レーザー樹脂溶着用の光熱変換効率の高い吸光剤の開発
ものづくり基盤技術課 藤牧寛城*1 山崎茂一 髙松周一
1. 緒言

2.2 炭素鎖の導入

レーザー樹脂溶着法は、熱板溶着、超音波溶着と比べ、2.1 節で合成したアゾ色素に対して、大気雰囲気下の製品ダメージが低く、製品ごとの型が不必要であり、微細DMF 溶媒中にて、炭酸カリウム（富士フィルム和光純薬な加工が可能であるというメリットを有している。

製）、1-ヨードペンタン（東京化成工業製）または 1-ヨー

一般的な樹脂のレーザー溶着法は、レーザー光を透過する光透過性樹脂と吸光剤を予め練り混ませた光吸収性ドデカン（東京化成工業製）を添加し、アルキル化反応を行った。

樹脂の 2 種類を重ね合わせて溶着する。光透過性樹脂側からレーザー光を照射し、光吸収性樹脂側で光熱変換が2.3 アゾ色素の分析行われ、溶融する。この熱が光透過性樹脂側へ伝播するこ合成したアゾ色素は核磁気共鳴装置（NMR）（日本電とで両者を溶融させる。その後、樹脂を放熱によって固化

子製、JNM-ECS400）を用いて構造決定し、分光光度計（島させることで樹脂と樹脂を接合させるものである。

津製作所製、
UV-2450）を用いて、吸光度の測定を行った。

しかし、材料メーカーで添加された吸光剤の種類や配合は様々であるため、樹脂によって条件検討を行う必要

3. 実験結果および考察があり、用いる樹脂によって条件が大きく左右されるとアゾ色素は導入する置換基によって吸収波長が変化すいう問題点がある。そのため、吸光剤を後付けで塗布し、ることが知られている。そこで、当センターに設置されてレーザー照射するだけで溶着が可能な手法が望まれていいるレーザー加工機の波長 445 nm に吸収帯を有するようる。に化合物を構造変換することとした。さらに光熱変換のそこで本研究では、光熱変換効率が高いことが予想さ向上を目指して、長鎖の炭素鎖の導入を考えた。炭素鎖がれるアゾ色素を中心骨格とした新規レーザー溶着用吸光比較的簡便に導入可能なアゾ色素から合成を行うことと剤を開発することとし、樹脂間に塗布したのち、レーザーし、炭素鎖の導入によって吸収波長に影響を及ぼすのか照射を行うだけで溶着が可能な吸光剤の開発を目指したを調べることとした。

（Fig. 1）。

炭素鎖の導入が比較的容易と考えられるエステル基、エーテル基を持った化合物を最初の目的化合物とした。
目的化合物の合成のために 2 種類の合成ルートを設定した。1 つは電子求引基（EWG）ブロックと電子供与基（EDG）ブロックをそれぞれ合成し、最後にジアゾカップリング反応によってアゾ色素を合成するルート 1、もう一方は合成したアゾ色素に置換基を導入するルート 2 である。当初、ルート 1 は EWG、EDG ブロックを様々な組み合わせで連結できるため、効率的な合成ルートであるとFig. 1 Laser welding method

考え、まずはルート 1 を用いて合成を行うこととした。4-2. 実験方法
2.1 アゾ色素の合成
氷浴中、大気雰囲気下の DMF 溶媒中にて 4-アミノ安息香酸（東京化成工業社製）、亜硝酸ナトリウム（富士フィルム和光純薬製）および塩酸を反応させて塩化ベンゼンジアゾニウム塩を生じさせたのち、フェノール（富士フィルム和光純薬製）、水酸化ナトリウムを添加し、ジアゾカップリング反応を行った。

*1 現

Scheme. 1 Synthesis of the azo dye (Route 1)

生活工学研究所
富山県產業技術硏究開発センタｰ硏究報吿 No.34 (2020)29

アミノ安息香酸、フェノールに対して塩基性条件下で、ヨウ化アルキルを反応させ、目的のエステル体 1、2 とエーテル体 3、4 を得た。続いて、それぞれのエステル体 1、2 に対して亜硝酸ナトリウム、塩酸を反応させたところ、副反応が起こり、複数の化合物の生成が確認されたため、ジアゾカップリング反応に至らなかった。
そこで、ルート 1 ではなく、ルート 2 で目的の化合物の合成を行うこととした（Scheme 2）。
ルート 2 では 4-アミノ安息香酸とフェノールを用いて、ジアゾカップリング反応によりアゾ色素 7 を合成したのFig. 2 Absorbance of compounds 7,5,6

ち、塩基性条件下で、ヨウ化アルキルと反応させることでアゾ色素 5、6 を合成した。

化合物 7、5、6 の順に吸光度が減少しており、炭素鎖の伸長によって、吸光度が減少するという傾向を示した。従って、炭素鎖を単純に伸長していくのではなく、最適な長さの検討が必要であるということが示唆された。また、今回合成した化合物は目標とする 445 nm に対し、短波長側に吸収帯を有している。今後、445 nm 付近に極大吸収波長を有するように、さらに電子求引性の高い EWG ブロック、電子供与性の高い EDG ブロックを導入する必要性が示唆された。

Scheme. 2 Synthesis of the azo dye (Route 2)

4. 結言

続いて、炭素鎖の導入と伸長によってアゾ色素の吸収樹脂間に塗布し、レーザー照射を行うだけで溶着が可波長に変化が生じるかを調べる目的で、市販されている能な光熱変換効率の高い吸光剤の開発を目指し、化合物

445 nm に吸収帯を有する吸光剤と、合成した化合物 7、の合成、光吸収特性の測定を行った。エステル基、エーテ5、6 の吸光度測定を行った。なお、化合物 7、5、6 濃度

ル基を導入した化合物は 360 nm 付近に極大吸収波長が生は 1 mM とし、市販吸光剤は分子量不明のため、同じ程じた。今後、445 nm に極大吸収波長を有するように化合度の吸光度を示すように濃度調整して測定を行った（Fig.

物の吸収波長の長波長化を目指す。また、化合物の光熱変2）。

換効率を測定し、最適な炭素鎖長を比較検討する。

市販吸光剤は 445 nm 付近に極大吸収波長を有した。化
合物 7、5、6 は 360 nm 付近に極大吸収波長を持ち、それ参考文献

ぞれ同様の吸収帯を有した。また、吸光度に着目すると、

1) 山下達人:精密工学会誌, 84 (2018) pp. 423-426

キーワード：レーザー樹脂溶着、吸光剤、光熱変換、アゾ色素

Development of the laser-ray absorber with high photothermal conversion efficiency for resin welding
Core Manufacturing Technology Section; Hiroki FUJIMAKI*1, Shigekazu YAMAZAKI, Shuichi TAKAMATSU
The laser welding method for resin has a problem that the conditions are greatly influenced by the resin used. The purpose ofthis study is to develop a new laser-ray absorber. We designed azo compounds which is expected to have high photothermal
conversion efficiency, and it was expected that the introduction of carbon chains would improve the photothermal conversionefficiency. Several compounds with different carbon chain lengths were synthesized and measured the absorbance.

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Reports of the Toyama Industrial Technology R&D Center No.34 (2020)