プラスチック加工の基礎知識(8)〜表面処理・表面加飾について解説

プラスチックの表面処理・表面加飾について、最近では単なる「加飾」のみならず、各種機能を付与する「機能性付与加飾」、ＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）排出問題などから「塗装レス加飾」等も注目されています。ここでは、従来からの表面加飾方法である、塗装、印刷、メッキ、各物理蒸着（PVD）、ホットスタンピングなどのコーティング技術概要を紹介します。

プラスチックは主に次の目的で塗装されます。

プラスチックを塗装する際の注意点は以下のとおりです。

メッシュ状の幕（スクリーン）にある孔からインクを対象物へ印刷する方法。昔はスクリーンに絹（シルク）を使用していたため、シルクスクリーン印刷ともよばれ、主に平面への印刷に用いられていました。最近では「回転シルク印刷」技術が登場し、円筒面を有するボトル等への印刷も行われています。

凹版上にインクを塗布して、余分なインクを除いた後に弾力性のあるシリコーンゴム製パッドで対象物に転写印刷する方法。対象物としては、平面に限らず球状・円形形状への印刷も行われています。

凹版印刷の一種で、細かい凹点（グラビアセル）内にインクを溜めて、ローラーでインクを転移印刷する方法。グラビアセルに詰められたインクの量によって濃淡を表現できます。同様のオフセット印刷は対象物が紙であるのに対し、グラビア印刷はプラスチックフィルム等の紙以外のものにも利用されます。

プラスチックフィルムへの印刷方法として、フレキソ印刷も挙げられます。グラビア印刷が金属製のロール上のグラビアセルによる方法であるのに対し、フレキソ印刷は弾性のあるゴムや樹脂を使用した凸版印刷であり、ポリエチレン単体の袋等への印刷に使用されています（貼り合わせたラミネート製の場合はほとんどがグラビア印刷）。グラビア印刷と比較し、印刷品質の面での課題があります。

対象物にレーザー光を照射し、表面層を剥がす、溶かす、焦がす、削る、酸化させることで、表面を6～8ミクロン程度の深さで刻み込む方法。こすれや剥がれによる加飾の劣化がないのが特徴で、金属・革・石材・アクリルなど幅広い素材に対応できます。塗装品・メッキ品の表面のみをレーザーで加工して、商品名や型番などを印字処理することも行われています。

「版」を作製する必要がないため、手軽にフルカラー印刷ができるという特徴があります。しかし一般的な樹脂は表面の濡れ性に課題があり、高品質印刷のためさまざまな工夫がなされています。例えば印刷する対象物の表面処理や塗出と同時にインク加熱乾燥処理を施す、またはUV硬化型の特殊インクの開発などが挙げられます。また最近では、インクジェット印刷と水圧転写技術によるプラスチック製品の加飾も行われています。

真空蒸着とは、プラスチックに金属光沢を付与する方法の1つです。真空中では金属などが気化する温度を低くできるため、真空中で金属を加熱蒸発させてプラスチック表面に析出させます。
真空蒸着の手順は、プラスチックに下塗り（アンダーコート）を行ってから乾燥させ、蒸着金属膜を付着させてから、蒸着膜を保護するトップコートを行います。
蒸着金属としてはアルミニウム、金、銀、亜鉛等が用いられますが、装飾用としてはアルミ蒸着が主流です。また装飾目的以外では、ガスバリア性を付与した機能性フィルム、レトルト食品包装材などでも利用されています。

スパッタリングは、対象物（プラスチック）を陽極側に、ターゲット（コーティング材料）を真空装置内に配置して行われます。装置内に充填されているAr（アルゴン）ガスをイオン化し、これをターゲットに衝突させて、そこから飛び出したターゲットの分子を薄膜にしていく方法です。
スパッタリング法ではほとんどの金属メッキが可能であり、真空蒸着では困難であったCr（クロム）メッキや、ABS樹脂以外の各種樹脂にも金属メッキができるという特色があります。 そのため使用分野も広く、スパッタリング製品は装飾用として、また自動車・弱電・光学・各種産業機器など幅広く応用されています。その反面、他の加飾方法と比較して成膜速度は遅く、面積あたりのコスト高が課題とされています。

真空蒸着法とほぼ同じ原理で、異なるのは、真空装置内で放電を起こしてプラズマを発生させ、そこに蒸発させた金属粒子を通過させてイオン化し、対象物（プラスチック）に電子的に吸着させて皮膜を形成する点です。これにより蒸着法に比べ、より密着性の強い膜を作ることができます。最もポピュラーな膜は金色の窒化チタン膜ですが、処理条件によって、シルバーからブラウンまで幅広い着色が可能です。また、チタン以外の金属、窒素以外のガスを用いたカラフルな色のコーティングも実用化されています。

プラスチックに金属光沢を付与する、あるいはロゴやデザイン等を印刷する方法として、ホットスタンピングがあります。箔押しともいわれます。薄いプラスチックフィルムに加飾層と接着層を積層した転写箔を用いる加飾方法です。
対象物（プラスチック）に転写箔を重ねフィルム側から加熱・加圧することで、加飾層がフィルムから剥離して対象物に付着します。転写箔の作製には、コストがかかるため、大量生産向きといえます。ホットスタンピングには、ラバー押し、刻印押し、木目模様押しなどがありますが、基本原理を以下に示します。金属製刻印を加熱し、転写箔をこの凸部で成形品に押し付けて加飾を施します。

あらかじめデザイン等を印刷した専用シートを用いて加熱加圧により対象物に転写する方法です。ホットスタンピングとは違い転写箔ではなく、印刷したシートを使用するので、多色刷りが可能です。
通常の専用シートは比較的容易に入手でき、シートに柔軟なフィルムを用いればコップやボトル等のプラスチック製品に転写できるため、加飾方法としては簡便です。また専用シートに機能性転写フィルムを用いることで、耐擦傷性、防汚性、導電性、紫外線カット性、反射防止性、耐溶剤性などの機能を素材表面に付加することも可能となります。

主にABS樹脂に対し、電気不良導体であるプラスチックにも金属光沢を付与しメッキ処理を施すことができます。ABS樹脂は、アクリルニトリル-ブタジエン-スチレン樹脂であり、三種の成分から構成されています。このブタジエン成分を酸化溶解して投錨効果を有する表面として無電解学メッキと電気メッキを行うことで、表面にメッキ皮膜が形成できます。

ここではプラスチックの2次加工のうち、表面処理・表面加飾についてご紹介しました。
他の記事でも詳しい解説や最新動向を紹介しています。

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