JP2004122745A

JP2004122745A - 接着安定性に優れた有機被覆金属板および接着方法

Info

Publication number: JP2004122745A
Application number: JP2003080157A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Takahashi; 高橋　武寛; Hiromasa Nomura; 野村　広正; Kohei Ueda; 植田　浩平; Hiroshi Kanai; 金井　洋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2003-03-24
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2023-03-24
Also published as: JP4374203B2

Abstract

【課題】接着安定性に優れた有機被覆金属板を提供する。
【解決手段】片面又は両面に、接着温度に加熱することにより接着力を発現する樹脂からなる接着層を０．５〜１００μｍ有し、スペーサービーズを含有することを特徴とする接着安定性に優れた有機被覆金属板。接着層中のスペーサービーズはその平均粒径Ｄ_ｂが接着層の合計厚さＤ_ａｄよりも小さいこと、その弾性率Ｙ_ｂが、金属板の弾性率Ｙ_ｍに対して、Ｙ_ｂ≦Ｙ_ｍ以下を満たすこと、また、樹脂が熱可塑性樹脂の場合、スペーサービーズの軟化温度が、接着層の軟化温度よりも高いことが好ましい。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接着性を有する有機被覆金属板及びそれを用いた金属板接着方法に関するものであり、特に、一般に接着時の条件により接合強度にばらつきが出やすい、金属板の接着剤による接合において接着安定性に優れた有機被覆金属板及び金属板接着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建材、家電、雑貨、自動車等の分野においては、加工後の金属板に他の性能や意匠性を付与するため、金属板上に接着剤を塗布して、所定目的の部材を積層している。その際、金属板の加工から接着剤の塗布作業及び部材の積層作業は、金属板を使用するユーザー側で行われるのが、一般的である。
【０００３】
ところが、上記作業には、有機溶剤使用による環境汚染への対応、人手不足、設備投資等の問題があるため、このような問題を解決するため、接着剤を予め塗布した金属板が開発されている。
【０００４】
例えば、特開平６−３１６０２８号公報や特開平８−２５８２１８号公報には、ホットメルト接着剤を金属板にプレコートしたものが開示されている。特開平８−２５８２１８号公報に記載の発明においては、特開平６−３１６０２８号公報で問題であった、出荷の際、表裏面が圧着されても接着しない性質である、耐ブロッキング性が改善されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平８−２５８２１８号公報のような接着剤をプレコートした金属板は、金属板への接着剤塗布時の問題や、耐ブロッキング性のような問題を解決することは可能であるが、接着時に接着部に加わる力のばらつきにより、接着部の接着剤厚さにばらつきが生じやすく、安定した接着力を得にくいという問題があった。そのため、接着剤プレコート金属板による金属板の接合は、信頼性の面からコスト高なカシメやリベット等の機械的接合に代わる方法とはなっていない。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するものであり、接着部の接着剤厚さのばらつきを無くし、接着安定性に優れた有機被覆金属板及び金属板接着方法を提供することを、その課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、金属板にプレコートする接着剤中に、接着時の接着剤厚さを一定に保つことを目的としてスペーサービーズを入れることにより接着力のばらつきを抑えることができることを見出し、かかる知見を基に本発明を完成させたものであって、本発明がその要旨とするところは、以下のとおりである。
【０００８】
（１）片面又は両面に、接着温度に加熱することにより接着力を発現する樹脂からなる接着層を０．５〜１００μｍ有し、該接着層中に接着層厚さを調整するためのスペーサービーズを含有することを特徴とする接着安定性に優れた有機被覆金属板。
【０００９】
（２）前記スペーサービーズが、熱硬化性物質、又は、ＪＩＳ−Ｋ−６８６３に規定されたホットメルト接着剤の軟化点試験法によって求めた軟化温度が接着剤の軟化温度より高い熱可塑性物質である上記（１）に記載の接着安定性に優れた有機被覆金属板。
【００１０】
（３）スペーサービーズの平均粒径Ｄ_ｂが、被接着材料の表面に接着層が設けられていない場合は前記接着層の厚さ、被接着材料の表面にも接着層が設けられている場合は両面の接着層の厚さの合計厚さＤ_ａｄよりも小さいことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の接着安定性に優れた有機被覆金属板。
【００１１】
（４）前記スペーサービーズが樹脂からなり、そのヤング率Ｙ_ｂが、金属板のヤング率Ｙ_ｍに対して、Ｙ_ｂ≦Ｙ_ｍ／５を満たすことを特徴とする上記（１）、（２）又は（３）に記載の接着安定性に優れた有機被覆金属板。
【００１２】
（５）片面又は両面に接着温度に加熱することにより接着力を発現する樹脂からなる厚さが０．５〜１００μｍの接着層を有する有機被覆金属板を被接着材料に接着する方法であって、前記接着層が接着厚さを調整するためのスペーサービーズを含有することを特徴とする接着安定性に優れた金属板接着方法。
【００１３】
（６）前記被接着材料の被接着面が接着剤層を有し又は有さず、前記接着層の前記スペーサービーズの平均粒径Ｄ_ｂが、被接着材料の表面には接着層が設けられていない場合は前記接着層の厚さ、被接着材料の表面にも接着層が設けられている場合は両面の接着層の厚さの合計厚さＤ_ａｄよりも小さいことを特徴とする上記（５）に記載の接着安定性に優れた金属板接着方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１５】
まず、本発明において接着性塗膜に使用できる樹脂は、通常（室温）では接着力を有せず、加熱により軟化し、接着性を発現するものであるが、熱可塑性でも、空気中の湿気と反応し硬化するタイプや、軟化温度よりさらに加熱することにより架橋、硬化するタイプのように、硬化性のものでも構わない。例えば、エチルセルロース、酢酸ビニル及びその誘導体、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ブチルメタクリル、ポリスチレン及び共重合体、ポイソブチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、ポリアクリル、エチレン三元共重合体、フェノキシ、トランスポリイソプレン、ポリスルホン、ポリアリルスルフェン、ポリウレタン、エポキシ、ポリアミド、フェノール、ポリオレフィン等が適した樹脂として挙げられる。
【００１６】
これらの中で、特に通常時（室温時）の非接着性は、ナイロン、ポリアクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等の結晶性の高い樹脂が優れている。また、本発明では、加工成型に優れていることが望ましく、伸びの良好な樹脂を選択するのがよい。
【００１７】
ナイロン系樹脂を使用する場合には、示差走査熱量測定の融解ピークが５０℃以下に存在すると耐ブロッキング性が劣り、一方、融解ピークが現れる温度が高すぎても接着に必要な加熱温度が高くなってしまって、作業上好ましくないため、５０℃以下に融解ピークが存在せず、５０℃より高く、２００℃以下の温度範囲において融解ピークが存在することが望ましい。なお、融解ピークは、市販の示差走査熱量測定装置（ＤＳＣ）により測定することができる。
【００１８】
なお、その示差走査熱量測定融解ピークの強度が、樹脂を１７０℃から室温放冷により硬化させたものの示差走査熱量測定融解ピークの１０〜１００％となるようにするとよい。１０％未満では、通常時の非接着性が得られない。また、分子量が５０００未満では成形性が劣り、分子量が８００００を超えると耐ブロッキング性が低下するため、分子量が５０００〜８００００のナイロンを使用することが最も望ましい。
【００１９】
また、結晶化率の抑制のため、例えば、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアクリル、エポキシ、ポリアミド、フェノール、ポリオレフィン等の非結晶性樹脂をブレンドしても良い。また、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリイソシアネート樹脂、フェノール樹脂等を硬化剤として使用することもできる。その際、接着力が失われない程度の硬化剤の量及び焼付け温度を選択すればよい。
【００２０】
接着層に用いる樹脂は、溶剤型、溶融型、水系、紛体等どの形態のものでもよい、さらに接着層に用いる樹脂には、顔料、染料、充填剤、防錆剤等、各種添加剤を添加することもできる。
【００２１】
接着性有機皮膜の膜厚は、０．５μｍより薄いと接着性が失われ、１００μｍより厚いと金属板の成型加工時に有機被覆が剥離する可能性が有るだけでなく、それ以上の厚さを塗布しても、接着力が飽和して不経済であるため、０．５〜１００μｍとする。
【００２２】
本発明では、接着圧の掛かり方によって接着層の厚さがばらつき、接着強度がばらついてしまうことを防ぐために、接着層にスペーサービーズを含有させる。このスペーサービーズの粒径に関しては、その平均粒径が接着層の合計厚さよりも小さくなるようにしておく必要がある。接着層の合計厚さとは、接着される面に接着層が存在しない場合は本発明の金属板の接着剤層の厚さ、被接着面にも接着剤層が存在する場合にはそれぞれの面に設けた接着層の厚さの合計厚さをいうものである。
【００２３】
すなわち、接着層の合計厚さをＤ_ａｄ，　スペーサービーズの平均粒径をＤ_ｂとするとき、Ｄ_ｂ　＜Ｄ_ａｄ　とする。この理由は、スペーサービーズの平均粒径が接着層の厚さより大きいと、スペーサービーズの粒径に相当する接着厚さ（接着される金属板間の距離）に対して接着剤が相対的に不足するために、被接着面と均一に接着できなくなり、接着強度の不足が生じるためである。
【００２４】
また、スペーサービーズの平均粒径は最大で２００μｍ以下であることが好ましい。その理由は接着時の厚さはある程度以上厚くなっても接着力が飽和していまい、不経済であるからである。
【００２５】
スペーサービーズは、接着層を接着する温度において、軟化や熱分解せず、スペーサーとしての機能するものであれば、金属粉末やガラス粉末等の無機物から選んでも構わないが、スペーサービーズの硬さが、金属板よりも硬いスペーサービーズを用いると、高い圧力をかけて接着をする際、スペーサービーズにより金属板に疵が入ったり、凹凸が生じてしまったりして、耐食性や機械的性質に悪影響を及ぼすことが懸念されるため、スペーサービーズを樹脂からなるものから選択し、そのヤング率Ｙ_ｂが、金属板のヤング率Ｙ_ｍに対して、Ｙ_ｂ≦Ｙ_ｍ／５を満たすことが好ましい。
【００２６】
そして、スペーサービーズに使用する樹脂は、熱硬化性樹脂であるか、熱可塑性樹脂の場合ＪＩＳ−Ｋ−６８６３に規格されたホットメルト接着剤の軟化点試験方法で求めた軟化温度ＳＴ_ｂが、接着層の軟化温度ＳＴ_ａｄよりも高い樹脂から選択されることが好ましい。ＳＴ_ｂがＳＴ_ａｄ以下では、接着時にスペーサービーズが機能を果たさない。
【００２７】
接着性塗膜形成時の焼付温度（最高到達板温）、接着時の焼付温度（最高到達板温）は、共にＳＴ_ｂ以下であり且つＳＴ_ａｄより高い温度に設定する。
【００２８】
スペーサービーズへの適用が好ましい樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、ポリスチレン、塩化ビニル、フッ素樹脂、シリコン樹脂等が挙げられる。スペーサービーズの含有量も特に限定しないが、少なすぎるとスペーサーとしての働きが不十分であり、また多すぎても接着力の低下を引き起こす可能性があるので、接着層に対する体積比で０．１〜２５％であることが好ましい。
【００２９】
本発明の有機被覆金属板に用いる金属板としては、例えば、冷延鋼板、熱延鋼板、ステンレス鋼板、アルミ板、チタン板、銅板等や、これら金属板上にめっき処理した金属板が挙げられる。この内、鋼板上にめっき処理したの例として、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、アルミめっき鋼板、アルミ−亜鉛合金めっき鋼板、亜鉛−アルミ−マグネシウム合金めっき鋼板、亜鉛−アルミ−マグネシウム−シリコン合金めっき鋼板、亜鉛−マグネシウム合金めっき鋼板、錫めっき鋼板、鉛めっき鋼板、クロムめっき鋼板等の各種めっき鋼板が挙げられる。
【００３０】
これらの金属板をそのままあるいは通常の化成処理を施して使用すればよい。化成処理には、一般に公知の化成処理、例えば、塗布クロメート処理、電解クロメート処理、りん酸亜鉛処理や近年開発されている６価クロムを含まないノンクロメート処理等を使用することができる。また、化成処理前に、アルカリ脱脂等の通常の処理を行うことができる。さらに、化成処理の前にＮｉ表面調整を行うと、塗膜との密着性が向上し、好適である。
【００３１】
また、接着層と金属板との接着性を向上させるために、プライマー処理を施した金属板を使用してもよい。例えば、ナイロン、ポリアクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ、ポリアミド、フェノール、ポリオレフィン等が挙げられ、プレコート鋼板のプライマーとして使用しているものを適用することもできる。プライマー中には防錆剤を添加してもよい。なお、プライマー処理は片面でも両面でもよい。
【００３２】
片面に接着層、他方の面には公知のプレコート鋼板と同等な塗膜や潤滑性塗膜を塗布することも可能で、潤滑樹脂を塗布した場合、プレス油を使用しなくてもプレス成型が可能なため、プレス油洗浄の手間が省けるだけでなく、接着面にプレス油が付着する心配が無く、より安定した接着力を提供できる。
【００３３】
有機被覆の金属板表面への塗布方法は、いずれも特に限定されず、一般的に公知の塗装方法、例えば、ロールコート法、ローラーカーテンコート法、カーテンフロー法、エアスプレー法、エアレススプレー法、浸漬法、バーコート法、ドクターブレード法、静電法、刷毛塗り法、Ｔ−ダイ法、ラミネート法等が採用できる。
【００３４】
【実施例】
実施例に基づき、本発明をさらに説明する。
【００３５】
評価に用いた有機被覆金属板の作成方法について述べる。
【００３６】
金属板には塗布型クロメート処理を施した厚さ０．８ｍｍ電気亜鉛めっき鋼板、接着層には平均分子量３００００のナイロン系樹脂からなる熱可塑性ホットメルト接着剤と、水系ウレタン樹脂（三井武田ケミカル株式会社製　タケラックＸＷ−７２５−Ｂ６３Ａ）１００重量部に対して硬化剤（三井武田ケミカル株式会社製　タケネートＷＤ−７００）を５重量部添加した熱硬化性ホットメルト接着剤を用い、それら接着剤に表１に示したビーズを混和したものを焼付後の膜厚が１０μｍになるように塗布した。ナイロン系接着剤は、表２に示した各焼付温度（最高到達板温度）になるようオーブンで焼付けた後、速やかに水冷し、接着性有機被覆金属板を得た。得られた有機被覆鋼板についてＤＳＣで融解ピークを測定した。融解ピーク強度は、樹脂の融点以上の温度から室温空冷により硬化させたもののピーク強度と比較したときの比率を示した。また、ウレタン系接着剤は５５℃で５分間かけて乾燥し、接着性有機被覆金属板を得た。
【００３７】
【表１】

【００３８】
【表２】

【００３９】
以下、物性評価試験方法について述べる。
（剪断強度試験）
２５ｍｍ×１００ｍｍのテストピースの接着剤塗布面同士を２５ｍｍ×１２．５ｍｍの面積だけ重ね、ホットプレスで１分間加熱圧着した。圧着荷重は０．１ＭＰａ、加熱温度は１６０℃とした。その後、引張剪断試験を行い、強度が８０ＭＰａ以上を◎、５０ＭＰａ以上８０ＭＰａ未満を○、２０ＭＰａ以上５０ＭＰａ未満を△、２０ＭＰａ未満を×とした。なお、引張剪断試験は、同種の試験片につき５回ずつ行い、平均強度だけでなく、ばらつきについても確認した。
（圧着時にスペーサービーズによって生じる金属板への疵）
接着後の外観だけでなく、剪断剥離後、接着剤塗布面側にスペーサービーズによる疵、凹凸が生じているかどうかを確認した。接着剤塗布面に、疵、凹凸ともない場合は○、疵、凹凸いずれかがある場合は×とした。
【００４０】
以上の試験結果を表３に示す。
【００４１】
【表３】

【００４２】
実施例１〜５のように、接着層の合計厚さより粒径が小さく、融点が接着剤の融点より高いスペーサービーズを混和したものでは、スペーサービーズ未混和のものと比較して、高く安定した剪断強度が認められた。
【００４３】
その中でも、実施例１、実施例４及び実施例５のように、１％混和したものでは、特に高く安定した剪断強度が認められた。さらに、実施例１や実施例５のように、ヤング率が金属板（亜鉛：１０×１０^１０　Ｐａ、鉄：２０×１０^１０　Ｐａ）の１／５より小さい２．６５×１０^９　Ｐａのスペーサービーズを混和したものでは、スペーサービーズによる金属板への疵は認められなかった。
【００４４】
比較例２のように、スペーサービーズの融点が接着層の融点より低いスペーサービーズを使った場合は、スペーサービーズを入れた効果は全く認められなかった。比較例３及び比較例４のように、スペーサービーズの粒径が接着層の合計厚さよりも大きいスペーサービーズを混和したものでは、スペーサービーズ未混和のものより接着強度が劣った。実施例４及び比較例４のように、ヤング率が金属板の１／５より大きい１．０８×１０^１０　Ｐａのスペーサービーズを混和したものでは、スペーサービーズによる金属板への疵が認められた。
【００４５】
【発明の効果】
本発明により、接着剤をプレコートした金属板で、安定した接着力を得ることができるようになったことから、これまで、手間がかかり、コスト高なリベットやカシメ等の機械的接合で接合しなくてならなかった箇所に、接着剤をプレコートした金属板を用いることができるようになったため、金属板ユーザーで金属板を接合する際の手間、コストが大幅に低減される。したがって、本発明は極めて産業上の価値の高い発明であるといえる。

Claims

片面又は両面に、接着温度に加熱することにより接着力を発現する樹脂からなる接着層を０．５〜１００μｍ有し、該接着層中に接着層厚さを調整するためのスペーサービーズを含有することを特徴とする接着安定性に優れた有機被覆金属板。
前記スペーサービーズが、熱硬化性物質、又は、ＪＩＳ−Ｋ−６８６３に規定されたホットメルト接着剤の軟化点試験法によって求めた軟化温度が接着剤の軟化温度より高い熱可塑性物質であることを特徴とする請求項１に記載の接着安定性に優れた有機被覆金属板。
前記スペーサービーズの平均粒径Ｄ_ｂが、被接着材料の表面に接着層が設けられていない場合は前記接着層の厚さ、被接着材料の表面にも接着層が設けられている場合は両面の接着層の厚さの合計厚さＤ_ａｄよりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の接着安定性に優れた有機被覆金属板。
前記スペーサービーズが樹脂からなり、そのヤング率Ｙ_ｂが、金属板のヤング率Ｙ_ｍに対して、Ｙ_ｂ≦Ｙ_ｍ／５を満たすことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の接着安定性に優れた有機被覆金属板。
片面又は両面に接着温度に加熱することにより接着力を発現する樹脂からなる厚さが０．５〜１００μｍの接着層を有する有機被覆金属板を被接着材料に接着する方法であって、前記接着層が接着厚さを調整するためのスペーサービーズを含有することを特徴とする接着安定性に優れた金属板接着方法。
前記被接着材料の被接着面が接着剤層を有し又は有さず、前記接着層の前記スペーサービーズの平均粒径Ｄ_ｂが、被接着材料の表面には接着層が設けられていない場合は前記接着層の厚さ、被接着材料の表面にも接着層が設けられている場合は両面の接着層の厚さの合計厚さＤ_ａｄよりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の接着安定性に優れた金属板接着方法。