CN111868306A - 火焰处理装置、涂装金属板的制造装置及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的技术问题在于提供能够不对金属系基材进行预热处理而进行火焰处理的火焰处理装置、涂装金属板的制造装置及制造方法。为了解决上述技术问题，火焰处理装置包括：第一温度测定部，其对金属系基材的火焰处理前温度进行测定；控制部，其基于由上述第一温度测定部测定出的上述火焰处理前温度，以使火焰处理时的上述金属系基材的表面温度成为56℃以上的方式决定火焰的燃烧能量；以及火焰处理部，其基于由上述控制部决定的上述燃烧能量，对上述金属系基材进行火焰处理。

Description

火焰处理装置、涂装金属板的制造装置及制造方法
技术领域
本发明涉及火焰处理装置、涂装金属板的制造装置及涂装金属板的制造方法。
背景技术
以往，对金属板使用包含树脂的涂料或油墨，以提高其功能性、设计性而提高附加价值。若在进行涂装、印刷的金属板上附着有垃圾、尘埃等，则金属板与涂膜的密接性降低，或金属板的润湿性发生变化，从而难以进行所期望的涂装。因此，进行了关于对进行涂装之前的金属板进行火焰处理的研究。例如，在专利文献1中公开了将钢管加热到100℃以上，通过燃烧器的火焰除去附着于表面的水分、尘埃、油脂等之后，对钢管涂覆涂层剂的方法。
另一方面，在室外的建筑物、土木结构等中经常使用涂装金属板。在这样的涂装金属板中，通过汽车的废气、来自工厂的煤烟等中所含的碳系污染物质的附着而产生的污垢会成为问题。污垢之中，特别是沿着雨痕附着的污垢(以下，也称为“雨痕污垢”)容易显眼。以往的涂装金属板中不能避免在比较短的时间内这样的雨痕污垢就变得显眼的情况，因而要求提供使雨痕污垢不易产生的涂装金属板的制造方法。
因此，近年来，提出了通过使涂膜的对于水的接触角成为60°以下，也就是使涂膜具有亲水性，来防止雨痕污垢的方案。作为提高涂膜的亲水性的方法之一，提出了将包含聚酯树脂等和有机硅酸盐等的涂料涂覆于金属板，并对该涂膜实施火焰处理、等离子处理、或电晕放电处理等的方案(专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-90313号公报
专利文献2：日本特开2006-102671号公报
发明内容
发明要解决的问题
在此，在火焰处理中，通常使用以液化石油气(liquefied petroleum gas，LPG)、液化天然气(liquefied natural gas，LNG)为燃料的燃烧器，例如在液化石油气燃烧时，发生由以下的化学式表示的化学反应。
C3H8(LPG)+5O2→3CO2+4H2O+热
根据上述化学式可知，若使燃料燃烧，则产生水。另一方面，金属系基材具有较高的导热性。因此，存在以下问题：若对金属系基材进行火焰处理，则在火焰与金属系基材接触的瞬间，热会迅速扩散，金属系基材表面的温度难以提高。其结果，因燃料的燃烧而产生的水被冷却而在金属系基材表面结露。若发生这样的结露，则火焰处理受到阻碍，无法得到如专利文献1、专利文献2所记载的那样的期望的效果。
因此，还进行了在进行火焰处理时对金属系基材进行预热处理等的研究。但是，在进行预热处理的情况下，存在以下问题：需要用于预热处理的加热器等，工序变得更加繁琐。
本发明是鉴于这样的技术问题而完成的。具体而言，目的在于，提供能够不对金属系基材进行预热处理而进行火焰处理的火焰处理装置、涂装金属板的制造装置及涂装金属板的制造方法。
解决问题的方案
本发明第一方面涉及以下的火焰处理装置。
[1]一种火焰处理装置，其包括：第一温度测定部，其对金属系基材的火焰处理前温度进行测定；控制部，其基于由所述第一温度测定部测定出的所述火焰处理前温度，以使火焰处理时的所述金属系基材的表面温度成为56℃以上的方式决定火焰的燃烧能量；以及火焰处理部，其基于由所述控制部决定的所述燃烧能量，对所述金属系基材进行火焰处理。
[2]根据[1]所述的火焰处理装置，其中，还具有第二温度测定部，所述第二温度测定部对所述金属系基材的火焰处理后温度进行测定，所述控制部基于所述火焰处理前温度和所述火焰处理后温度决定所述燃烧能量。
[3]根据[2]所述的火焰处理装置，其中，还具有湿度测定部，所述湿度测定部对外部空气的湿度进行测定，所述控制部基于所述外部空气的湿度、所述火焰处理前温度和所述火焰处理后温度决定所述燃烧能量。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的火焰处理装置，其中，还具有输送部，所述输送部对所述金属系基材进行输送，并且，沿着所述输送部的输送方向依次配置有所述第一温度测定部和所述火焰处理部。
本发明第二方面涉及以下的涂装金属板的制造装置。
[5]一种涂装金属板的制造装置，其包括：涂膜形成部，其用于在金属板上涂覆涂料，并形成涂膜；以及[1]～[4]中任一项所述的火焰处理装置，所述火焰处理装置对由所述涂膜形成部形成的所述涂膜进行火焰处理。
本发明第三方面涉及以下的涂装金属板的制造方法。
[6]一种涂装金属板的制造方法，其包括如下工序：涂膜形成工序，在导热率为10W/mK以上的金属板上涂覆涂料，并在所述金属板上形成涂膜；第一温度测定工序，对形成有所述涂膜的金属板的温度进行测定；以及火焰处理工序，基于在所述第一温度测定工序中测定出的温度，以使火焰处理时的所述涂膜的表面的温度成为56℃以上的方式决定火焰的燃烧能量，并进行火焰处理。
[7]根据[6]所述的涂装金属板的制造方法，其中，所述火焰处理工序是基于在所述第一温度测定工序中测定出的温度和所述金属板的导热率决定所述燃烧能量，并进行火焰处理的工序。
[8]根据[6]或[7]所述的涂装金属板的制造方法，其中，所述火焰处理工序是以使火焰处理时的所述涂膜的表面的温度成为56℃以上且150℃以下的方式进行火焰处理的工序。
[9]根据[6]所述的涂装金属板的制造方法，其中，还包括第二温度测定工序，所述第二温度测定工序是对所述火焰处理工序后的形成有所述涂膜的金属板的温度进行测定的工序，所述火焰处理工序是至少基于在所述第一温度测定工序中测定出的温度和在所述第二温度测定工序中测定出的温度决定所述燃烧能量，并进行火焰处理的工序。
[10]根据[9]所述的涂装金属板的制造方法，其中，还包括湿度测定工序，所述湿度测定工序是对外部空气的湿度进行测定的工序，所述火焰处理工序是至少基于在所述第一温度测定工序中测定出的温度、在所述第二温度测定工序中测定出的温度和在所述湿度测定工序中测定出的湿度决定所述燃烧能量，并进行火焰处理的工序。
[11]根据[6]所述的涂装金属板的制造方法，其中，在所述火焰处理工序中，一边沿一定方向输送形成有所述涂膜的金属板，一边进行火焰处理，所述火焰处理工序是至少基于在所述第一温度测定工序中测定出的温度和所述金属板的输送速度决定所述燃烧能量，并进行火焰处理的工序。
[12]根据[6]所述的涂装金属板的制造方法，其中，所述火焰处理工序是至少基于在所述第一温度测定工序中测定出的温度和在所述火焰处理时供给的可燃气体的种类决定所述燃烧能量，并进行火焰处理的工序。
[13]根据[6]～[12]中任一项所述的涂装金属板的制造方法，其中，所述涂料包含有机硅树脂。
发明效果
根据本发明的火焰处理装置，能够对金属系基材进行火焰处理，而不进行预热处理，不使因燃料的燃烧而产生的水分结露。
附图说明
图1是火焰处理装置的侧视图。
图2A是火焰处理用燃烧器的燃烧器头部的侧视图，图2B是该燃烧器头部的主视图，图2C是该燃烧器头部的仰视图。
图3是涂装金属板的制造装置的侧视图。
具体实施方式
1.火焰处理装置
本发明的火焰处理装置是用于对金属系基材进行火焰处理的装置。本发明的火焰处理装置是用于对包含在火焰处理时容易发生结露的部件、即导热率高的部件的部件进行火焰处理的装置，在对包含导热率为10W/mK以上的金属板的金属系基材进行火焰处理时非常有用。以下，参照附图对本发明的一实施方式的火焰处理装置进行详细说明。
本实施方式的火焰处理装置的侧视图如图1所示。本实施方式的火焰处理装置100包括：输送部15，其用于对金属系基材10进行输送；第一温度测定部11，其对金属系基材10的火焰处理前温度进行测定；第二温度测定部14，其用于对金属系基材10的火焰处理后温度进行测定；湿度测定部16，其用于对外部空气的湿度进行测定；控制部12，其基于火焰处理前温度、火焰处理后温度和外部空气的湿度等，以使火焰处理时的金属系基材10的表面温度成为56℃以上的方式决定火焰的燃烧能量；以及火焰处理部13，其基于由控制部12决定的燃烧能量对金属系基材10进行火焰处理。在本说明书中，火焰的燃烧能量是指对金属系基材10的每单位面积发出的火焰的总热量。
输送部15只要能够以一定的速度输送金属系基材10即可，不特别地限制其种类，例如可以设为包含金属制的环形带和使该环形带以一定速度旋转的驱动部的公知的输送机。该输送部15对于金属系基材10的输送速度可以由输送部15自身进行控制，也可以通过后述的控制部12进行控制。
另外，第一温度测定部11是用于测定金属系基材10的被火焰处理面的火焰处理前温度，并将该温度输出到控制部12的机构。第一温度测定部11可以设为配置在比后述的火焰处理部13更靠金属系基材10的输送方向上游侧的位置的一个或多个温度传感器。此外，在本说明书中，金属系基材10的火焰处理前温度是指处于火焰处理开始前30秒以内的状态的金属系基材10的温度。
另一方面，第二温度测定部14是用于测定金属系基材10的火焰处理后温度，并将其输出到控制部12的机构。第二温度测定部14可以设为配置在比后述的火焰处理部13更靠金属系基材10的输送方向下游侧的位置的一个或多个温度传感器。此外，在本说明书中，金属系基材10的火焰处理后温度是指处于从火焰处理结束起20秒以内的状态的金属系基材10的温度。
在此，对于第一温度测定部11和第二温度测定部14的种类，不特别地进行限制，可以是接触式的温度传感器等，但从能够在不损伤金属系基材10的情况下测定温度的观点出发，在本实施方式中，第一温度测定部11和第二温度测定部14是非接触式的温度传感器。
另外，在本实施方式中，第一温度测定部11和第二温度测定部14分别仅由一个温度传感器构成，但也可以是，第一温度测定部11和/或第二温度测定部14由多个温度传感器构成。在第一温度测定部11或者第二温度测定部14由多个温度传感器构成的情况下，可以将它们与输送方向垂直地配置成一列等。若这样配置多个温度传感器，则能够掌握与金属系基材10的输送方向垂直的方向上的火焰处理前温度或者火焰处理后温度的偏差等。
此外，在本实施方式的火焰处理装置100中，第一温度测定部11和第二温度测定部14配置于金属系基材10的被火焰处理面侧，但是它们也可以配置于金属系基材10的被火焰处理面相反侧的面(以下，也称为“背面”)侧。在通过火焰处理部13进行火焰处理时，因燃料的燃烧而产生水蒸气、二氧化碳。而且，若它们存在于第一温度测定部11和第二温度测定部14与火焰处理部13之间，则有时无法准确地测定温度。相对于此，通过在金属系基材10的背面侧配置第一温度测定部11和第二温度测定部14，从而能够不易受到水蒸气、二氧化碳的影响而准确地测定温度。但是，根据金属系基材10的厚度、或其导热率，有时金属系基材10的背面的温度与被火焰处理面的温度不同。因此，在这种情况下，可以由后述的控制部12进行运算处理，根据金属系基材10的背面的温度来计算金属系基材10的被火焰处理面侧的温度。
另一方面，本实施方式的火焰处理装置100所包括的湿度测定部16只要是能够对外部空气的湿度进行测定的机构即可，可以设为公知的湿度传感器等。在后述的火焰处理部13中，将可燃气体和助燃气体混合来产生火焰，但若助燃气体中所含的水分量较多，则在火焰处理时容易发生结露。因此，在本实施方式中，控制部12以还考虑到外部空气的湿度的方式，决定火焰的燃烧能量。
湿度测定部16所测定的湿度只要是火焰处理装置100附近的湿度即可，不特别地限制。但是，在火焰处理部13的附近，存在湿度因燃料的燃烧而发生变化的可能性。因此，优选湿度测定部16对不易受到火焰处理部13的火焰的影响的位置的湿度进行测定。此外，在本实施方式中，湿度测定部16配置在比火焰处理部13更靠上游侧的位置，但也可以配置在比火焰处理部13更靠下游侧的位置，另外，还可以配置在火焰处理部13的助燃气体获取口附近。并且，在本实施方式中，湿度测定部16仅由一个湿度传感器构成，但也可以是，湿度测定部16由多个湿度传感器构成。
另一方面，本实施方式中的控制部12只要具有如下的处理部即可，不特别地对其结构进行限制，该处理部能够分别接收第一温度测定部11测定出的金属系基材10的火焰处理前温度、第二温度测定部14测定出的金属系基材10的火焰处理后温度和湿度测定部16测定出的外部空气的湿度，并基于这些，以使火焰处理时的金属系基材表面的温度成为56℃以上的方式决定火焰的燃烧能量，并且能够控制火焰处理部13的燃烧能量。此外，控制部12不仅可以基于金属系基材10的火焰处理前温度、金属系基材10的火焰处理后温度和外部空气的湿度决定燃烧能量，还可以根据供给到火焰处理部13的可燃气体的种类、输送部15对于金属系基材10的输送速度、以及金属系基材10的厚度等决定燃烧能量。通过将燃烧能量设为使火焰处理时的金属系基材10表面的温度成为56℃以上那样的燃烧能量，从而使得在金属系基材10表面不易发生结露。
此外，控制部12除了具备上述处理部以外，还可以具备用于输入金属系基材的导热率等信息的输入部、用于显示各种信息的显示部、用于存储包括控制部12所执行的控制程序的各种信息的存储部等。
在此，控制部12的配置位置只要是能够与第一温度测定部11、火焰处理部13、第二温度测定部14、湿度测定部16、输送部15等进行数据的发送和接收的位置即可，不特别地进行限制。
另一方面，火焰处理部13是根据上述的由控制部12决定的燃烧能量，对金属系基材10进行火焰处理的机构。在本实施方式中，火焰处理部13具有：可燃气体供给源、助燃气体供给源、用于混合可燃气体和助燃气体的气体混合部、用于供给可燃性气体(可燃气体与助燃气体的混合气体)的气体供给管、以及使从该气体供给管供给的可燃性气体燃烧的燃烧器头部，但火焰处理部13也可以包括上述以外的结构。
图2A是图1所示的火焰处理部13的燃烧器头部132的侧视图，图2B是主视图，图2C是仰视图。燃烧器头部132只要具有与气体供给管133连接的壳体132a和配置于该壳体132a的一个面的火焰口132b，且能够使从气体供给管133供给的可燃性气体在火焰口132b燃烧即可，不特别地进行限制。此外，为了便于说明，在图2A和图2B中，用粗线强调地示出对应于火焰口132b的部分，但实际上不能从侧面或正面对火焰口132b进行目视确认。
火焰口132b是设置于壳体132a的底面的贯通孔。对于火焰口132b的形状，不特别地进行限定，可以设为矩形或圆孔形状。但是，从与金属系基材10的输送方向垂直地均匀进行火焰处理的观点来看，特别优选为矩形。另外，与金属系基材10的输送方向垂直的方向上的火焰口132b的宽度(在图2B中由W表示的宽度)只要是与进行火焰处理的金属系基材10的宽度相同或者更大即可，例如可以设为50～150cm左右。另一方面，与金属系基材10的输送方向平行的方向上的火焰口132b的宽度(在图2A中由L表示的宽度)可以根据可燃性气体的喷出稳定性等来适当设定，例如可以设为1～8mm左右。具有这种结构的燃烧器头部的燃烧器已有市售，其例子包括Flynn Burner公司(美国)的品名为F-3000的产品、以及FinecomI&T公司(韩国)的品名为FFP250的产品等。
另外，火焰处理部13所包括的气体供给管的一端与燃烧器头部132连接，另一端与气体混合部连接。气体混合部是与可燃气体瓶等可燃气体供给源以及空气瓶、氧瓶、压缩空气机、鼓风机等助燃气体供给源连接，用于对可燃气体和助燃气体进行预先混合的部件。此外，为了使从气体混合部供给到气体供给管的可燃性气体中的氧的浓度恒定，火焰处理部13也可以根据需要具备用于对气体供给源供给氧的氧供给器。
火焰处理部13的燃烧器头部132在输送部15的上部以与输送部15的上表面隔开间隙的方式配置，从火焰口对通过输送部15与燃烧器头部132之间的金属系基材10喷出火焰。燃烧器头部132与金属系基材10之间的距离可根据燃烧能量、金属系基材10的厚度等适当选择。燃烧器头部132的火焰口与金属系基材10的被火焰处理面之间的距离通常优选设为10～120mm左右，更优选为10～80mm左右，进一步优选为20～50mm。在燃烧器头部132与金属系基材10之间的距离过近的情况下，有时因金属系基材10的翘曲等而导致金属系基材10与燃烧器头部132接触。另一方面，在燃烧器头部132与金属系基材10之间的距离过远的情况下，火焰处理需要大量的能量。此外，在本实施方式中，燃烧器头部132以相对于金属系基材10的表面垂直地发出火焰的方式配置，但也可以以相对于金属系基材10的表面呈一定的角度地发出火焰的方式配置燃烧器头部132。
下面，对使用了本实施方式的火焰处理装置100的火焰处理方法进行说明。在使用了本实施方式的火焰处理装置100的火焰处理中，首先，通过输送部15沿一定方向以一定速度输送金属系基材10。此时，根据所期望的燃烧能量适当选择金属系基材10的输送速度，通常可以设为5～150m/分钟，更优选为20～100m/分钟，进一步优选为30～80m/分钟。通过以5m/分钟以上的速度输送金属系基材10，从而能够高效地进行火焰处理，并且能够抑制金属系基材10的温度过度升高。另一方面，在金属系基材10的输送速度过快的情况下，容易因金属系基材10的移动而产生气流，有时会出现火焰处理不均匀的情况。
接下来，湿度测定部16测定外部空气的湿度，并将该温度输出到控制部12(湿度测定工序)。既可以是湿度测定部16连续地测定湿度，也可以是根据需要来对湿度进行测定。另外，第一温度测定部11测定由输送部15输送的金属系基材10的被火焰处理面或背面的温度，并将该温度输出到控制部12(第一温度测定工序)。既可以是第一温度测定部11连续地对金属系基材10的被火焰处理面或背面的温度进行测定，也可以是间歇性地每隔一定间隔对温度进行测定。
从湿度测定部16和第一温度测定部11接收到了湿度和火焰处理前温度的控制部12基于预先输入的金属系基材10的信息(导热率、厚度等)以及湿度、火焰处理前温度等，决定燃烧能量，并进行火焰处理部13的控制(火焰处理工序)。此外，也可以是，以还考虑到金属系基材10的输送速度、供给到火焰处理部13的可燃气体的种类等的方式，决定燃烧能量。作为具体的方法，由控制部12将火焰处理前温度及湿度与针对该金属系基材10预先制作的校准曲线等进行比较参照，计算为了与火焰处理开始同时地将金属系基材10的被火焰处理面的温度提高到56℃以上所需的热量。并且，对为了进行金属系基材10的表面处理所需的热量以及为了提高金属系基材10的温度所需的热量进行总计，并将其作为燃烧能量，利用火焰处理部13进行火焰处理。另外，上述校准曲线也可以是根据金属系基材10的输送速度、可燃气体的种类来制作的校准曲线。通过使用这样的校准曲线，能够更准确地将火焰处理时的金属系基材10的表面温度控制为56℃以上。然后，基于该燃烧能量，对来自火焰处理部13的气体供给管的气体供给量等进行调整，从而调整针对金属系基材10的火焰发出量。此外，根据燃烧能量来控制火焰处理部13的方法不限于气体供给量的调整，例如也可以是改变火焰处理部13的燃烧器头部132的火焰口与金属系基材10的被火焰处理面之间的距离等方法。
在此，对于火焰处理部13所发出的火焰的输出，优选在如下范围内进行调整，即，燃烧器头部132的火焰口的每10mm宽度的输出为250kJ/小时～14000kJ/小时，更优选在1000kJ/小时～12000kJ/小时的范围内进行调整，进一步优选在2000kJ/小时～10000kJ/小时的范围内进行调整。若火焰口的每10mm宽度的输出小于250kJ/小时，则难以将金属系基材10的温度瞬间提高到60℃以上并进行火焰处理。另一方面，若火焰口的每10mm宽度的输出超过14000kJ/小时，则可燃气体的流速过快而火焰的形状变得不稳定，有时会出现处理不均匀等不良情况。
另外，在火焰处理部13燃烧的气体的例子包括：氢、液化石油气(LPG)、液化天然气(LNG)、乙炔气体、丙烷气体和丁烷等。其中，从容易形成所期望的火焰的观点来看，优选为LPG或LNG，特别优选为LPG。另一方面，助燃气体的例子包括空气或氧，从可操作性等方面考虑，优选为空气。
对于经由气体供给部而供给到燃烧器头部132的可燃性气体中的可燃气体与助燃气体的混合比，可以根据可燃气体和助燃气体的种类适当设定。例如，在可燃气体为LPG，助燃气体为空气的情况下，优选相对于LPG的体积1，将空气的体积设为24～27，更优选设为25～26，进一步优选设为25～25.5。另外，在可燃气体为LNG，助燃气体为空气的情况下，优选相对于LNG的体积1，将空气的体积设为9.5～11，更优选设为9.8～10.5，进一步优选设为10～10.2。
另一方面，在本实施方式的火焰处理装置100中，第二温度测定部14测定由火焰处理部13进行了火焰处理之后的金属系基材10的火焰处理后温度，并将该温度输出到控制部12。也就是说，利用火焰处理后温度，确认火焰处理后温度是否在所期望的范围内(例如在从被火焰处理面侧进行测定的情况下为56℃以上；在从背面侧进行测定的情况下，所期望的范围虽因金属系基材10的导热率、火焰处理部13所发出的火焰的强度等而异，但例如为56℃以上等)，并由控制部12对火焰处理条件进行适当修正。既可以是第二温度测定部14连续地测定金属系基材10的被火焰处理面或背面的温度，也可以是根据需要来对温度进行测定。
(其他)
在上述中，对控制部基于由第一温度测定部测定的火焰处理前温度、由第二温度测定部测定的火焰处理后温度、由湿度测定部测定的湿度、金属系基材的导热率、金属系基材的厚度、输送部对于金属系基材的输送速度、以及可燃气体的种类等决定燃烧能量的实施方式进行了说明，但也可以是，控制部仅基于由第一温度测定部测定的火焰处理前温度决定燃烧能量。此时，可以根据需要参照火焰处理后温度或湿度来对燃烧能量进行修正。另外，火焰处理装置也可以不具有湿度测定部或第二温度测定部。另外，也可以从火焰处理前温度、火焰处理后温度、湿度、金属系基材的导热率、金属系基材的厚度、金属系基材的输送速度和可燃气体的种类中任意组合两个以上决定燃烧能量。
并且，在上述实施方式中，以金属系基材10为平板状的情况为例进行了说明，但金属系基材10也可以卷绕成线圈状等。另外，对于金属系基材10的厚度、宽度，不特别地进行限制，可根据金属系基材10的种类或用途来适当选择。
(效果)
如上所述，在以往的火焰处理装置中，存在以下问题：在对金属系基材进行火焰处理时，因燃料的燃烧而产生的水容易在金属系基材表面结露而无法充分进行金属系基材的火焰处理。另外，虽然为了抑制结露，也有实施在火焰处理前对金属系基材进行预加热等的处理，但从处理装置大型化，或工序变得繁琐等观点来看仍然存在问题。
相对于此，在本发明的火焰处理装置中，控制部以使火焰处理时的金属系基材的表面温度成为56℃以上的方式决定燃烧能量。也就是说，在本发明的火焰处理装置中，以与火焰处理开始同时地使金属系基材的表面温度成为56℃以上的方式进行火焰处理。因此，即使因燃料的燃烧而产生水分，也不易在金属系基材表面发生结露，因而不易阻碍火焰处理。其结果，能够高效地均匀地进行例如金属系基材的亲水化处理或附着于金属系基材表面的尘埃、油脂等的除去等。
2.涂装金属板的制造装置
本发明的涂装金属板的制造装置是用于制造在金属板上具有涂膜的涂装金属板的装置，其可以构成为包括：用于在金属板上涂覆涂料并形成涂膜的涂膜形成部、以及用于对该涂膜进行火焰处理的火焰处理装置。
对于涂装金属板的制造中使用的金属板的种类，不特别地进行限定，如上所述，在对包含导热率为10W/mK以上的金属板的金属系基材进行火焰处理时，容易在其表面发生结露。因此，本发明的涂装金属板的制造装置在将涂膜形成于导热率为10W/mK以上的金属板上来制造涂装金属板时非常有用。
对于这样的金属板的种类，不特别地进行限制，其例子包括热浸镀Zn-55％Al合金钢板等镀层钢板；普通钢板、不锈钢钢板等钢板；铝板；铜板等。另外，在不阻碍本发明的效果的范围内，还可以在金属板的表面形成化学转换处理被膜、底涂涂膜等。并且，在不损害本发明的效果的范围内，还可以对该金属板进行压花加工、深拉成型加工等凹凸加工。
另外，对于涂覆于金属板上的涂料的种类，不特别地进行限定，但是通过涂覆后述的包含有机硅树脂的涂料并进行火焰处理，能够得到表面的亲水性高、不易产生雨痕污垢的涂装金属板。下面，参照图3对本发明的一实施方式的涂装金属板的制造装置进行详细说明，但本发明不限于该实施方式。
本实施方式的涂装金属板的制造装置200包括用于在金属板23上形成涂膜的涂膜形成部20以及用于对由该涂膜形成部20形成的涂膜进行火焰处理的火焰处理装置100。此外，虽然在本实施方式的涂装金属板的制造装置200中，涂膜形成部20的输送部与上述的火焰处理装置100的输送部15是共用的，但是也可以分别形成涂膜形成部20的输送部和火焰处理装置100的输送部。另外，在涂装金属板的制造装置200中，也可以在涂膜形成部20与火焰处理装置100之间包含其他结构。在此，对于本实施方式的涂装金属板的制造装置200所包括的火焰处理装置100，由于与上述的火焰处理装置100相同，所以对各结构标以相同的附图标记，并省略说明。
本实施方式的涂装金属板的制造装置200中的涂膜形成部20具有用于涂覆涂料的涂覆部21以及用于使涂料硬化的硬化部22。涂覆部21是用于对金属板23涂覆涂料的机构，在本实施方式中为辊涂机。但是，涂覆部21的种类不限于辊涂机，可根据涂料的种类、金属板的种类、大小、形状等适当选择。涂覆部21例如也可以设为公知的旋涂机、帘涂机、喷涂机、浸涂机、喷墨装置等。
另一方面，硬化部22是用于使通过涂覆部21涂覆的涂料硬化的机构，在本实施方式中为烘箱。另外，为了以短时间使涂料硬化，本实施方式的硬化部22(烘箱)还具有能够以使板面风速成为0.9m/s以上的方式吹送风的送风功能。但是，硬化部22的种类不限于烘箱，可根据涂料的种类适当选择，在涂料具有紫外线固化性的情况下等，硬化部22可以为紫外线照射机构等。
下面，对使用了本实施方式的涂装金属板的制造装置的涂装金属板的制造方法进行说明。在使用了本实施方式的涂装金属板的制造装置200的涂装金属板的制造方法中，首先，通过输送部15，沿一定方向以一定速度对金属板23进行输送。金属板23的输送速度可以设为与上述的火焰处理装置100中的金属系基材10的输送速度相同。然后，在涂覆部21中，对通过输送部15输送的金属板23的表面涂覆涂料(涂料涂覆工序)。对于此时的涂覆膜厚，可根据涂装金属板的种类适当选择，优选以使硬化后的膜(涂膜)的厚度成为3～30μm左右的方式进行涂覆。该厚度是根据涂膜的比重以及通过喷砂等除去涂膜前后的涂装金属板的重量差，通过重量法求出的值。在涂膜过薄的情况下，有时涂膜的耐久性和隐蔽性不充分。另一方面，在涂膜过厚的情况下，有时制造成本增加，并且在硬化时发生起泡。
对于由上述涂覆部21涂覆的涂料的种类，虽然不特别地进行限定，但如上所述，优选为包含有机硅树脂的涂料。这样的涂料除了包含有机硅树脂以外，还可以根据需要包含树脂、固化剂、无机颗粒、有机颗粒、着色颜料、溶剂等。此外，在本说明书中，有机硅树脂是指烷氧基硅烷部分水解缩合而成的化合物，其虽然以三维状的交联型结构为主体，但尚未达到凝胶化，是可溶于有机溶剂的聚合物。对于有机硅树脂所含的三维状的交联型结构，不特别地进行限制，例如可以为笼状、梯状和无规状中的任一种。此外，在本说明书中，四烷氧基硅烷和仅使四烷氧基硅烷水解缩合而成的缩合物(有机硅酸盐)不包含在有机硅树脂中。
由于有机硅树脂包含三维状的交联型结构，所以若将涂料涂覆于金属板23，则有机硅树脂转移到膜的表面侧。而且，若利用火焰处理装置100对包含这样的有机硅树脂的膜进行火焰处理，则有机硅树脂所含的有机基团(例如，甲基、苯基等)被均匀地除去，且硅醇基、硅氧烷键被导入到涂膜表面。其结果，最终得到的涂装金属板的表面的亲水性均匀地提高，耐雨痕污垢性变得非常好。另外，通过使有机硅树脂在涂膜表面均匀地排列，从而涂膜的耐损伤性也变得良好。
在此，涂料所含的有机硅树脂的重量平均分子量优选为700～50000，更优选为1000～10000。若有机硅树脂的重量平均分子量小于700，则在硬化部22中有机硅树脂容易挥发而有时污染硬化部22，或使耐雨痕污垢性变得不充分。另一方面，若重量平均分子量超过50000，则可能存在涂料的粘度容易增高，难以通过涂覆部21均匀地涂覆的情况。此外，上述有机硅树脂的重量平均分子量是通过凝胶渗透色谱法(GPC,gel permeationchromatography)测定的聚苯乙烯换算量。
另外，涂料中，相对于其固体成分100质量份，优选包含1～10质量份的有机硅树脂，更优选包含2～6质量份。若涂料包含该范围的有机硅树脂，则火焰处理后的涂膜表面的亲水性充分提高，涂装金属板的耐雨痕污垢性良好。另外，涂膜表面的硬度也较高。
另一方面，涂料所含的树脂只要是成为涂膜的粘合剂的成分即可。该树脂的例子包括：聚酯树脂、聚酯聚氨酯树脂、氨基-聚酯树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、氨基-丙烯酸树脂、聚偏氟乙烯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、聚乙烯醇树脂、酚醛树脂、氟树脂等高分子化合物。这些当中，由于污垢附着性较低，所以优选为聚酯树脂、聚酯聚氨酯树脂、氨基-聚酯树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸聚氨酯树脂、氨基-丙烯酸树脂、聚偏氟乙烯树脂，尤其是，由于耐气候性较高，所以优选为聚酯树脂或丙烯酸树脂。
对于涂料所含的树脂的量，可根据涂装金属板的树脂的种类适当选择。从得到的涂膜的强度等的观点来看，相对于其固体成分100质量份，优选上述树脂为25～60质量份，更优选为30～50质量份。
另外，对于涂料根据需要而包含的固化剂的种类或量，可根据涂装金属板的用途、或树脂的种类适当选择，优选相对于上述树脂100质量份，上述固化剂的量为5～20质量份，更优选为7～15质量份。若固化剂的量为上述范围，则由涂料得到的涂膜的固化性良好。
另外，涂料也可以包含公知的无机颗粒或有机颗粒。它们的平均粒径优选为4～80μm，更优选为10～60μm。无机颗粒、有机颗粒的平均粒径是通过库尔特计数法测定的值。此外，对于无机颗粒或有机颗粒的形状，不特别地进行限定，但从容易调整得到的涂膜的表面状态的观点来看，优选为大致球状。另外，对于涂料包含的无机颗粒和/或有机颗粒的量，可根据所期望的涂膜的表面状态等适当选择，优选相对于涂料的固体成分100质量份，无机颗粒和/或有机颗粒的量为总计1～40质量份。
并且，涂料也可以根据需要而包含着色颜料。着色颜料的平均粒径例如可以设为0.2～2.0μm。并且，涂料也可以根据需要包含有机溶剂。该有机溶剂只要能够使上述有机硅树脂、树脂、固化剂、无机颗粒、有机颗粒等充分溶解或分散即可，不特别地进行限制。
在通过上述涂覆部21进行涂料的涂覆后，利用输送部15将金属板23向硬化部22侧输送，由硬化部22(在本实施方式中为烘箱)使涂膜硬化(涂料硬化工序)。在本实施方式中，从防止涂料中的树脂等的分解且得到均质的涂膜的观点来看，优选将金属板23加热到120～300℃，更优选加热到150～280℃，进一步优选加热到180～260℃。不特别地限制加热时间，从与上述相同的观点来看，优选为3～90秒，更优选为10～70秒，进一步优选为20～60秒。
另外，此时，也可以以使板面风速成为0.9m/s以上的方式吹送风。在一般的涂料中，有时涂料中的低分子量成分挥发而污染硬化部22。相对于此，在上述的涂料中，有机硅树脂与其他成分形成氢键。因此，即使一边吹送风一边使涂料硬化，有机硅树脂也不易挥发，因而不易污染加热装置。
接下来，通过输送部15将形成有涂膜的金属板(金属系基材10)输送至火焰处理装置100侧，对涂膜进行火焰处理。利用上述方法，对在上述涂料涂覆工序和涂料硬化工序(也将这些统称为“涂膜形成工序”)中形成的涂膜表面进行火焰处理。此外，在本实施方式中，优选上述的控制部12以使得在对涂膜表面进行火焰处理时，其表面温度成为56℃以上且150℃以下的方式决定燃烧能量。换言之，优选控制部12以与火焰处理开始同时地，使涂膜的表面温度成为56℃以上且150℃以下的方式调整火焰处理部13的火焰发出量。若包含有机硅树脂或其硬化物的涂膜的表面温度超过150℃，则有涂膜的亲水性变低的倾向，难以充分提高涂装金属板的耐雨痕污垢性。
(其他)
在上述的实施方式中，使用包含有机硅树脂的涂料形成涂膜，并对涂膜进行火焰处理，但是涂料的种类不限于包含有机硅树脂的涂料，例如也可以使用包含有机硅酸盐等的涂料来形成涂膜，并进行火焰处理。
(效果)
在本实施方式的涂装金属板的制造装置中，在金属板上形成涂膜之后，对该涂膜进行火焰处理。在该涂装金属板的制造装置中，如上所述，由于以在对形成有涂膜的金属板(金属系基材)进行火焰处理时，使其表面温度成为56℃以上的方式决定燃烧能量，所以即使因燃料的燃烧而产生水分，也不易在涂膜表面发生结露，因而不易阻碍火焰处理。其结果，能够均匀地对金属系基材10进行亲水化处理，例如能够得到耐雨痕污垢性高的涂装金属板等。
[实施例]
下面，参照实施例对本发明进行详细说明，但本发明不限于这些实施例。
1.涂料的制备
将数均分子量5,000、玻璃化转变温度30℃、羟基值28mgKOH/g的高分子聚酯树脂(DIC公司制)与甲氧基90摩尔％甲基化三聚氰胺树脂固化剂(三井CYTEC公司制CYMEL(注册商标)303)混合，得到了作为基底的包含聚酯树脂和三聚氰胺树脂固化剂的组合物。聚酯树脂与甲基化三聚氰胺树脂固化剂的混合比设为70/30。
以嵌段基脱离后的磺酸量相对于涂料的固体成分量成为1质量％的方式，将由下述通式表示的嵌段磺酸催化剂加入到了上述组合物中。
[化学式1]
Figure BDA0002600580830000171
(R11表示碳数为10的烷基，R12表示碳数为1的烷基)
并且，将具有下述表所示的结构的甲基/苯基系有机硅树脂，以相对于涂料的总固体成分量分别成为5质量％的方式进行了添加。此外，在下述表中，T单元表示有机硅树脂中包含的、来源于三烷氧基硅烷的结构单元，D单元表示来源于二烷氧基硅烷的结构单元。另外，该表中所记载的“甲基/苯基”表示具有甲基的结构单元与具有苯基的结构单元之比。并且，“相对于Si原子量的硅醇基量”是指硅醇基的量(摩尔)相对于有机硅树脂中的Si原子的量(摩尔)的比例。
[表1]
Figure BDA0002600580830000181
2.评价
使用上述涂料，以如下方式制作了涂装金属板。
2-1.金属板的准备
准备板厚为0.27mm、A4尺寸(210mm×297mm)、单面镀层附着量为90g/m2的热浸镀Zn-55％Al合金钢板作为金属板，并对表面进行了碱脱脂。其后，向该表面涂覆涂覆型铬酸盐处理液(日本涂料株式会社制NRC300NS)，使得Cr的附着量成为50mg/m2。并且，利用辊涂机涂覆环氧树脂系底层涂料(日本FINE COATINGS株式会社制700P)，使得固化膜厚成为5μm。接下来，以基材的峰值板温(最高到达板温)为215℃的方式进行焙烧，从而得到了形成有底层涂膜的镀层钢板(以下，简称为“镀层钢板”)。
2-2.涂料的涂覆
以使得固化膜厚成为18μm的方式，利用辊涂机在上述镀层钢板上涂覆上述的涂料，并以峰值板温为225℃，板面风速为0.9m/s的条件焙烧了90秒。
2-3.火焰处理
对上述涂料的涂膜进行了火焰处理。具体而言，对火焰处理前(火焰处理15秒前)的涂装金属板的涂膜的温度(火焰处理前温度)和外部空气的湿度进行了测定。火焰处理前的涂装钢板的温度为20～28℃。外部空气的绝对湿度为2.2g/m2。然后，将该火焰处理前温度和外部空气的湿度与预先制作的校准曲线进行对照，以使火焰处理时的涂装金属板的涂膜表面的温度成为所期望的温度的方式决定了火焰的燃烧能量。然后，基于所决定的燃烧能量进行火焰处理。作为火焰处理用燃烧器，使用了Flynn Burner公司(美国)制的F-3000。另外，作为可燃性气体，使用了通过气体搅拌机将液化石油气(可燃气体)和由鼓风机获取的外部空气混合而成的混合气体(液化石油气:外部空气(体积比)＝1:25)。此外，将涂膜的输送方向上的燃烧器头部的火焰口的长度(在图2A中由L表示的长度)设为4mm。另一方面，将燃烧器头部的火焰口的与输送方向垂直的方向上的长度(在图2B中由W表示的长度)设为450mm。并且，将燃烧器头部的火焰口与涂膜表面之间的距离设为20mm。而且，利用气体流量调整了燃烧能量。此外，对火焰处理后(从火焰处理结束起10秒后)的涂装金属板的涂膜表面的温度也进行了测定，对火焰处理时的涂装金属板的涂膜的表面温度是否成为所期望的温度进行了确认。火焰处理后的涂装金属板的涂膜表面温度也如表2所示。
2-4.试验
对以实施例和比较例的火焰处理条件制作的涂装钢板进行了以下的试验。其结果如表2所示。
(1)对于水的接触角的测定
对使用实施例和比较例中所制备的涂料制作的涂装金属板的涂膜表面的对于水的接触角进行了测定。测定方式如下：在气温23℃±2℃、相对湿度50％±5％的恒温恒湿度室中形成0.01cc的净化水的水滴，使用协和界面科学株式会社制的接触角计DM901进行了测定。
(2)耐雨痕污垢性的评价
以如下方式对耐雨痕污垢性进行了评价。
首先，将使用在实施例和比较例中所制备的涂料制作的涂装金属板分别安装于垂直暴露台。并且，将波纹板以相对于地面的角度为20°的方式安装于该涂装金属板的上部。此时，以使雨水在涂装金属板表面上呈条状流动的方式设置了波纹板。在该状态下，进行了两个月的室外暴露试验，观察了污垢的附着状态。以如下方式，根据暴露前后的涂装金属板的亮度差(ΔL)进行了对于耐雨痕污垢性的评价。
×：ΔL为2以上的情况(污垢显眼)
△：ΔL为1以上且小于2的情况(雨痕污垢不显眼但能够目视确认)
〇：ΔL小于1的情况(雨痕污垢几乎无法目视确认)
◎：ΔL小于1且雨痕污垢完全无法目视确认
其中，将○、◎设为合格。
[表2]
Figure BDA0002600580830000201
如上述表2所示，在以使火焰处理时的涂膜表面温度超过56℃的方式设定火焰的燃烧能量，并进行火焰处理的情况下，对于水的接触角足够低，进而雨痕污垢也不易产生(实施例1～6)。可以做出如下推测：在这些实施例中，在火焰处理时未发生结露，充分地进行了火焰处理。
另一方面，在以使火焰处理时的涂膜表面温度小于56℃的方式设定火焰的燃烧能量，并进行火焰处理的情况下，难以充分提高对于水的接触角(比较例1～3)。可认为在这些比较例中，可燃气体中的水分发生结露，阻碍了火焰处理。
本申请主张基于在2018年1月26日提出的日本专利申请特愿2018-011809号的优先权。将该申请的说明书以及附图中记载的内容全部引用到本申请说明书中。
工业实用性
根据本发明的火焰处理装置及涂装金属板的制造装置，能够对涂装金属板进行火焰处理，而不进行预热处理，不使因燃料的燃烧而产生的水分结露。因此，在对导热率高的各种金属系基材进行火焰处理时非常有用，例如能够用于各种建筑物的外装建材的制造等。
附图标记说明
10：金属系基材
11：第一温度测定部
12：控制部
13：火焰处理部
14：第二温度测定部
15：输送部
16：湿度测定部
20：涂膜形成部
21：涂覆部
22：硬化部
23：金属板
100：火焰处理装置
132：燃烧器头部
132a：壳体
132b：火焰口
133：气体供给管
200：涂装金属板的制造装置

Claims (13)

1.一种火焰处理装置，其特征在于，包括：
第一温度测定部，其对金属系基材的火焰处理前温度进行测定；
控制部，其基于由所述第一温度测定部测定出的所述火焰处理前温度，以使火焰处理时的所述金属系基材的表面温度成为56℃以上的方式决定火焰的燃烧能量；以及
火焰处理部，其基于由所述控制部决定的所述燃烧能量，对所述金属系基材进行火焰处理。
2.如权利要求1所述的火焰处理装置，其中，
还具有第二温度测定部，所述第二温度测定部对所述金属系基材的火焰处理后温度进行测定，
所述控制部基于所述火焰处理前温度和所述火焰处理后温度决定所述燃烧能量。
3.如权利要求2所述的火焰处理装置，其中，
还具有湿度测定部，所述湿度测定部对外部空气的湿度进行测定，
所述控制部基于所述外部空气的湿度、所述火焰处理前温度和所述火焰处理后温度决定所述燃烧能量。
4.如权利要求1～3中任一项所述的火焰处理装置，其中，
还具有输送部，所述输送部对所述金属系基材进行输送，
沿着所述输送部的输送方向依次配置有所述第一温度测定部和所述火焰处理部。
5.一种涂装金属板的制造装置，其特征在于，包括：
涂膜形成部，其用于在金属板上涂覆涂料，并形成涂膜；以及
权利要求1～4中任一项所述的火焰处理装置，
所述火焰处理装置对由所述涂膜形成部形成的所述涂膜进行火焰处理。
6.一种涂装金属板的制造方法，其特征在于，包括如下工序：
涂膜形成工序，在导热率为10W/mK以上的金属板上涂覆涂料，并在所述金属板上形成涂膜；
第一温度测定工序，对形成有所述涂膜的金属板的温度进行测定；以及
火焰处理工序，基于在所述第一温度测定工序中测定出的温度，以使火焰处理时的所述涂膜的表面的温度成为56℃以上的方式决定火焰的燃烧能量，并进行火焰处理。
7.如权利要求6所述的涂装金属板的制造方法，其中，
所述火焰处理工序是基于在所述第一温度测定工序中测定出的温度和所述金属板的导热率决定所述燃烧能量，并进行火焰处理的工序。
8.如权利要求6或7所述的涂装金属板的制造方法，其中，
所述火焰处理工序是以使火焰处理时的所述涂膜的表面的温度成为56℃以上且150℃以下的方式进行火焰处理的工序。
9.如权利要求6所述的涂装金属板的制造方法，其中，
还包括第二温度测定工序，所述第二温度测定工序是对所述火焰处理工序后的形成有所述涂膜的金属板的温度进行测定的工序，
所述火焰处理工序是至少基于在所述第一温度测定工序中测定出的温度和在所述第二温度测定工序中测定出的温度决定所述燃烧能量，并进行火焰处理的工序。
10.如权利要求9所述的涂装金属板的制造方法，其中，
还包括湿度测定工序，所述湿度测定工序是对外部空气的湿度进行测定的工序，
所述火焰处理工序是至少基于在所述第一温度测定工序中测定出的温度、在所述第二温度测定工序中测定出的温度和在所述湿度测定工序中测定出的湿度决定所述燃烧能量，并进行火焰处理的工序。
11.如权利要求6所述的涂装金属板的制造方法，其中，
在所述火焰处理工序中，一边沿一定方向输送形成有所述涂膜的金属板，一边进行火焰处理，
所述火焰处理工序是至少基于在所述第一温度测定工序中测定出的温度和所述金属板的输送速度决定所述燃烧能量，并进行火焰处理的工序。
12.如权利要求6所述的涂装金属板的制造方法，其中，
所述火焰处理工序是至少基于在所述第一温度测定工序中测定出的温度和在所述火焰处理时供给的可燃气体的种类决定所述燃烧能量，并进行火焰处理的工序。
13.如权利要求6～12中任一项所述的涂装金属板的制造方法，其中，
所述涂料包含有机硅树脂。
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