JP2004202988A - 金属素地外観を活かした黒色クリア塗装金属板 - Google Patents

Abstract

【目的】金属素地外観を活用しながら鮮やかな黒色の色調を呈するクリア塗装金属板を提供する。
【構成】基材・金属板３上のクリア塗膜２に、最大粒径：２０μｍ以下，アスペクト比：２０以上，厚み：１μｍ以下の鱗片状黒色顔料６が分散している。基材・金属板３の沿面方向に鱗片状黒色顔料６が配向しているので、入射光Ｌinが吸収される吸収ポイントＰが多く、光量が減少した反射光Ｌoutとして外部に反射される。しかも、鱗片状黒色顔料６が半透明化して隠蔽力が弱められているため、基材・金属板３の金属光沢も活かされる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、表装材，内装材等に使用される意匠性に優れた黒色クリア塗装金属板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家電製品，ＯＡ機器等の表装材として、クリア塗装を施した塗装金属板が使用され始めている。クリア塗装金属板は、金属光沢を活用した外観を呈することから、従来の着色塗装金属板では得られない雰囲気を醸し出す。従来のクリア塗装金属板は、着色剤を配合したクリア塗料を塗装原板表面に塗布し、焼付け乾燥することによって製造される。着色剤に染料を使用すると焼付け時に変色しやすく色調が安定しないので、有機顔料を通常使用している。
有機顔料を配合したカラークリア塗膜では、塗膜に入射した光の特定波長成分が有機顔料に吸収され、残りの入射光が下地金属板の表面で反射され、吸収波長成分を除く反射光により特定の色調が発現する。
【０００３】
カラークリア塗膜を透過する入射光が有機顔料に吸収される光量は、塗膜に含まれる顔料の量，換言すれば塗膜の厚みによって異なり、厚い塗膜ほど吸収量が大きく、薄い塗膜ほど吸収量が少ない。そのため、発現する色調の膜厚依存性が高く、僅かな膜厚変動によっても色調が微妙に変動しやすい。色調の変動は、製造ロットの異なるクリア塗装金属板を突き合わせて施工する場合に色ムラとして強調される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、膜厚に応じた色調の変動を抑制するため、有機顔料に代えて発色顔料をクリア塗膜に分散させることを特願２００１−３７６８９３号で提案した。鱗片状無機基質を透明又は半透明金属酸化物皮膜で被覆した発色顔料が分散したクリア塗膜では、塗膜に入射した光が鱗片状無機基質及び金属酸化物皮膜の表面で反射する。鱗片状無機基質，金属酸化物皮膜からの反射光に光路差が生じ、光路差に応じた光の干渉作用によって干渉色が発現する。
【０００５】
発色顔料で色調を発現させるカラークリア塗膜では、有機顔料のような光吸収物質がクリア塗膜に存在せず、基材・金属板，鱗片状無機基質，金属酸化物皮膜それぞれの表面で反射する光の合計が入射光の光量にほぼ等しい。そのため、発色した色調は、クリア塗膜の膜厚に影響されず、明度の低下もない。
本発明者等は、発色顔料を分散させたカラークリア塗膜を種々調査・検討する過程で、発色顔料に代えて鱗片状黒色顔料を分散させると、黒度の低下（換言すれば、色調の白ボケ）が生じることなく金属素地外観を活かしながら鮮明な黒色を呈する色調が付与されることを解明した。更に、黒度に及ぼす鱗片状黒色顔料を影響について検討を進めた結果、本発明に至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、クリア塗膜の黒度が鱗片状黒色顔料の形状によって大きく影響を受けるとの知見をベースに完成されたものであり、少量の鱗片状黒色顔料を分散させた場合でもクリア塗膜の黒度が安定し、金属素地外観を活かしながらも鮮明な黒色の色調をもつクリア塗装金属板を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の黒色クリア塗装金属板は、その目的を達成するため、基材・金属板上に設けられたクリア塗膜に最大粒径：２０μｍ以下，アスペクト比：２０以上，厚み：１μｍ以下の鱗片状黒色顔料が分散しており、基材・金属板の沿面方向に鱗片状黒色顔料が配向していることを特徴とする。鱗片状黒色顔料は、クリア塗料の固形分１００重量部に対して０.３〜２０重量部の割合でクリア塗膜に分散していることが好ましい。
【０００８】
【作用】
代表的な黒色顔料であるカーボンブラックの分散でクリア塗膜に黒色を付与する場合、発現する色調に白ボケが生じやすい。本発明者等は、白ボケの発生原因を次のように推察した。
【０００９】
鮮明な黒色を発色させる場合、粒径の小さなカーボンブラック１を分散させたクリア塗膜２を基材・金属板３上に形成することが必要である。入射光Ｌinの吸収量を大きくするためには、一次粒子径：０.０７〜０.０２μｍ程度にして単位重量当りの比表面積が大きくなる微粒子状のカーボンブラックをクリア塗料に少量配合し、クリア塗膜２中でカーボンブラック１を均一分散させることが理想的である（図１ａ）。微粒子状カーボンブラック１が均一分散しているクリア塗膜２に進入する入射光Ｌinは、表面の吸収ポイントＰでカーボンブラック１に一部吸収され、光強度が低下した反射光Ｌoutとなってクリア塗膜２から出射する。
反射光Ｌoutの観察によって黒色表面が認識される。
【００１０】
しかし、カーボンブラック１は凝集しやすく、クリア塗膜２にカーボンブラック１を均一分散させることは困難である。クリア塗膜２に分布するカーボンブラック１は、通常、微粒子が相互に鎖状に凝集し、三次元的に成長したストラクチャー４となる（図１ｂ）。カーボンブラック１は、一次粒子径が小さいほど凝集して比較的粒径の大きな二次粒子になりやすい。
ストラクチャー４の形成は、カーボンブラック１の表面積の減少、ひいては吸収ポイントＰの個数減少を意味する。その結果、入射光Ｌinの吸収が低下し、反射光Ｌoutの光量が増加する。光量増加によりクリア塗膜２の黒度が低下し、白ボケが観察される。
【００１１】
ストラクチャー４の形成に応じてカーボンブラック１の偏在が進行し、クリア塗膜２の表面に占めるカーボンブラック１の割合（面積占有率）が低下し、カーボンブラック１のない表面部５が多くなる（図２ａ，ｂ）。表面部５のクリア塗膜２に侵入した入射光Ｌinは、カーボンブラック１で吸収されることなく基材・金属板３の表面に到達し、ほぼ同じ光量の反射光Ｌoutとして観察される。したがって、反射光Ｌoutの光量がトータルとして増加し、クリア塗膜２の黒度が低下する。
【００１２】
本発明は、ストラクチャー４の形成が黒度低下，白ボケの原因であるとの前提で、クリア塗膜２中で凝集しがたい黒色顔料を調査した。その結果、最大粒径，アスペクト比が規制された鱗片状黒色顔料を使用すると、クリア塗膜２に鱗片状黒色顔料が均一分散し、黒度低下，白ボケが効果的に抑制されることを見出した。鱗片状黒色顔料による黒度低下，白ボケの抑制作用は次のように推察される。
【００１３】
クリア塗料に配合した鱗片状黒色顔料６は分散性，配向性が高く、基材・金属板３の表面と鱗片状黒色顔料６の面内方向がほぼ平行になる（図３ａ）。そのため、入射光Ｌinが鱗片状黒色顔料６に到達する確率が高くなり、ストラクチャー４が分布しているクリア塗膜２に比較して入射光Ｌinの吸収率が格段に上昇する。しかも、クリア塗膜２の表面に占める鱗片状黒色顔料６の面積占有率が大きいので、鱗片状黒色顔料６のない表面部５を透過して基材・金属板３に達する入射光Ｌinが少なく、反射光Ｌoutのトータル光量が減少する。その結果、入射光Ｌinが効率よく吸収され、黒度低下，白ボケが抑制される。
【００１４】
入射光Ｌinの効果的な吸収は、最大粒径：１５μｍ以下，アスペクト比：２０以上の鱗片状黒色顔料６で顕著になる。このような鱗片状黒色顔料６は、グラファイト，二硫化モリブデン等がある。
最大粒径が小さくなるほど、クリア塗膜２に対する鱗片状黒色顔料６の均一分散が進行し、クリア塗膜２の色調が安定化する。しかし、過度に小さな最大粒径では基材・金属板３の沿面方向に沿った鱗片状黒色顔料６の配向に悪影響が出やすいので、１μｍ以上の最大粒径が好ましい。
【００１５】
基材・金属板３の沿面方向に沿って鱗片状黒色顔料６を配向させる上でアスペクト比の大きな鱗片状黒色顔料６ほど好ましい。更に、厚みが１μｍ以下になると鱗片状黒色顔料６が半透明になり、入射光Ｌinの一部が鱗片状黒色顔料６を透過して基材・金属板３に達することもある。すなわち、鱗片状黒色顔料６の隠蔽力が弱められ、金属素地外観を活用できる。しかも、基材・金属板３の表面で反射した光が反射光Ｌoutとなって外部に放出される際にも、鱗片状黒色顔料６の吸収ポイントＰで吸収される確率が高く、反射光Ｌoutの光量が減少することで鮮やかな黒色が発現する。
【００１６】
クリア塗膜２の単位重量当りに占める鱗片状黒色顔料６の面積占有率は、アスペクト比が大きくなるほど増加する。したがって、少量の鱗片状黒色顔料６をクリア塗膜２に分散させても、入射光Ｌin，反射光Ｌoutが効率よく吸収され、黒度の高い色調がクリア塗膜２に付与される。しかし、アスペクト比が１０００を超える鱗片状黒色顔料６は、高価で取扱いにも注意を要し、顔料自体の透明度が増して黒色が得られがたいことからも実用的でない。アスペクト比が過度に大きな鱗片状黒色顔料６は、クリア塗膜２から一部が突出して塗膜表面の平滑度にも悪影響を及ぼしやすい。
【００１７】
【実施の形態】
基材・金属板３には、金属素地外観を活かした製品形態で使用されることから、ステンレス鋼，各種めっき鋼板，アルミニウム，アルミニウム合金，銅，銅合金，マグネシウム，マグネシウム合金等が使用される。クリア塗膜２の形成に先立って脱脂・酸洗，クロメート処理，リン酸塩処理，クロムフリー処理等、適宜の塗装前処理が基材・金属板３に施される。
【００１８】
クリア塗膜２を形成するためのクリア塗料は、塗料種に特段の制約が加わるものではないが、透明度の高いアクリル系，ポリエステル系，ウレタン系，ポリオレフィン系，フッ素系，エポキシ系，酢酸ビニル系，クロロプレン系等の有機樹脂塗料が使用される。
クリア塗料に配合される鱗片状黒色顔料６としては、最大粒径：１５μｍ以下，アスペクト比：２０以上である限り、材質に制約を受けるものではなく、赤，青等の色を帯びた黒色顔料も使用できる。具体的には、GRAPHITAN 7525，GRAPHITAN 7700（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）等として市販されている鱗片状黒色顔料６が使用される。
【００１９】
鱗片状黒色顔料６は、必要とする黒度に応じてクリア塗料に対する配合量が定められるが、通常条件下では樹脂固形分１００重量部に対して０.３〜２０重量部の範囲から選定される。少ない配合量でも黒度の高い色調が得られることが鱗片状黒色顔料６の長所であり、その傾向はアスペクト比の大きな鱗片状黒色顔料６を使用するほど顕著になる。
鱗片状黒色顔料６の他にも、クリア塗膜２の透明性を損なわない範囲で防錆顔料，着色顔料，染料等を必要に応じてクリア塗料に添加しても良い。
【００２０】
クリア塗膜２の形成に先立って、基材・金属板３に対する密着性を改善するため鱗片状黒色顔料無添加のプライマクリア塗膜を形成しても良い。プライマリクリア塗料は、塗料種に特段の制約が加わるものではなく、エポキシ樹脂，エポキシ変性ポリエステル樹脂，ウレタン樹脂，ウレタン変性エポキシ樹脂等を使用できる。プライマリクリア塗膜により、クロメート処理等の塗装前処理を施した基材・金属板３と発色顔料分散クリア塗膜２との密着性が一層向上する。プライマリクリア塗膜は、好ましくは１〜１０μｍの膜厚で形成される。
【００２１】
クリア塗膜２形成用のクリア塗料に配合される鱗片状黒色顔料６は、ボールミル、ロッドミル等で原材料を粉砕することにより製造される。鱗片状黒色顔料６のアスペクト比は、ミルの回転数，回転速度で厚みを制御し、フルイ等で最大粒径を分級することにより調整できる。
【００２２】
鱗片状黒色顔料６を配合したクリア塗料を塗装原板に塗布した後、クリア塗料の樹脂種や塗布量にもよるが２００〜４００℃で３０〜１２０秒加熱することによってクリア塗膜２が基材・金属板３に焼き付けられる。得られたクリア塗装金属板を観察すると、基材・金属板３の金属光沢が活かされ、しかも無機質な冷たい感じを与える金属光沢がクリア塗膜２で和らげられているので、マイルドな色調の外観となる。安定した色調を得る上では、膜厚：５〜２０μｍでクリア塗膜２を形成することが好ましい。
【００２３】
クリア塗膜２の上に更にトップクリア塗膜を形成することもできる。トップクリア塗膜は、クリア塗膜２の表面から突出する鱗片状黒色顔料６を覆い色調を安定化させる。更に、塗膜表面の平滑性を向上させることによって鮮映性が改善され高級感が付与される。トップクリア塗膜形成用のクリア塗料は、特に限定されるものではないが、クリア塗膜２と同種又は類似の塗料が好ましい。具体的には、透明度の高いアクリル系，ポリエステル系，ウレタン系，ポリオレフィン系，フッ素系，エポキシ系，酢酸ビニル系，クロロプレン系等の有機樹脂や、或いはこれらの縮み模様を形成する樹脂や無機系ポリマーを配合した有機樹脂も使用できる。
【００２４】
クリア塗膜２を設けた塗装金属板を製品形状に加工することもあるので、基材・金属板３に対する密着性，塗膜自体の柔軟性に富むことがクリア塗膜２又はトップクリア塗膜に要求される。柔軟性に相反する機能として耐疵付き性が要求されることもある。このような目的に応じた特性を考慮してクリア塗料の樹脂系が選択される。
クリア塗膜２，トップクリア塗膜の形成に同種又は類似のベース樹脂をクリア塗料に使用すると、塗料焼付け条件をほぼ同じに、或いはトップクリア塗膜焼成時の温度を若干高く設定できる。したがって、トップクリア塗膜の焼付け時に鱗片状黒色顔料分散クリア塗膜２が軟化し、クリア塗膜２に分散している鱗片状黒色顔料６が基材・金属板３の面内方向に揃った形態に再配向される。再配向によって光吸収に有効な鱗片状黒色顔料６の表面積が増加するので、黒度の高い色調が得られる。ベース樹脂を同種又は類似にすることは、クリア塗膜２とトップクリア塗膜との親和性を高め、層間剥離を防止する上でも有効である。
【００２５】
【実施例】
ヘアライン研磨した板厚０.４ｍｍの研磨模様入りステンレス鋼板を塗装原板に使用した。塗装原板を２％塩酸で酸洗し、酸系の表面処理を施した後、塗布型クロメート処理でＣｒ換算付着量２０ｍｇ／ｍ²のクロメート皮膜を形成した。
次いで、各種樹脂ベースに最大粒径≦２０μｍ，アスペクト比≧２０，厚み≦１μｍの鱗片状黒色顔料６を配合したクリア塗料を塗装前処理した塗装原板に塗布し、最高到達板温２３０℃で６０秒加熱することにより、乾燥膜厚：５〜２０μｍのクリア塗膜２を形成した。
得られた各クリア塗装鋼板の明度を測定し、鱗片状黒色顔料６の最大粒径，アスペクト比がクリア塗膜２の黒度に及ぼす影響及び金属素地外観の活用度を調査した。黒度は明度Ｌ値として表し、金属素地外観の活用度は塗装原板につけたヘアライン模様の見え具合で評価した。
比較のため、黒色顔料としてカーボンブラックを使用する以外は同じ条件下でクリア塗膜２を形成したクリア塗装鋼板についても、同様に黒度，金属素地外観の活用度を調査した。
表１の調査結果にみられるように、鱗片状黒色顔料６をクリア塗膜２に分散させることにより、白ボケがなく鮮明な黒色色調で金属素地外観を活かした外観を呈することが確認された。
【００２６】

【００２７】
【発明の効果】
以上に説明したように、最大粒径，アスペクト比が規制された鱗片状黒色顔料は，基材・金属板の沿面方向に沿った配向性でクリア塗膜に分散しているため、少量配合でも鮮やかな黒色を発する。しかも、厚みを１μｍ以下としているので鱗片状黒色顔料が半透明になって隠蔽力が弱められ、基材・金属板の金属光沢が観察される。このようにして、金属素地外観を活かしながら黒度を高めたクリア塗装金属板は、従来の黒色顔料によって色調を付与した塗装金属板とは明らかに異なる外観を呈し、内装材，表装材，家電機器用ケーシング材等として広範な用途に使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】黒色付与に使用するカーボンブラック１の理想的な分散形態（ａ）及びカーボンブラック１が凝集したストラクチャー４となって分散しているクリア塗膜（ｂ）
【図２】カーボンブラック１のストラクチャー４により黒度低下，白ボケが生じることを説明する図
【図３】クリア塗膜２に分散させた鱗片状黒色顔料６が基材・金属板３の沿面方向に配向している状態（ａ）及び鱗片状黒色顔料６の面積占有率が高いことを説明する図（ｂ）

Claims (2)

1. 基材・金属板上に設けられたクリア塗膜に最大粒径：２０μｍ以下，アスペクト比：２０以上，厚み：１μｍ以下の鱗片状黒色顔料が分散しており、基材・金属板の沿面方向に鱗片状黒色顔料が配向していることを特徴とする金属素地外観を活かした黒色クリア塗装金属板。
2. クリア塗料の固形分１００重量部に対し０.３〜２０重量部の割合で鱗片状黒色顔料がクリア塗膜に分散している請求項１記載の黒色クリア塗装金属板。

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