JP2001240979A - Pcm用ノンクロメート金属表面処理剤、pcm表面処理方法および処理されたpcm鋼板 - Google Patents
Pcm用ノンクロメート金属表面処理剤、pcm表面処理方法および処理されたpcm鋼板Info
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- C23C2222/20—Use of solutions containing silanes
Abstract
ことができるとともに、貯蔵安定性に優れたPCM用ノ
ンクロメート金属表面処理剤と、それを用いたPCM鋼
板の金属表面処理方法およびPCM鋼板の製造方法を提
供する。 【解決手段】金属表面処理剤1リットル中に、 (a)シランカップリング剤および/またはその加水分
解縮合物を0.01〜100g/l (b)水分散性シリカ(固形分)を0.05〜100g
/l (c)ジルコニウム化合物をジルコニウムイオンとして
0.01〜50g/lおよび/またはチタニウム化合物
をチタニウムイオンとして0.01〜50g/l含むこ
とを特徴とするPCM用ノンクロメート金属表面処理
剤。
Description
鉛メッキ鋼板、アルミ系メッキ鋼板、錫系メッキ鋼板等
の金属被覆鋼板用のプレコート(以下、PCMという)
鋼板用金属表面処理剤、PCM鋼板の表面処理方法およ
びPCM鋼板の製造方法並びに本発明方法で製造された
PCM鋼板に関するものである。
ト処理やリン酸クロメート処理等のクロム系表面処理剤
が適用されてきており、現在でも広く使用されている。
しかし、近年の環境規制の動向からすると、クロムの有
する毒性、特に発ガン性のために将来的に使用が制限さ
れる可能性がある。そこでクロムを含まずにクロメート
処理剤と同等の耐食性を有する防錆処理剤の開発が望ま
れていた。発明者らは既に特開平11−29724号公
報に示したように、水性樹脂にチオカルボニル基含有化
合物とリン酸イオン、更に水分散性シリカを含有するノ
ンクロムの防錆処理剤を開発した。しかし、残念ながら
この系は貯蔵安定性が不十分であり、また薄膜での耐食
性にやや難点があった。一方シランカップリング剤につ
いては、特開平8−73775号公報に2種類のシラン
カップリング剤を含む酸性表面処理剤が開示されてい
る。しかしこの系は、耐指紋性や塗装密着性向上に利用
される系であり、本発明のように金属表面を処理した後
に高い耐食性と加工性が要求されるような目的には全く
耐食性が不足している。また、特開平10−60315
号公報には、水系エマルションと反応する特定官能基を
有するシランカップリング剤を含有する鋼構造物用表面
処理剤が開示されているが、この場合要求されている耐
食性は湿潤試験のように比較的マイルドな試験に対して
であり、本発明のような過酷な耐食性に耐えるような防
錆剤とは、耐食性という点において比較にならない。以
上のことから、薄膜で耐食性と加工密着性を発現するよ
うな防錆処理剤の開発が望まれていた。
錆処理剤がノンクロメート処理剤であり、且つ従来のク
ロメート処理剤を用いて製造されたPCM鋼板と同等以
上の加工密着性、耐食性を発現するようなPCM鋼板が
望まれていた。
属、特に亜鉛メッキ鋼板用に好適であり、クロムを含ま
ず、PCM鋼板に優れた加工性と耐食性を付与すること
ができるとともに、貯蔵安定性に優れたPCM用ノンク
ロメート金属表面処理剤を提供するものである。
ロメート金属表面処理剤は、金属表面処理剤1リットル
中に、(a)シランカップリング剤および/またはその
加水分解縮合物を0.01〜100g/l、(b)水分
散性シリカ(固形分)を0.05〜100g/l、
(c)ジルコニウム化合物をジルコニウムイオンとして
0.01〜50g/lおよび/またはチタニウム化合物
をチタニウムイオンとして0.01〜50g/lを含有
することを特徴とするものである。
属表面処理剤は、更に硫化物イオン、チオ硫酸イオン、
過硫酸イオン、トリアジンチオール化合物から選ばれる
1種以上を0.01〜100g/lを含んでいてよい。
いずれかの金属表面処理剤で金属被覆鋼板を表面処理す
ることを特徴とするPCM鋼板の金属表面処理方法であ
り、亜鉛系被覆鋼板の表面処理に最適である。
上記いずれかの金属表面処理剤で金属被覆鋼板を表面処
理した後、ノンクロムプライマーを塗布し、さらにトッ
プコートを塗布することを特徴とするPCM鋼板の製造
方法である。
造方法で製造されたPCM鋼板である。
須成分の1つであるシラン化合物として、シランカップ
リング剤および/またはその加水分解縮合物を含んでい
る。シランカップリング剤の加水分解縮合物とは、シラ
ンカップリング剤を原料とし、加水分解重合させたシラ
ンカップリング剤のオリゴマーのことをいう。
ング剤としては特に制限はないが、好ましいものとして
は、例えば以下のものを挙げることができる:ビニルメ
トキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルエト
キシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−アミノプ
ロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピル
トリメトキシシラン、3−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、N−(1,3−ジメチルブチリデン)−3−
(トリエトキシシリル)−1−プロパンアミン、N,
N'−ビス〔3−(トリメトキシシリル)プロピル〕エ
チレンジアミン、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、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、γ
−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロ
ピルトリエトキシシラン、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、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、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トリ
エトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシ
シラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、
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。
ニルメトキシシラン、ビニルエトキシシラン、3−アミ
ノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン、3−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、N−(1,3−ジメチルブチリデン)−3
−(トリエトキシシリル)−1−プロパンアミン、N,
N'−ビス〔3−(トリメトキシシリル)プロピル〕エ
チレンジアミンである。これらシランカップリング剤は
1種類を単独で使用してもよいし、または2種類以上を
併用してもよい。
面処理剤1リットル中に0.01〜100g/l、好ま
しくは0.05〜25g/lの濃度で含まれている。シ
ラン化合物の含有量が0.01g/l未満になると耐食
性、ノンクロム防錆コーティング剤との密着性向上効果
が不足し、100g/lを越えると添加効果が飽和し不
経済となる。
リカを必須成分として含有する。この水分散性シリカと
しては、特に限定されないが、ナトリウム等の不純物が
少なく、弱アルカリ系である、球状シリカ、鎖状シリ
カ、アルミ修飾シリカが好ましい。球状シリカとして
は、「スノーテックスN」、「スノーテックスUP」
(いずれも日産化学工業社製)等のコロイダルシリカ
や、「アエロジル」(日本アエロジル社製)等のヒュー
ムドシリカを挙げることができ、鎖状シリカとしては、
「スノーテックスPS」(日産化学工業社製)等のシリ
カゲル、更にアルミ修飾シリカとしては、「アデライト
AT―20A」(旭電化工業社製)等の市販のシリカゲ
ルを用いることができる。
リットル中に固形分で0.05〜100g/l好ましく
は、0.5〜60g/lの濃度で含まれている。水分散
性シリカの含有量が0.05g/l未満では、耐食性向
上の効果が不足し、100g/lを越えると耐食性向上
効果が見られず、逆に金属表面処理剤の浴安定性が低下
する。
ニウム化合物および/またはチタニウム化合物を必須成
分として含有する。ジルコニウム化合物の例としては、
炭酸ジルコニルアンモニウム、ジルコンフッ化水素酸、
ジルコンフッ化アンモニウム、ジルコンフッ化カリウ
ム、ジルコンフッ化ナトリウム、ジルコニウムアセチル
アセトナート、ジルコニウムブトキシド1−ブタノール
溶液、ジルコニウムn−プロポキシド等が挙げられる。
チタニウム化合物の例としては、チタンフッ化水素酸、
チタンフッ化アンモニウム、シュウ酸チタンカリウム、
チタンイソプロポキシド、チタン酸イソプロピル、チタ
ンエトキシド、チタン2−エチル−1−ヘキサノラー
ト、チタン酸テトライソプロピル、チタン酸テトラn−
ブチル、チタンフッ化カリウム、チタンフッ化ナトリウ
ム等が挙げられる。上記化合物は単独で使用してもよい
し、または2種以上を併用してもよい。
タニウム化合物は、本発明の金属表面処理剤1リットル
中に、ジルコニウムまたはチタニウムの量として、それ
ぞれ0.01〜50g/l好ましくは、0.05〜5g
/lの濃度で含まれている。上記化合物の含有量がそれ
ぞれ0.01g/l未満になると耐食性が不十分とな
り、50g/lを越えると加工密着性の向上効果が見ら
れず、逆に浴安定性が低下する。
オ硫酸化合物、過硫酸化合物、トリアジンチオール化合
物の群から選ばれる化合物を1種以上を更に添加するこ
とにより、耐食性を向上させることができる。
ム、硫化アンモニウム、硫化マンガン、硫化モリブデ
ン、硫化鉄、硫化バナジウム等が挙げられる。チオ硫酸
化合物としては、例として、チオ硫酸アンモニウム、チ
オ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウム、等が挙げられる
過硫酸化合物としては、例として、過硫酸アンモニウ
ム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等を挙げられ
る。
して、2,4,6−トリメルカプト−S−トリアジン、
2−ジブチルアミノ−4,6−ジメルカプト−S−トリ
アジン、2,4,6−トリメルカプト−S−トリアジン
−モノNa塩、2,4,6−トリメルカプト−S−トリ
アジン−3Na塩、2−アニリン−4,6−ジメルカプ
ト−S−トリアジン、2−アリニノ−4,6−ジメルカ
プト−S−トリアジン−モノNa塩等を挙げることがで
きる。これらの化合物は1種類を単独で使用してもよい
し、または2種類以上を併用してもよい。
合物の含有量は、硫化物イオン、チオ硫酸イオン、過硫
酸イオンおよびトリアジン化合物として、本発明の金属
表面処理剤1リットル中に0.01〜100g/l、好
ましくは0.1〜10g/lの濃度で含有する。含有量
が0.01g/l未満であれば、耐食性の向上効果が認
められず、また100g/lを越えると耐食性の向上効
果が飽和し不経済である。
他の成分が配合されてもよい。このような成分としては
例えば、タンニン酸またはその塩、フィチン酸またはそ
の塩、および水性樹脂を挙げることができる。水性樹脂
としは、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、
エチレンアクリル共重合体、フェノール樹脂、ポリエス
テル樹脂、ポリアクリル酸等を用いることができる。ま
た水性樹脂を用いるときには、その造膜性を向上させ、
より均一で平滑な塗膜を形成するために有機溶剤を用い
てもよい。
ッキ鋼板、アルミ系メッキ鋼板、錫系メッキ鋼板等の金
属被覆鋼板の表面処理剤として使用される。この表面処
理剤の使用方法、すなわち表面処理方法としては、上記
金属表面処理剤を被塗物に塗布し、塗布後に被塗物を乾
燥させる方法であってもよく、あらかじめ被塗物を加熱
しその後上記本発明の金属表面処理剤を塗布し余熱を利
用し乾燥させる方法であってもよい。
も、室温〜250℃で2秒〜5分とすることができる。
250℃を越えると密着性や耐食性が不良となる。好ま
しくは40〜180℃で5秒〜2分間乾燥させる。
金属処理剤の塗布量は、乾燥皮膜付着量で0.1mg/
m2以上であることが好ましい。皮膜重量が0.1mg
/m2未満では防錆力が不足する。一方皮膜重量が多す
ぎるとPCM塗装下地としては不経済であり、塗装にも
不都合であるので、より好ましくは0.5〜500mg
/m2である。更に好ましくは1〜250mg/m2であ
る。
金属表面処理剤の塗布方法は、特に限定されず、一般に
使用されているロールコート、シャワーコート、スプレ
ー、浸漬、刷毛塗り等によって塗布することができる。
また、処理される対象となる鋼材は、PCM用の金属被
覆鋼板、特に亜鉛メッキ鋼板の処理に最適である。
覆鋼板を、上記金属表面処理剤で金属表面処理を実施
し、乾燥、次いでノンクロメートプライマーを塗布乾燥
後、トップコートを塗布する方法である。
プライマーの配合中にクロメート系の防錆顔料を使用し
ないプライマー全てが使用できる。好ましいプライマー
はバナジン酸系防錆顔料とリン酸系防錆顔料とを用いた
プライマー(V/P顔料プライマー)が好ましい。
〜20μmであることが好ましい。1μm未満であれば耐
食性が低下し、一方20μmを越えると加工密着性が低
下する。上記ノンクロメートプライマーの焼き付け乾燥
条件は、金属表面温度が150〜250℃で10秒〜5
分とすることができる。
されず、通常のPCM用トップコート全てを用いること
ができる。
プコートの塗布方法は、特に限定されず、一般に使用さ
れるロールコート、シャワーコート、エアースプレー、
エアレススプレー、浸漬等を利用することができる。
つ詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定され
るものではない。
プロピルトリエトキシシラン;チッソ社製)を1.5g
添加して室温で5分間撹拌し、ついでスノーテックスN
(水分散性シリカ;日産化学工業社製)を0.5g添加
し5分間撹拌、更にジルコゾールAC−7(炭酸ジルコ
ニルアンモニウム;第一稀元素社製)をジルコニウムイ
オンで0.02gになるように添加5分間撹拌してPC
M用ノンクロメート金属表面処理剤を得た。得られた金
属表面処理剤をアルカリクリーナー(サーフクリーナー
155;日本ペイント社製)で脱脂し、乾燥した市販の
溶融亜鉛メッキ鋼板(日本テストパネル社製;70×1
50×0.4mm)にバーコーター#3で乾燥皮膜重量
で20mg/m2になるように塗布、金属表面温度60
℃で乾燥後、V/P顔料含有のノンクロムプライマーを
バーコーター#16で乾燥膜厚が5μmになるように塗
布し、金属表面温度215℃で乾燥した。更にトップコ
ートとしてフレキコート1060(ポリエステル系上塗
り塗料;日本ペイント社製)をバーコーター#36で乾
燥膜厚が15μmとなるように塗布し、金属表面温度2
30℃で乾燥させて試験板を得た。得られた試験板の折
り曲げ密着性、耐食性、コインスクラッチ性、および金
属表面処理剤の浴安定性を下記の評価方法にしたがって
行い、その結果を表1に記載した。
化合物の種類と濃度をそれぞれ表1に記載したように変
更した以外は、実施例1と同様にして、金属表面処理剤
を調整した。これらの金属表面処理剤を用いて、実施例
1と同様にして試験板を作成、これらの試験板および金
属表面処理浴の評価を行った。得られた結果を表1に記
載した。
剤(樹脂含有タイプ)をクロム付着量が20mg/m2
となるように塗布、乾燥したことおよびクロメート含有
プライマー(ストロンチウムクロメート顔料含有プライ
マー)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして試験
板を作成および評価を行い、得られた結果を表1に記載
した。
化合物、硫黄含有化合物の種類と濃度とを表2に記載し
たように変更した以外は、実施例1と同様にして、金属
表面処理剤を調製した。これらの金属表面処理剤を用い
て、実施例1と同様にして試験板を作製、これらの試験
板を耐食性試験の塩水噴霧時間を500時間に変更した
以外は、実施例1と同様の評価を行い、得られた結果を
表2に記載した。
シランカップリング剤、水分散性シリカ、ジルコニウム
化合物、チタニウム化合物、硫黄含有化合物は次の市販
品である。 [シランカップリング剤] 1:サイラエースS−330(γ−アミノプロピルトリ
エトキシシラン;チッソ社製) 2:サイラエースS0−510(γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン;チッソ社製) 3:サイラエースS810(γ−メルカプトプロピルト
リメトキシシラン;チッソ社製) 4:サイラエースS−340(N−(1,3−ジメチル
ブチリデン)−3−(トリエトキシリル)−1−プロパ
ンアミン;チッソ 社製)、 [水分散性シリカ] 1:スノーテックスN(日産化学工業社製) 2:スノーテックスO(日産化学工業社製) [ジルコニウム化合物] 1:ジルコゾールAC−7(炭酸ジルコニルアンモニウ
ム;第一稀元素社製) 2:ジルコンフッ化アンモニウム(試薬) 3:ジルコン弗化水素酸(試薬) 4:チタンフッ化水素酸(試薬) 5:チタンフッ化アンモニウム(試薬) [硫黄化合物] 1:硫化アンモニウム(試薬) 2:過硫酸アンモニウム(試薬) 3:チオ硫酸アンモニウム(試薬) 4:トリアジンチオール(サンチオールN−1;三協化
成社製)
較例1〜3において、折り曲げ密着性、耐食性、コイン
スクラッチ性および浴安定性の評価は以下の方法および
評価基準に基づいて行った。
間に挟まずに180°折り曲げ加工(0TT加工)し、
折り曲げ加工部を3回テープ剥離して、剥離度合いを2
0倍ルーペで観察し、下記の基準で評価した。 5点:クラックなし 4点:加工部全面にクラック 3点:剥離面積が加工部の20%以未満 2点:剥離面積が加工部の20%以上、80%未満 1点:剥離面積が加工部の80%以上
漬後、24時間室内に放置したものについて、一次密着
試験と同様に折り曲げ加工をし、同一基準で評価した。
2317 に基づく塩水噴霧試験を360時間(実施例
1〜6、比較例1〜3)および500時間(実施例7〜
13)試験後のカット部片側のふくれ幅を測定し、下記
の基準で評価した。 5点:ふくれ幅が0mm 4点:ふくれ幅が1mm未満 3点:ふくれ幅が1mm以上、3mm未満 2点:ふくれ幅が3mm以上、5mm未満 1点:ふくれ幅が5mm以上
づく塩水噴霧試験を360時間行った後の上バリ端面か
らのふくれ幅を、カット部と同一基準で評価した。
を付けた部分を、下記の基準で評価した。 5点:プライマーの露出面積が10%未満、素地の露出
なし 4点:プライマーの露出面積が10%以上、70%未満
で、素地露出なし 3点:プライマーの露出面積が70%以上、素地露出面
積30%未満 2点:プライマーの露出面積が70%以上、素地露出面
積30%以上、70%未満 1点:プライマーの露出面積が70%以上、素地露出面
積70%以上
貯蔵した後のゲル化、沈殿の状態を観察し、次の基準に
従って評価した。 ○:ゲル化および沈殿が認められない ×:ゲル化または沈殿が認められる
処理剤は貯蔵安定性に優れており、且つ本発明方法によ
り製造されたノンクロメート処理PCM鋼板は、クロメ
ート処理PCM鋼板と同等以上の優れた加工密着性と耐
食性を示した。
面処理剤は、シランカップリング剤および/またはその
加水分解縮合物、水分散性シリカ、ジルコニウム化合物
/およびチタニウム化合物を含有している。この金属表
面処理剤は、金属、特に亜鉛メッキ鋼板用に好適であ
り、クロムを含まず、PCM鋼板に優れた加工性と耐食
性を付与することができるとともに、貯蔵安定性に優れ
ている。
トPCM鋼板の製造方法に用いることにより、従来のク
ロメート含有防錆処理剤を用いたPCM鋼板と同等以上
の加工性とより優れた耐食性とを付与することができ
た。
カップリング剤を含むことにより、シランカップリング
剤の反応性部分がメタシロキサン結合により被塗物金属
表面に強く結合し、疎水基の有機性部分が、その上に塗
布されるノンクロメートプライマーの有機被膜と強く結
合し密着性を高めることで耐食性が優れているものと考
えられる。また水分散性シリカは、被塗物表面にシリカ
粒子が吸着して配列することにより、腐食性イオンや水
分に対しバリアー性を発現して腐食抑制するとともに、
シリカ表面に存在するシラノール基がその上に塗布され
るプライマーの有機被膜と金属表面の密着性を高めてい
ると考えられる。ジルコニウムイオンについては、金属
表面に酸化ジルコニウムの被膜を形成することにより耐
食性を高めるとともに、ジルコニウムがその上に塗布さ
れるプライマーの架橋剤となって有機被膜の架橋密度を
高めることにより、耐食性や密着性、更にコインスクラ
ッチ性を高めると考えられる。また硫黄含有化合物は、
金属表面を不動態化することにより耐食性を高めると考
えられる。
た加工性と耐食性とを有しているため、家電製品、コン
ピューター関連機器、建材、自動車等の工業製品に広く
用いることができる。
Claims (6)
- 【請求項1】金属表面処理剤1リットル中に、 (a)シランカップリング剤および/またはその加水分
解縮合物を0.01〜100g/l (b)水分散性シリカ(固形分)を0.05〜100g
/l (c)ジルコニウム化合物をジルコニウムイオンとして
0.01〜50g/lおよび/またはチタニウム化合物
をチタニウムイオンとして0.01〜50g/l含むこ
とを特徴とするPCM用ノンクロメート金属表面処理
剤。 - 【請求項2】更に硫化物イオン、チオ硫酸イオン、過硫
酸イオン、トリアジンチオール化合物から選ばれる1種
以上を0.01〜100g/lを含むことを特徴とする
請求項1記載のPCM用ノンクロメート金属表面処理
剤。 - 【請求項3】請求項1または2に記載の金属表面処理剤
で金属被覆鋼板を表面処理することを特徴とする金属表
面処理方法。 - 【請求項4】金属被覆鋼板が亜鉛系被覆鋼板である請求
項3に記載の金属表面処理方法 - 【請求項5】請求項1または2に記載の金属表面処理剤
で金属被覆鋼板を表面処理した後、ノンクロムプライマ
ー塗布し、次いでトップコートを塗布することを特徴と
するPCM鋼板の製造方法。 - 【請求項6】請求項5に記載の方法で得られるPCM鋼
板。
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