化防止剤
（エタノツクスフ０２、エチルコーポレーション社製）
４部を添加した（Ｂ液）。

両反応液（Ａ液／Ｂ液の混合比１／１）を、前記の金型
の中へギヤーポンプとパワーミキサーを用いてほぼ常圧
で速やかに注入した。

注入後、約３分間重合反応を行い、発泡体を芯材とし、
ＤＣＰ樹脂を外周層とした大型板状の複合成形品を得た
。

得られた複合成形品は、ボイドや凹凸の発生のない平滑
性の良好なものであり、かつ、波打ちのない平明性に優
れたものであった。支持体は、成形体と一体化しており
、強（引っ張っても外れることはなかった。

そして、取付構造を有するため、他部材に容易に取付け
ることができる。

［発明の効果］ かくして、本発明によれば、軽くて強（、表面平滑性、
平面性の良好な軽量板状成形品を提供することができる
。また、本発明によれば、取付構造を有する部材を支持
体として用いることにより、取付構造部材が一体的に成
形された板状の複合成形品が簡単な方法で迅速に成形で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の軽量板状成形品を金型内で製造する
１実施態様を示す断面略図である。第２図は、得られた
軽量板状成形品の平面図である。 第３図は、本発明の軽量板状成形品を金型内で製造する
他の実施態様を示す断面略図である。 １　板状発泡体（芯材）、 ２、支持体、 ３・取付構造（ボルト用穴）、 ４　外周層、 ５　上部金型、 ６・下部金型、 ７　下部金型に設けた空所、 ８：補強板、 ９、支持体、 １０、取付構造（雌ネジ型）。 第１図 第２図１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）発泡体で形成された板状芯材に、取付構造を設け
   た支持体を少なくとも１個、取付構造部が露出するよう
   に配設し、該支持体により板状芯材と金型内面との間に
   間隙が生じるように板状芯材を金型内に設置し、ノルボ
   ルネン系モノマーとメタセンス系触媒を含む反応液を金
   型内に供給して塊状重合させ、ノルボルネン系ポリマー
   からなる外周層を形成して成ることを特徴とする軽量板
   状成形品。