JP2005023269A - 耐食性および潤滑性に優れた塗料、およびその塗料を塗布した部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐食性、塗料密着性に優れているだけでなく、更に潤滑性、耐パウダリング性にも優れた塗料、およびその塗料を塗布して表面に塗装膜を形成した金属または樹脂からなる部材を提供すること。
【解決手段】 フィラーと金属微粒子と樹脂を主成分とする亜鉛系腐食防止塗料に、有機系潤滑物質または無機系潤滑物質を含有させた耐食性および潤滑性に優れた塗料と、この塗料を塗布して表面に耐食性および潤滑性に優れた塗装膜を形成した部材。なお、有機系潤滑物質としてはポリエチレン系ワックス、４フッ化エチレン系樹脂から選択され、無機系潤滑物質としては窒化珪素、窒化チタン、窒化ホウ素、二硫化モリブデンから選択される少なくとも１種以上を用いることができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は耐食性、塗料密着性に優れているだけでなく、更に潤滑性、耐パウダリング性にも優れた塗料、およびその塗料を塗布して表面に塗装膜を形成した金属または樹脂からなる部材に関するものである。

従来から、各種の材料や部品等に使用される金属または樹脂部材における耐腐食性の向上を目的として種々の表面処理剤が開発され実用に供されている。一般的に、腐食の要因は金属表面における酸化反応であり、これを防止するのに空気遮断を目的として金属表面に塗装や塗油を施して表面処理膜を形成することが行われている。

しかしながら、従来の表面処理膜では機械的強度が弱く、また金属との結合力も弱いため膜厚を十分に厚くする必要があり、高い寸法精度を要求される金属部品等においては寸法が変わってしまい適用することができないという問題点や、薄膜にするとクラックを生じて耐久性・防水性等が低下するという問題点があった。また、小物部品に塗装した場合、部品どうしが接着してしまい後で分離工程を必要とし、更にこの分離工程で塗膜が剥離して不良品を発生させる場合があるという問題点や、膜の焼付け時に母材の熱膨張の影響でクラックを発生させるもという問題点あった。

そこで出願人は、上記の問題点を解決する表面処理剤として金属アルコキシドを含有させたものを開発し先に特許文献１として出願した。しかし最近は、表面処理剤として耐食性や塗料密着性等を満足することは勿論のこと、更に潤滑性や耐パウダリング性も要求されるようになってきており、耐食性、塗料密着性、潤滑性、耐パウダリング性等に優れた塗料の開発が望まれていた。
特開平２００２−１１５０８４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、上記のような従来の問題点を解決して、膜厚を薄くしても十分な機械的強度や部材との結合力を得ることができ、また伸縮性があってクラックの発生を最小に抑えることができて優れた耐食性を発揮し、更には優れた潤滑性および耐パウダリング性も発揮することができる耐食性および潤滑性に優れた塗料、およびその塗料を塗布した部材を提供することである。

本発明は、フィラーと金属微粒子と樹脂を主成分とする亜鉛系腐食防止塗料に、有機系潤滑物質または無機系潤滑物質を含有させたことを特徴とする耐食性および潤滑性に優れた塗料と、その塗料を塗布して表面に耐食性および潤滑性に優れた塗装膜を形成したことを特徴とする部材である。

このように本発明は、フィラーと金属微粒子と樹脂を主成分とする亜鉛系腐食防止塗料に、更に有機系潤滑物質または無機系潤滑物質を含有させた塗料と、この塗料を塗布した部材であり、以下のような種々の効果を発揮することとなる。
(1) 十分な耐食性、塗料密着性に加えて優れた潤滑性、パウダリング性を付与することができる。
(2) 従来のようにクロム、鉛成分を含有しておらず安全性に優れており、しかも高い防食性が得られる。
(3) 無機有機複合塗膜であり、またフィラーの積層構造であるために、塗膜焼付け時の母材熱膨張係数に左右されにくく、伸縮性があり、クラックの発生を最小に抑えることができる。
(4) アスペクト比の高い無機フィラーを含有するので、処理膜のバリアー性が高く、また伸縮性も同時に兼ね備えており、高い耐腐食性を得ることができる。
(5) 扁平無機フィラーを含有するために、特に小物部品に塗装する際の製品どうしの接着を防止しながら塗装を行う事ができる。
(6) 金属微粒子を含有することにより、母材に対して犠牲電極性を有する。
(7) 特に、薄膜で耐食性を向上させたい部分へ適応でき、塗装膜により製品寸法形状を損なうことなく処理することが可能となる。

以下に、本発明の好ましい形態を示す。

本発明の亜鉛系腐食防止塗料は、フィラーと金属微粒子と樹脂を主成分とするものであり、フィラーのアスペクト比は３０〜１７０００の範囲が好ましい。

ここでアスペクト比とは、フィラーの長さ／厚みの比をいい、このようなアスペクト比が３０以上の大きいフィラーを塗装膜中に層状に含有させることにより、処理膜自体のバリアー性と伸縮性を同時に兼ね備えたものとし、高い耐腐食性を発揮させることができる。ただし、アスペクト比が１７０００より大きいと、分散性が損なわれ、スプレー塗装時に塗料ミストが安定せず塗装ムラを起こしやすいとともに、ノズルの詰まり現象を起こしやすいので１７０００以下とする。なお、ここでいうフィラーとは、無機物であり扁平な板形状のものである。

前記フィラーは、亜鉛系腐食防止塗料中に０．１〜５０重量％、好ましくは１．０〜３０重量％、金属微粒子は１．０〜９５重量％、好ましくは５．０〜８０重量％、樹脂は０．１〜８０重量％、好ましくは１．０〜６０重量％含んでいる。

フィラーが０．１重量％未満では塩水浸漬テストにおいて顕著な効果が認められず、５０重量％より多いと処理剤の寿命が著しく低下することが確認されている。

前記金属微粒子は、母材に対して犠牲電極性を有し、金属表面における電極電位の差を小さくして電池反応を抑制するので、腐食の進行を阻止し耐腐食性を高めることができる。金属微粒子としては、例えば亜鉛、アルミニウム、錫、マグネシウム、鉄、ニッケル、チタン、けい素、ジルコニウム等を用いることができる。

なお、金属微粒子が、亜鉛系腐食防止塗料中に１．０重量％未満では塩水浸漬テストに顕著な効果が認められず、一方、９５重量％より多いと処理剤の沈降現象が大きく使用上好ましくない。

前記樹脂が、亜鉛系腐食防止塗料中に０．１重量％未満では塗膜の柔軟性が低下し、焼付け時のクラックの促進を招き、防食性が低下する。一方、８０重量％より多いと粘度が高くまた、ゲル化が早いため、処理剤の寿命を著しく低下させるだけでなく、フィラーの分散性も低下する。

また、前記主成分に加えて更に０．１〜８０重量％金属酸化物を含有させることもできる。この金属酸化物は隠ぺい力の向上を目的とするもので、０．１重量％未満では塗膜表面に存在する微細な空孔を目止めする効果が低く、防食性が低下する。一方、８０重量％より多いと表面処理剤の寿命を低下させ、また沈降現象を促進し再分散化を阻害する。

このような金属酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、アルミナ、酸化錫、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム等を用いることができる。

前記フィラー成分としては、雲母を用いることができる。雲母は、白雲母、ソーダ雲母、金雲母、燐雲母等の天然雲母、あるいはフッ素金雲母、フッ素四珪素雲母等の人工雲母が使用できる。

更に、雲母の表面が酸化チタンで被覆してあるものとすることもできる。この場合は、溶液での分散が容易となる利点がある。酸化チタンはアナターゼまたはルチル結晶であり、その被覆率は１０〜７０％の範囲が好ましい。また、雲母の表面が酸化チタンで被覆後、更に酸化鉄で被覆してあるものとすることもでき、酸化鉄の被覆率は２０〜６０％の範囲が好ましい。なお、雲母の平均粒径は１〜５００μｍの範囲が好ましく、また雲母の厚みは３００Å以上が好ましい。

本発明では、前述したようなフィラー、金属微粒子、樹脂、更に金属酸化物の各主成分を有機溶媒に分散させて、常温常圧における粘度を１０ｐａ・Ｓ以下（１ｐａ・Ｓ＝１０ポイズ）とした亜鉛系腐食防止塗料溶液を用いて塗装膜を形成する。ここで、常温常圧における粘度を１０ｐａ・Ｓ以下としたのは、これより大きいと処理溶液の取り扱いが難しくなるとともに、薄くて均一な塗膜の成形が難しくなるからである。

前記有機溶媒としては直鎖のアルコール系で、塗膜中成分の金属酸化物の出発原料として有機金属化合物を混合したものを用いることもできる。

有機金属化合物は、Ｒ１ｎ（Ｍ）ｍＯＲ２の化学式で表記される。
Ｍは金属系成分で、例えばSi、Ti、Zr、Mg、Al、Sn、Zn、Fe、Ni等である。Ｒ１、Ｒ２はアルコキシド構成成分で、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アルキル基、ビニル基、アリル基、エポキシ基、フェニル基、トリル基、アクリル基、メタクリロキシル基等である。また、ｎ＝０〜３、ｍ＝１〜４である。

そして本発明では、以上のような亜鉛系腐食防止塗料に、有機系潤滑物質または無機系潤滑物質を含有させたものとなっている。これらの潤滑物質を含有させることにより、塗料として優れた潤滑性および耐パウダリング性も発揮できることとなる。

有機系潤滑物質としてはポリエチレン系ワックス、４フッ化エチレン系樹脂から選択される。また、無機系潤滑物質としては窒化珪素、窒化チタン、窒化ホウ素、二硫化モリブデンから選択される少なくとも１種以上である。

また、有機系潤滑物質および無機系潤滑物質の平均粒子径は、０．０５〜２５μｍの範囲が好ましい。０．０５μｍ未満ではコスト高となり、２５μｍより大きいと塗装膜の強度が低くなるとともに膜厚が大きくなるからである。

以上のような塗料を用いて、各種の金属あるいは樹脂からなる部材の表面に塗布して、防食性および潤滑性に優れた塗装膜を形成する。この場合、塗布方法としてはスプレー法や刷毛塗り法やディッピング法等、任意の手段を適用することができる。また、前記塗装膜を二層以上のコートとして塗布することもできる。

前記塗装膜の膜厚としては、０．１〜１００μｍの範囲が好ましい。０．１μｍ未満では十分な防食性を得ることが難しく、１００μｍよりも厚い場合は部材の寸法精度を正確に出すのが難しいとともにコスト的にも高くなるからである。

なお、金属から成る部材の場合、その表面にリン酸亜鉛系化成処理を施しておき、更にその上に塗装膜を形成したものとすることもできる。

リン酸亜鉛系化成処理とは、金属表面にリン酸化合物を処理することでリン酸被膜を形成する処理方法であり、金属表面にリン酸鉄の不動体薄膜層が形成されることにより防錆効果を発揮させるものである。この場合は、リン酸被膜と塗装膜の二つによって防錆効果がより向上されることとなる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を示す。

表１に示されるように、工業用エタノール、工業用イソプロパノールにテトラエチルオルソシリケートを溶解させ、亜鉛微粉末、扁平無機粉末、ビニル樹脂を混合して攪拌分散した亜鉛系腐食防止塗料に、有機系潤滑物質または無機系潤滑物質を含有させて塗料溶液を調整した。

表中の各粉末の平均粒径は、PTFE（１ミクロン）、ポリエチレンワックス（０．５ミクロン）、BN（１ミクロン）、TiN（１０ミクロン）、Si_３N₄（１０ミクロン）、二硫化モリブデン（２０ミクロン）である。

得られた塗料をバレルスプレー方法により金属部材の表面にスプレー塗装した後、１７５℃の乾燥機中で２０分焼付けを行い塗膜とした。また、塗装部品には下地処理として、燐酸化成処理を施したものを使用した。なお、バレルスプレー条件は表２に示すとおりである。

以下の摩擦係数の測定条件により、塗装金属部品の塗装面の摩擦係数を測定した結果を表１に示す。
N数；５
荷重；２０ｇｆ
距離；５ｍｍ
速度；30ｍｍ/分
μKは測定２〜９S間の平均摩擦係数
測定器；新東科学(株)トライボギア（TYPE；１４DR、アルミナボール先端３ｍｍ）

測定結果から明らかなように、本発明のものは有機系潤滑物質または無機系潤滑物質を含有しない塗料（比較例１）に比べて、静摩擦（μＳ）、動摩擦（μＫ）ともに小さく優れた潤滑性を示すものであることが確認できた。

なお、市販のアクリル系塗料を塗布したものは部品の接着現象が発生し、塗装膜形成に至らなかった。

Claims (8)

1. フィラーと金属微粒子と樹脂を主成分とする亜鉛系腐食防止塗料に、有機系潤滑物質または無機系潤滑物質を含有させたことを特徴とする耐食性および潤滑性に優れた塗料。
2. 有機系潤滑物質がポリエチレン系ワックス、４フッ化エチレン系樹脂から選択され、無機系潤滑物質が窒化珪素、窒化チタン、窒化ホウ素、二硫化モリブデンから選択される少なくとも１種以上である請求項１に記載の耐食性および潤滑性に優れた塗料。
3. 有機系潤滑物質および無機系潤滑物質の平均粒子径が、０．０５〜２５μｍである請求項１または２に記載の耐食性および潤滑性に優れた塗料。
4. 亜鉛系腐食防止塗料中に、フィラーが０．１〜５０重量％、金属微粒子が１．０〜９５重量％、樹脂が０．１〜８０重量％含まれている請求項１〜３のいずれかに記載の耐食性および潤滑性に優れた塗料。
5. 金属微粒子として亜鉛、アルミニウム、錫、マグネシウム、鉄、ニッケル、チタン、けい素、ジルコニウムの１種または２種以上を用いる請求項１〜４のいずれかに記載の耐食性および潤滑性に優れた塗料。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の塗料を塗布して表面に耐食性および潤滑性に優れた塗装膜を形成したことを特徴とする部材。
7. 塗装膜の膜厚が０．１〜１００μｍの範囲にある請求項６に記載の部材。
8. 金属から成る部材であって表面にリン酸亜鉛系化成処理が施され、更にその上に塗装膜が形成されている請求項６または７に記載の部材。