JP2000516996A - 金属表面を処理するための組成物および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 陽イオンポリマーおよびアルカリ水性シリケートを含有する実質的にシランを含まない水溶液と金属表面を接触させることからなる金属表面に親水性被覆を形成する方法。

Description

【発明の詳細な説明】 金属表面を処理するための組成物および方法発明の分野 本発明は、金属表面上に親水性被覆を形成する方法に関する。特に、本発明は 多くの異なる金属表面に等しく効果的である一段階の非クロム処理に関する。こ のような金属は、アルミニウム、鋼鉄、亜鉛被覆した鋼鉄および亜鉛-アルミニ ウム被覆した鋼鉄を包含する。発明の背景 金属表面の変換被覆の目的は、腐食耐性を与えること、および最終被覆の接着 を改善することである。変換被覆は、ペイント、インク、ラッカーおよびプラス チックのような最終被覆層の接着を改善する。 伝統的に、クロメートが変換被覆化合物として利用されている。クロメートは 、様々な種類の金属または合金（例えばアルミニウム、鋼鉄、亜鉛メッキした鋼 鉄および亜鉛−アルミニウム被覆した鋼鉄）に対して許容し得る性能を示すこと が知られている。通常、クロメート変換被覆は、６価または３価のクロムイオン 、リン酸イオンまたはフッ素イオンを含有する水溶液と金属表面との接触によっ て付与される。しかし、このような方法によって川または水路中に排出されたク ロメートまたはホスフェートの汚染作用に関する重大な問題が生じている。６価 のクロムイオンの高い溶解性および強い酸化特性のために、従来のクロメート変 換被覆方法は、それらの排出を制御するために極度の廃棄物処理操作を必要とす る。 クロムを含まない多くの許容し得る変換被覆が開発されているが、それらの利 用は、わずか１種類の金属基材に制限されることが多い。しかし、多くの工業上 の操作は、異なる金属種の連続加工を包含する。望ましくないクロム化合物を用 いないときには、工業的な金属加工業者は、異なる金属種ごとに変換被覆浴を変 えることを強いられる。これは、高い加工費用と許容できない休止時間を生じる 。 例えば、自動車蒸発器の運転中に、水分がアルミニウムフィン上に凝縮する。 フィン表面が疎水性であるときには、凝縮水は、小滴の形態で、フィン間の架橋 を形成することができ、空気の流れに対する抵抗を増加させ、蒸発器の効率を低 下させる。 親水性表面を得るための蒸発器の従来の前処理は、クロメート変換被覆の形成 とそれに続く最終のシリケートすすぎを包含する。クロメート被覆はシリケート に対する基盤を形成し、これが表面に親水性を与えると考えられる。前処理系の 性能は、蒸発器コアを試験スタンドに置き、空調系中に「フック」することによ って調べることができる。装置が作動したときに、水が蒸発器フィン上で凝縮し 、フィン表面を横切る空気流を測定する。試験中の種々の時間に測定した、ぬれ たフィンを横切る空気圧の変化[ウェット・デルタＰ(Wet Delta P):水のインチ] が、親水性被覆の性能の指標である。圧力変化が小さいほど、良好な被覆を示す 。 最初の圧力低下(ウェット・デルタＰ)は、クロメート／シリケート法では低い が、試験中に圧力低下が着実に増加する。この時間的な性能の変化は、シリケー ト被覆が装置の長時間運転中に除去されることを示唆する。蒸発器は、その機能 を十分に果たすように適当な大きさにしなければならないので、この効率の低下 は蒸発器の設計において配慮されるにちがいない。 従って、クロメート変換被覆を利用しない金属表面処理を有することが望まし い。非クロメート変換被覆とそれに続くシリケート最終すすぎは市販のものを利 用できるが、親水性被覆を形成する方法を１段階に組み合わせ、このようにして 水消費および廃棄物排出を減少させることが望ましい。これが本発明の組成物お よび方法によって達成される。発明の要約 本発明者らは、金属表面に親水性被覆を与える特別の金属変換被覆を発見した 。本発明の被覆は、アルカリ水性シリケートおよび陽イオン性物質を含む実質的 にシランを含まない水溶液から形成される。好ましい態様の詳細な説明 本発明者らは、実質的にシランを含まないアルカリ水性シリケートと陽イオン 性物質の水溶液を金属表面に適用することによって金属表面を前処理する効果的 な方法を発見した。また、全材料を単一溶液中に混合し、単一適用で標的金属表 面に使用することができる。 本発明の変換被覆組成物の独特の特徴は、例えば、アルミニウム、鋼鉄、亜鉛 被覆した鋼鉄(亜鉛メッキ)および亜鉛−アルミニウム被覆した鋼鉄(Galvalume^R) のような金属の表面に親水性被覆を与えるための改善された処理を提供すること である。 本発明において用いるアルカリシリケートは、オルトまたは縮合シリケートの いずれかから誘導される。以下に挙げる無機陰イオンの水溶性塩、特にこれらの ナトリウム、カリウムおよびアンモニウム塩を本発明の実施において用いること ができる。そのような化合物は以下の通りである： メタシリケート：SiO₃ ^2- オルトシリケート：SiO₄ ^4- ジシリケート：Si₂O₅ ^2- 混合シリケート：Na₂O・xSiO₂（式中、ｘ＝1〜5） アルミノシリケート：Na₂O・xAl₂O₃・ySiO₂(式中、x+y＝3〜5)。 好ましい無機シリケートは、SiO₂とNa₂Oの比が約２：１〜約１：１であるアルカ リ性ジおよびメタシリケートである。 本発明に係る陽イオン性物質は、低〜中程度の分子量であって、高い電荷密度 を有し、架橋または直鎖の縮合または付加ポリマーであってよい陽イオンポリマ ーである。これらの数平均分子量は1,000〜600,000の範囲であり、これらは水溶 性である。電荷密度は、PVSKコロイド滴定法[H.Terayama、Kayaku no Kenkya、V ol.1、p75、1948；H.Terayama、Kayaku no kenkya、Vol.4、p31、1949；R.Senju 、「コロイド滴定法」、Nandoko、東京、1969]によって測定したときに、約1.5〜1 2.0meq/g活性ポリマーの範囲で活性である。 望ましい性能特性を示すこれらポリマーは以下の通りである： 原料の溶解性に依存して、アルカリシリケートおよび陽イオンポリマーを、単 一の水溶液として、またはすすぎ工程を介在させるかもしくは介在させずに順次 適用することができる。 処理溶液を従来の任意の方法、例えば噴霧、浸漬拭い取りによる湿潤、流れ塗 り、浸漬などの方法により、処理すべき金属表面に適用してよい。一般に浸漬が 好ましい。本発明の最終溶液は、その場で乾燥するのが好ましい。 以下の例示スキームは、本発明において意図されている好ましい適用順序をま とめるものである。このスキームにおいて、「＋」は、物質が溶液中に混合され ていることを示す。 アルカリシリケート＋陽イオンポリマー 本発明に係る成分を、少なくとも１ｇ／Ｌの陽イオンポリマーおよび少なくと も２ｇ／Ｌのアルカリ水性シリケートの量で添加することができるが、約1〜5 ｇ／Ｌの陽イオンポリマーおよび2〜10g／Ｌのアルカリ水性シリケートの処理レ ベルが好ましく、約３g／Ｌの陽イオンポリマーおよび約７g／Ｌのシリケートが 特に好ましい。実施例 以下にいくつかの具体的実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、こ れら実施例は単なる説明のためのものとみなすべきであり、本発明の範囲を制限 するものではない。 ウエット・デルタＰは、「模擬」運転で蒸発器を動かし、100時間間隔でフィ ンを横切る空気圧の変化を測定することを指す。より低いウエット・デルタＰは 、より親水性の表面およびより効果的な被覆を示す。 調べた全ての処理について、表面と接触させた最終溶液は約7.3g／ＬのSiO₂ を含んでいた。処理スキームは以下の通りであった： a)洗浄／すすぎ／すすぎ／処理Ａまたは処理Ｂ／オーブン乾燥、または b)洗浄／すすぎ／すすぎ／クロメートまたは処理Ｃ／すすぎ／シリケート （のみ）／オーブン乾燥。表１ ： 処理Ａ：7.4g/ＬのSiO₂および3.3g/Ｌの陽イオンポリマー（ポリマーIV）を含む 溶液 処理Ｂ：7.5g/LのSiO₂および12.5g/Ｌの陰イオンポリマー(アクリル酸とアクリ ルアミドのコポリマー)を含む溶液 処理Ｃ：市販品で行うことができる非クロメート処理（フルオ酸＋陰イオンポリ マー） 処理Ａの被覆は高い初期デルタＰを持っていたが、このデルタＰは、試験期間 の増加につれて均一化する傾向にあった。これは、従来の処理法、例えばクロメ ート／シリケート被覆、陰イオンポリマー／シリケート被覆および非クロメート 処理／シリケート被覆よりも明らかな利点を与える(従来の処理法については、 ウエット・デルタＰは時間とともに増加し続け、このことは被覆の有効性の低下 および蒸発器の効率の低下を示す)。表１において、最長の暴露時間であっても 、処理Ａのウエット・デルタＰは、比較的短い暴露時間の従来の処理よりも低い 値であった。 本発明をその特定の態様に関連して説明したが、本発明の多くの他の形態およ び修飾が当業者にとって自明であることが明らかである。添付した請求の範囲お よび本発明は、本発明の真の思想および範囲の内にあるこれら全ての自明の形態 および修飾を包含するものと広く解すべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1．金属表面に親水性被覆を形成させる方法であって、金属表面を、 a)少なくとも１g／Ｌの約1,000〜600,000の分子量を持つ陽イオンポリマー、 および b)少なくとも２g／Ｌのアルカリ水性シリケート、 を含み、実質的にシランを含まない水溶液と接触させることからなる方法。 2．陽イオンポリマーが、以下の群： ・ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、 ・ジメチルアミンとエピクロロヒドリンとエチレンジアミンの縮合生成物、 ・ジメチルアミンとエピクロロヒドリンの縮合生成物、 ・ジエチレントリアミンとアジピン酸とエピクロロヒドリンの縮合生成物、 および ・ヘキサメチレンジアミン釜残とエチレンジクロリドとエピクロロヒドリン の縮合生成物、 から選択される請求項１に記載の方法。 3．アルカリ水性シリケートが、メタシリケート、オルトシリケート、ジシリ ケート、アルミノシリケートおよびNa₂O・xSiO₂(式中、x=1〜5)からなる群から選 択される請求項１に記載の方法。 4．シリケートがSiO₂およびNa₂Oからなる請求項１に記載の方法。 5．陽イオンポリマーが約1.5〜12.0meq／g活性ポリマーの電荷密度を有する請 求項１に記載の方法。 6．金属がアルミニウム、鋼鉄、亜鉛メッキした鋼鉄および亜鉛−アルミニウ ム被覆した鋼鉄からなる群から選択される請求項１に記載の方法。 7．約1〜5g／Lの陽イオンポリマーを金属表面と接触させる請求項１に記載の 方法。 8．約2〜10g／Ｌのアルカリ水性シリケートを金属表面と接触させる請求項１ に記載の方法。 9．約３g／Ｌの陽イオンポリマーおよび約７g／Ｌのアルカリ水性シリケート を金属表面と接触させる請求項１に記載の方法。