JP2004330703A - 樹脂被覆金属板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(1) 亜鉛めっき金属板の上にエポキシ樹脂層を有する樹脂被覆金属板であって、樹脂層中にリン化鉄を含み、且つ、トリポリリン酸アルミニウム、カルシウムイオン交換性シリカ、無定型ケイ酸マグネシウム化合物から選ばれる1種以上を含むことを特徴とする樹脂被覆金属板、(2) 前記樹脂被覆金属板においてエポキシ樹脂がウレタン変性エポキシ樹脂および/またはダイマー酸変性エポキシ樹脂であるもの、(3) 前記樹脂被覆金属板においてリン化鉄の最大粒径が15μm以下であるもの、(4) これらの樹脂被覆金属板の製造方法等。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂被覆金属板およびその製造方法に関する技術分野に属し、詳細には、亜鉛めっき金属板の上にエポキシ樹脂層を有する樹脂被覆金属板に関し、特には、自動車用塗装鋼板であって自動車製造時の塗装工程の一部省略、加工折り曲げ部等へのグリース充填省略などを可能にする自動車用塗装鋼板に関する技術分野に属するものである。
【0002】
【従来の技術】
特開平11−5269号公報(特許文献1)には、亜鉛系めっき金属板またはアルミニウム系めっき金属板の上に樹脂被覆層を有する樹脂被覆金属板が記載されている。
【0003】
上記特許文献1の特許請求の範囲には、塗料に含まれる樹脂、硬化剤および導電顔料が記載されているが、防錆添加剤については、詳細な説明に列記されているだけである。
【0004】
また、上記特許文献1の特許請求の範囲には、塗膜厚さ:t(μm)と導電顔料の塗膜中の含有率:P(重量%)の式が記載されている。この式は、下記のような式(1) 、(2) である。なお、この式(1) 、(2) において、t=7とすると、39≦P≦71となる。
P≧7.14t−10.71 −−−−−−−−− (1)
P≦7.14t+21.43 −−−−−−−−− (2)
【0005】
樹脂としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂およびこれらの変性樹脂が記載されている。硬化剤としては、イソシアネート化合物および/またはアルキルエーテル化アミノホルムアルデヒド樹脂(アルキル化メラミン樹脂)が記載されている。
【0006】
特表2001−522923号公報(特許文献2)には、金属非晶質を被覆するための被覆組成物(塗膜)が記載されている。
【0007】
上記特許文献2の特許請求の範囲には、樹脂、硬化剤、防錆顔料、導電顔料の種類、配合量が記載されている。
【0008】
樹脂としては、エポキシ樹脂(ダイマー酸変性エポキシ樹脂のようなエポキシ基を保持するエポキシ樹脂を含む。)+ブロック化ポリウレタン樹脂が記載されている。硬化剤としては、グアニジン、置換グアニジン、置換尿素、環式第3アミン及びこれらの混合物が記載されている。防錆顔料としては、シリケート化合物(0〜15重量%)が記載されている。導電顔料としては、亜鉛、アルミニウム、グラファイトおよび/または二硫化モリブデン、カーボンブラック、リン化鉄(40〜70重量%)が記載されている。溶剤の量としては、0〜30重量%と記載されている。
【0009】
【特許文献1】
特開平11−5269号公報
【特許文献2】
特表2001−522923号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1(特開平11−5269号公報)は、塗膜厚さ、導電顔料配合量と溶接性、加工性、接着性との関係が記載されているが、重要な評価項目である耐食性については、実施例に全く記載がなく、溶接性、加工性を重視した内容になっている。従って、上記特許文献1記載のものでは、良好な耐食性を有するのかどうか不明である。
【0011】
一方、上記特許文献2(特表2001−522923号公報)は、耐食性の記載が中心で、溶接性、加工性の記載がない。従って、上記特許文献2記載のものでは、良好な溶接性や耐食性を有するのかどうか不明である。
【0012】
従って、上記特許文献1〜2に記載のものは、いずれも、溶接性、加工性および耐食性が共に優れているかどうか不明であり、これらのいずれかが優れていない可能性があると考えられる。
【0013】
本発明はこのような事情に着目してなされたものであって、その目的は、溶接性、加工性および耐食性に優れた樹脂被覆金属板およびその製造方法を提供しようとするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。本発明は、溶接性、加工性および耐食性に優れた樹脂被覆金属板およびその製造方法であり、上記目的を達成できるものである。
【0015】
このようにして完成されて上記目的を達成することのできた本発明は、樹脂被覆金属板およびその製造方法に係わり、請求項1〜4記載の樹脂被覆金属板(第1〜4発明に係る樹脂被覆金属板)、請求項5記載の樹脂被覆金属板の製造方法であり、それは次のような構成としたものである。
【0016】
即ち、請求項1記載の樹脂被覆金属板は、亜鉛めっき金属板の上にエポキシ樹脂層を有する樹脂被覆金属板であって、樹脂層中にリン化鉄を含み、且つ、トリポリリン酸アルミニウム、カルシウムイオン交換性シリカ、無定型ケイ酸マグネシウム化合物から選ばれる1種以上を含むことを特徴とする樹脂被覆金属板である〔第1発明〕。
【0017】
請求項2記載の樹脂被覆金属板は、前記エポキシ樹脂がウレタン変性エポキシ樹脂および/またはダイマー酸変性エポキシ樹脂である請求項1記載の樹脂被覆金属板である〔第2発明〕。
【0018】
請求項3記載の樹脂被覆金属板は、前記リン化鉄の含有量が40〜55質量%であり、且つ、前記トリポリリン酸アルミニウム、カルシウムイオン交換性シリカ、無定型ケイ酸マグネシウム化合物から選ばれる1種以上の含有量が5〜25質量%である請求項1または2記載の樹脂被覆金属板である〔第3発明〕。
【0019】
請求項4記載の樹脂被覆金属板は、前記リン化鉄の最大粒径が15μm以下である請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂被覆金属板である〔第4発明〕。
【0020】
請求項5記載の樹脂被覆金属板の製造方法は、亜鉛めっき金属板上に請求項1〜4のいずれかに記載の樹脂層を形成することを特徴とする樹脂被覆金属板の製造方法である〔第5発明〕。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明は、溶接性、加工性および耐食性に優れた樹脂被覆金属板とするため、基本的には導電性塗料の種類および防錆添加剤の種類の最適化を行ったものであり、更には、導電性塗料の配合量、粒径の最適化や、防錆添加剤の配合量の最適化を行ったものである。
【0022】
本発明に係る樹脂被覆金属板においては、導電性フィラーであるリン化鉄を含有するようにすると共に、防錆添加剤としてトリポリリン酸アルミニウム、カルシウムイオン交換性シリカ、無定型ケイ酸マグネシウム化合物から選ばれる1種以上(以下、本発明に係る防錆添加剤ともいう)を含有するようにしている。
【0023】
リン化鉄を含有することにより、溶接性および加工性に優れたものとなる。本発明に係る防錆添加剤を含有することにより、耐食性に優れたものとなる。従って、本発明に係る樹脂被覆金属板は、溶接性、加工性および耐食性に優れたものとなる。
【0024】
更には、上記導電性塗料の配合量、粒径の最適化や、防錆添加剤の配合量の最適化を行うようにしており、これにより、溶接性、加工性および耐食性をより高い水準のものにできる。
【0025】
導電性フィラーは溶接性を向上するために添加されるが、この導電性フィラーとしてリン化鉄を使用することにより、溶接性の他に加工性も向上することができる。防錆効果および導電性のために一般的に使用されているジンクリッチペイント(Zn)は、加工時のパウダリングが発生しやすくて加工性に問題がある。
【0026】
このとき、導電性フィラーであるリン化鉄の添加量(含有量)が55質量%(重量%)超になると、溶接性は良好であるが、加工性が低下し、一方、この含有量が40質量%未満になると、加工性は良好であるが、溶接性が低下する。従って、リン化鉄の含有量は40〜55質量%とすることが望ましい〔第3発明〕。
【0027】
導電性フィラーであるリン化鉄の最大粒径が15μm超の場合は、加工性が悪くなる。従って、リン化鉄の最大粒径は15μm以下であることが望ましい〔第4発明〕。なお、リン化鉄の粒径は小さくても問題ないが、粒径が6μm以下のものは入手しにくいため、粒径の下限の目安としては6μmである。
【0028】
耐食性付与のため、防錆剤を添加する。防錆剤として、本発明に係る防錆添加剤(トリポリリン酸アルミニウム、カルシウムイオン交換性シリカ、無定型ケイ酸マグネシウム化合物から選ばれる1種以上)を含有することにより、優れた耐食性を発揮する〔第1発明〕。これら3種類のものにおいて、トリポリリン酸アルミニウムおよび無定型ケイ酸マグネシウム化合物はカルシウムイオン交換性シリカよりも耐食性向上の効果が大きく、この点において好ましい。
【0029】
このとき、本発明に係る防錆添加剤の添加量(含有量)が25質量%超になると、加工性が低下し、一方、この含有量が5質量%未満になると、防錆性能を発揮できない。従って、本発明に係る防錆添加剤の含有量は5〜25質量%とすることが望ましい〔第3発明〕。なお、上記本発明に係る防錆添加剤の含有量は、上記3種類の中の1種のみが含有される場合は、その含有量であり、2種以上が含有される場合は、それらの合計含有量(それぞれの含有量の合計量)である。
【0030】
本発明に係る防錆添加剤の粒径の上限は塗膜厚程度10μmとすることが望ましい。上記防錆添加剤の粒径が塗膜厚程度10μm超になると、加工性が悪くなるからである。
【0031】
トリポリリン酸アルミニウムは、pHの緩衝と不働態膜形成により優れた防錆性能を発現する。トリポリリン酸アルミニウム単独でも、MgやCaで処理されたMg処理品、Ca処理品でも使用できるが、処理品の方が望ましい。処理品の方がより優れた防錆性能を発現することができるからである。
【0032】
カルシウムイオン交換性シリカは、pHの緩衝作用により優れた防錆性能を発現する。カルシウムイオン交換性シリカ中のカルシウム成分の濃度は、通常1〜10%である。
【0033】
無定型ケイ酸マグネシウム化合物は、pHの緩衝と不働態膜形成により防錆性能を発現する。無定型ケイ酸マグネシウム化合物は、アルカリ金属ケイ酸塩と水溶性マグネシウム塩とをMg/Siの原子比で0.025 〜1.0 の割合で水溶液中で反応させて生成する沈殿を、濾過した後、水洗、乾燥、粉砕して製造される。無定型であることは、X線回折で確認できる。
【0034】
本発明において、樹脂層の樹脂としてエポキシ樹脂を用いる。このエポキシ樹脂としては、加工性(加工時の耐パウダリング性)を向上するために、可撓性エポキシを使用することが好ましい。ここで、可撓性エポキシとは、MIT屈曲試験において、割れが生じるまでの屈曲回数が300回以上となるものをいう。MIT屈曲試験は、図4に示す試験装置のクランプに幅:15mm、長さ:130mm の試験片の一端を挟んで折り曲げ、試験片の多端を張力:1kgf 、回転角度:135°、回転振動:175 回/分の条件で動かして、割れが生じるまでの回数を測定して行った。
【0035】
上記可撓性エポキシとしては、下記▲1▼〜▲2▼のものを用いることが好ましい。
▲1▼ ウレタン変性エポキシ樹脂:
この樹脂はエポキシ樹脂の分子構造にウレタン結合(樹脂)を導入したものであり、ウレタン樹脂構造により可撓性が付与される。
▲2▼ ダイマー酸変性エポキシ樹脂:
この樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂「エピコート1007」(商品名、ジャパンエポキシレジン製)とダイマー酸変性エポキシ樹脂「エピコート872 」(商品名、ジャパンエポキシレジン製)を2/1で混合したものを使用する。
【0036】
本発明において、硬化剤としては、例えば、ブロックイソシアネート、メラミン樹脂、アミン系硬化剤を用いる。この中、ブロックイソシアネート、メラミン樹脂は、エポキシ樹脂の水酸基と反応する。アミン系硬化剤は、エポキシ樹脂のエポキシ基と反応する。エポキシ樹脂中の反応基の当量/硬化剤中の反応基の当量=0.8〜1.2であることが望ましい。
【0037】
上記ブロックイソシアネート、メラミン樹脂、アミン系硬化剤は、下記のようなものである。
▲1▼ ブロックイソシアネート:
これは、イソシアネート基をカプロラクタム、オキシムなどでブロックしたものである。カプロラクタムは、150℃付近でブロック剤が解離する。オキシムは、120〜130℃でブロック剤が解離する。
【0038】
▲2▼ メラミン樹脂:
このメラミン樹脂には、n−ブチル化メラミン樹脂、イソブチル化メラミン樹脂、メチル化メラミン樹脂などがある。
【0039】
▲3▼ アミン系硬化剤:
このアミン系硬化剤には、脂肪族ポリアミン、脂環族ポリアミン、芳香族ポリアミン、ポリアミドアミン等がある。これらには、下記のようなものがある。
【0040】
<脂肪族ポリアミン>:ジエチレントリアミン、ジプロピレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノプロピルアミン、ジブチルアミノプロピルアミン、ヘキサメチレンジアミン、N−アミノエチルピペラジン、ビスーアミノプロピルピペラジン、トリメチルヘキサメチレンジアミンなど
【0041】
<脂環族ポリアミン>:3,3’− ジメチル4,4’− ジアミノジシクロヘキシルメタン、3−アミノ−1− シクロヘキシルアミノプロパン、4,4’− ジアミノジシクロヘキシルメタン、イソホロンジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、N−ジメチルシクロヘキシルアミン、複素環式ジアミンなど
【0042】
<芳香族ポリアミン>:キシリレンジアミン、4,4’− ジアミノジフェニルメタン、4,4’− ジアミノジフェニルエーテル、ジアミノジフェニルスルホン、m−フェニレンジアミンなど
【0043】
<ポリアミドアミン>:ポリアミド樹脂、ポリアミノアミドともいわれる。
【0044】
本発明において、樹脂層が被覆形成される母材(原板)として、亜鉛めっき金属板を用いる。この亜鉛めっき金属板は、金属板に亜鉛めっきを施したものである。この金属板の種類および亜鉛めっき方法については、特には限定されず、種々の金属板を用いることができ、種々の亜鉛めっき方法を用いることができる。即ち、亜鉛めっき金属板としては、種々のものを用いることができる。例えば、電気亜鉛めっき鋼板(EG)や溶融亜鉛めっき鋼板(GA)を用いることができる。電気亜鉛めっき鋼板を用いる場合は、樹脂層の被覆前に下地処理〔クロメート処理あるいはノンクロメート(リン酸系など)処理〕をすることが重要である。溶融亜鉛めっき鋼板を用いる場合は、下地処理を必ずしもしなくてよく、必要に応じて下地処理をしてもよいし、しなくてもよい。
【0045】
【実施例】
本発明の実施例および比較例を以下説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【0046】
〔1〕樹脂被覆金属板の製造(塗工手順)
母材(原板)の亜鉛めっき金属板として、合金化溶融亜鉛めっき鋼板をノンクロメート下地処理したものを準備した。そして、この上に樹脂層を被覆形成させて、樹脂被覆金属板を製造した。この詳細を以下説明する。
【0047】
(1) 樹脂および硬化剤を所定の比率で配合した後、導電性フィラーであるリン化鉄(FeP )、防錆添加剤、沈降防止剤を加える。このとき、用いた樹脂および硬化剤の種類、並びに、その配合比率を表1に示す。導電性フィラーのFeP の配合率、防錆添加剤の種類およびその配合率、並びに、沈降防止剤の配合率を表2に示す。
【0048】
このようにして得られた混合体から塗料を調整して得た。即ち、前記混合体を固形分濃度が50%になるように、キシレン/プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート/n−ブタノール=4/3/1の混合溶媒に添加し、溶解、分散させて、塗料を得た。
【0049】
(2) このようにして得られた塗料について、冷却下でホモジナイザーを用いて3000rpm で10分間攪拌する。
【0050】
(3) 目標塗膜厚10μmとなるようにバーコーターを選定し、ノンクロメート下地処理が施された合金化溶融亜鉛めっき鋼板に塗工する。
【0051】
(4) この塗工後のものを連続加熱炉にてPMT230℃で溶剤除去及び塗膜硬化を行い、樹脂被覆金属板を得た。
【0052】
〔2〕樹脂被覆金属板の評価
このようにして得られた樹脂被覆金属板について、加工性、溶接性、耐食性の評価試験を行った。この評価試験方法を以下説明する。
【0053】
A.加工性
(1) 下記深絞り加工条件で深絞り加工を実施する。
<深絞り加工条件>
・樹脂被覆金属板の抜き打ち径(深絞り加工用ブランク直径):90mm、
・ポンチ径(外径):50mm、
・ダイス径(内径):52mm、
・BHF(しわ押さえ圧):980N、
・深絞り成形速度:160mm/min
【0054】
(2) 上記深絞り加工後の表面を強制テープ剥離する。即ち、上記深絞り加工により得られた深絞り成形体(底付き円筒状)の円筒部表面に粘着テープ(セロハンテープ)を貼り付けた後、このテープを強制的に剥がす。
【0055】
(3) 上記深絞り成形体についての粘着テープの貼り付け、剥離による重量減量(Wd ) を測定する。即ち、粘着テープの貼り付け前における深絞り成形体の重量W1 および粘着テープの貼り付け、剥離後における深絞り成形体の重量W2 を測定し、両者の重量差(W1 −W2 =W1−2 )を求め、この重量差W1−2 を深絞り成形体の粘着テープ貼付部の表面積Sd で割ることにより、重量減量Wd (=W1−2 /S)を求める。
【0056】
(4) 加工性の判定基準は下記のようにする。
<加工性の判定基準>
・重量減量Wd :6g/m2 以上の場合、×(加工性不良)、
・重量減量Wd :5g/m2 以上、6g/m2 未満の場合、△(上記×の場合よりは加工性良く、加工性は許容範囲にある)、
・重量減量Wd :3g/m2 以上、5g/m2 未満の場合、○(加工性良好)
・重量減量Wd :3g/m2 未満の場合、◎(上記○の場合よりも加工性良く、加工性に優れる)
【0057】
B.溶接性
(1) 下記の試験条件下における連続打点で評価する。即ち、樹脂被覆金属板の表面(樹脂被覆側の表面)に対し、下記の試験条件で連続打点の溶接を行い、連続打点可能な回数(打点)を求め、この回数で評価する。
<試験条件>
・先端径:6mm、
・加圧力:200kgf、
・通電時間:12サイクル、
・溶接電流:8.0kA
【0058】
(2) 溶接性の判定基準は下記のようにする。
<溶接性の判定基準>
・400 打点未満の場合、×(溶接性不良)、
・400 打点以上、600 打点以下の場合、△(上記×の場合よりは溶接性良く、溶接性は許容範囲にある)、
・600 打点以上、800 打点未満の場合、○(溶接性良好)、
・800 打点以上の場合、◎(上記○の場合よりも溶接性良く、溶接性に優れる)
【0059】
C.耐食性
合わせ部耐食性の評価試験を行う。
(1) 樹脂被覆金属板とスペーサ(厚み:120μm )を用いて、合わせサンプルを作製する。なお、この合わせサンプルの正面図を図1に示し、側面図を図2に示す。次に、この合わせサンプルについて、下記の処理(一般的な自動車用塗装方法に準ずる)を行う。
a.アルカリ脱脂(オルソ珪酸ソーダを用いて40℃×2分で処理)
b.水洗(30秒)
c.リン酸塩処理(60℃×2分)
d.ED〔カチオン電着:目標膜厚20μm 〕
【0060】
(2) 上記の処理がなされた合わせサンプルについて、図3に示す耐食性試験サイクルの耐食性試験を20サイクル実施する。なお、試験サイクルは1サイクル/1週間である。
【0061】
(3) 上記耐食性試験(20サイクル)の後、サンプルを開いて合わせ部の赤錆発生率を求め、下記の判定基準で耐食性を評価する。なお、赤錆発生率は、赤錆発生部の表面積の割合である。
<耐食性の判定基準>
・赤錆発生率:7%以上の場合、×(耐食性不良)、
・赤錆発生率:4%以上7%未満7%以上の場合、△(上記×の場合よりは耐食性良く、耐食性は許容範囲にある)、
・赤錆発生率:1%以上4%未満の場合、○(耐食性良好)、
・赤錆発生率:1%未満の場合、◎(上記○の場合よりも耐食性良く、耐食性に優れる)
【0062】
〔3〕樹脂被覆金属板の評価結果
前記評価試験の結果を表3に示す。比較例1に係る樹脂被覆金属板は、溶接性は◎(溶接性に優れる)であり、耐食性も◎(耐食性に優れる)であるものの、加工性が×(加工性不良)である。比較例2〜3に係る樹脂被覆金属板は、いずれも、加工性は◎(加工性に優れる)であり、また、溶接性も◎(溶接性に優れる)であるものの、耐食性が×(耐食性不良)である。
【0063】
これに対し、本発明の実施例1〜12に係る樹脂被覆金属板は、総合特性(加工性、溶接性、耐食性の総合的評価結果)に優れており、総合的にみて優れている。即ち、加工性および溶接性ならびに耐食性がいずれも◎(加工性に優れる、溶接性に優れる、耐食性に優れる)であるか、または、加工性、溶接性、耐食性のいずれかが○(耐食性良好、溶接性良好、耐食性良好)であると共にその他の特性は◎である。
【0064】
本発明の実施例13〜19に係る樹脂被覆金属板も、比較例1〜3に係る樹脂被覆金属板に比較し、総合的にみて優れている。即ち、加工性、溶接性、耐食性のいずれかが△であるが、その他の特性は◎である。
【0065】
【表1】
【0066】
【表2】
【0067】
【表3】
【0068】
【発明の効果】
本発明に係る樹脂被覆金属板は、溶接性、加工性および耐食性に優れている。このため、溶接および加工が行われ、耐食性が必要な用途の素材(樹脂被覆金属板)として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例および比較例に係る樹脂被覆金属板についての耐食性評価試験に用いた合わせサンプルを正面からみたときの外観の概要を示す模式図である。
【図2】本発明の実施例および比較例に係る樹脂被覆金属板についての耐食性評価試験に用いた合わせサンプルを側からみたときの外観の概要を示す模式図である。
【図3】本発明の実施例および比較例に係る樹脂被覆金属板についての耐食性試験サイクルを示す図である。
【図4】屈曲試験装置の概要を示す模式図である。
Claims (5)
- 亜鉛めっき金属板の上にエポキシ樹脂層を有する樹脂被覆金属板であって、樹脂層中にリン化鉄を含み、且つ、トリポリリン酸アルミニウム、カルシウムイオン交換性シリカ、無定型ケイ酸マグネシウム化合物から選ばれる1種以上を含むことを特徴とする樹脂被覆金属板。
- 前記エポキシ樹脂がウレタン変性エポキシ樹脂および/またはダイマー酸変性エポキシ樹脂である請求項1記載の樹脂被覆金属板。
- 前記リン化鉄の含有量が40〜55質量%であり、且つ、前記トリポリリン酸アルミニウム、カルシウムイオン交換性シリカ、無定型ケイ酸マグネシウム化合物から選ばれる1種以上の含有量が5〜25質量%である請求項1または2記載の樹脂被覆金属板。
- 前記リン化鉄の最大粒径が15μm以下である請求項1〜3のいずれかに記載の樹脂被覆金属板。
- 亜鉛めっき金属板上に請求項1〜4のいずれかに記載の樹脂層を形成することを特徴とする樹脂被覆金属板の製造方法。
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