JP2001170553A - 耐食性及び耐汚染性に優れた無機塗装金属板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光触媒及び防錆顔料の相互作用によって著し
く高い耐食性を示し、耐汚染性に無優れた無機塗装鋼板
を提供する。 【構成】 この無機塗装金属板は、シリカ系又はアルミ
ナ系のバインダーを含み、光触媒粒子及び防錆顔料が分
散された塗膜が金属基板の表面に形成されている。防錆
顔料には、リン酸塩，モリブデン酸塩，クロム酸塩，シ
リケートから選ばれた１種又は２種以上が使用される。
光触媒粒子は、単独の配合量で５質量％以上，光触媒粒
子との合計配合量で１０〜８０質量％の割合で無機系塗
膜に分散させることが好ましい。金属基板には、普通鋼
板，めっき鋼板，ステンレス鋼板，アルミ板，アルミ合
金板等がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、長期にわたって優れた
耐食性を維持し、耐汚染性も良好な無機塗装金属板及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】意匠性，耐候性，耐食性を改善するた
め，合成樹脂を主成分とする塗料組成物で外装建材の表
面を被覆することが知られている。なかでも、フッ素樹
脂，アクリルウレタン樹脂，メラミン樹脂，アクリルシ
リコン樹脂等の架橋構造をもつ樹脂は，優れた耐候性を
呈する塗膜を形成することから高耐候性樹脂として使用
されている。他方，汚れが比較的付着しがたく，付着し
ても洗い落としやすくするため、無機酸化物を主成分と
する塗料組成物で外装建材を被覆する方法も採用されて
いる。無機酸化物の塗膜は、親水性表面をもち、雨水と
共に汚れを容易に洗い流す作用を呈する。しかし，親水
性であることから、塗膜を浸透した雨水が基材表面に達
し、錆が発生しやすくなることが欠点である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】基材の腐食を防止する
ため、一般にはクロム酸塩系，リン酸塩系等の防錆顔料
をプライマー層に添加している。防錆顔料を添加した無
機塗膜で被覆された建材は，防錆顔料無添加の塗装建材
に比較して耐食性が改善されているものの、普通鋼やめ
っき鋼板を基材に使用した場合には赤錆が発生しやす
く、基材と塗膜との界面でフクレの発生もあることから
長期間の耐食性が望めない。本発明は、このような問題
を解消すべく案出されたものであり、防錆顔料と光触媒
とを無機塗膜に複合添加することにより、基板からのＦ
ｅの溶出に起因する赤錆発生に対して強い抑制作用を呈
し、長期間にわたって赤錆発生のない耐食性に優れた無
機塗装金属板を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の無機塗装金属板
は、その目的を達成するため、シリカ系又はアルミナ系
のバインダーを含み、光触媒粒子及び防錆顔料が分散さ
れた塗膜が金属基板の表面に形成されていることを特徴
とする。防錆顔料には、リン酸塩，モリブデン酸塩，ク
ロム酸塩，シリケートから選ばれた１種又は２種以上が
使用される。光触媒粒子は、単独の配合量で５質量％以
上，光触媒粒子との合計配合量で１０〜８０質量％の割
合で無機系塗膜に分散させることが好ましい。金属基板
には、普通鋼板，めっき鋼板，ステンレス鋼板，アルミ
板，アルミ合金板等がある。この無機塗装金属板は、無
機顔料を含むシリカゾル及び／又はアルミナゾルを金属
基板に塗布し、ＳｉＯ₂及び／又はＡｌ₂Ｏ₃前躯体から
なるプライマー層を形成する熱処理を施した後、光触媒
及び防錆顔料を含むシリカゾル及び／又はアルミナゾル
を塗布し，無機塗膜を形成する熱処理を施すことにより
製造される。

【０００５】

【作用】光触媒活性を呈するＴｉＯ₂薄膜をゾル−ゲル
法やスパッタリング法で金属基板の表面に形成すると、
光照射下における耐食性が向上することが見出されてい
る。光触媒による耐食性の向上は、光照射で励起された
光触媒の表面で酸化反応が生じ、還元反応が金属基板側
で生じる結果としてのカソード防食によるものと考えら
れる。この場合、電子の界面移動を可能にするため光触
媒と金属基板が接触していることが必要である。他方、
絶縁材料であるシリカやアルミナをバインダーとする塗
膜に光触媒を分散させても、金属基板と塗膜との界面が
シリカ又はアルミナで絶縁されているため、光触媒反応
によるカソード防食は期待できない。ところが、シリカ
及び／又はアルミナ系バインダーを含む塗膜に光触媒及
び防錆顔料を複合添加すると耐食性が飛躍的に向上す
る。

【０００６】本発明者等は、光触媒及び防錆顔料の複合
添加が耐食性の向上に及ぼす影響を次のように考察し
た。たとえば、普通鋼板を金属基板に用い、防錆顔料を
配合した塗膜を形成した場合、水や腐食性イオンによっ
て金属基板が腐食されＦｅイオンが溶出し、ある程度の
Ｆｅイオンが防錆顔料で捕捉される。Ｆｅイオン量が防
錆顔料の捕捉能以下であれば、換言するとＦｅイオンの
溶出が始まる初期段階ではＦｅ₂Ｏ₃の発生、すなわち赤
錆の発生がみられない。しかし、Ｆｅイオン量が防錆顔
料の捕捉能を超える長期になると、溶出したＦｅイオン
がＦｅ₂Ｏ₃となり、赤錆が発生する。ここで、塗膜に光
触媒が共存すると、防錆顔料に捕捉されたＦｅイオン
は、光触媒反応で還元され、Ｆｅ₂Ｏ₃にはなりがたい。
その結果、赤錆に至らない安定錆となり、耐食性が大幅
に向上する。

【０００７】

【実施の形態】金属基板：金属基板としては、普通鋼
板，亜鉛めっき鋼板，アルミめっき鋼板等の各種めっき
鋼板，ステンレス鋼板，アルミ板，アルミ合金板などが
使用される。金属基板には、必要に応じてアルカリ脱
脂，クロメート処理，リン酸塩処理等の前処理が施され
る。また、めっき鋼板を金属基板に使用する場合、溶接
部からの発錆を防止するため、後工程で溶接個所となる
部分にジンク塗料，アルミ塗料等を予め施しておくこと
が好ましい。

【０００８】プライマー層：無機系顔料や防錆顔料を含
むオルガノシリカゾル及び／又はアルミナゾルを金属基
板に塗布し熱処理すると、隠蔽性のあるＳｉＯ₂及び／
又はＡｌ₂Ｏ₃前躯体からなるプライマー層が形成され
る。オルガノシリカゾルとしては、Ｒ¹Ｓｉ（ＯＲ²）₃
（Ｒ₁，Ｒ²：アルキル基）の構造をもつオルガノシリケ
ートを有機溶媒及び水に溶解させたものが使用される。
アルキル基は，特に制約するものではないが、熱処理後
に残留する有機成分を少なくする上で炭素数の少ないも
のほど好ましく、なかでもメチル基が好適である。アル
ミナゾルには、アルミニウムアルコキシドの加水分解生
成物やベーマイト構造をもつ微粒子を分散させたものが
使用される。

【０００９】プライマー層用の塗料には、隠蔽性及びあ
る程度の耐食性をもたせるため、プライマー層の質量基
準で５〜８０質量％（好ましくは３０〜７５質量％）の
顔料を配合することが好ましい。顔料の配合量が５質量
％に満たないと十分な隠蔽性が得られず、逆に８０質量
％を超える配合量では金属基板に対するプライマー層の
密着性が低下する。プライマー層形成時の熱処理温度
は、６０〜３５０℃の範囲で選定される。６０℃未満の
熱処理温度では、乾燥が不充分となり、トップ層を形成
する際にムラが発生しやすくなる。逆に３５０℃を超え
る熱処理温度では、プライマー層にクラックが発生し、
金属基板からプライマー層が剥離しやすくなる。

【００１０】トップ層：金属基板に形成されたプライマ
ー層の上に、光触媒及び防錆顔料を含むオルガノシリカ
ゾル及び／又はアルミナゾルを塗布して熱処理すること
により、耐食性に優れたトップ層を形成する。トップ層
用のオルガノシリカゾル及びアルミナゾルとしては、プ
ライマー層と同様なものが使用される。オルガノシリカ
ゾル及び／又はアルミナゾルには、単独の配合量で５質
量％以上，防錆顔料との合計配合量で１０〜８０質量％
（好ましくは２０〜５０質量％）の光触媒が配合され
る。光触媒の配合量が５質量％に満たないと十分な耐食
性が得られないが、防錆顔料との合計配合量が８０質量
％を超えるとトップ層の密着性が低下する。

【００１１】光触媒としては、ＴｉＯ₂，ＺｎＯ，Ｗ
Ｏ₃，ＦｅＴｉＯ₃，ＳｒＴｉＯ₃等の１種又は２種以上
が使用される。なかでも，化学的に安定であり、安価で
活性度の高い微粒子が得られることから、アナターゼ型
のＴｉＯ₂が好ましい。防錆顔料には、クロム酸ストロ
ンチウム，クロム酸バリウム，クロム酸亜鉛等のクロム
酸塩，モリブデン酸カルシウム，モリブデン酸亜鉛，モ
リブデン酸ストロンチウム等のモリブデン酸塩，リン酸
チタニウム，リン酸カルシウム，リン酸亜鉛，リン酸ア
ルミニウム等のリン酸塩，カルシウムシリケート等のシ
リケートの１種又は２種以上が使用される。

【００１２】トップ層形成時の熱処理温度は、１５０〜
４００℃の範囲で選定される。１５０℃未満の熱処理温
度では、シリカ系又はアルミナ系塗膜の縮重合が不充分
で、密着不良を引き起こしやすい。クラックは、４００
℃を超える熱処理温度でも発生しやすくなる。このとき
の熱処理温度は、プライマー層形成時の熱処理温度より
も高く設定することが好ましい。好適には、塗膜の乾燥
を促進させるためプライマー層形成時の熱処理温度を８
０〜１４０℃に設定し、トップ層形成時の熱処理温度を
１５０〜３００℃に設定する。この温度設定により、プ
ライマー層とトップ層との間に強固な結合が得られ、ト
ップ層形成時の熱処理でプライマー層に対するトップ層
の密着性が向上する。その結果、金属基板に対する密着
性が良好で、優れた耐食性を呈するクラックのない塗膜
が形成される。また、トップ層に配合されている光触媒
の光触媒反応によって塗膜に付着している汚れ，油等の
有機成分が分解され、塗膜表面が親水性であることと相
俟って、雨水等によって汚れ，油等を洗い流すセルフク
リーニング作用が発現される。このようにして得られる
無機塗装鋼板は、優れた耐食性及び耐汚染性を活用し、
長期にわたって戸外に曝される外装建材や外置きの家電
機器筐体等として使用される。

【００１３】

【実施例】無機塗装鋼板の製造 製造法１（本発明例）：板厚０．５ｍｍの亜鉛めっき鋼
板にアルカリ脱脂及びリン酸亜鉛処理を施した後、水
洗，乾燥した。次いで、ジルコニアで表面処理されたル
チル型酸化チタン（白色顔料）及びクロム酸ストロンチ
ウム（防錆顔料）を分散させたシリカゾルを塗布し、１
４０℃で２０分間焼成することによりプライマー層を形
成した。更に、粒径２０ｎｍのアナターゼ型ＴｉＯ₂及
び防錆顔料を分散させたシリカゾルをプライマー層の上
に塗布し、２００℃で２０分間焼成することによりトッ
プ層を形成した。 製造法２（本発明例）：アルミめっき鋼板を金属基板に
使用し、シリカゾルをアルミナゾルに代えた以外は、製
造例１と同様に塗膜を形成した。

【００１４】製造法３（比較例）：トップ層に防錆顔料
を配合しない以外は、製造法１と同様に塗膜を形成し
た。 製造法４（比較例）：トップ層にＴｉＯ₂を配合しない
以外は、製造法１と同様に塗膜を形成した。 製造法５（比較例）：トップ層に防錆顔料を配合しない
以外は、製造法２と同様に塗膜を形成した。 製造法６（比較例）：トップ層にＴｉＯ₂を配合しない
以外は、製造法２と同様に塗膜を形成した。

【００１５】無機塗装鋼板の性能評価 得られた各無機塗装鋼板から試験片を切り出し、次の塗
膜密着性試験，耐食性試験及び耐汚染性試験に供した。 塗膜密着性試験：試験片を沸騰水に２時間浸漬して冷却
した後、碁盤目部として１ｍｍ間隔で縦・横直角に１１
本の線を交差させるようにカッターで塗膜に切れ目を入
れ、感圧接着テープで剥離した。テープ剥離後に試験片
の表面を観察し、塗膜剥離が検出されなかったものを
○，碁盤目が１個でも剥離したものを×として塗膜密着
性を評価した。 耐食性試験：試験片に５％塩水を噴霧し、噴霧３０００
時間後でも試験片表面に赤錆が発生しなかったものを
○，１０００〜３０００時間の噴霧で赤錆が発生したも
のを△，１０００時間に達しない塩水噴霧で赤錆が発生
したものを×として耐食性を評価した。 耐汚染性試験：無機塗装鋼板に雨筋が垂れるように波板
を取り付けた無機塗装鋼板を地面に対し９０度で設置し
た暴露試験で評価し、取付け直後と３ヶ月経過後の明度
差ΔＬ値が±１以内のものを○，±１を超えるものを×
として耐汚染性を評価した。

【００１６】表１及び表２の調査結果に見られるよう
に、トップ層にＴｉＯ₂粒子を単独で分散させた塗膜
（製造法３，５）ではトップ層の耐食性はほとんどな
く、トップ層に防錆顔料を単独で分散させた塗膜（製造
法４，６）では耐食性の向上が若干窺われるものの不充
分であり、耐汚染性も不足している。これに対し、Ｔｉ
Ｏ₂及び防錆顔料を複合分散させた塗膜（製造法１，
２）では、耐食性が大幅に向上しており、耐汚染性も良
好であった。

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の無機塗
装鋼板は、光触媒及び防錆顔料を複合分散させたシリカ
系又はアルミナ系塗膜を設けているので、光触媒及び防
錆顔料の相互作用によって著しく高い耐食性を示す。塗
膜に含まれている光触媒は、有機物を分解する作用があ
るため、通常の汚れは勿論、雨筋汚れも防止される。し
たがって、この無機塗装鋼板は、長期にわたって美麗な
表面を維持し、長寿命が要求される外装建材や外置きの
家電製品用筐体等として使用される。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4D075 BB26Z CA33 CA34 DA06 DB02 DB04 DB05 DB07 DC03 EA12 EC02 EC03 EC15 EC54 EC60 4F100 AA01B AA04B AA19A AA19B AA19C AA20A AA20B AA20C AB01A AB03A AB04A AB10A AB31A BA03 BA07 BA10A BA10B CA13B CA30B DE01B EH46A EH46B EH46C EH71A EJ41C EJ65C GB07 GB48 JB02 JL06 JL08B JM01A 4K044 AA02 AA03 AA06 BA10 BA11 BA12 BA13 BA14 BA15 BA17 BA21 BB03 BB11 BC02 CA53 CA62

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリカ系又はアルミナ系のバインダーを
   含み、光触媒粒子及び防錆顔料が分散された塗膜が金属
   基板の表面に形成されている耐食性及び耐汚染性に優れ
   た無機塗装金属板。
2. 【請求項２】 防錆顔料がリン酸塩，モリブデン酸塩，
   クロム酸塩，シリケートから選ばれた１種又は２種以上
   である請求項１記載の無機塗装金属板。
3. 【請求項３】 光触媒粒子が単独の配合量で５質量％以
   上，光触媒粒子と防錆顔料との合計配合量で１０〜８０
   質量％の割合で塗膜に分散している請求項１記載の無機
   塗装金属板。
4. 【請求項４】 金属基板が普通鋼板，めっき鋼板，ステ
   ンレス鋼板，アルミ板又はアルミ合金板である請求項１
   記載の無機塗装金属板。
5. 【請求項５】 無機顔料を含むシリカゾル及び／又はア
   ルミナゾルを金属基板に塗布し、ＳｉＯ₂及び／又はＡ
   ｌ₂Ｏ₃前躯体からなるプライマー層を形成する熱処理を
   施した後、光触媒及び防錆顔料を含むシリカゾル及び／
   又はアルミナゾルを塗布し，無機塗膜を形成する熱処理
   を施すことを特徴とする耐食性及び耐汚染性に優れた無
   機塗装金属板の製造方法。