JP2001214283A

JP2001214283A - 表面処理亜鉛系めっき鋼板

Info

Publication number: JP2001214283A
Application number: JP2000348627A
Authority: JP
Inventors: Chiyoko Tada; 千代子多田; Shigeru Unno; 茂海野; Hiroyuki Ogata; 浩行尾形
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2001-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】表面処理にクロムを使用することなく得られ
る、耐アルカリ性、平板部耐食性、塗装後耐食性、アル
カリ脱脂後耐食性、上塗り塗装密着性および耐指紋性に
特に優れる表面処理亜鉛系めっき鋼板の提供。【解決手段】亜鉛系めっき鋼板の表面に、（ａ）Ｍｇ、
ＭｎおよびＡｌの金属化合物であり、りん酸塩、炭酸
塩、硝酸塩、酢酸塩、水酸化物およびフッ化物から選ば
れる少なくとも１種の金属化合物、（ｂ）水溶性有機樹
脂および（ｃ）酸を含有する水性組成物を塗布して形成
された皮膜層を有する表面処理亜鉛系めっき鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表面処理亜鉛系めっ
き鋼板に関し、より詳しくは表面処理にクロムを使用す
ることなく得られる、耐アルカリ性、耐食性、塗装後耐
食性、アルカリ脱脂後耐食性、上塗り塗装密着性に特に
優れる表面処理亜鉛系めっき鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より亜鉛めっき鋼板、亜鉛−アルミ
めっき鋼板などの亜鉛系めっき鋼板は家電、自動車、建
築等の分野で広く使用されている。これらの鋼板は、鋼
板の耐食性向上のために、めっきの上にクロメート被覆
処理を施して、もしくはクロメート被覆処理を施した上
にさらに有機皮膜を施して使用されている。有機皮膜を
施す場合、このクロメート皮膜は有機皮膜との密着性を
向上させるという役割も果たす。

【０００３】しかし、クロメート皮膜は耐食性や塗装密
着性に優れているものの、６価クロムを含有するので、
クロメート被覆工程において水質汚染防止法に規定され
る特別な排水処理を行う必要があり、コストアップにな
る欠点を有していた。このため、鋼板、特に亜鉛系めっ
き鋼板の白錆の発生を防止するために、クロムを用いな
い表面処理技術が求められ、例えば、下記のように数多
くの提案がなされている。

【０００４】（１）特開平５−１９５２４４号公報に
は、(a) 少なくとも４個のフッ素原子と、チタン、ジル
コニウムなどの少なくとも１個の元素とからなる陰イオ
ン成分（例えば、（ＴｉＦ₆ ^2-）で示されるフルオロチ
タン酸）、(b) コバルト、マグネシウムなどの陽イオン
成分、(c) ＰＨ調節のための遊離酸および(d) 有機樹脂
を含有するクロムフリー組成物からなる金属の表面処理
方法が提案されている。しかし、この方法で得られる表
面処理金属板は、その上層に慣用の下塗りおよび上塗り
保護用組成物を塗布した場合に耐食性を発揮することが
明示されているのみで、皮膜単体では耐食性は十分とは
言えない。

【０００５】（２）特開平９−２４１８５６号公報に
は、(a) 水酸基含有共重合体、(b) りん酸、および(c)
銅、コバルトなどの金属を含むりん酸系化合物を含有す
るクロムフリー組成物からなる金属の表面処理方法が提
案されている。しかし、この方法で得られる表面処理金
属板は、優れた加工後の裸耐食性、塗装密着性を示すも
のの、残存した官能基やりん酸が存在することから、耐
アルカリ性およびアルカリ脱脂後の耐食性の確保が困難
である。

【０００６】（３）特開平１１−５００１０号公報に
は、(a) ポリヒドロキシエーテルセグメントと不飽和単
量体の共重合体セグメントを有する樹脂、(b) りん酸お
よび(c) カルシウム、コバルトなどの金属のりん酸塩を
含有するクロムフリー組成物からなる金属の表面処理剤
が提案されている。しかし、この表面処理剤を用いて得
られる表面処理金属板は、優れた裸耐食性を示すもの
の、表面処理剤の主成分である(a) 樹脂の主骨格がエポ
キシ系からなるために上塗り塗装密着性が不十分であっ
た。

【０００７】（４）特開平１１−１０６９４５号公報に
は、(a) マンガン、コバルトなどの多価金属イオン、
(b) フルオロ酸、りん酸などの酸、(c) シランカップリ
ング剤および (d)重合単位２〜５０の水溶性重合体を水
性媒体に溶解した水溶性表面処理剤が提案されている。
しかし、この表面処理剤を用いて得られる表面処理金属
材料は、耐食性を保つために、処理液中の酸成分による
金属表面のエッチング作用を利用して難溶性の樹脂皮膜
を形成させ、メッキ面との密着性を向上させるためにシ
ランカップリング剤を用いているが、この方法では界面
の密着性が不十分なために、上塗り塗装後の耐食性の確
保が困難である。

【０００８】（５）特開平１１−２９７２４号公報に
は、(a) チオカルボニル基含有化合物、(b) りん酸イオ
ンおよび(c) 水分散性シリカを含有する水性防錆コーテ
ィング剤を亜鉛被覆鋼にコーティングする方法が提案さ
れている。しかし、特開平１１−２９７２４号公報記載
の方法におけるチオカルボニル基含有化合物のような硫
化物は、そもそも亜鉛などの金属表面に吸着しやすく、
さらに、りん酸イオンと共存すると、チオカルボニル基
含有化合物のチオール基イオンが、コーティング時に活
性な亜鉛表面のサイトに吸着されて防錆効果を発揮す
る。この表面処理方法で得られた亜鉛被覆鋼または無被
覆鋼は、表面を＝Ｎ−Ｃ（＝Ｓ）−基や−Ｏ−Ｃ（＝
Ｓ）−基を有する層により被覆されると高耐食性を有す
るが、上塗り塗装密着性が不十分である。

【０００９】（６）特開平９−３１６６５５号公報に
は、(a) 水酸基およびカルボキシル基含有共重合体、
(b) りん酸、(c) Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ
等の化合物の１種あるいは２種以上および (d)Ｓｉ
Ｏ₂、ＺｒＯ₂、ＳｎＯ₂、Ａｌ₂Ｏ ₃、Ｓｂ₂Ｏ₅の
コロイドの１種あるいは２種以上を含有するクロムフリ
ー組成物を用いた電磁鋼板の表面処理方法が提案されて
いる。しかし、この方法で得られる電磁鋼板は、優れた
耐食性を示すものの、残存する官能基、酸成分の影響に
より、耐アルカリ性、アルカリ脱脂後耐食性の確保が困
難である。

【００１０】また、前記（１）〜（４）の方法におい
て、金属板に十分な付着量の表面処理剤（被覆剤、コー
ティング剤）を被覆した場合、すなわち、十分な膜厚の
皮膜を施した場合には、まずまずの耐食性が得られる
が、例えば、金属板の凸部などの一部が露出するような
皮膜が施されていたり、膜厚が薄過ぎる場合には、耐食
性が極めて不十分であった。つまり、金属板に対する表
面処理剤の被覆率が１００％の場合にのみ、耐食性があ
るが、被覆率が１００％未満の場合には耐食性が不十分
であった。また、これら表面処理のうち、特に（２）、
（６）は金属塩と樹脂との架橋による緻密な樹脂皮膜の
形状で耐食性を確保しているが、樹脂官能基量に比べ架
橋剤である金属の絶対量が不足しているために多量の官
能基が未架橋のまま皮膜中に残存し、耐アルカリ性およ
びアルカリ脱脂後の耐食性を劣化させるという問題があ
った。

【００１１】さらに、前記（１）〜（６）の従来技術
は、いずれも金属表面と表面処理剤が形成する皮膜とを
界面で強固に付着させる発想に基づく技術である。微視
的に捕らえれば、金属表面と表面処理剤とは完全には密
着し得ないので、密着性向上には限界があった。したが
って、端面が露出する腐食環境では、金属表面と表面処
理皮膜との界面で腐食が進行しやすいという問題点があ
った。

【００１２】特に最近、パソコン、複写機などの事務
機、エアコンなどの家電製品においては、リサイクルの
観点から、クロムを含有せず、耐食性を有し、さらにア
ルカリ脱脂後や上塗り塗装後の擦り傷等を受けた後も、
なお高耐食性を有する表面処理鋼板が求められている。
しかし、従来のクロムを用いない技術の数多くの提案の
中で、かかる耐食性（平板部）、耐アルカリ性、アルカ
リ脱脂後耐食性、塗装後耐食性および上塗り塗装密着性
が満足できる表面処理亜鉛系めっき鋼板を開示するもの
はない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたもので、表面処理剤の被覆工程および得
られた表面処理金属材料の使用に際して、特別な排水処
理が不要で、かつ優れた平板部耐食性、耐アルカリ性、
アルカリ脱脂後耐食性、塗装後耐食性、上塗り塗装密着
性を兼備した表面処理亜鉛系めっき鋼板を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記目的を
達成するため、鋭意検討した結果、亜鉛系めっき鋼板の
表面に、クロメート被覆することなく、有機樹脂、金属
化合物および酸を含有する水性組成物を塗布することに
より、特に耐食性、耐アルカリ性、および上塗り塗装密
着性に優れた皮膜層を形成できることを見出し、本発明
を完成するに至った（以下、耐食性は平板部耐食性と塗
装後耐食性の両方を意味し、耐アルカリ性は耐アルカリ
性とアルカリ脱脂後耐食性の両方を意味する）。

【００１５】すなわち、本発明は、亜鉛系めっき鋼板の
表面に、下記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を含有する水
性組成物を塗布して形成された皮膜層を有する表面処理
亜鉛系めっき鋼板を提供するものである。（ａ）Ｍｇ、ＭｎおよびＡｌの金属化合物であり、りん
酸塩、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、水酸化物およびフッ化
物から選ばれる少なくとも１種の金属化合物（ｂ）水溶性有機樹脂（ｃ）酸

【００１６】また、本発明において、前記水溶性有機樹
脂が、カルボキシル基含有単量体の重合体の少なくとも
１種および／またはカルボキシル基含有単量体とその他
の重合性単量体との共重合体の少なくとも１種である
と、好ましい。

【００１７】さらに、前記酸が、りん酸、酢酸、硝酸お
よびフッ酸から選ばれる少なくとも１種であると、好ま
しい。

【００１８】また、前記（ａ）金属化合物の他に、さら
に、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｓ
ｒ、Ｙ、Ｃｕ、Ｃａ、ＶおよびＢａから選ばれる少なく
とも１種の金属を含有する金属化合物を含むと、好まし
い。

【００１９】また、前記水性組成物が、酸として、さら
に、２価以上の金属に配位可能な有機酸を含むと、好ま
しい。

【００２０】さらにまた、前記水性組成物が、さらに多
価フェノールカルボン酸を含むと、好ましい。

【００２１】また、前記水性組成物が、さらに水分散性
樹脂を含むと、好ましい。前記水性組成物が、さらにカ
ップリング剤を含むと、好ましい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の表面処理亜鉛系め
っき鋼板（以下、「本発明の鋼板」という）について、
詳細に説明する。本発明の鋼板は、亜鉛系めっき鋼板の
表面に、（ａ）金属化合物、（ｂ）水溶性有機樹脂およ
び（ｃ）酸を含む水性組成物を塗布して形成された皮膜
層を有するものである。

【００２３】本願で言う「亜鉛系めっき」とは、亜鉛を
含むめっきを総じて称し、純亜鉛めっきはもとより、亜
鉛を含む合金めっき、亜鉛を含む複合分散めっきのいず
れも含む。このような亜鉛系めっきをさらに具体的に例
示すれば、純Ｚｎめっき、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき、Ｚｎ
−Ｆｅ合金めっき、Ｚｎ−Ｃｒ合金めっき、Ｚｎ−Ｃｏ
合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ合金めっきなどの二元系Ｚｎ合
金めっき、Ｚｎ−Ｎｉ−Ｃｒ合金めっき、Ｚｎ- Ｃｏ-
Ｃｒ合金めっきなどの三元系Ｚｎ合金めっき、またＺｎ
−ＳｉＯ₂めっき、Ｚｎ−Ｃｏ−Ｃｒ−Ａｌ₂Ｏ₃めっ
きなどの亜鉛系複合分散めっきを挙げることができる。
これらの亜鉛系めっきには、電気めっき法や、溶融めっ
き法などを適宜用いることにより得られる。

【００２４】皮膜層を形成する水性組成物の（ａ）成分
である金属化合物は、Ｍｇ、ＭｎおよびＡｌの金属化合
物であり、りん酸塩、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化
物およびフッ化物から選ばれる少なくとも１種である。
すなわち、Ｍｇ、ＭｎおよびＡｌを必須成分として含有
する下記の（ａ−１）、（ａ−２）および（ａ−３）の
金属化合物（ａ−ｉ）を、それぞれ１種または２種以上
含むものである。（ａ−１）Ｍｇのりん酸塩、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、
水酸化物およびフッ化物から選ばれる少なくとも１種の
Ｍｇ化合物（以下、「Ｍｇ塩」という）（ａ−２）Ｍｎのりん酸塩、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、
水酸化物およびフッ化物から選ばれる少なくとも１種の
Ｍｎ化合物（以下、「Ｍｎ塩」という）（ａ−３）Ａｌのりん酸塩、炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、
水酸化物およびフッ化物から選ばれる少なくとも１種の
Ａｌ化合物（以下、「Ａｌ塩」という）

【００２５】また、水性組成物は、（ａ）金属化合物と
して、金属化合物（ａ−ｉ）以外に、さらに、Ｚｎ、Ｃ
ｏ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｙ、Ｃｕ、
Ｃａ、ＶおよびＢａのりん酸塩、炭酸塩、酢酸塩、硝酸
塩、水酸化物およびフッ化物から選ばれる少なくとも１
種の金属化合物（ａ−ｉｉ）を含むと、さらに高い耐食
性、耐アルカリ性を得ることができるため、好ましい。
これらの金属化合物（ａ−ｉｉ）は１種単独または２種
以上の組み合わせが水性組成物中に含まれていてもよ
い。これらの金属化合物（ａ−ｉｉ）の中でも、Ｚｎの
炭酸塩、酢酸塩および水酸化物を併用すると、後述する
安定なＺｎ系腐食生成物の形成に有効であるため、好ま
しい。

【００２６】水性組成物中の（ａ）金属化合物の（ａ−
ｉ）および（ａ−ｉｉ）の金属化合物を含めた合計の含
有量は、水性組成物中の固形分の５〜６０重量％が好ま
しく、特に５〜５０重量％の範囲が好ましい。また、
（ａ）金属化合物として複数の金属化合物を使用する場
合、各金属化合物は、１〜５０重量％の割合で水性組成
物中に含有させるのが好ましい。合計の含有量が５重量
％未満では耐食性が劣り、６０重量％を超えると溶接性
が劣る傾向がある。さらに、（ａ）金属化合物として、
金属化合物（ａ−ｉ）と（ａ−ｉｉ）を併用する場合、
（ａ−ｉ）／（ａ−ｉｉ）の含有割合は、水性組成物中
での安定性の点で、０．５〜５の範囲が好ましく、特に
０．５〜４の範囲が好ましい。

【００２７】本発明において、これらの（ａ）金属化合
物の耐食性に及ぼす効果は明らかでないが、以下のよう
に推定される。すなわち、皮膜層下の亜鉛系めっきにお
いて、塩水噴霧環境下で特に皮膜層の傷部では、下記式
(1) および(2) の反応によって亜鉛が溶出し、式（3)お
よび(4) の反応によって電導性のあるＺｎＯが生成し、
さらに腐食が進行する。ここで、金属イオンＭが腐食部
に存在すると下記の式(5) の反応によってＭとＺｎから
なる安定な腐食生成物が形成されることで耐食性が発揮
される、と考えられる。アノード反応） Zn → Zn²⁺ + 2e ^- (1) カソード反応） H₂O + 1/2O₂+ 2e^-→2OH ^- (2) 腐食生成物の形成）Zn²⁺ + 2OH^-→ Zn(OH)₂ (3) Zn(OH)₂→ ZnO + H₂O (4) M ⁿ⁺ + Zn ²⁺ + xOH^-→ (M,Zn)(OH) _x (5) (M; Mg, Mn, AlあるいはさらにZn, Co, Ti, Sn, Ni, F
e, Zr, Sr, Y,Cu, Ca, V, Ba)

【００２８】水性組成物の（ｂ）成分である水溶性有機
樹脂は、カルボキシル基含有単量体の重合体（ｂ−１）
の少なくとも1 種、および／またはカルボキシル基含有
単量体とその他の重合性単量体との共重合体（ｂ−２）
の少なくとも１種であることが好ましい。カルボキシル
基含有単量体とその他の重合性単量体との共重合体（ｂ
−２）としては、水酸基含有単量体とカルボキシル基含
有単量体との共重合体（ｂ−２−１）が例示される。

【００２９】カルボキシル基含有単量体としては、例え
ば、エチレン性不飽和カルボン酸およびその誘導体を挙
げることができる。エチレン性不飽和カルボン酸の具体
例としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸等
のエチレン性不飽和モノカルボン酸、イタコン酸、マレ
イン酸、フマル酸等のエチレン性不飽和ジカルボン酸、
それらの誘導体として、カルボン酸のアルカリ金属塩、
アンモニウム塩、有機アミン塩を挙げることができる。
これらの中でも、好ましくは、アクリル酸、メタクリル
酸を使用することができる。

【００３０】水酸基含有単量体としては、例えば、（メ
タ）アクリル酸ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸
ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸３−ヒドロキ
シブチル、アクリル酸２，２−ビス（ヒドロキシメチ
ル）エチル、（メタ）アクリル酸２，３−ジヒドロキシ
プロピル、（メタ）アクリル酸３−クロル−２−ヒドロ
キシプロピル等の（メタ）アクリル酸ヒドロキシエステ
ル類、アリルアルコール類およびＮ−メチロールアクリ
ルアミド、Ｎ−ブトキシメチロール（メタ）アクリルア
ミド等のアルコールアミド類の還元性水酸基を含有する
単量体等を挙げることができ、これらは１種単独または
２種以上の組み合わせで用いられる。これらの中でも、
アクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒ
ドロキシエチルが好ましい。

【００３１】水溶性有機樹脂（ｂ）の組成は、特に限定
されないが、共重合体（ｂ−２）の場合には、カルボキ
シル基含有単量体が０．５重量％以上、好ましくは４０
〜９５．５重量％含まれているものが好ましい。カルボ
キシル基含有単量体が４０重量％以上であると、得られ
る皮膜層の緻密性が増大するため、耐食性が向上する。
一方、カルボキシル基含有単量体が９５．５重量％以下
であると、カルボキシル基同士の会合が特に起こらず有
効に作用する官能基の量が維持されるので好ましい。

【００３２】また、共重合体（ｂ−２）の場合に、その
他の重合性単量体が０．５〜６０重量％であり、カルボ
キシル基含有単量体が４０〜９５．５重量％であるのが
好ましい。その他の重合性単量体が０．５重量％未満で
あると、有機樹脂層と下地層との密着に寄与する官能基
が不足し、耐食性が劣化する虞がある。一方、その他の
重合性単量体が６０重量％を超えると、表面処理剤とし
ての安定性が損なわれる傾向があるので好ましくない。
また、水溶性有機樹脂を構成する（共）重合体の重量平
均分子量は特に限定されないが、１万〜数十万程度であ
る。

【００３３】水性組成物の（ｃ）成分である酸は、りん
酸、酢酸、硝酸、フッ酸、さらに、オキサル酢酸、トリ
カルバリル酸、クエン酸、イソクエン酸、コハク酸、リ
ンゴ酸、グルタル酸などの２価以上の金属イオンに配位
可能な有機酸が挙げられる。これらの中でも、りん酸、
酢酸、硝酸およびフッ酸からなる群から選ばれる少なく
とも１種が好ましい。また、前記の２価以上の金属イオ
ンに配位可能な有機酸を併用すると、めっき面のエッチ
ングを促進させ、金属化合物と配位子より緻密な皮膜層
を形成することができるため、有効である。

【００３４】本発明において、（ｃ）酸は、亜鉛系めっ
き鋼板の表面をエッチングし、皮膜の亜鉛系めっき鋼板
との密着性をさらに向上させ、皮膜剥離を防止し、耐食
性、耐アルカリ性を向上させる作用がある。水性組成物
の全固形分に占める酸の含有量は特に限定されないが、
好ましくは1 〜２０重量％、特に好ましくは５〜１５重
量％である。１重量％未満であると亜鉛めっきのエッチ
ングが不充分になり、耐食性が低下する。逆に２０重量
％を越えると、亜鉛めっきの溶解が早過ぎ、めっき面に
外観ムラが生じる。また、酸として前記の２価以上の金
属イオンに配位可能な有機酸を併用する場合は、全固形
分重量に対して１〜１０重量％含有せしめることが好ま
しい。含有量が1 重量％未満だとその効果が充分でなく
未架橋点を増大させかえって皮膜の緻密性を妨げる虞が
ある。また、１０重量％を超えると水性組成物としての
安定性が保てないためである。

【００３５】さらに、本発明において、水性組成物に
（ｄ）多価フェノールカルボン酸を配合すると、耐食
性、耐アルカリ性をさらに改善できるため、好ましい。
多価フェノールカルボン酸としては、タンニン酸、没食
子酸などが好適であり、水性組成物の固形分の０．１〜
２０重量％の割合で配合するのがよい。

【００３６】ここで、本発明において、（ａ）金属化合
物、（ｂ）水溶性有機樹脂および（ｃ）酸、ならびに好
ましくは（ｄ）多価フェノールカルボン酸を含む水性組
成物によって、耐食性及び耐アルカリ性に優れた皮膜層
を形成することができる理由について、充分明確ではな
いが次のように考えられる。一般に、カルボキシル基含
有樹脂、多価金属塩および酸を共存させた水溶液を塗
布、乾燥して造膜する際には、イオン化した金属が樹脂
分子間で擬似架橋をすることが知られている。その擬似
架橋により親水性の高いカルボキシル基含有有機樹脂に
よる被膜が耐水性を発現する。本発明では、その擬似架
橋を従来技術のごとく単に樹脂間で利用するだけでな
く、充分な酸成分の存在下でめっき面を強くエッチング
し、めっき界面近傍にフリーな金属イオンを生成するこ
とによって、めっき面と有機樹脂とを擬似架橋させ、皮
膜とめっき層とを密着させる。これと皮膜自体の緻密性
の向上により高耐食性化、高耐アルカリ性化を図ったも
のである。このとき、多価フェノールカルボン酸はめっ
き面に優先的に配向し樹脂層とめっき層の密着性をより
強固なものにする働きがある。また、Ｍｇ、Ｍｎおよび
Ａｌの全てが必須である理由は、カルボキシル基への配
位定数の異なる、この３種のイオンを共存させること
で、広いpH領域での擬似架橋反応を可能とし、より効率
的に、より緻密な被膜を形成し、耐アルカリ性を向上さ
せることができるからである。また、Ｍｇ、Ｍｎ、およ
びＡｌのイオンを共存させることに加え、さらにカルボ
キシル基含有量と金属イオンとの比を調整することによ
り、擬似架橋による架橋率を調整することが出来る。未
反応官能基は親水性をもつためアルカリ脱脂の際、皮膜
を溶解させ、アルカリ脱脂後の耐食性を低下させる。本
発明では、十分な量、種類の金属イオンを添加する、好
ましくは全金属イオン／カルボキシル基のモル比を０．
５〜２、さらに好ましくは１．０〜２とすることによ
り、従来技術では皮膜中に残存していた未反応官能基量
を著しく減少させることが可能となり、アルカリ脱脂後
の耐食性が向上すると考えられる。

【００３７】本発明において、水性組成物に、前記の
（ｂ）水溶性有機樹脂以外に、（ｅ）水分散性樹脂を含
有させることが可能である。水分散性樹脂は、酸性水溶
液中で安定に均一分散させることができるものであれば
特に限定されない。水分散性樹脂としては、アクリル−
スチレン系、ポリエステル系、アクリル系、ウレタン系
の従来の金属材料の表面処理に使用されているものが挙
げられる。これらは２種以上併用することもできる。こ
れらの水分散性樹脂を添加することによって、特にアル
カリ環境下での皮膜層の安定性が上昇し、耐食性、耐ア
ルカリ性、塗装密着性が改善される。含有量は特に制限
されないが、好適な範囲としては、全固形分重量に対し
て１〜１０重量％含有せしめることが好ましい。含有量
が１重量％未満だとその効果が充分でなく、アルカリ環
境下で塗膜に欠陥部が生じる。また、１０重量％を超え
ると塗料組成物としての安定性が保てないためである。

【００３８】本発明において、水性組成物は、（ａ）金
属化合物、（ｂ）水溶性有機樹脂および（ｃ）酸、なら
びに好ましくは（ｄ）多価フェノールカルボン酸、
（ｅ）水分散性樹脂以外に、カップリング剤を配合する
と、未反応官能基と反応することで皮膜の耐水性、耐食
性および耐アルカリ性をさらに向上させることができる
点で、好ましい。カップリング剤は、活性水素含有アミ
ノ基、エポキシ基、ビニル基、メルカプト基およびメタ
アクリロキシ基から選ばれた少なくとも１種の反応性官
能基を有するカップリング剤が好ましい。特に好ましい
のは、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、
ジルコニウムカップリング剤である。カップリング剤の
配合量は、従来の金属材料を表面処理する際に、表面処
理剤（組成物）、塗料等に配合される量と同程度であれ
ば、十分である。

【００３９】シランカップリング剤としては、例えばγ
−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロ
ピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−アミノエチル−γ−
アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−アミノエ
チル−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリ
シドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキ
シプロピルメチルジメトキシシラン、β−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、γ−メ
ルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロ
キシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシ
プロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシ
プロピルトリス（２−メトキシエトキシ）シラン、ビニ
ルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビ
ニルトリス（２−メトキシエトキシ）シラン、ビニルト
リアセトキシシラン、Ｎ−［２−（ビニルベンジルアミ
ノ）エチル］−３−アミノプロピルトリメトキシシラ
ン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランな
どをあげることができる。

【００４０】チタンカップリング剤としては、例えば、
ジ−イソプロポキシビス（アセチルアセトナト）チタ
ン、ジヒドロキシビス（ラクタト）チタン、ジイソプロ
ポキシ−ビス−（２，４−ペンタジオネート）チタニウ
ム、イソプロピルトリ（ジオクチルホスフェート）チタ
ネートなどをあげることができる。

【００４１】ジルコニウムカップリング剤としては、例
えば、アセチルアセトンジルコニウムブチレート、ジル
コニウムラクテート、ジルコニウムアセテートなどをあ
げることができる。

【００４２】本発明の鋼板に需要家で施される上塗り塗
装との密着性を上げ、さらには本皮膜の緻密性を上げる
ために、水性組成物に金属酸化物を配合することが好ま
しい。金属酸化物は、シリカ（ＳｉＯ₂）、ＭｇＯ、Ｚ
ｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｎＯ ₂，Ｓｂ₂Ｏ₃，Ｆｅ₂Ｏ
₃およびＦｅ₃Ｏ₄からなる群より選ばれる少なくとも
１種である。これらの中でも、安定な腐食生成物をつく
り、耐食性の向上に有効である点で、シリカが特に好ま
しい。シリカとしては、コロイダルシリカ、気相シリカ
などが好適である。シリカの粒径は特に制限されない
が、微粒子であるほど、表面処理剤成分との混合が緻密
になるので、好ましい。また、シリカは、シランカップ
リング剤と併用すると分散液としての安定性が向上する
相乗効果が得られるため、有効である。金属酸化物の配
合量は、従来公知の亜鉛系めっき鋼板の表面処理剤や塗
料に添加されている量と同程度使用すれば十分な効果を
発揮することができる。

【００４３】また、本発明において、その他の性能、例
えば、摺動性、耐傷付き性等の性能を付与するため、表
面処理剤である水性組成物にワックスその他の表面処理
剤に通常使用される各種添加剤を配合してもよい。

【００４４】本発明の鋼板において、皮膜層の厚さは
０．１〜５μｍであるのが好ましく、さらに０．３〜
２．０μｍであるのが好ましい。特に耐アルカリ性を考
慮すると１．０〜２．０μｍであるのが好ましい。厚さ
が５μｍを超えると、耐食性、耐アルカリ性の向上効果
はあるものの、コストアップとなる。一方、厚さが０．
１μｍ未満であると、耐食性、耐アルカリ性の向上効果
が小さくなる傾向がある。また、本発明の鋼板におい
て、その他の性能を付与するために、皮膜層の上層にさ
らに別の皮膜を積層させてもよい。

【００４５】本発明の鋼板を製造する方法としては、亜
鉛系めっき鋼板の表面に、前記した水性組成物を水性媒
体に溶解または分散させて調製された表面処理剤を塗布
し（接触させ）、リンガーロールで押圧し、乾燥して、
皮膜層を形成・硬化させる方法が一般的である。表面処
理剤を鋼板に塗布するには、ロールコート、スプレー塗
装、刷毛塗り、浸漬塗装、カーテンフローなどの方法を
用いる。また、塗布量・付着量は前記した膜厚の範囲内
となるように調整される。

【００４６】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を詳しく説明
する。（発明例１〜２１、比較例１〜４）下記金属板Ａ〜Ｆ
に、下記の各種有機樹脂Ａ〜Ｉまたは各種添加剤、金属
化合物（Ａｌ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｚｎ，・・・のりん
酸塩、酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、フッ化物な
ど）、その他の成分を第１表に記載した割合で含有し、
水を溶媒とする水性組成物をロールコート塗装した。そ
の後、２０秒で鋼板温度が１５０℃となるように加熱し
て、厚さが０．０５〜６μｍの皮膜層を形成して、試験
片を作製した。

【００４７】亜鉛系めっき鋼板Ａ〜Ｆ：板Ａ：電気亜鉛めっき鋼板（板厚：１．０ｍｍ、Ｚｎ：
２０ｇ／ｍ²）板Ｂ：電気亜鉛−ニッケルめっき鋼板（板厚：１．０ｍ
ｍ、Ｚｎ−Ｎｉ：２０ｇ／ｍ²、Ｎｉ：１２重量％）板Ｃ：溶融亜鉛めっき鋼板（板厚：１．０ｍｍ、Ｚｎ：
６０ｇ／ｍ²）板Ｄ：合金化溶融亜鉛めっき鋼板（板厚：１．０ｍｍ、
Ｚｎ：６０ｇ／ｍ²、Ｆｅ：１０重量％）板Ｅ：亜鉛５％アルミニウム鋼板（“ガルファン”、板
厚：１．０ｍｍ、６０ｇ／ｍ²、Ａｌ：５重量％）板Ｆ：亜鉛５５％アルミニウム鋼板（“ガルバリウ
ム”、板厚：１．０ｍｍ、６０ｇ／ｍ²、Ａｌ：５５重
量％）

【００４８】有機樹脂Ａ〜Ｉ：樹脂Ａ：アクリル酸／マレイン酸＝９０／１０（重量
比）樹脂Ｂ：アクリル酸／イタコン酸＝７０／３０（重量
比）樹脂Ｃ：メタクリル酸／イタコン酸＝６０／４０（重量
比）樹脂Ｄ：ブチルメタクリレート／アクリル酸／アクリル
酸２−ヒドロキシブチル＝２０／４０／４０（重量比）樹脂Ｅ：アクリル酸１−ヒドロキシブチル／ＭＭＡ／Ｂ
Ａ／スチレン／アクリル酸メチル／有機りんモノマー＝
３５／２０／３０／４０／５／１（重量比）樹脂Ｆ：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と不飽和単量
体混合物（スチレン／２ＨＥＡ／メタクリル酸／アクリ
ルアミドメチルプロパンスルホン酸／フマル酸ジブチル
／アゾビスイソブチロニトリル／α−メチルスチレンダ
イマー＝１０／６／８／２／４／２／２（重量比））を
重合させた樹脂（ポリスチレン換算平均分子量：１００
００、ヒドロキシル基：０．２０当量／１００ｇ、カル
ボキシル基：０．３４当量／１００ｇ、スルホン酸基：
０．０３当量／１００ｇ）樹脂Ｇ：ジメチルアミノメチル−ヒドロキシスチレンの
重合体樹脂Ｈ：ポリエチレン樹脂／チオ尿素＝１００／５（重
量比）樹脂Ｉ：２ＨＢＡ／ＭＭＡ／ＢＡ／スチレン／メタクリ
ル酸／ＡＡ＝４０／１５／４０／４０／４０／１０（重
量比）なお、前記有機樹脂において、ＡＡはアクリル酸、ＢＭ
Ａはメタクリル酸ブチル、２ＨＥＡはアクリル酸２−ヒ
ドロキシエチル、ＢＡはアクリル酸ブチル、２ＨＢＡは
アクリル酸２−ヒドロキシブチル、ＭＭＡはメタクリル
酸メチル、である。

【００４９】金属化合物全体の合計添加量：表に記入金属化合物の金属分としての添加重量比Ａ〜Ｋ：パターンＡ：Ｍｇ／Ｍｎ／Ａｌ＝１／１／１パターンＢ：Ｍｇ／Ｍｎ／Ａｌ／Ｍｅ＝１／１／１／１パターンＣ：Ｍｇ／Ｍｎ／Ａｌ／Ｍｅ＝２／１／１／１パターンＤ：Ｍｇ／Ｍｎ／Ａｌ／Ｍｅ（Ｉ）／Ｍｅ（Ｉ
Ｉ）＝１／１／１／１／１パターンＥ：Ｍｇ／Ｍｎ／Ａｌ／Ｍｅ（Ｉ）／Ｍｅ（Ｉ
Ｉ）＝２／１／１／１／１パターンＦ：Ｍｎ／Ｍｅ（Ｉ）／Ｍｅ（ＩＩ）＝１／１
／１パターンＧ：Ｃｏ／Ｚｒ＝４／１パターンＨ：Ｃｕ＝１パターンＩ：Ｍｎ＝１パターンＪ：Ｚｎ／Ｚｒ＝１／１０パターンＫ：Ｍｎ／Ｍｇ＝５／１

【００５０】多価フェノールカルボン酸Ａ：タンニン酸Ｂ：没食子酸

【００５１】金属化合物の種類：Ｐ：りん酸塩Ｃ：炭酸塩Ｎ：硝酸塩Ａ：酢酸塩Ｈ：水酸化物Ｆ：フッ化物

【００５２】酸の種類Ａ：りん酸Ｂ：酢酸Ｃ：フッ酸Ｄ：硝酸

【００５３】有機酸の種類Ａ：トリカルバリル酸Ｂ：クエン酸Ｃ：コハク酸

【００５４】水分散性樹脂Ａ：スチレン−ブチルメタクリレート共重合体Ｂ：スチレン−アクリル酸ブチル共重合体Ｃ：スチレン−アクリル酸共重合体Ｄ：スチレン−メタクリル酸メチル共重合体

【００５５】金属酸化物シリカＡ：コロイダルシリカ（スノーテックスＯ、日産
化学（株）製）シリカＢ：コロイダルシリカ（スノーテックスＵＬ、日
産化学（株）製）シリカＣ：気相シリカ（Ａｅｒｏｓｉｌ１３０、日本
エアロジル（株）製）

【００５６】カップリング剤Ａ：γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（Ｋ
ＢＭ403 、信越化学工業（株) 製））Ｂ：γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン
（ＫＢＭ402 、信越化学工業（株) 製））Ｃ：Ｎ−β（アミノエチル）γ−アミノプロピルトリメ
トキシシラン（ＫＢＭ603 、信越化学工業（株）製）

【００５７】各試験片について、下記の特性（耐アルカ
リ性、平板部耐食性、塗装後耐食性、アルカリ脱脂後耐
食性、上塗り塗装密着性、耐指紋性）を下記の試験方法
に従って評価した。結果を表１に示す。＜耐アルカリ性＞４８ｍｍΦの円板状に打ち抜いた試験
片をアルカリ脱脂液（日本パーカライジング製CL-N364
S）に６０℃で２分間浸漬し、浸漬前後のＣ強度を蛍光
Ｘ線分析にて測定した。固定率を次式により算出して、
下記の評価基準に従って評価した。固定率％＝｛（浸漬前のＣ強度−浸漬後のＣ強度）／浸
漬前のＣ強度｝×１００ ○：固定率８０％以上 △：８０％未満、５０％以上 ×：５０％未満

【００５８】＜平板部耐食性＞試験片を７０ｍｍ×１５
０ｍｍの大きさに剪断し、端面部をシールした後、塩水
噴霧試験（ＪＩＳＺ２３７１）に供した。各試験片
の表面の面積の５％に白錆が発生するまでに要する時間
を測定し、下記の評価基準に従って評価した。 ◎：１２０時間以上 ○：９６時間以上、１２０時間未満 △：７２時間以上、９６時間未満 ×：７２時間未満

【００５９】＜塗装後耐食性＞試験片を７０ｍｍ×１５
０ｍｍの大きさに剪断後、メラミン−アルキッド系樹脂
（“オルガセレクト１２０ホワイト”：日本ペイント
（株）製）を膜厚２０μｍとなるように塗装し、１３５
℃で１５分間焼付け（硬化）後、端面部をシールした。
次に、各試験片上の皮膜を貫通して素地鋼に達する切り
傷をカッターナイフでクロスカット状に入れ、塩水噴霧
試験（ＪＩＳＺ２３７１）を行った。１週間後、ク
ロスカット傷からの塗膜の膨れ幅を測定し、下記の評価
基準に従って評価した。 ◎：片側膨れ幅１ｍｍ未満 ○：片側膨れ幅１ｍｍ以上、５ｍｍ未満 △：片側膨れ幅５ｍｍ以上、１０ｍｍ未満 ×：片側膨れ幅１０ｍｍ以上

【００６０】＜アルカリ脱脂後耐食性＞試験片を７０ｍ
ｍ×１５０ｍｍの大きさに剪断後、アルカリ脱脂液（日
本パーカライジング製CL-N364S）に６０℃で２分間浸漬
した後、端面部をシールし、塩水噴霧試験（ＪＩＳＺ
−２３７１）に供した。各試験片表面の面積の５％に白
錆が発生するまでに要する時間を測定し、下記の評価基
準に従って評価した。 ○：７２時間以上 △：４８時間以上、７２時間未満 ×：４８時間未満

【００６１】＜上塗り塗装密着性＞ＪＩＳＫ５４０
０に準拠して、試験片に、メラミン−アルキッド系樹脂
（“オルガセレクト１２０ホワイト”：日本ペイント
（株）製）を膜厚２０μｍとなるように塗装し、１３５
℃で１５分間焼付け（硬化）た。次に、各試験片上の皮
膜を貫通して素地鋼に達する切り傷をカッターナイフで
１ｍｍ間隔で碁盤目状に付けた。この碁盤目の上に粘着
テープを貼り付けた後、引き剥がし、剥がした後の塗装
皮膜の付着状態を目視により観察し、以下の評価基準に
従って評価した。 ◎：塗装皮膜剥離なし ○：塗装皮膜剥離面積が０％超５％以下 △：塗装皮膜剥離面積が５％超１５％以下 ×：皮膜剥離面積が１５％超３５％以下 ××：塗装皮膜剥離面積が３５％超

【００６２】＜耐指紋性＞各試験片上の白色ワセリン塗
布前後の色調（Ｌ値、ａ値、ｂ値）の変化を分光式色差
計（“ＳＱ２０００”：日本電色（株）製）を用いて測
定し、次式（１）で示す△Ｅで評価した。 △Ｅ＝（ΔＬ²＋Δａ²＋Δｂ²）^1/2 （１） ◎：△Ｅ１以下 ○：△Ｅ１超２以下 △：△Ｅ２超３以下 ×：△Ｅ３超

【００６３】

【表１】

【００６４】

【表２】

【００６５】（発明例２２〜４３，比較例５〜７）発明
例１〜２１および比較例１〜４で用いた亜鉛系めっき鋼
板Ａ〜Ｆ、有機樹脂Ａ〜Ｉまたは各種添加剤、金属化合
物（Ａｌ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｚｎ，・・・のりん酸
塩、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩など）、その他の成分を表
２に記載した割合で含有し、水を溶媒とする水性組成物
を用いて、発明例１と同様にして、試験片を作製し、耐
アルカリ性、平板部耐食性、塗装後耐食性、アルカリ脱
脂後耐食性、上塗り塗装密着性および耐指紋性を評価し
た。結果を表２に示す。

【００６６】

【表３】

【００６７】

【表４】

【００６８】

【表５】

【００６９】

【表６】

【００７０】

【発明の効果】本発明の表面処理亜鉛系めっき鋼板は、
クロムを含有しない、いわゆるノンクロメート処理鋼板
であり、耐アルカリ性、平板部耐食性、塗装後耐食性、
アルカリ脱脂後耐食性、上塗り塗装密着性および耐指紋
性が優れている。そのため、従来の自動車、家電、建材
分野で使用されているクロメート処理鋼板に代替し得る
ものである。さらに、クロムを含有しないため、容器関
連、食器関連、屋内用建材に至るまでの広い用途に使用
可能である。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０９Ｄ 157/10 Ｃ０９Ｄ 157/10 (72)発明者尾形浩行千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】亜鉛系めっき鋼板の表面に、下記（ａ）、
（ｂ）および（ｃ）を含有する水性組成物を塗布して形
成された皮膜層を有する表面処理亜鉛系めっき鋼板。（ａ）Ｍｇ、ＭｎおよびＡｌの金属化合物であり、りん
酸塩、炭酸塩、硝酸塩、酢酸塩、水酸化物およびフッ化
物から選ばれる少なくとも１種の金属化合物（ｂ）水溶性有機樹脂（ｃ）酸
【請求項２】前記水溶性有機樹脂がカルボキシル基含有
単量体の重合体の少なくとも１種および／またはカルボ
キシル基含有単量体とその他の重合性単量体との共重合
体の少なくとも１種である請求項１に記載の表面処理亜
鉛系めっき鋼板。
【請求項３】前記酸が、りん酸、酢酸、硝酸およびフッ
酸から選ばれる少なくとも１種である請求項１または２
に記載の表面処理亜鉛系めっき鋼板。
【請求項４】前記（ａ）金属化合物の他に、さらに、Ｚ
ｎ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｙ、
Ｃｕ、Ｃａ、ＶおよびＢａから選ばれる少なくとも１種
の金属を含有する金属化合物を含む請求項１〜３のいず
れかに記載の表面処理亜鉛系めっき鋼板。
【請求項５】前記水性組成物が、酸として、さらに、２
価以上の金属に配位可能な有機酸を含む請求項３または
４に記載の表面処理亜鉛系めっき鋼板。
【請求項６】前記水性組成物が、さらに多価フェノール
カルボン酸を含む請求項１〜５のいずれかに記載の表面
処理亜鉛系めっき鋼板。
【請求項７】前記水性組成物が、さらに水分散性樹脂を
含む請求項１〜６のいずれかに記載の表面処理亜鉛系め
っき鋼板。
【請求項８】前記水性組成物が、さらにカップリング剤
を含む請求項１〜７のいずれかに記載の表面処理亜鉛系
めっき鋼板。