(57)【要約】【課題】押し出しで得られたポリ乳酸シートに、カード製造に耐え得る強度と耐熱性を付与し、印刷等の後加工を可能とすることで実用的なカード製造を可能にするカード基材の製造方法とそれによるカード基材を提供する。【解決手段】ポリ乳酸を主成分とする樹脂を、前記樹脂の融点を超えた温度でシート状に押し出し冷却して平板状シートに成形するシート成形段階と、前記樹脂の結晶化温度を超え融点より低い温度で、前記平板状シートをその平板形状を抑止したまま加熱保持する加熱段階と、その後引き続いて、前記平板状シートをその平板形状を抑止したまま前記樹脂の結晶化温度以下に冷却保持する冷却段階とを有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ乳酸を主成分とする樹脂を、前記樹脂の融点を超えた温度でシート状に押し出し冷却して平板状シートに成形するシート成形段階と、
前記樹脂の結晶化温度を超え融点より低い温度で、前記平板状シートをその平板形状を抑止したまま加熱保持する加熱段階と、
その後前記平板状シートをその平板形状を抑止したまま前記樹脂の結晶化温度以下に冷却保持する冷却段階と
を有することを特徴とするカード基材の製造方法。
【請求項２】
前記加熱段階及び前記冷却段階が、前記平板状シートを平プレスにより挟持して平板形状を抑止した状態のままで、加圧加熱する及び加圧冷却する機構からなることを特徴とする請求項１に記載するカード基材の製造方法。
【請求項３】
ポリ乳酸を主成分とする樹脂を、前記樹脂の融点を超えた温度でシート状に押し出し冷却して平板状シートとして成形した後、２枚以上の前記平板状シートを積重して、前記樹脂の結晶化温度を超え融点より低い温度で、加圧加熱し、その後加圧冷却して一体化することを特徴とするカード基材の製造方法。
【請求項４】
請求項１または３に記載する製造方法により製造されたカード基材の、片面または両面に、ポリ乳酸を主成分とする樹脂を前記樹脂の融点を超えた温度でシート状に押し出し冷却し成形した別の平板状シートを重ね合わせ、重ね合わせた前記別の平板状シートの樹脂の結晶化温度を超え融点より低い温度で、加圧加熱し、その後加圧冷却して一体化することを特徴とするカード基材の製造方法。
【請求項５】
請求項１または３に記載する製造方法により製造されたカード基材の、片面または両面に印刷加工を施し、ポリ乳酸を主成分とする樹脂を前記樹脂の融点を超えた温度でシート状に押し出し冷却し成形した別の平板状シートを前記印刷加工面に重ね合わせ、重ね合わせた前記別の平板状シートの樹脂の結晶化温度を超え融点より低い温度で、加圧加熱し、その後加圧冷却して一体化することを特徴とするカード基材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載する製造方法により製造されたことを特徴とするカード基材。
【請求項７】
熱変形温度が、８０℃以上、ポリ乳酸樹脂の融点以下であることを特徴とする、請求項６に記載するカード基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリ乳酸を原料とし生物由来材料を主体とした環境負荷の小さいカードに関し、クレジットカード、キャッシュカード、ＩＤカード等のカード媒体に応用可能なカード基材の製造方法及びそれにより製造されたカード基材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、クレジットカード、キャッシュカードに代表されるカード媒体は、ポリ塩化ビニル樹脂（以下、ＰＶＣ）のシートを使用して製造されてきている。近年になって、ＰＶＣは、それに含まれる塩素が原因となってダイオキシン等の有害物質が生成しやすいことから、環境破壊を引き起こしやすい物質としてとらえられるようになってきた。そのためもあり、カード用の材料としてグリコールを共重合した非晶性ポリエステル樹脂（以下、ＰＥＴＧ）の利用が増えてきており、多くのカードが製造されるに至っている。
【０００３】
しかしながら、ＰＶＣは元よりＰＥＴＧにしても石油を原料とする合成樹脂であることには変わりなく、石油資源の枯渇の問題や、製造の際に発生する二酸化炭素による温暖化効果によって、環境への負荷が増大していることはやはり問題であるといわざるを得ない。
【０００４】
これらに代わる環境負荷が小さい材料として、生物由来のポリ乳酸樹脂が注目されている。ポリ乳酸は、生分解性プラスチックであるだけでなく、石油を原料とせず、再生可能資源であるトウモロコシなどの植物が産生する乳酸を原料としたものであり、環境負荷が小さく、循環型社会の構築に向けての材料として注目されているものである。この樹脂のカードへの応用としては、例えば、特許文献１に開示されている、ポリ乳酸または乳酸とヒドロキシカルボン酸のコポリマーを主成分とする熱可塑性ポリマーからなる分解性カードがある。
【０００５】
しかしながら、乳酸を重合した樹脂をカード材料に使用する場合、押し出し機でシート状に押し出し成形するが、一般的に結晶化速度が遅いためそのままでは十分な強度と耐熱性を持たせることは難しい。そのため、結晶化促進剤を添加して使用する、あるいは、ガラス繊維やタルクのような結晶核となるような無機フィラーを相当量混入する必要がある。しかしながら、それでも結晶化までには長い時間がかかり、カードの製造にすぐに使えると言うものではない。例えば、カードに絵柄を印刷する印刷方式は何種類かあるが、いずれもシートに熱がかかり、ガラス転移温度を超えてしまうためシートが変形してしまうという問題がある。
【０００６】
例えば、スクリーン印刷法では印刷版上にあるインキの乾燥を防ぐため、高沸点の溶剤を使用しているが、５０〜６０℃程度の温風で１０〜２０分程度の時間をかけて溶剤を乾燥させる必要がある。ポリ乳酸のガラス転移温度はちょうど５０〜６０℃であり、結晶化していない状態では、この乾燥工程で変形してしまう。
【０００７】
また、紫外線硬化型オフセットインキで印刷した場合では、無溶剤で熱風に乾燥が不要だが、強い紫外線を照射することによる発熱や、紫外線照射装置自体が既に熱いことが原因でシートに熱がかかり、やはり変形しやすく、カード基材としての実用的な物性に欠ける問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３４０７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、押し出しで得られたポリ乳酸シートにカード製造に耐え得る強度と耐熱性を付与し、印刷等の後加工を可能とすることで実用的なカード製造を可能にするカード基材の製造方法とそれによるカード基材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る発明は、ポリ乳酸を主成分とする樹脂を、前記樹脂の融点を超えた温度でシート状に押し出し冷却して平板状シートに成形するシート成形段階と、前記樹脂の結晶化温度を超え融点より低い温度で、前記平板状シートをその平板形状を抑止したまま加熱保持する加熱段階と、その後引き続いて、前記平板状シートをその平板形状を抑止したまま前記樹脂の結晶化温度以下に冷却保持する冷却段階とを有することを特徴とするカード基材の製造方法である。
ここで、樹脂の融点および結晶化温度は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１２１「プラスチックの転移温度測定方法」の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によるＤＳＣ曲線から求めた値である。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る発明は、前記加熱段階が前記平板状シートを平プレスにより挟持して平板形状を抑止した状態のままで加圧加熱する機構からなり、その後引き続いて、前記冷却段階が前記平板状シートを平プレスにより挟持して平板形状を抑止した状態のままで加圧冷却する機構からなることを特徴とする請求項１に記載するカード基材の製造方法である。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る発明は、ポリ乳酸を主成分とする樹脂を、前記樹脂の融点を超えた温度でシート状に押し出し冷却して平板状シートとして成形した後、２枚以上の前記平板状シートを積重して、前記樹脂の結晶化温度を超え融点より低い温度で、加圧加熱し、その後引き続いて、加圧冷却して一体化することを特徴とするカード基材の製造方法である。
【００１３】
また、本発明の請求項４に係る発明は、請求項１または３に記載する製造方法により製造されたカード基材の、片面または両面に、ポリ乳酸を主成分とする樹脂を前記樹脂の融点を超えた温度でシート状に押し出し冷却し成形した別の平板状シートを重ね合わせ、重ね合わせた前記別の平板状シートの樹脂の結晶化温度を超え融点より低い温度で、加圧加熱し、その後加圧冷却して一体化することを特徴とするカード基材の製造方法である。
【００１４】
また、本発明の請求項５に係る発明は、請求項１または３に記載する製造方法により製造されたカード基材の、片面または両面に印刷加工を施し、ポリ乳酸を主成分とする樹脂を前記樹脂の融点を超えた温度でシート状に押し出し冷却し成形した別の平板状シートを前記印刷加工面に重ね合わせ、重ね合わせた前記別の平板状シートの樹脂の結晶化温度を超え融点より低い温度で、加圧加熱し、その後加圧冷却して一体化することを特徴とするカード基材の製造方法である。
【００１５】
次に、本発明の請求項６に係る発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載する製造方法により製造されたことを特徴とするカード基材である。
【００１６】
また、本発明の請求項７に係る発明は、熱変形温度が８０℃以上、ポリ乳酸樹脂の融点以下であることを特徴とする、請求項５に記載するカード基材である。
ここで、熱変形温度は、ＪＩＳ−Ｋ７１９５「プラスチックのヒートサグ試験方法」に準拠した方法で、当該カード基材を試験片として厚み以外の寸法は規格通りとして測定したヒートサグ値Ｓが３ｍｍを越える温度である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のカード基材の製造方法によるカード基材は熱変形温度が８０℃以上、ポリ乳酸樹脂の融点以下であるため、印刷時に熱がかかって印刷すべきシートがガラス転移温度以上になっても変形が起こらないことから、必要な平面性を保ったまま加工ができ、実用的なカード製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る、融点を超えた温度で押し出し冷却したポリ乳酸シートの一例のＤＳＣ曲線。
【図２】本発明のカード基材の製造方法の一例を説明する概略図。
【図３】本発明の請求項３に係るカード基材の製造方法の一例を説明する概略図。
【図４】本発明の請求項４に係るカード基材の製造方法の一例を説明する概略図。
【図５】本発明の請求項５に係るカード基材の製造方法の一例を説明する概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図面を参照して発明を詳細に説明する。
【００２０】
ポリ乳酸（ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃ  ａｃｉｄ：ＰＬＡ）樹脂は結晶性の脂肪族ポリエステルである。ポリ乳酸は主鎖中に不斉炭素を有するために、Ｌ−乳酸（ＬＡ）のみからなる光学純度１００％の結晶性ホモポリマーＰＬＬＡと、逆にＤ−乳酸（ＤＡ）のみからなる結晶性ホモポリマーＰＤＬＡと、ＬＡとＤＡのランダム共重合体からなる光学純度０％の非晶性ＰＤＬＬＡ，及びその中間の光学をもつＰＬＡが存在する。ポリ乳酸の融点（Ｔｍ）は光学純度のみならず結晶化条件にも依存する。通常１〜２％のＤＡを含むＰＬＬＡであるポリ乳酸の標準品のＴｍは１７０℃前後である。しかし、ポリ乳酸はガラス転移温度（Ｔｇ）が５７〜６０℃と比較的高いことからも明らかなように、主鎖がかなり剛直であり、一般的に結晶化速度が遅いとされるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）よりもさらに結晶化速度が遅い。樹脂の融点を超えた温度で押し出し成形機から押し出し冷却して平板状シートに成形された状態では、結晶化度は極めて低く、このままでは耐熱性に劣る樹脂シートしか得られない。
【００２１】
図１に押し出し機から押し出し冷却して平板状シートに成形したポリ乳酸シートのＤＳＣ曲線の一例を示す。昇温速度は１０℃／分である。この図では、昇温するに従い５０〜６０℃で吸熱ピーク、８０〜１１０℃で発熱ピーク及び１４０〜１７０℃で吸熱ピークが見られる。これは、順にガラス転移温度（Ｔｇ）１、結晶化温度（Ｔｃ）２、融点（Ｔｍ）３をそれぞれ示している。
【００２２】
押し出し機でシート化するためには十分な流動性が必要になるため、融点３を超えた温度まで加熱しなければならない。前記した特許文献１の実施例でも、１９０から２２０℃で押し出しを行っている。しかし、これを冷却しても結晶化速度が遅いために十分に結晶化する前に樹脂が固まってしまうのは前述の通りである。その証拠として、図１のＤＳＣ曲線に結晶化する際の発熱である結晶化温度２のピークが現れている。この結晶化は、ガ
ラス転移温度１を超えて樹脂がごくわずかに動ける状態で、より安定な結晶状態に移行するために生じる現象であるものと考えられる。
【００２３】
そこで、結晶化温度２と融点３の間の温度範囲では、結晶化の進行に最適な状態が保たれているので、平板状シートに成形したポリ乳酸シートを、樹脂の結晶化温度を超え融点より低い温度で加熱し、融点３に達する前に室温程度まで冷却すれば、結晶化が進行したままの状態が保存される。これをカードのシート基材に使用すれば、結晶状態の強度と耐熱性を有した状態であるから、印刷工程等でかかる熱でも変形しないため、安定して加工することができる。
【００２４】
これを実現する方法としては、結晶化に最適な温度に加熱された半溶融状態のポリ乳酸の変形を防止するものとして、加熱加圧プレスが挙げられる。例えば平プレスは、形状を保ったまま加熱冷却が可能であり、かつ冷却までに適当な時間を設定可能であるため、結晶化のために必要な時間をとることができ、最も好ましい方式といえる。しかし、形状を保ちつつ、必要な温度まで加熱及び冷却ができる方式であれば、これに限るものではない。
【００２５】
次に、本発明の上記原理を利用したカード基材の製造方法について説明する。図２は、本発明のカード基材の製造方法の一例を説明する概略図である。図示しない押し出し機から融点以上の温度で押し出し、冷却して平板状シートに成形したポリ乳酸シート１０は、平プレス機１１で加熱加圧され、さらに加圧冷却されて、カード基材１２となる。
【００２６】
加熱加圧の条件としては、温度は結晶化温度２と融点３の間である必要がある。図１に示した材料の場合であれば、１１０〜１４０℃の範囲が好ましい。圧力は、変形を妨げる程度の圧力であって、著しく厚みを低下させるような圧力でない範囲で適宜選択可能である。例えば、１〜１０ＭＰａ程度の範囲で適宜選択すればよい。
【００２７】
また、別のカード基材の製造方法例を図３に示す。図２では押し出されたポリ乳酸シート１０は一枚であったが、本例では、ポリ乳酸シート２０を３枚を重ねている。もちろん、枚数はこれに限るものではなく、押し出されたポリ乳酸シート２０の厚みと製造したいカード基材２２の厚みを勘案し、適宜選択することができる。この場合も、加熱加圧の温度条件は結晶化温度２と融点３の間である必要があるのは、図２に示した例の構成の場合と全く同じである。
【００２８】
この図３に示した例の場合は、結晶化させるための加熱加圧と複数シートの融着を兼ねている。融着できるのは、ガラス転移温度１以上で加熱加圧しているためである。この場合の加圧条件も図２に示した例の場合と同様に融着可能な範囲で適宜選択することができる。
【００２９】
さらに別のカード基材の製造方法を図４に示す。これは、すでに結晶化を進行させた結晶化ポリ乳酸シートのコアシート１２に、押し出されたポリ乳酸シート１０を重ねて、結晶化させるための加熱加圧と複数シートの融着を兼ねている。この方法の展開として、図５に示すように、予め作製したカード基材としてのコアシート１２に印刷３２を施し、印刷された結晶化ポリ乳酸シート３１を得、その後さらに加熱加圧して印刷を内部に施したカード基材３３を得ることができる。この場合の加熱加圧条件も図２、図３、図４で示した製造方法例の場合と基本的に同様である。
【００３０】
以下に、本発明の具体的実施例について説明する
【００３１】
＜実施例１＞
シート状に押し出し成形された市販のポリ乳酸シートＢＩＯＧＲＡＰＨ．ｉｃｓ（Ｐａｃｅ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ社製、厚み：０．７ｍｍ、結晶化温度：約１００℃、融点約１５０℃）を、温度１２０℃、圧力７ＭＰａにて１５分間加熱加圧プレスした後、冷却水を通水して約１０分で２５℃まで冷却してカード基材を得た。
【００３２】
＜実施例２＞
実施例１で用いた同じポリ乳酸シートの厚み違いである０．６ｍｍのシートを２枚重ね、同じ条件で加熱加圧プレス及び冷却を行い、一体化したカード基材を得た。
【００３３】
＜比較例１＞
実施例１で用いた、加熱加圧プレス前のポリ乳酸シートをそのまま用いて比較例１とした。
【００３４】
＜比較例２＞
実施例２で用いた加熱加圧プレス前のポリ乳酸シートをそのまま用いて比較例２とした。
【００３５】
実施例１，２及び比較例１，２によって作成したカード基材の耐熱性（熱変形温度）を、ＪＩＳ−Ｋ７１９５「プラスチックのヒートサグ試験方法」に準拠した方法で評価した。、当該カード基材を試験片として厚み以外の寸法は規格通りとし、試験片の保持時間を１５分として測定した、ヒートサグ値Ｓが３ｍｍ以内の場合は変形なし、３ｍｍを越える場合を変形ありとした。評価結果を表１示す。表中の○は変形なし、×は変形ありを示す。
【表１】
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【００３６】
＜比較結果＞
表１に示した結果からわかるように、実施例１と２はいずれも８０℃以上の耐熱性を有しており、結晶化温度を超え融点より低い温度で加熱加圧プレスすることで耐熱性が著しく向上していることがわかる。この程度の耐熱性を有していれば、熱風乾燥機や紫外線照射機を通しても問題なく加工できるため、製造用のカード基材として用いることができる。それに対して比較例でしめした押し出し成形しただけのシートでは６０℃でも変形し、カード基材としての実用性がないことが明らかである。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・ガラス転移温度    ２・・・結晶化温度    ３・・・融点    
１０・・・押し出し機から押し出されたポリ乳酸シート    １１・・・平プレス機    
１２、２２，３３・・・カード基材    
２０・・・押し出し機から押し出された別のポリ乳酸シート    ３０・・・印刷機    
３１・・・印刷された結晶化ポリ乳酸シート    ３２・・・印刷
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図１】
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