JP2006281710A - Coated steel plate excellent in film adhesion and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、塗膜密着性に優れた塗装鋼板及びその製造方法に関し、特に製品を成形する部位に用いる塗装鋼板及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a coated steel sheet having excellent coating film adhesion and a method for producing the same, and more particularly to a coated steel sheet used for a part for forming a product and a method for producing the same.
家電製品、家具、建材及び自動車部品等の外板として塗装鋼板を用いる場合は、従来、加工を行わない平板部や曲げ加工等の単純な加工がなされる用途にのみ使用されていた。一方、絞り成形がなされる用途には、冷延鋼板又はめっき鋼板を使用して、成形加工後塗装するポストコートを行っていた。しかし近年、塗装鋼板の普及率の増加に伴い、絞り加工がなされる用途へも塗装鋼板(いわゆるプレコート鋼板)が使用されるようになっている。 In the case of using a coated steel plate as an outer plate of home appliances, furniture, building materials, automobile parts, etc., conventionally, it has been used only for applications in which simple processing such as flat plate portions and bending processing that are not processed is performed. On the other hand, for applications where drawing is performed, a cold-rolled steel plate or a plated steel plate is used, and post-coating is performed after forming. However, in recent years, with the increase in the spread rate of coated steel sheets, coated steel sheets (so-called precoated steel sheets) have come to be used for applications where drawing is performed.
絞り加工をなされる用途では、例えばこのように最外層の塗膜の潤滑性を高めた塗装鋼板を適用することがよく知られている。また、最近の環境規制に対応すべく、塗装鋼板においても、化成処理としてのクロムフリー化が進められている。 In applications where drawing is performed, it is well known to apply, for example, a coated steel sheet having improved lubricity of the outermost coating layer. In addition, in order to comply with recent environmental regulations, chrome-free processing as a chemical conversion treatment is being promoted in coated steel sheets.
この際、クロメートに代わるクロムフリー系の化成処理として、例えば特許文献1にシランカップリング剤、樹脂、シリカの3元系のクロムフリー化成処理を用いた塗装鋼板が記載されている。当該特許文献1では、リン酸をpH調整剤として添加することが記載されており、またその実施例において、3元系を下地とした塗装鋼板の密着性を評価している。
At this time, as a chromium-free chemical conversion treatment instead of chromate, for example,
また特許文献2には、金属イオン−リン酸−シランカップリング剤−樹脂系のクロムフリー化成処理を用いた塗装鋼板が記載されており、その0038段落にはシリカゾルを添加してよい旨の記載もある。
成形される用途に適用される塗装鋼板においては、成形前だけでなく成形後も塗膜の密着性が維持されている必要がある。従来のシリカ−リン酸−有機樹脂複合系の化成処理では、絞り成形のような厳しい成形をした後の塗膜密着性は、必ずしも良好でなかった。この現象を調査したところ、めっきと化成処理との界面で剥離が生じていることがわかった。めっき界面での塗膜密着性を向上させる方法として、化成処理がクロメートの場合は、特許文献3のようにめっき皮膜にあらかじめ微細なクラックを設けておく方法も考えられる。しかしながら、この方法のみでは、十分な塗装密着性は得られなかった。
In the coated steel sheet applied to the application to be formed, the adhesion of the coating film needs to be maintained not only before forming but also after forming. In the conventional chemical conversion treatment of the silica-phosphoric acid-organic resin composite system, the coating film adhesion after severe molding such as drawing is not always good. When this phenomenon was investigated, it was found that peeling occurred at the interface between the plating and the chemical conversion treatment. As a method for improving coating film adhesion at the plating interface, when the chemical conversion treatment is chromate, a method in which fine cracks are provided in advance in the plating film as in
そこで本発明は、クロムフリー系の化成処理を行った場合、絞り成形のような厳しい成形をした後であっても優れた塗膜密着性を有する塗装鋼板、及びその製造方法を提供することを課題とする。 Accordingly, the present invention provides a coated steel sheet having excellent coating film adhesion even after severe forming such as drawing when a chromium-free chemical conversion treatment is performed, and a method for producing the same. Let it be an issue.
本発明者らは、シリカ−リン酸−有機樹脂複合系の化成処理をベースに検討したところ、さらにシランカップリング剤を適用することが塗膜密着性の向上に有効である場合があることを見出した。しかしながら、このような処理液では、塗膜密着性が必ずしも良好でない場合もあった。一方、リン酸を実質的に含まない化成処理液を用いて処理したところ、塗膜密着性が向上し、リン酸を含有する液を用いた場合よりも、化成処理液自体の経時安定性は良好であった。 The inventors of the present invention have studied based on the chemical conversion treatment of the silica-phosphoric acid-organic resin composite system, and that the application of a silane coupling agent may be effective in improving coating film adhesion. I found it. However, with such a treatment liquid, the coating film adhesion may not always be good. On the other hand, when treated with a chemical conversion treatment liquid that does not substantially contain phosphoric acid, the coating film adhesion is improved, and the stability over time of the chemical conversion treatment liquid itself is better than when using a liquid containing phosphoric acid. It was good.
本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、その要旨は以下の通りである。 The present invention has been completed based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
請求項1に記載の発明は、素地鋼板の少なくとも片面に6価クロムを含まない化成処理層を備え、さらにその上層に1層以上の塗膜を備える塗装鋼板であって、化成処理層はシリカ及びシランカップリング剤とを主成分とするとともに、リン酸根を実質的に含有しないものであることを特徴とする塗装鋼板である。ここに「主成分とする。」とは、化成処理層全体の質量を100としたとき、当該成分の質量が50以上であることを意味する(以下、同様である。)。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、素地鋼板の少なくとも片面に6価クロムを含まない化成処理層を備え、さらにその上層に1層以上の塗膜を備える塗装鋼板であって、化成処理層はシリカ及びシランカップリング剤、並びに樹脂を主成分とするとともに、リン酸根を実質的に含有しないものであることを特徴とする塗装鋼板である。
The invention according to
請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の塗装鋼板において、化成処理層に、ジルコニウム塩、及びベンゾチアゾール又はその誘導体の少なくとも一種を含有することを特徴とする。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の塗装鋼板において、化成処理層の付着量が当該皮膜中のSiとして10mg/m2以上であることを特徴とする。
Invention of
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の塗装鋼板において、素地鋼板が表面にクラックを備える電気亜鉛系合金めっき鋼板であるとともに、鋼板表面1mm2あたりのクラックで囲まれた領域の個数が1000個〜15000個であることを特徴とする。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、素地鋼板の少なくとも片面に化成処理層を形成する化成処理工程と、化成処理層の上に1層以上の塗装を行う塗装工程とを備える塗装鋼板の製造方法であって、化成処理工程がコロイダルシリカ及びシランカップリング剤を主成分とするとともにリン酸根を実質的に含まない水性化成処理液を使用するものであり、乾燥質量比で、水性化成処理液中のコロイダルシリカの質量(B)に対するシランカップリング剤の質量(C)の比(B/C)が1.5〜10であることを特徴とする、塗装鋼板の製造方法である。 Invention of Claim 6 is a manufacturing method of the coated steel plate provided with the chemical conversion treatment process which forms a chemical conversion treatment layer in at least one surface of a base steel plate, and the coating process which coats one or more layers on a chemical conversion treatment layer. The chemical conversion treatment step uses an aqueous chemical conversion treatment liquid mainly containing colloidal silica and a silane coupling agent and substantially free of phosphate radicals. The ratio (B / C) of the mass (C) of the silane coupling agent to the mass (B) of the colloidal silica is 1.5 to 10, which is a method for producing a coated steel sheet.
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の塗装鋼板の製造方法において、水性化成処理液にさらに樹脂が含まれ、乾燥質量比でで、樹脂の質量(A)に対するコロイダルシリカとシランカップリング剤との合計質量(B+C)の比(A/(B+C))が0.01〜0.5であることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the method for producing a coated steel sheet according to the sixth aspect, the aqueous chemical conversion treatment solution further contains a resin, and the dry mass ratio indicates that colloidal silica and silane with respect to the mass (A) of the resin. The ratio (A / (B + C)) of the total mass (B + C) with the coupling agent is 0.01 to 0.5.
請求項8に記載の発明は、請求項6又は7に記載の塗装鋼板製造方法において、素地鋼板が電気系亜鉛合金めっき鋼板であり、化成処理工程の前に該めっき鋼板を酸性水溶液に接触させる工程を備えることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the coated steel sheet manufacturing method according to claim 6 or 7, wherein the base steel sheet is an electrical zinc alloy plated steel sheet, and the plated steel sheet is brought into contact with an acidic aqueous solution before the chemical conversion treatment step. A process is provided.
本発明の塗装鋼板は、成形後も塗膜密着性が良好であり、特に厳しい成形がなされるような用途へも適用が拡大できる。またクロムフリーの塗装鋼板であり、環境面からも塗装鋼板の適用範囲を拡大できる。 The coated steel sheet of the present invention has good coating film adhesion even after forming, and can be applied to applications where particularly severe forming is performed. In addition, it is a chromium-free coated steel sheet, and the application range of the coated steel sheet can be expanded from the environmental aspect.
本発明は、塗装下地鋼板の上にシリカ及びシランカップリング剤を含有し燐酸を実質的に含有しない化成処理を施した後、さらに1層以上の塗膜を形成する塗装鋼板、及びその製造方法である。図1は、該塗装鋼板の層構成の一例を概略的に示す斜視図である。図1においては理解を容易にするために各層の厚みを同程度に表している(実際にはこれと異なる。)。図11の塗装鋼板において、通常は鋼板の両面側にそれぞれに各層が同一順に積層されているが、本発明ではこれらの層は少なくとも一面側に形成されていれば良い。鋼板の片面側(例えば図11の上面側)に注目すると、塗装鋼板は、
鋼板/亜鉛系めっき層/クロムフリー化成処理層/下塗り塗膜/上塗り塗膜、
の順に各層が積層されている。
The present invention provides a coated steel sheet on which a coating film of one or more layers is further formed after a chemical conversion treatment containing silica and a silane coupling agent and containing substantially no phosphoric acid on a coated base steel sheet, and a method for producing the coated steel sheet It is. FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the layer structure of the coated steel sheet. In FIG. 1, in order to facilitate understanding, the thickness of each layer is shown to the same level (which is actually different). In the coated steel sheet of FIG. 11, the layers are usually laminated in the same order on both sides of the steel sheet. In the present invention, these layers may be formed on at least one side. Paying attention to one side of the steel plate (for example, the upper surface side in FIG. 11), the coated steel plate is
Steel plate / Zinc-based plating layer / Chromium-free chemical conversion treatment layer / Undercoat / Topcoat
Each layer is laminated in this order.
1.素地鋼板
本発明では、塗装下地に用いられる素地鋼板は特に限定されない。通常は、耐食性の観点から亜鉛系めっき鋼板を用いることが多い。また、絞り成形される用途に適用される場合は、絞り性に優れた鋼板、例えばTi及び/又はNbなどの炭窒化物形成元素がC及びN量に対して当量以上添加されている極低炭素系のIF(Interstitial Free)鋼を用いるのが好ましい。
1. Base Steel Sheet In the present invention, the base steel sheet used for the coating base is not particularly limited. Usually, zinc-based plated steel sheets are often used from the viewpoint of corrosion resistance. In addition, when applied to a draw forming application, a steel plate having excellent drawability, for example, a carbonitride-forming element such as Ti and / or Nb is added at an equivalent amount or more with respect to the amount of C and N. Carbon-based IF (Interstitial Free) steel is preferably used.
また、めっき種についても特に限定されない。ただし、後述するように表面に微細なクラックを有すると、塗膜密着性が改善される。溶融めっきでは、合金化溶融亜鉛めっき鋼板が、電気めっきでは表面に微細クラックを有するZn-Ni合金めっきやZn-Fe合金めっき鋼板が好ましい。この微細クラックは、めっき後に、例えば酸水溶液に接触させる(電気めっきの場合、酸性のめっき液中を無通電で通過させてもよい。)ことで、めっき皮膜に微細なクラックを比較的容易に発生させることができる。クラックの目安としては、1mm2あたりのクラックで囲まれた領域の個数として1000個〜150000個の範囲である。好ましくは2000個〜50000個の範囲である。 Also, the plating type is not particularly limited. However, when there are fine cracks on the surface as will be described later, the coating film adhesion is improved. In hot dip plating, an alloyed hot dip galvanized steel sheet is preferable, and in electroplating, Zn—Ni alloy plated steel or Zn—Fe alloy plated steel sheet having fine cracks on the surface is preferable. After the plating, the fine cracks are brought into contact with, for example, an acid aqueous solution (in the case of electroplating, the acidic plating solution may be passed without current), so that the fine cracks can be relatively easily formed on the plating film. Can be generated. As an indication of cracks, the number of regions surrounded by cracks per 1 mm 2 is in the range of 1000 to 150,000. The range is preferably 2000 to 50000.
一方、素地鋼板に合金化溶融亜鉛めっき鋼板を用いた場合、表面の微細凹凸によって、塗装後の光沢、ツヤや鮮映性を低下させることがある。そのため、このような光沢等と前述した塗膜密着性を両立させるには、素地鋼板として微細クラックを備える電気Zn-Ni合金めっきやZn-Fe合金めっき鋼板を用いるのがよい。 On the other hand, when an alloyed hot-dip galvanized steel sheet is used as the base steel sheet, the gloss, gloss, and sharpness after coating may be reduced due to fine irregularities on the surface. Therefore, in order to achieve both the gloss and the above-described coating film adhesion, it is preferable to use an electric Zn—Ni alloy plated steel plate or a Zn—Fe alloy plated steel plate having fine cracks as the base steel plate.
2.化成処理
2−1) 化成処理液の成分
本発明においては、クロムフリー化成処理として、シリカ及びシランカップリング剤を含有し、リン酸を実質的に含有しない化成処理液を用いた化成処理を施す。
2. Chemical conversion treatment 2-1) Components of chemical conversion treatment liquid In the present invention, as a chromium-free chemical conversion treatment, a chemical conversion treatment using a chemical conversion treatment liquid containing silica and a silane coupling agent and substantially free of phosphoric acid is performed. .
本発明では、さらにシリカ及びシランカップリング剤を必須成分とする。これらを含有することにより、塗膜密着性が良好となる。 In the present invention, silica and a silane coupling agent are further essential components. By containing these, the coating film adhesion is improved.
シリカとしては、コロイダルシリカを用いる。これは乾式シリカを用いる場合と比較して、水溶液中での分散、分散液の経時安定性の点で有利だからである。ただし、性能が許す限り乾式シリカをコロイダルシリカと併用してもよい。 Colloidal silica is used as the silica. This is because it is advantageous in terms of dispersion in an aqueous solution and stability over time of the dispersion as compared with the case of using dry silica. However, dry silica may be used in combination with colloidal silica as long as performance permits.
シランカップリング剤は、アルコキシ基が加水分解して水酸基となり、水酸基同士が縮合することで、架橋シロキサン結合を骨格とする皮膜を形成する。アルコキシ基が少ないと、架橋反応が遅延し、基体との密着性が低下することがある。一方、有機官能基が少ないと、上層のクリア塗膜との密着性が低下することがある。これらの点から、シランカップリング剤はトリアルコキシル型であることが好ましい。本発明で使用するのに適したシランカップリング剤の具体例としては、下記の化合物(慣用名も含む。)を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
:ビニルエトキシシラン、ビニルメトキシシラン、N-(2-アミノメチル)3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-(2-アミノメチル)3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン
The silane coupling agent forms a film having a crosslinked siloxane bond as a skeleton by hydrolyzing an alkoxy group into hydroxyl groups and condensing the hydroxyl groups. When there are few alkoxy groups, a crosslinking reaction may be delayed and adhesiveness with a base | substrate may fall. On the other hand, when there are few organic functional groups, adhesiveness with the clear coating film of an upper layer may fall. From these points, the silane coupling agent is preferably a trialkoxyl type. Specific examples of the silane coupling agent suitable for use in the present invention include the following compounds (including common names), but are not limited thereto.
: Vinylethoxysilane, vinylmethoxysilane, N- (2-aminomethyl) 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2-aminomethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3 -Glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane , Tetraethoxysilane, tetramethoxysilane
これらの好ましい配合比は、乾燥質量比で、コロイダルシリカの質量をB、シランカップリング剤の質量をCとしたとき、B/Cが1.5〜10の配合比であり、さらに好ましくはB/Cが2〜3の範囲である。 These preferred blending ratios are dry mass ratios, where the mass of colloidal silica is B, and the mass of the silane coupling agent is C, B / C is a blending ratio of 1.5 to 10, more preferably B / C is in the range of 2-3.
上記配合比が大きすぎると、かえって塗膜密着性が悪くなる。一方、配合比が小さすぎると、化成処理液がゲル化しやすくなるなど処理液自体の安定性が大幅に損なわれる。 When the said compounding ratio is too large, a coating-film adhesiveness will worsen on the contrary. On the other hand, if the blending ratio is too small, the stability of the treatment liquid itself is greatly impaired, for example, the chemical conversion treatment liquid is easily gelled.
本発明では、化成処理液中にリン酸を実質的に含有しない。これは、調合後にある程度時間の経過した化成処理液を使用した場合、塗膜密着性がかならずしも良好でないからである。この理由は明らかでないが、リン酸が化成処理液中のシリカやシランカップリング剤の分散性に悪影響を及ぼし、凝集が起こるためではないかと考えられる。なお、不純物として許容されるリン酸根の含有量上限の目安としては、シリカの乾燥質量比に対するリン酸根の乾燥質量比で0.01であると考えられる。 In this invention, phosphoric acid is not substantially contained in a chemical conversion liquid. This is because the coating film adhesion is not always good when using a chemical conversion treatment solution that has passed a certain amount of time after blending. The reason for this is not clear, but it is thought that phosphoric acid has an adverse effect on the dispersibility of silica and silane coupling agents in the chemical conversion treatment solution and agglomeration occurs. In addition, as a standard of the content upper limit of the phosphate radical permitted as an impurity, it is thought that it is 0.01 by the dry mass ratio of the phosphate radical with respect to the dry mass ratio of a silica.
本発明においては、使用する化成処理液中に有機樹脂を配合して、さらに塗装密着性や耐食性等の向上をはかることもできる。好ましい有機樹脂としては、水に分散可能な水分散型樹脂又は樹脂エマルションが挙げられる。これら水分散型樹脂として、熱硬化可能でしかも加工性、耐薬品性に優れるという点から、アクリル系樹脂エマルション、水分散型ポリエステル樹脂、水分散型ウレタン樹脂が好ましい。また、配合比としては、乾燥質量比で、有機樹脂の質量をA、シリカ及びシランカップリング剤の合計量を(B+C)としたとき質量比A/(B+C)は、0.01〜0.5が好ましく、さらに好ましくは0.1〜0.3である。 In the present invention, an organic resin can be blended in the chemical conversion solution to be used to further improve coating adhesion, corrosion resistance, and the like. Preferred organic resins include water-dispersed resins or resin emulsions that can be dispersed in water. As these water-dispersed resins, acrylic resin emulsions, water-dispersed polyester resins, and water-dispersed urethane resins are preferable because they are heat curable and have excellent processability and chemical resistance. Moreover, as a compounding ratio, mass ratio A / (B + C) is 0.01-0.0 when the mass of organic resin is A and the total amount of silica and a silane coupling agent is (B + C) by dry mass ratio. 5 is preferable, and more preferably 0.1 to 0.3.
また、本発明においては、耐食性を向上させるため、必要に応じ防錆添加剤を添加してよい。好ましい防錆添加剤としては、例えば、ジルコニウム塩、バナジウム化合物、チアゾール化合物等が挙げられる。 Moreover, in this invention, in order to improve corrosion resistance, you may add a rust prevention additive as needed. Preferable rust preventive additives include, for example, zirconium salts, vanadium compounds, thiazole compounds and the like.
さらに、本発明の性能を害しない限り、下地鋼板との密着性向上を図るためのフッ酸根(フッ化物イオンのほか、フッ化チタン酸イオンのような錯フッ化イオンを含む。)や、各種防錆添加剤、塗装作業性、液安定性改善のための増粘剤や界面活性剤、pH調整剤等を添加することができる。 Furthermore, as long as the performance of the present invention is not impaired, hydrofluoric acid radicals (including fluoride ions as well as complex fluoride ions such as fluoride titanate ions) for improving the adhesion to the underlying steel sheet, and various types. A rust preventive additive, a coating workability, a thickener for improving liquid stability, a surfactant, a pH adjuster, and the like can be added.
本発明で用いる化成処理液は、作業環境面、安全面から水系の処理液が好ましい。ただし、必要であればアルコールその他溶剤系溶媒が若干量混合されていてもよい。 The chemical conversion treatment solution used in the present invention is preferably an aqueous treatment solution from the viewpoint of work environment and safety. However, if necessary, a slight amount of alcohol or other solvent-based solvent may be mixed.
2−2) 化成処理液の付着量・塗布方法
化成処理皮膜の付着量に関しては、付着量が多いほど、耐食性だけでなく成形後の塗膜密着性も良好な傾向がある。具体的には、前述した処理液組成であって、調合後時間をおかずに用いる場合、化成処理被膜中のSiとして、10mg/m2以上付着させるのが好ましい。一方、付着量が大きすぎると、化成処理膜自体の膜厚が大きくなり化成処理被膜での凝集破壊の危険性があるので、化成処理被膜中のSiは50mg/m2以下とするのが好ましい。
2-2) Adhesion amount of chemical conversion liquid and application method Regarding the adhesion amount of the chemical conversion treatment film, as the adhesion amount increases, not only the corrosion resistance but also the coating film adhesion after molding tends to be better. Specifically, in the case of using the treatment liquid composition described above without taking a long time after blending, it is preferable to deposit 10 mg / m 2 or more as Si in the chemical conversion coating. On the other hand, if the adhesion amount is too large, the film thickness of the chemical conversion film itself becomes large and there is a risk of cohesive failure in the chemical conversion film. Therefore, Si in the chemical conversion film is preferably 50 mg / m 2 or less. .
化成処理液の塗布方法についても特に限定されない。連続操業においては、ロールコート法や、基材を処理液に浸漬、又は基材に処理液をスプレーしたのちリンガーロールで付着量を絞る方法等が挙げられる。 The method for applying the chemical conversion liquid is not particularly limited. Examples of the continuous operation include a roll coating method and a method of squeezing the adhesion amount with a ringer roll after immersing the substrate in the treatment liquid or spraying the treatment liquid onto the substrate.
3.塗装
本発明においては、化成処理皮膜の上に1層以上の塗膜を形成する。通常、プレコート鋼板においては、性能、特に外観を保証する面には、下塗り、上塗りの2層の塗装がなされる。必要に応じて、塗膜は1層、又は3層若しくはそれ以上であってもよい。塗膜の成分や厚みは、要求される性能に応じて設計されればよい。以下、2層塗装の場合の好ましい形態を説明する。
3. Coating In the present invention, one or more coating films are formed on the chemical conversion coating. Usually, in a pre-coated steel sheet, two layers of undercoat and topcoat are applied to the surface that guarantees performance, particularly appearance. If desired, the coating may be one layer, or three or more layers. The components and thickness of the coating film may be designed according to the required performance. Hereinafter, the preferable form in the case of two-layer coating is demonstrated.
2層塗装の際の下塗り、いわゆるプライマーとしては、塗膜密着性や耐食性の観点から、ポリエステル系樹脂、ウレタン系樹脂、あるいはエポキシ系樹脂が多く用いられている。このとき、ガラス転移温度(Tg)の低い樹脂を使用する方が、塗膜密着性が一般に良好である。これは、塗膜中の内部応力が減少し、密着性が向上するためであると考えられる。好ましくはTgが30℃以下の樹脂を用いるのがよいとされている。しかしながら、本発明の塗装鋼板では、後述する実施例で示すように、Tgが35℃の樹脂を使用したプライマーであっても塗膜密着性が良好である。 As an undercoat for two-layer coating, a so-called primer, a polyester resin, a urethane resin, or an epoxy resin is often used from the viewpoint of coating film adhesion and corrosion resistance. At this time, the coating film adhesion is generally better when a resin having a low glass transition temperature (Tg) is used. This is considered to be because the internal stress in the coating film is reduced and the adhesion is improved. It is preferable to use a resin having a Tg of 30 ° C. or lower. However, in the coated steel sheet of the present invention, the coating film adhesion is good even with a primer using a resin having a Tg of 35 ° C., as shown in Examples described later.
本発明において、上塗り塗膜については、特に限定されない。なお本発明では、主に高加工用途での塗装鋼板の塗膜密着性を中心に検討しているが、このような用途に適用する場合には、ワックス等の潤滑剤を含有した高加工性の塗膜とすることも好ましい。 In the present invention, the top coat film is not particularly limited. In the present invention, examination is mainly focused on the coating film adhesion of the coated steel sheet in high processing applications, but when applied to such applications, high workability containing a lubricant such as wax. It is also preferable to use a coating film.
(1)塗装鋼板試験片の作成
1−1.塗装下地鋼板
厚さ0.60mmの冷間圧延鋼板を母材とする、12%Ni−Zn電気めっき鋼板(めっき付着量:20g/m2)を基材として使用した。このめっき鋼板は、めっきに引き続いてそのまま酸性めっき液中に無通電状態で浸漬することにより、めっき皮膜に1mm2あたり1000個〜50000個程度のクラックで囲まれた領域を形成した。
(1) Preparation of coated steel plate test piece 1-1. Paint base steel sheet A 12% Ni—Zn electroplated steel sheet (plating adhesion amount: 20 g / m 2 ) based on a cold-rolled steel sheet having a thickness of 0.60 mm was used as a base material. This plated steel sheet was immersed in an acidic plating solution as it was without being energized as it was after plating, thereby forming a region surrounded by about 1000 to 50000 cracks per mm 2 in the plating film.
このような電気めっき鋼板を、アルカリ脱脂後、酸性液のニッケル処理液で表面調整することにより、めっきクラックをさらに増加させた。処理後の鋼板は、めっき皮膜中に1mm2あたり3000個〜150000個程度のクラックで囲まれた領域を有していた。その後さらに水洗、乾燥してから、速やかに後述する化成処理を施した。 By plating the surface of such an electroplated steel sheet with an alkaline nickel treatment solution after alkaline degreasing, plating cracks were further increased. The treated steel sheet had a region surrounded by about 3000 to 150,000 cracks per 1 mm 2 in the plating film. Then, after further washing with water and drying, a chemical conversion treatment described later was performed immediately.
1−2.化成処理
処理液1の調合(本発明例1に使用される水系化成処理液)
コロイダルシリカ分散液(B液)として、日産化学工業株式会社製のスノーテックスN(コロイダルシリカの平均粒径:10〜20nm、シリカ含有量:20質量%)を使用した。この水溶液に攪拌しながら水を加えた液にさらに、シランカップリング剤(C液)として、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(チッソ株式会社製サイラスエースS510)を徐々に添加した。この混合液の質量比率は、B液:水:C液=6.0:93.5:0.5とした。
シランカップリング剤の混合にあたっては、約15分程度かけて徐々に添加した。このようにして水系化成処理液1を得た。
1-2. Chemical
As a colloidal silica dispersion (liquid B), Snowtex N (average particle diameter of colloidal silica: 10 to 20 nm, silica content: 20% by mass) manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. was used. 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane (Cyrus Ace S510 manufactured by Chisso Corporation) was gradually added as a silane coupling agent (solution C) to the solution obtained by adding water to the aqueous solution while stirring. The mass ratio of this liquid mixture was set as B liquid: water: C liquid = 6.0: 93.5: 0.5.
In mixing the silane coupling agent, it was gradually added over about 15 minutes. In this way, an aqueous chemical
処理液2の調合(本発明例2に使用される水系化成処理液)
まず、ポリエステル系樹脂エマルションの含有液(A液)を次のように作製した。
水分散ポリエステル系樹脂の分散液(MD-1400 バイロナール 東洋紡績株式会社製、樹脂分30%)1質量部に、2,5-ジメルカプト-1,3,4-チアジアゾール(和光純薬工業株式会社製)0.34質量部と炭酸ジルコニウムアンモニウム(シグマ-アルドリッチジャパン株式会社製)0.85質量部とを加え、そこにさらに水を加えて合計で93.5質量部とした。
次に、このA液を緩やかに攪拌しながら、コロイダルシリカ分散液(B液)を徐々に添加した。A液:B液の混合比は、A液:B液=93.5:6とした。なおB液としては、前述の日産化学工業株式会社製スノーテックスNを用いた。
さらに、A液とB液の混合後速やかに、この混合液を攪拌しながら、シランカップリング剤含有液(C液)として、3−グリシジルプロピルトリメトキシシラン(S510 サイラエース チッソ株式会社)を徐々に添加した。A、B混合液とC液の混合比は、A、B混合液:C液=99.5:0.5とした。C液の混合にあたっては、約15分程度かけて徐々に添加し、水系化成処理液2を得た。
Preparation of treatment liquid 2 (aqueous chemical conversion treatment liquid used in Invention Example 2)
First, a polyester resin emulsion-containing liquid (liquid A) was prepared as follows.
2,5-dimercapto-1,3,4-thiadiazole (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added to 1 part by weight of a dispersion of water-dispersed polyester resin (MD-1400, byronal Toyobo Co., Ltd., 30% resin content). ) 0.34 parts by mass and 0.85 parts by mass of ammonium zirconium carbonate (manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd.) were added, and water was further added to make a total of 93.5 parts by mass.
Next, the colloidal silica dispersion (liquid B) was gradually added while gently stirring the liquid A. The mixing ratio of A liquid: B liquid was A liquid: B liquid = 93.5: 6. As the B liquid, the above-mentioned Snowtex N manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. was used.
Further, immediately after mixing the liquid A and the liquid B, 3-glycidylpropyltrimethoxysilane (S510 Sailer Ace Chisso Corporation) is gradually added as a silane coupling agent-containing liquid (liquid C) while stirring the liquid mixture. Added. The mixing ratio of the A and B liquid mixture and the C liquid was A and B mixed liquid: C liquid = 99.5: 0.5. In mixing the liquid C, it was gradually added over about 15 minutes to obtain an aqueous
処理液3の調合(比較例に使用される水系化成処理液)
まず、ポリエステル系樹脂エマルションとリン酸の混合液(A液)を次のように作製した。
水分散ポリエステル系樹脂の分散液(MD-1400 バイロナール 東洋紡績株式会社製、樹脂分30%)1質量部 に リン酸ナトリウム(和光純薬工業株式会社製)0.37質量部と2,5-ジメルカプト-1,3,4-チアジアゾール(和光純薬工業株式会社製)0.34質量部と 炭酸ジルコニウムアンモニウムシグマ-アルドリッチジャパン株式会社製):0.85質量部とを加え、さらに水を加えて合計で93.5重量部とした。
次に、このA液を緩やかに攪拌しながら、コロイダルシリカ分散液(B液)を徐々に添加した。A液:B液の混合比は、A液:B液=93.5:6とした。なおB液としては、前述の日産化学工業株式会社製スノーテックスNを用いた。
さらに、A液とB液の混合後速やかに、この混合液を攪拌しながら、シランカップリング剤含有液として、3−グリシジルプロピルトリメトキシシラン(S510 サイラエース チッソ株式会社)を徐々に添加した。A、B混合液とC液の混合比(液としての質量比)は、99.5:0.5とし、C液の混合にあたっては、約15分程度かけて徐々に添加し、比較用化成処理液3を得た。
これら処理液1〜3の100質量部中の各成分の乾燥質量を表1に示す。
Preparation of treatment liquid 3 (aqueous chemical treatment liquid used in comparative examples)
First, a mixed liquid (liquid A) of a polyester resin emulsion and phosphoric acid was prepared as follows.
Dispersion of water-dispersed polyester resin (MD-1400 Vylonal Toyobo Co., Ltd., 30% resin content) 1 part by weight Sodium phosphate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0.37 parts by weight and 2,5- Dimercapto-1,3,4-thiadiazole (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0.34 parts by mass and zirconium carbonate ammonium sigma-manufactured by Aldrich Japan Co., Ltd.): 0.85 parts by mass, and water was added. The total amount was 93.5 parts by weight.
Next, the colloidal silica dispersion (liquid B) was gradually added while the liquid A was gently stirred. The mixing ratio of A liquid: B liquid was A liquid: B liquid = 93.5: 6. As the B liquid, the above-mentioned Snowtex N manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. was used.
Furthermore, 3-glycidylpropyltrimethoxysilane (S510 Sailor Ace Chisso Corporation) was gradually added as a silane coupling agent-containing liquid while stirring the liquid mixture immediately after mixing the liquid A and the liquid B. The mixing ratio (mass ratio as the liquid) of the A and B liquid mixture and the C liquid was 99.5: 0.5, and when mixing the C liquid, it was gradually added over about 15 minutes,
Table 1 shows the dry mass of each component in 100 parts by mass of these
これら化成処理液を、作製した直後、3日後、90日後のものを使用して以下の塗装作業を実施した。化成処理液の塗布にあたっては、バーコート法を用い、化成処理付着量は、被膜中Si付着量で0.5〜45g/m2の範囲で変更した。処理液を塗布後、熱風炉で板温が約100℃程度となるように乾燥した。一部については、板温が230℃となるように乾燥し、その後温度が下がってから水洗、乾燥した。 The following coating operations were carried out using these chemical conversion treatment liquids immediately after production, 3 days later, and 90 days later. In applying the chemical conversion treatment solution, the bar coating method was used, and the chemical conversion treatment adhesion amount was changed in the range of 0.5 to 45 g / m 2 in terms of the Si adhesion amount in the film. After applying the treatment liquid, it was dried in a hot air oven so that the plate temperature was about 100 ° C. About some, it dried so that plate | board temperature might be 230 degreeC, and it washed and dried after the temperature fell after that.
1−3 塗装
化成処理後、以下に述べる方法で上記方法で化成処理を施しためっき鋼板の両面に塗膜を形成させた。
a)下塗り塗膜:Tgが35℃のポリエステル系樹脂塗料(ポリエステル樹脂100質量部に対し、メラミン系架橋剤を18質量部、顔料としてリン酸アルミニウム、リン酸カルシウムを各15質量部含有する。)を塗布した。これを45秒間で鋼板の最高温度が200℃となるような条件で乾燥し、下塗り塗膜を形成した。
b)上塗り塗膜:下塗り塗膜を形成させた後、ポリエステル系樹脂塗料(ポリエステル樹脂100質量部に対し、メラミン系架橋剤を18質量部、顔料としてチタニア25質量部、シリカ15質量部、及びポリエチレンワックス3質量部を含有する。)を塗布した。これを60秒間で鋼板の最高温度が230℃となるような条件で乾燥し、上塗り塗膜を形成した。上塗り塗膜の平均膜厚は、15μmとした。
1-3 Coating After the chemical conversion treatment, a coating film was formed on both surfaces of the plated steel sheet subjected to the chemical conversion treatment by the method described below.
a) Undercoat film: Polyester resin paint having a Tg of 35 ° C. (containing 100 parts by mass of the polyester resin, 18 parts by mass of the melamine-based crosslinking agent, and 15 parts by mass of aluminum phosphate and calcium phosphate as pigments). Applied. This was dried under the condition that the maximum temperature of the steel sheet was 200 ° C. in 45 seconds to form an undercoat coating film.
b) Top coat film: After forming the undercoat film, a polyester resin paint (18 parts by mass of melamine-based crosslinking agent, 25 parts by mass of titania as a pigment, 15 parts by mass of silica, and 100 parts by mass of polyester resin) Containing 3 parts by weight of polyethylene wax). This was dried under conditions such that the maximum temperature of the steel sheet was 230 ° C. in 60 seconds to form a top coat film. The average film thickness of the top coat film was 15 μm.
(2)評価
2−1 処理液の経時変化
調合後の経過時間の異なる化成処理液について、可視光領域での透過率を測定した。処理液中の成分であるコロイダルシリカの凝集が生じると、透過するはずの光が散乱することにより、初期の状態と比較して透過率が低下すると考えられる。この方法により、簡易的ではあるが、処理液の凝集状態、すなわち調合からの時間経過による処理液の経時変化を測定した。
(2) Evaluation 2-1 Time-dependent change of processing liquid The transmittance | permeability in visible region was measured about the chemical conversion liquid from which the elapsed time after mixing differs. When colloidal silica, which is a component in the treatment liquid, is aggregated, light that should be transmitted is scattered, and thus the transmittance is considered to be lower than that in the initial state. By this method, although it is simple, the aggregation state of the treatment liquid, that is, the change with time of the treatment liquid over time from the preparation was measured.
2−2 塗装密着性
上記(1)に記載した方法により作成された塗装鋼板試験片を用いて、以下の条件で円筒深絞りを行った。
深絞り条件
ポンチ径:50mm ポンチ肩R:5mm ダイス径:52.5mm ダイス肩R:5mm
しわ抑え力:14700N
絞り速度:毎分10mm
潤滑油:使用せず。
塗膜面をダイス側、有機皮膜面をポンチ側とした。
このような条件で作成した絞りサンプルを、沸騰水に24時間浸漬し、その後の塗膜の剥離状態を評価した。図4に示すように、塗膜の状態にほとんど変化がないものを「5(良)」とし、以下、塗膜のフクレや端面からの塗膜剥離等の異常の状態に応じて、「1」を最低とする1〜5までの評点で評価した。
(評価基準)
5点:絞りフランジ面、その他で塗膜の剥離無し。 ・・・ 合格レベル
4点:絞りフランジ面で若干小さな剥離あり。 ・・・ 合格レベル
3点:絞りフランジ面で小さな剥離多々あり。
2点:絞りフランジ面、絞り壁部で塗膜の剥離あり。
1点:絞りフランジ面、絞り壁部で大部分の塗膜が剥離。
2-2 Paint adhesion The cylindrical deep drawing was performed under the following conditions using the coated steel sheet specimen prepared by the method described in (1) above.
Deep drawing conditions Punch diameter: 50mm Punch shoulder R: 5mm Dice diameter: 52.5mm Dice shoulder R: 5mm
Wrinkle holding power: 14700N
Aperture speed: 10 mm per minute
Lubricant: Not used.
The coating surface was the die side and the organic coating surface was the punch side.
The drawn sample prepared under such conditions was immersed in boiling water for 24 hours, and the peeled state of the subsequent coating film was evaluated. As shown in FIG. 4, “5 (good)” indicates that there is almost no change in the state of the coating film, and hereinafter, “1” depending on the abnormal state such as swelling of the coating film and peeling of the coating film from the end surface. The rating was from 1 to 5 with the lowest "
(Evaluation criteria)
5 points: No peeling of the coating film on the drawing flange surface and others.・ ・ ・
2 points: There is peeling of the coating film on the drawing flange surface and the drawing wall.
1 point: Most of the coating film peeled off at the drawing flange surface and drawing wall.
2−3 耐食性
前記の条件で円筒深絞りを施した深絞りサンプルについて、JIS Z2371に規定する塩水噴霧試験で120時間後の変化を観察した。試験前とほとんど変化がないものを「5(良)」とし、以下、塗膜のフクレや端面からの塗膜剥離等の異常の状態に応じて、「1」を最低とする1〜5の評点で評価した。
(評価基準)
5点:絞りフランジ面、その他で塗膜の剥離、膨れ無し。 ・・・ 合格レベル
4点:絞りフランジ面で若干塗膜の小さな剥離、膨れあり。・・・ 合格レベル
3点:絞りフランジ面で小さな剥離多々あり。
2点:絞りフランジ面、絞り壁部で塗膜の剥離あり。
1点:絞りフランジ面、絞り壁部で大部分の塗膜が剥離。
2-3 Corrosion resistance About the deep drawn sample which carried out the cylindrical deep drawing on the said conditions, the change after 120 hours was observed by the salt spray test prescribed | regulated to JISZ2371. “5 (good)” indicates that there is almost no change from before the test. Hereinafter, “1” is the minimum of “1” to “5” depending on the abnormal state such as swelling of the coating film or peeling of the coating film from the end face. Evaluated by rating.
(Evaluation criteria)
5 points: No peeling or swelling of the paint film on the diaphragm flange surface, etc.・ ・ ・
2 points: There is peeling of the coating film on the drawing flange surface and the drawing wall.
1 point: Most of the coating film peeled off at the drawing flange surface and drawing wall.
(3)評価結果
3−1 処理液の経時変化
図1〜3は、調合後1日以内、調合後3日後、及び調合後90日を経過した処理液1〜3について、可視光領域での波長を変えて透過率を測定したものである。リン酸根を含む処理液3の同一波長における化成処理液の透過率は、調合後の経過時間によって低下する傾向が認められた(図3)。これに対し、リン酸根を含んでいない処理液1、及び処理液2(本発明にかかる処理液である。)では透過率の変化はほとんど確認されなかった(図1、2)。
(3) Evaluation results 3-1 Change with time of treatment liquid FIGS. 1 to 3 show the
3−2 塗装密着性
図5〜7は、表1に示した3種類の処理液1〜3を、調合後1日以内、調合後3日後、及び調合後90日を経過したものを用いて化成処理を施し、被膜中Si付着量が0.5〜45g/m2の範囲となるように調整したサンプルの円筒絞り後の塗膜密着性を比較したものである。処理液1により化成処理された本発明例1、及び処理液2により化成処理された本発明例2では調合後の時間の影響はほとんどなく、いずれの条件でも10mg/m2以上の化成処理付着量で合格レベル(4以上)であった(図5、6)。これに対して、処理液3により化成処理された比較例においては、調合後1日以内の液を用いたもののみ、処理液1、2により化成処理された本発明例1、本発明例2と同様の結果を示し、調合後3日、調合後90日と時間の経過とともに密着性が低下していることが確認された(図7)。
3-2 Paint adhesion FIGS. 5 to 7 use the three kinds of
3−3 耐食性
図8〜10は、表1に示した3種類の化成処理液1〜3を調合後1日以内、調合後3日後、及び調合後90日を経過した処理液を用いて化成処理を施し、被膜中Si付着量が0.5〜45g/m2の範囲となるように調整したサンプルの円筒絞り後の耐食性を比較したものである。処理液1により化成処理された本発明例1、及び処理液2により化成処理された本発明例2では調合後の影響はほとんどなく、いずれの条件でも10mg/m2以上の化成処理付着量で合格レベル(4以上)であった(図8、9)。しかしながら本発明例1(図8)は、本発明例2(図9)と比較して若干耐食性が劣っていることが確認された。これは本発明例2で使用した処理液2と比較して、本発明例1で使用した処理液1は、化成処理液成分にシリカのみしか配合されておらず、防錆添加剤を含んでいないためであると推測できる。比較例においては調合後1日以内の化成処理液3を用いたもののみ、本発明例1、本発明例2と同等の結果を示し、調合後3日、調合後90日と時間の経過とともに耐食性が低下していることが確認された(図10)。
3-3 Corrosion Resistance FIGS. 8 to 10 show the chemical
これらのことから、処理液3では、時間の経過とともにリン酸の影響により、処理液中のシリカが凝集を起こしているものと推測される。図7、図10で見られるリン酸根を含む比較例での経時劣化後の密着性、耐食性低下は、リン酸根の影響により化成処理液成分であるシリカが凝集したことで引き起こされたものと考えられる。
From these facts, it is presumed that in the
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う塗装鋼板、及びその製造方法もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。 While the present invention has been described in connection with embodiments that are presently the most practical and preferred, the present invention is not limited to the embodiments disclosed herein. However, the invention can be changed as appropriate without departing from the spirit or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and the coated steel sheet and the manufacturing method thereof are also within the technical scope of the present invention. It must be understood as included.
Claims (8)
前記化成処理層は、シリカ及びシランカップリング剤とを主成分とするとともに、リン酸根を実質的に含有しないものであることを特徴とする塗装鋼板。 A coated steel plate comprising a chemical conversion treatment layer containing no hexavalent chromium on at least one side of the base steel plate, and further comprising one or more coating films on the upper layer,
The said chemical conversion treatment layer has a silica and a silane coupling agent as a main component, and is a thing which does not contain a phosphate radical substantially, The coated steel plate characterized by the above-mentioned.
前記化成処理層は、シリカ及びシランカップリング剤、並びに樹脂を主成分とするとともに、リン酸根を実質的に含有しないものであることを特徴とする塗装鋼板。 A coated steel plate comprising a chemical conversion treatment layer containing no hexavalent chromium on at least one side of the base steel plate, and further comprising one or more coating films on the upper layer,
The said chemical conversion treatment layer has a silica, a silane coupling agent, and resin as a main component, and is a thing which does not contain a phosphate radical substantially, The coated steel plate characterized by the above-mentioned.
前記化成処理工程が、コロイダルシリカ及びシランカップリング剤を主成分とするとともに、リン酸根を実質的に含まない水性化成処理液を使用するものであり、
乾燥質量比で、前記水性化成処理液中の前記コロイダルシリカの質量(B)に対する前記シランカップリング剤の質量(C)の比(B/C)が1.5〜10であることを特徴とする、塗装鋼板の製造方法。 A method for producing a coated steel sheet comprising a chemical conversion treatment step for forming a chemical conversion treatment layer on at least one side of a base steel plate, and a coating step for coating one or more layers on the chemical conversion treatment layer,
The chemical conversion treatment step is to use an aqueous chemical conversion treatment liquid containing, as main components, colloidal silica and a silane coupling agent and substantially free of phosphate radicals,
The ratio (B / C) of the mass (C) of the silane coupling agent to the mass (B) of the colloidal silica in the aqueous chemical conversion treatment liquid is 1.5 to 10 in a dry mass ratio. A method for producing a coated steel sheet.
The method for producing a coated steel sheet according to claim 6 or 7, wherein the base steel sheet is an electric zinc alloy plated steel sheet, and includes a step of bringing the plated steel plate into contact with an acidic aqueous solution before the chemical conversion treatment step. .
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