技術報文−3
熱可塑性プラスチックス用ＩＭＣの実用化研究

熱可塑性プラスチックス用ＩＭＣの実用化研究
A Study of In-Mold Coating Process for
Thermoplastics
技術本部

技術開発第一部

Technical Research & Development 1st Division

米持建司

Kenji YONEMOCHI
要旨

熱可塑性プラスチックス射出成形に適用できる金型内塗装（IMC）プロセスを開発した。この新しいプロセスは、IMC用に設計された射出成形機、成形用金型およびインジェクタのついた注入機からなる。
本研究は自動車外装部品に適用可能なIMC剤の開発に関し、顔料特性とIMC剤の硬化性との関係について検討した。また、IMC成形品のリサイクル性についても検討した。
その結果、以下のことが明らかになった。
（1）IMC成形品の機械的強度及び塗膜性能を損なうことなく、20%リサイクルすることが可能であった。
（2）カーボンブラックのpHが低くなるにしたがってポットライフおよびゲル化時間が長くなった。
（3）塩基性処理をしたフタロシアニンブルーはレドックス反応によって著しくポットライフを短縮した。

大田賢治

Kenji OOTA

徳冨学路

Gakuji TOKUTOMI

Abstract

In-mold coating process for thermoplastics injection
molding was developed. This novel process isconstituted by the injection machine designed for the inmold coating, specially designed mold die and coating
unit provided with the injector.
This study is related to the development of the IMC
materials which is suitable for the automobile exterior
parts. The relationship between pigment properties andcuring ability of the IMC materials was examined. Inaddition, the recycling possibility of the IMC molded
articles was examined.
Conclusion（1）It was possible to recycle 20% of IMC molded
articles without losing the mechanical properties
and paint film performance.
（2）As pH of carbon black became low, pot life andgel time became long.
（3）Phthalocyanine blue treated by basic processing
shortend pot life by redox reaction remarkably.

13

14

技術報文−3
熱可塑性プラスチックス用ＩＭＣの実用化研究する。図-1にIMC剤注入のための注入機と金型の概1. はじめに略を示す。
熱硬化性プラスチックスの圧縮成形分野では、金無溶剤のIMC剤を注入するために金型にインジ型内加飾技術として、成形後にその同一金型内に無ェクタと呼ばれるIMC剤注入口の開閉装置を取り溶剤型塗料を注入し、塗装成形品を得るインモール付けている。このインジェクタは計量シリンダと塗ドコーティング（IMC）法が実用化されており、塗装料タンクに接続されており、通常はタンク中に投入工程の短縮、塗装コストの低減に大きく寄与していされたIMC剤は計量シリンダで計量された後、計量シリンダの前進動作でインジェクタを経由してタ１）る。

一方、熱可塑性プラスチックス射出成形分野では、ンク内に戻るように循環している。IMC剤注入時にあらかじめ印刷したフィルムを金型内に装着した後、はインジェクタが開き、計量シリンダで計量された熱可塑性プラスチックスを射出し一体化するフィ

塗料注入機

ルムインサート成形や、２色成形、サンドイッチ成形を応用した方法などが知られているが、コストや表面品質等自動車外装用途での汎用技術にはなり得ていない。
筆者らは、熱可塑性プラスチックス射出成形法におけるIMC技術の基本プロセスを宇部興産（株）および宇部興産機械（株）と共同で完成させ、このプロ100℃
樹脂成形セスを「Imprest（インプレスト）」として商標登録しの開発において、顔料がIMC剤の硬化性、塗膜性能型締め塗料硬化

図-2 IMC剤注入と金型の動き

２），３），４）た。

本報告では、自動車外装部品に適用可能なIMC剤金型微開塗料注入

IMC剤が金型内へ注入される。図-2に基本的なIMC剤注入と金型の動きについて示す。に与える影響を明らかにした。また、IMC塗装成形

第1ステップとして金型を閉じ可塑化溶融された品のリサイクル性についても検討したのでその結熱可塑性樹脂を金型内に射出する。第2ステップと果を報告する。

して熱可塑性樹脂がIMC剤の注入圧力に耐える程度に冷却固化した段階（IMC剤注入タイミング）でわずかに金型を開き、樹脂と金型表面の隙間にIMC2．開発の内容剤を注入する。第３ステップとしてIMC剤注入後速
2.1 射出成形法用ＩＭＣの基本プロセスの開発

やかに金型を閉じ、その圧力でIMC剤を成形品表面射出成形法用IMCの基本プロセスについて概説に押し広げ、金型の熱でIMC剤を硬化させた後塗装された成形品を金型から取り出す。

金型計量
シ
リン
ダ

IMCの品質安定性確保のために以下のことが要求される。
フィルタ

射出成形機の型開閉動作の応答性、再現性および

水インジェクタ

塗料
タン
ク

成形品

図-1 IMC剤注入機と金型概念図

精度
IMC剤注入の精度
IMC剤を塗装部分以外に漏らさない金型の構造
また、IMC剤は熱硬化性であり温度に非常に敏感であるため金型温度の制御も重要である。

15

2.2 自動車外装部品に適したＩＭＣ剤の開発
IMC技術（金型内塗装技術）は、成形と同時に同一

表-2 フタロシアニンブルー評価IMC組成
組

成〔単位：重量部〕

金型内で最終塗装仕上げが可能であり、環境対応、ウレタンアクリレートオリゴマー

４３．
０

コスト低減の観点からも時代の要求にマッチし、製アクリルモノマー

４６．
０

造工程の革新につながる技術である。

顔料分散剤

２．
０

内部離型剤

２．
０

フタロシアニンブルー

７．
０

自動車部品に適用するためには塗膜性能だけでなく色調、量産安定性、リサイクル性を満足させなければならない。

泡が巻き込まれないように、自転・公転方式ミキサ

IMC剤に要求される項目は以下の通りである。

ーを用いて均一に混合し試料とした。

製品全面をカバーするのに十分なゲルタイムを3.1.2 リサイクル用試料有し、且つ成形サイクルは出来る限り延ばさないでIMC塗膜が付着したままの塗装品をバージン材短時間で硬化すること。に20質量部加えてリペレット化し、バージン材と同密閉された金型内で硬化させるため100%固形分一成形条件にて成形を行い試料とした。に転換されること。

3.2 成形条件

金型内での流動性と注入機内を循環できるようIMC塗装「Imprest」により成形品を得た。成形条

粘度は5,000mPa･s以下であり、ポットライフは８件は以下の通りである。

時間以上（30℃）あること。

IMC剤：プラグラス#8000ブラック

プラスチックスの種類、特性に応じた変性が容易

ABS樹脂：バルクサム IMC-5（UMG ABS（株）製）であること。

樹脂温度：240℃（可塑化温度）

3. 実
3.1 試

金型温度：可動側/固定側＝95/95（℃）

験IMC注入タイミング：30秒
IMC剤硬化時間：40秒

料

3.3 評価方法

3.1.1 顔料評価用試料
各種特性の異なるカーボンブラックとフタロシ
アニンブルーについて、表-1および表-2に示した組成でIMC剤を調整した。
硬化剤として、bis-（4-t-butylcyclohexyl）peroxydicarbonate（ 商品名：パーカドックス16、化薬アクゾ社製）をあらかじめ等量のDBP（di-n-butyl phthalate）でペースト状にしておいた。
IMC剤100重量部に対し、上記硬化剤ペースト3重量部を加え、IMC剤中に気表-1 カーボンブラック評価IMC組成
組成〔単位：重量部〕

ウレタンアクリレートオリゴマー

４７．
０

アクリルモノマー

４７．
５

顔料分散剤

２．
０

内部離型剤

１．
５

カーボンブラック２．
０

3.3.1 ポットライフ
液状不飽和ポリエステル樹脂試験方法

JISK

6901 4.8常温ゲル化時間の方法に準じて測定した。
3.3.2 プレートゲルタイム
90±1℃に保持した熱盤上にウエット膜厚200μｍとなるようアプリーケータで塗布し、連続的にスパチュラでIMC剤を掻き取り、引っかかりのできる点をプレートゲルタイムとした。
3.3.3 鏡面光沢度
塗料一般試験方法 JIS K 5600 4.7に従い、入射角度60ﾟで測定した。
3.3.4 引っかき硬度（鉛筆法）
塗料一般試験方法 JIS K 5600 5.4 に従い、鉛筆硬度を測定した。
3.3.5 最小硬化時間

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熱可塑性プラスチックス用ＩＭＣの実用化研究

上下90±1℃に保持した熱盤の間で硬化する最小表-3 カーボンブラックがIMC剤特性に与える影響の時間を10秒間隔で測定した。

123456

カ 種類のー
特 ボ ｐＨ
性ン値ブラ 揮発度（％）
ック 粒子径（ｎｍ）−ＡＢＣＤＥ−

２．
５２．
５３．
０６．
５８．
０−２０１０８８８−

１３１３１３１３１３

ＩＭＣ剤中の含有量（質量％）０２２２２２８＞９６ ７２２４９９項

3.3.6 付着性（クロスカット法）
塗料一般試験方法 JIS K 5600 5.4 に従い、耐熱ABS樹脂板上で、上記3.3.5の方法で得られた硬化塗膜の付着性を測定した。

目

ポットライフ（時間）4． 結果および考察
本研究では、IMC剤による1コート仕上げを目的としており、外観および耐候性の観点からIMC剤のＩ
ＭＣ剤
特性値

プレートゲルタイム（秒） ７３７２７２６２５２１

鏡面光沢度

９１９０９０９１９１９１

引っかき硬度ＨＢ

ＨＢ

ＨＢ ＜６Ｂ ＜６Ｂ ＨＢ最小硬化時間（秒）

３０９０

９０ ＞１８０ ＞１８０ ６０

付着性（クロスカット法） ０００

ビヒクル成分は、非黄変ウレタンアクリレートオリ

３４５ゴマー/アクリルモノマーとし、有機過酸化物の熱分解によるラジカル反応で硬化させるタイプとした。
着色顔料については、特にラジカル反応に対して大表-4 フタロシアニンブルーがIMC剤特性に与える影響

きく影響を及ぼすとされている、カーボンブラックおよび銅フタロシアニンブルーを選択した。評価結果を表-3および表-4に示す。
4.1 カーボンブラックがＩＭＣ剤の特性に与える影響

項

1目

ブフ類
ルタ 種ーロのシ 処
理
特ア性ニ
ン フリーの銅量（ｐｐｍ）値

ポットライフ速度比（カーボンブラックを含有しない系と含有する系のポットライフの比率）およびプレートゲルタイム速度比（カーボンブラックを含有しない系と含有する系のプレートゲルタイムの比率）とカーボンブラックのpHとの関係（図-3）から明らかなように、pHの低いカーボンブラックほど−891011ＦＧＨＩＪ

塩基性 未処理 酸性 未処理 未処理
１５００ ５０−−−０７７７７７８１８１５２４４８

プレートゲルタイム（秒） ７１６２２２８２０２２

鏡面光沢度

９１９０８９９０９１９１

引っかき硬度

ＨＢ

Ｂ

ＨＢ

ＨＢ

ＨＢ

ＨＢ

最小硬化時間（秒）３０９０６０６０６０６０

付着性（クロスカット法） ０３００００

ポットライフ（時間）
ＩＭ
Ｃ剤
特性値

−7−

ＩＭＣ剤中の含有量（質量％）った。
カーボンブラックがポットライフを長くする原因については、有機過酸化物が硬化反応に寄与するラジカル分解だけではなく、イオン分解も起こしているものと考えられる。また、最小硬化時間、ABS樹脂との付着性への影響については、
カーボンブラック表５）

面活性による禁止反応も考慮する必要がある。
4.2

銅フタロシアニンブルーがＩＭＣ剤の特性に与える影響

塩基性（アミン）処理はアミンによるレドックス反応により過酸化物を分解し、活性ラジカルの発生

1461251048362412002468010pH

図-3 カーボンブラックpHと硬化性の関係

ゲルタイム速度比

ポットライフおよびプレートゲルタイムが長くな

ポットライフ速度比1617を促進し、著しくポットライフを短くする一方最終硬化を阻害し塗膜硬さ、付着性を低下させた。一般に銅化合物は量によってラジカル反応に対し遅延2μm作用を及ぼすと云われており５），6）、その他に顔料表面処理剤、不純物も顔料選択に当たっては注意する必要がある。
4.3 リサイクルＡＢＳ材の機械的特性
IMC塗膜が付着したままの塗装品をバージン材（IMC塗膜側）（混合層）（ABS樹脂側）に20重量部加えてリペレット化し、バージン材と同一成形条件にて成形を行い得られた成形品について機械的強度等を比較評価した。結果を表-5に示す。

写真-1 IMC成形品の断面顕微鏡写真表-5 リサイクルABS樹脂成形品とバージン材との2μm比較
試験項目

試験方法
条 件
ISO

単 位

20%
バージン材
リサイクル品

ロックウェル硬さ

2039

２３℃

Ｒスケール

111

111

シャルピー衝撃強さ

179

２３℃

ＫＪ/㎡

1112

引っ張り降伏応力

527

２３℃

ＭＰａ

4647

曲げ強さ

178

２３℃

ＭＰａ

8081

曲げ弾性率

178

２３℃

ＭＰａ

2,600

2,650

荷重たわみ温度75

1.82MPa℃

9292

密1183

２３℃

/1

11133

２３０℃
９８Ｎ/10min

98度

メルトボリュームレート

表-5から明らかなように、プラグラス#8000の塗塗膜（ABS樹脂側）

写真-2 2液ウレタン塗料スプレー塗装品の断面顕微鏡写真
4.4 ＩＭＣ塗装成形品の塗膜性能膜が付着したままのIMC塗装成形品を20重量部リ3.2に示した条件で得られたIMC塗装成形品、4.3サイクルしてもABS樹脂成形品の機械的特性、成形に示したリサイクルABS樹脂に同様にIMC塗装し性は変わらない。写真-1、2にIMC塗装成形品およびたもの、比較として自動車樹脂部品に使用されてい2液ウレタン塗装品の断面顕微鏡写真を示す。

る2液ウレタン塗装品について塗膜性能を評価した。

この写真からもIMC塗装成形品はABS樹脂とプ結果を表-6に示す。

ラグラス#8000の界面では両材料の混合層が形成

表-6から明らかなように、IMC塗装成形品の塗膜され明確な界面が認められない。これに対し2液ウ性能はABS樹脂成形材料が20%リサイクル品でもレタン塗装品ではABS樹脂と塗料との界面が明確バージン材と同等であった。また2液ウレタン塗装である。このことはIMC剤とABS樹脂との優れた相品との比較において、特に耐擦り傷性に優れており、溶性のためであり、プラグラス#8000がABS樹脂と外装用途に使用可能な塗膜性能を有している。のリサイクル性に優れている理由でもあると考えられる。

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表-6 金型内塗装成形品と２液ウレタン塗装品の塗膜性能項文献1）米持建司、大田賢治：DNTコーティング技報,
金型内塗装成形品 2液ウレタン目

No2, p.26（2002）

塗料硬化温度、時間

95℃×40秒 95℃×40秒 80℃×30分

2）荒井俊夫、小林和明、岡原悦雄、米持建司：成形加ＡＢＳ樹脂成形材料

ＩＭＣ−５ 20%リサイクル材 ＩＭＣ−５工シンポジア 02, p.57, 2002
（社）プラスチック成良好良好

良好

引っかき硬度（鉛筆法）

ＨＢ

ＨＢ

ＨＢ

鏡面光沢度（６０度）

909092

付 着 性 1㎜巾25マス

000

耐擦り傷性 試験後の光沢保持率(%)

898880耐おもり落下性 デュポン式（500 ×30 ）

合格

合格

合格

耐 水 性 40℃×240時間

合格

合格

合格

耐 湿 性 50℃･98%RH×240時間

合格

合格

合格

耐 酸 性 0.1N硫酸、25℃×24時間

合格

合格

合格

0.1N-NaOH、55℃×4時間

合格

合格

合格

ギヤー油、20℃×１時間

合格

合格

合格

耐ガソリン性 １号ガソリン、20℃×１時間

合格

合格

合格

キセノン 色差（ΔＥ）
促進耐候性 ランプ法
2000時間 光沢保持率(%)

0.9

0.9

0.8

88.3

85.9

86.9

外観

耐アルカリ性

5． まとめIMC剤に使用する顔料のうち、特にラジカル反応に大きく影響を及ぼすカーボンブラックおよびフタロシアニンブルーについてその挙動を明らかにした。その結果、金型内塗装システム「Imprest」に使用するIMC剤に適切な顔料の選定、成形条件を確立し、1コートで自動車樹脂外装部品に適用できるIMC塗装システムを確立した。また、IMC塗装成形品のリサイクル性についても塗膜剥離する必要がないことを確認した。
以上の結果から、本システムは現代の市場ニーズに合致した塗装システムである。
「Imprest」は用途によってはすぐにでも実用化できる技術レベルに到達しているものである。
本報告は、色材協会主催の2003年度色材研究発表会において発表したものに加筆したものである。

形加工学会（2002）3）米持建司、大田賢治、荒井俊夫：色材協会創立75周年記念国際会議講演要旨集，p.376（2002）
4）岡原悦雄、米持建司：プラスチックス，p61（2003年5月号別冊）
5）小方、沢木、坂西、森本：有機過酸化物の化学，南江堂（1971）
6）滝山栄一郎：ポリエステル樹脂ハンドブック， 日刊工業新聞社（1988）