JP2006281742A - 耐熱非粘着塗装金属板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ダイヤモンド粒子12,粒状フッ素樹脂13が分散し、表層がフッ素樹脂薄膜11で覆われた耐熱非粘着塗膜10が下地金属板16に直接、或いは下塗り塗膜15を介して設けられている。フッ素樹脂薄膜11は塗料に配合した熱溶融性フッ素樹脂粒子に由来し、熱溶融性フッ素樹脂粒子の残部が粒状フッ素樹脂13となる。ダイヤモンド粒子12は、平均粒径:0.2〜5μmであり、0.05〜10質量部の割合で分散している。
【選択図】 図1
Description
フッ素樹脂塗膜は、潤滑性,耐熱性,非粘着性,耐汚染性等に優れているが、軟質なため異物との接触で疵付きやすく、ナイロン束子等で洗浄すると短時間で摩損する。フッ素樹脂塗膜の耐磨耗性,耐疵付き性は、粒状無機粉末を塗膜に分散させることによって改善される。本発明者等も、ガラスフレーク,硫酸バリウムフレーク,グラファイトフレーク,合成マイカフレーク,シリカフレーク,合成アルミナフレーク等の鱗片状無機質添加材を分散させることにより耐磨耗性,耐疵付き性を改善した耐熱非粘着塗装金属板を提案した(特許文献1)。
トップ塗膜は塗装原板に直接設けても良いが、下塗り塗膜を介在させる2コート2ベーク法が通常採用される。下塗り塗膜は、好ましくはリン酸亜鉛,リン酸マグネシウム,リン酸マグネシウム亜鉛等のリン酸系防錆顔料を耐熱樹脂に配合した塗料から成膜される。
塗膜密着性を改善するため脱脂,酸洗等の処理を塗装原板に施した後、リン酸塩処理,クロメート処理,クロムフリー処理等で塗装原板の表面に化成皮膜を形成する。具体的には、アルカリ脱脂,酸洗等で金属板表面を清浄化した後、必要に応じてリン酸塩処理で表面の濡れ性を高め、クロメート処理又はクロムフリー処理によって塗膜密着性の改善に有効な化成皮膜を形成する。
化成皮膜は、下地金属板の腐食を防止し、塗膜密着性の向上に有効な厚みで形成される。たとえば、クロメート皮膜では全Cr換算付着量として5〜100mg/m2,リン酸塩皮膜では5〜500mg/m2,Ti-Mo複合皮膜では10〜500mg/m2,フルオロアシッド系皮膜ではフッ素換算付着量又は総金属付着量で0.1〜500mg/m2となるように設けられる。
ダイヤモンド粒子の配合による熱伝導性改善効果は0.05質量部以上の配合量で顕著になるが、10質量部で飽和する。10質量部を超えるダイヤモンド粒子を配合しても、ダイヤモンド粒子の過剰分散に起因して成形加工時に塗装金属板や成形金型に押込み疵が発生しやすくなる。
所定組成に調製された下塗り塗料は、プレコート鋼板の製造に通常使用されているロールコート,フローコート,カーテンフロー,スプレー等の方法で塗装原板に塗布され、到達板温300〜400℃×30〜180秒で焼き付けられる。下塗り塗料の塗布量は、焼付け後に乾燥膜厚0.5〜30μmの下塗り塗膜が形成されるように調整される。
熱溶融性フッ素樹脂は、10〜200質量部の配合割合で耐熱非粘着塗料に配合される。熱溶融性フッ素樹脂配合による非粘着性の持続性は10質量部以上の配合割合で顕著になるが、200質量部を超える過剰量の熱溶融性フッ素樹脂を配合すると、下塗り塗膜に対する上塗り塗膜の密着性が低下しやすい。非粘着性の持続性と密着性とをバランスさせる上では、50〜150質量部,更には80〜120質量部で熱溶融性フッ素樹脂を配合することが好ましい。
平均粒径:0.2μm以上のダイヤモンド粒子は乾燥状態でも凝集し難く、仮に凝集していても、塗料調製用の溶剤に事前分散させる際に通常採用されている超音波攪拌やディスパー攪拌で凝集状態が解消されるので塗料への均一分散が図られる。均一分散したダイヤモンド粒子は,塗膜にも均一分散するため塗膜の熱伝導性が向上する。
ダイヤモンド粒子は、0.05〜10質量部の割合で耐熱非粘着塗料に配合される。耐熱非粘着塗膜にダイヤモンド粒子を分散させることにより、電気絶縁性を維持したまま熱伝導性が向上する。更に、高硬度のダイヤモンド粒子が分散するので、従来B〜HB程度であった塗膜の鉛筆硬度も1ランク向上しHB〜Hになる。
無機繊維を塗膜に分散させることにより非粘着性,加工性の低下なく塗膜硬度が向上する。鱗片状無機質添加材が塗膜の膜面に平行な方向に沿って分散するのに対し、無機繊維は、隣接する鱗片状無機質添加材の隙間を縫うように三次元的に塗膜内部に分散する。この分散形態の相違から、非粘着性,加工性に悪影響を及ぼすことなく塗膜硬度が改善されるものと推察される。
乾燥膜厚:5μm未満では非粘着性の持続性が十分に発現されず、ダイヤモンド粒子分散に起因する熱伝導性改善効果も十分でない。逆に40μmを超える厚膜では塗膜表面が柚子肌状になって外観が劣化するばかりでなく、焼付け時にワキが発生しやすくなる。加工性の観点からすると、耐熱非粘着塗膜の膜厚は5〜20μmが好ましい。
このような塗膜構造をもつことから、後述の実施例にもみられるように熱伝導性,耐磨耗性,非粘着性に優れた塗膜になるものと推察される。
クロメート処理された塗装原板に下塗り塗料を塗布し、360℃×90秒で焼付け乾燥することにより、乾燥膜厚:5μmの下塗り塗膜を形成した。下塗り塗料としては、クロム酸系防錆顔料を含み、カーボンブラックで黒色に着色したポリエーテルスルホン樹脂塗料を使用した。
表中、PFAはテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体,PTFEはテトラフルオロエチレン,FEPはテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル−ヘキサフルオロプロピレン共重合体を示す。熱溶融性フッ素樹脂粒子,ダイヤモンド粒子,鱗片状無機質添加材の含有量は、樹脂固形分100質量部に対する比率で表した。
得られた各耐熱非粘着塗装金属板から試験片を切り出し、次の試験に供した。
〔外観試験〕
試験片を蛍光灯下で目視観察し、ブツの有無を調査した。
〔塗膜硬度試験〕
「JIS Z5440 8.4鉛筆引っかき試験」に準拠し、塗膜に疵がついたときの鉛筆硬度及び塗膜が破壊したときの鉛筆硬度で塗膜硬度を評価した。
繰返し摩擦による耐磨耗性を評価するため、「JIS H8682アルミニウム及びアルミニウム合金の陽極酸化皮膜の耐磨耗性試験方法 6.往復運動平面磨耗試験方法」に定められた往復運動平面磨耗試験機を転用し、磨耗輪に代えて直径18mmのガラス試験管を回転しないように取り付け、ストローク幅50mm,50往復/分で往復運動するガラス試験管の底で塗膜を摺擦した。ガラス試験管に加わる荷重を2kgに設定し,磨耗回数3万回,5万回,10万回後の塗膜を観察し、めっき層が露出しなかったものを○,めっき層が露出したものを×と評価した。
卵/砂糖/醤油=1/1/1(質量比)からなる汚染液:0.5mlを試験片に滴下し、260℃×1時間加熱後、スポンジ及び中性洗剤で洗浄し、塗膜表面に付着している汚染液の焦付き度を観察した。こびりつきのない塗膜表面を○,僅かにこびりついた塗膜表面を△,明瞭なこびりつきが生じた塗膜表面を×として初期非粘着性を評価した。
〔非粘着持続性試験〕
前述の初期非粘着性試験を1サイクルとし、こびりつきが除去できなくなるまでのサイクル数をカウントし、該カウント数によって非粘着持続性を評価した。
円板状のブランクを耐熱非粘着面を内側にして絞り加工し、直径:50mm,高さ:25mmの有底円筒形状に成形した。有底円筒形状の試験体に水:40mlを入れ、260℃のサンドバスにセットし、有底円筒体の底面から一定高さ:10mmに固定した温度計で水温を測定した。沸騰開始までの経過時間により熱伝導性を評価した。
〔加工試験〕
「JIS K5400 8.1 耐屈曲性」試験に準拠して塗装鋼板を180度密着折曲げ試験した後、折曲げ部の塗膜を観察し、割れが検出されなかったものを○,割れが発生したものを×として加工性を評価した。
本発明例の耐熱非粘着塗装金属板(試験No.1〜9)は、ダイヤモンド粒子の突出が検出されず何れも平滑な外観を呈し、塗膜硬度:H以上,破壊硬度:2H以上,耐磨耗性:5万回以上であり、サンドバスにセットした時点から8.3〜15.0分の内に水が沸騰し始めた。沸騰開始までの所要時間をダイヤモンド粒子の配合量で整理したところ、配合量が多くなるほど短時間で沸騰する傾向にあったが、10質量%の配合量で沸騰促進効果は飽和した(図3)。
非粘着持続性は、試験No.9を基準として熱溶融性フッ素樹脂粒子の配合量が多くなるほど向上している。塗装外観,非粘着持続性,加工性,塗膜硬度,耐磨耗性,熱伝導性を満足させる上で、ダイヤモンド粒子の配合量に適正量があることが判った。
粗粒の熱溶融性フッ素樹脂を配合した耐熱非粘着塗料を用いた試験No.13や熱溶融性フッ素樹脂が不足する耐熱非粘着塗料を用いた試験No.14でも、初期非粘着性,非粘着持続性の双方が著しく劣っていた。
得られた各耐熱非粘着塗装金属板から試験片を切り出し、実施例1と同じ試験で初期非粘着性,非粘着持続性,熱伝導性を調査した。
これに対し、一次粒径は小さいものの、一次粒子が集合・凝集した二次粒子,すなわちダイヤモンド粒子の集合体又は凝集体を分散配合した試験No.1〜3では熱伝導性の向上がみられず、非粘着持続性も劣っていた。また、二次粒径が大きくなるほど、初期非粘着性,外観が劣化する傾向にあった。
Claims (5)
- 平均粒径:1μm以下の熱溶融性フッ素樹脂粒子,平均粒径:0.2〜5μmの人造ダイヤモンド粒子を耐熱樹脂に配合した塗料から成膜されたトップ塗膜を備え、トップ塗膜の樹脂固形分100質量部に対しそれぞれ10〜200質量部,0.05〜10質量部の割合で粒状フッ素樹脂,人造ダイヤモンド粒子がトップ塗膜に分散し、熱溶融性フッ素樹脂粒子から生成したフッ素樹脂薄膜でトップ塗膜が覆われていることを特徴とする耐熱非粘着塗装金属板。
- 耐熱樹脂がポリエーテルスルホン樹脂,ポリフェニルスルフィド樹脂,ポリアミドイミド樹脂の少なくとも一種である請求項1記載の耐熱非粘着塗装金属板。
- 熱溶融性フッ素樹脂粒子がテトラフルオロエチレン,ヘキサフルオロエチレン,パーフルオロアルキルビニルエーテル,クロロトリフルオロエチレンの少なくとも一種からなる重合体又は共重合体である請求項1記載の耐熱非粘着塗装金属板。
- トップ塗膜が金属板表面に直接又は下塗り塗膜を介して金属板表面に設けられている請求項1〜3何れかに記載の耐熱非粘着塗装金属板。
- ポリエーテルスルホン樹脂,ポリフェニルスルフィド樹脂,ポリアミドイミド樹脂から選ばれた耐熱樹脂を主成分とし、リン酸系防錆顔料を配合した塗料から下塗り塗膜が成膜されている請求項4記載の耐熱非粘着塗装金属板。
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