JP2007196124A - アルミニウム部材の表面仕上げ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＶＯＣを大気中に放出することなく、地球環境への負荷の増大や人体への悪影響を防止でき、アルミニウムの前処理でも毒性を有する物質を使用せずにすみ公害問題の発生を防止でき、また、塗装工程での塗料のロスの発生も少ないアルミニウム部材の表面処理方法を得る。
【解決手段】被塗物であるアルミニウム部材１の表面を前処理工程として厚膜陽極酸化皮膜処理した後、高耐候性ポリエステル粉体塗料を静電塗装法により塗装する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建材としてのアルミニウムカーテンウォールなどのアルミニウム部材の表面仕上げ処理方法に関するものである。

アルミニウムカーテンウォールなどのアルミニウム部材の表面を仕上げ処理する方法の一例として、高耐候性焼付け塗装する方法があり、この高耐候性焼付け塗装に用いる塗料系として、従来、熱硬化性中温焼付け型フッ素樹脂塗料、熱可塑性高温焼付け型フッ素樹脂塗料がある。

前記フッ素樹脂塗料は、溶剤型塗料であり、塗装方式は静電塗装で、焼付け塗装の前工程での化成皮膜処理において毒性を有するクロム酸クロム（６価クロム）を使用する。そして、クロム酸クロムによる化成皮膜処理はアルミニウムカーテンウォールの焼付け塗装下地としての品質確保が容易で最も管理がしやすく、コスト的にも有利であることから、これまで多用されてきている。

フッ素樹脂塗料を用いた場合のアルミニウムカーテンウォールの仕上げ処理工程は、化成皮膜処理→静電塗装→焼付けの工程である。

前記従来技術は、当業者間で一般的に行われているものであり、文献公知発明にかかるものではない。

溶剤型のフッ素樹脂塗料を使用すると、塗装時にトルエン、キシレンなどの揮発性有害物質、いわゆるＶＯＣ（Volatile Organic Compounds）を大気中に放出し、地球環境への負荷の増大や人体への影響を招く。

また、塗装方式が静電塗装であるので、約４０％程度発生する被塗物に付着しないロス塗料は廃棄処理する必要がある。

さらに、焼付け塗装の前処理工程での化成皮膜処理において毒性を有するクロム酸クロム（６価クロム）が使用されており公害問題発生のおそれがある。

ＶＯＣの排出量削減については、各国で規制や自主努力がされており、わが国でも２００１年4月から「PRTR法（Pollutant Release and Transfer Register：人体や生態系に有害な恐れがある化学物質の排出量と移動量を報告する義務を定義した法律）」が施行されることになった。更に、２００４年5月に可決された「改正大気汚染防止法」が２００６年4月１日付で施行される。この法令の主たる内容は、固定発生源からのＶＯＣの発生量を２０１０年までに３０％（２０００年の排出量を１００とした基準）削減するというものである。

このように環境に関する法令は欧米はもとよりわが国でも強化されており、アルミニウムカーテンウォールの焼付け塗装システムについても何らかの対策を考えることが、これに関係する各企業の社会的責務である。

ＶＯＣの排出量削減対策として、溶剤型塗料から水性塗料やハイソリッド塗料への移行、溶剤処理施設の使用などが考えられる。

水性塗料とは、水で希釈可能な塗料の総称で、エマルジョンタイプ、ディスバージョンタイプ、水溶液タイプ、スラリータイプ等がある。但し、タイプによっては有機溶剤を１〜４０％程度含む。従来の溶剤型塗料に比べると使用されている有機溶剤ははるかに少量ですむが、ＶＯＣの排出量がゼロになるわけではない。

ハイソリッド塗料とは、塗装時の固形分が従来の塗料に比べ１５〜２５％程度高くなっている塗料であるが、水性塗料と同様にＶＯＣの排出量がゼロになるわけではない。

溶剤処理設備は設備自体の費用が非常に高い上、ランニングコストもかなり割高となるため、どうしても溶剤型塗料を使用せざるを得ない場合にのみ限定して用いられる方法である。従って、汎用性を求めることは難しい。

本発明は前記事情に鑑み、かつ、従来例の不都合を解消するものとして、ＶＯＣを大気中に放出することなく、地球環境への負荷の増大や人体への悪影響を防止でき、アルミニウムの前処理でも毒性を有する物質を使用せずにすみ公害問題の発生を防止でき、また、塗装工程での塗料のロスの発生も少ないアルミニウム部材の表面仕上げ処理方法を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、アルミニウム部材の表面を前処理工程として厚膜陽極酸化皮膜処理した後、高耐候性ポリエステル粉体塗料を塗装することを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、アルミニウム部材の前処理として化成皮膜処理ではなく、厚膜陽極酸化皮膜処理するから、有害なクロム酸クロム（６価クロム）を使用せずにすみ、処理液はもとより排水にも有害物質が含まれないし、塗装下地としての陽極酸化皮膜は有害物質を含まない。

また、溶剤型フッ素樹脂塗料に替えて高耐候性ポリエステル粉体塗料を使用することで、ＶＯＣの発生を防止できるだけでなく、建築の外装アルミニウムカーテンウォールなどにも実施可能である。

本発明において陽極酸化皮膜処理が厚膜（最低１２μｍ以上、平均１５μｍ平均）とすることは重要である。皮膜厚の２乗で耐食性が向上する傾向にあるので、厚膜にする事によって長期耐久性が得られる。塗膜の密着性が十分確保されるため、傷部から塗膜の剥離の発生がないと考えられる。

請求項２記載の発明は、高耐候性ポリエステル粉体の塗装工程で生じた余剰の高耐候性ポリエステル粉体塗料は回収手段により回収され、循環ホースで高耐候性ポリエステル粉体塗装装置に搬送され、塗装工程で再利用されることを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、静電塗装方式とした場合、塗装工程で生じるロス塗料を回収してその場で塗装装置に搬送するから、再使用できロス塗料の発生がない。

以上述べたように本発明のアルミニウム部材の表面仕上げ処理方法は、溶剤型のフッ素樹脂塗料を使用しないからＶＯＣを大気中に放出することなく、地球環境への負荷の増大や人体への悪影響を防止でき、アルミニウムの前処理でも毒性を有する物質であるクロム酸クロムを使用せずにすみ公害問題の発生を防止でき、また、塗装工程での塗料のロスの発生が少なく廃棄処理問題も生じないものである。

以下、図面について本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明のアルミニウム部材の表面仕上げ処理方法の実施形態を示す処理工程の説明図で、工程全体を説明すると、被塗物であるアルミニウム部材１へ前処理を施した後、水切り乾燥炉２で乾燥させ、高耐候性ポリエステル紛体塗料を静電塗装方式により紛体塗装ブース３で塗装し、次いで焼付け乾燥炉４で紛体塗料を焼付け、最後に冷却して製品５となる。

紛体塗装ブース３で発生したロス塗料である紛体は回収装置６に回収され、塗装工程で再使用される。

前記工程を詳細に説明すると、前処理工程は、図２に示すように、「脱脂」→「エッッチング」→「中和」→「陽極酸化皮膜処理」→「熱水処理・乾燥」からなる。

最初に「脱脂」としてアルミニウム部材１の表面に付着している油脂類や汚れの除去を行い、次にエッチングとして、陽極酸化皮膜処理を行うにあたり、均一な電気通電性を得るために酸化物の除去ならびに表面を荒らして物理的付着性の向上を図り、清浄な活性素地面を作る。

「脱脂」は、アルミニウム素材の表面に付着している油脂類や汚れを除去する工程で、脱脂の方法としては、溶剤脱脂、酸性脱脂、弱アルカリ性脱脂及び電解脱脂法等がある。脱脂浴の管理は、主成分の濃度分析により不足分の補給を行い処理を継続する。浴の汚れの状態及び脱脂効果の判定によって適宜液の更新を図る。

「エッチング処理」は、アルミニウム素材は圧延及び押出しされると同時に、表層に５０Å程度の自然酸化皮膜が形成されている。従って、均一な電気通電性を得るために自然酸化皮膜を除去し清浄な活性素地面を出しておくことが重要である。アルミ面をアルカリまたは酸の水溶液に浸漬させ表面を荒らして物理的付着性の向上を図る。また、これにより、アルミ表面の擦り傷、ダイスライン等が緩和できる。なお、温度・濃度の管理が十分でないと均一一なエッチング効果が期待できないので管理を徹底する。通常は、水酸化ナトリウム水溶液(濃度50〜60g/1、50〜60℃、5〜10分浸漬)浸漬処理を行う。

次に、中和(脱スマット処理)として、エッチング後に発生するスマット（エッチング時の不溶物が被処理物の表面に溶出したもの）の除去を行い、さらに、陽極酸化皮膜処理を行う。中和は、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリでエッチングするとアルミニウム合金中のマグネシウム、ケイ素、鉄、銅等のアルカリ不溶性の元素がアルミニウム表面上に溶出する。これをスマットと呼ぶが、脱スマット処理として、硝酸または硫酸水溶液(濃度100〜300g/1、常温、1〜5分浸漬)に浸漬する。スマットの十分な除去を行うことが重要である。

「水洗」は、何のために何をどれくらいまで洗うかをはっきり決めて実行する必要がある。目的を大別すると次の２つである。
ａ工程管理
前工程の反応を終了させ、次工程の浴組成や条件に害を与える物質を持ち込まないために水洗を行う。
ｂ製品の品質確保
処理液の残存により製品の価値や機能に悪影響を及ぼさないよう品質保持のために水洗する。いずれにしても影響が予想される物質を明らかにし、その物質の最終汚染許容濃度、すなわち、どれくらいまで水洗すれば良いかという限界を正しく設定することが大切である。

「陽極酸化皮膜処理」は、一般にアルマイト処理と言われているもので、被処理物であるアルミニウム部材１を陽極にして硫酸などの電解液に対極（陰極）を入れ、その間に直流電流を流して電解すると、溶解するアルミニウムイオンと陽極で発生する酸素イオンが反応して、人工的にアルミニウム表面に宝石のサファイヤと同質のアルミナという酸化皮膜が生成する。

この酸化皮膜の生成過程において、ある厚さまでくると、電場の作用と電解浴の溶解作用により微細孔が無数に発生する。このように多孔質なことから、表面積が非常に大きく、活性であるため、塗料の吸着性がよいのと同時に、その皮膜は耐食性、耐候性に優れている。

皮膜の厚さは、厚膜として最低１２μｍ以上、１５μｍ平均とする。

この陽極酸化皮膜処理の後、熱水処理・乾燥を行い、表面洗浄と陽極酸化皮膜の活性度を調整し、皮膜の耐食性を向上させる。

「熱水処理・乾燥」の工程は、陽極酸化皮膜は細孔を無数に有する多孔質皮膜であるので、陽極酸化処理後、熱水処理を行うことで表面洗浄と陽極酸化皮膜の活性度を調整し、皮膜の耐食性を向上させる。また、この工程により、次工程へのハンドリング性を付与する。特に、塗装直前の工程となるため、水質他の管理については細心の注意が必要とされる。

陽極酸化皮膜処理を行った素地の取扱いは次の通りである。着色塗装品の素地調整として、陽極酸化皮膜を用いる場合の管理ポイントとしては、熱水処理後、塗装するまでの放置時間を短くする事である。また、品物の保管やハンドリングについては、汚れ、水濡れ防止用の梱包にてパレット詰めし、それらの作業時には素手および軍手は使用せず、手あか、油付着、水付着のないきれいな綿手袋を使用する。そして梱包状態で湿気の少ない室内に保管する。保管期間(=塗装するまでのインターバル)は、４８時間以内とし、これを過ぎたものは、再度素地調整を行う等の管理が重要である。

以上のようにして前処理工程が終了した後、粉体塗装工程に移行する。図３は、高耐候性ポリエステル紛体塗料の製造工程図で、計量機７で材料である樹脂、硬化剤、顔料、添加剤を計量し、これらの材料を攪拌装置８で予備攪拌した後、押出機９から冷却ベルト１０に押し出し、粉砕機１１で粉砕して製品とする。この高耐候性ポリエステル紛体塗料は焼付け乾燥型塗料である。図中１２はフィルターを示す。

高耐候性ポリエステル紛体塗装は静電塗装方法によるもので、図１に示すように紛体塗装ブース３に紛体塗料供給タンク１３、高電圧発生装置１４、圧縮機１５が接続され、図１、図４に示すように粉末状の塗料を専用の塗装ガン１６で帯電させ、被塗物のアルミニウム部材１に吹付ける。

被塗物にはアース線を接続してあるので、帯電した塗料がアースの取れている被塗物に吸いつけられるようにして付着する。

この状態では静電気により塗料が付着しているだけであるので、塗膜として完成させるためには、図５にも示すように焼付け乾燥炉４で１６０℃〜２００℃の高温で焼付けを行う。この焼付けにより、紛体状態で付着しているだけの塗料が加熱されることで半溶解し、さらに平滑化硬化反応し、硬化する。そして、冷却すれば成膜が形成されて塗膜完成状態となる。

なお、高耐候性ポリエステル紛体塗料は静電塗装されるため、被塗物に付着しないロス塗料が塗装工程で約４０％程度発生する。このロス塗料については、図１、図６に示すように回収装置６で回収し、紛体塗装機１８で再使用する。

回収工程は図６に示すように、塗装ガン１６の下方に配設した紛体回収ダクト１７でロス塗料を回収し、サイクロン集塵装置１９を通過させて紛体塗料供給タンク１３に貯留して塗料ホース２０を介して塗装ガン１６に再度供給し、使用する。これにより、ロス塗料の廃棄処分をせずにすむ。

本発明のアルミニウム部材の表面仕上げ処理方法の実施形態を示す処理工程の全体図である。 前処理工程を示すフローチャートである。 本発明のアルミニウム部材の表面仕上げ処理方法の実施形態を示す高耐候性ポリエステル紛体塗料の製造工程図である。 本発明のアルミニウム部材の表面仕上げ処理方法の実施形態を示す高耐候性ポリエステル紛体塗料の塗装状態図である。 本発明のアルミニウム部材の表面仕上げ処理方法の実施形態を示す高耐候性ポリエステル紛体塗料の塗膜の硬化過程図である。 本発明のアルミニウム部材の表面仕上げ処理方法の実施形態を示す高耐候性ポリエステル紛体塗料のロス塗料の回収工程図である。

符号の説明

１ アルミニウム部材 ２ 水切り乾燥炉
３ 紛体塗装ブース ４ 焼付け乾燥炉
５ 製品 ６ 回収装置
７ 計量機 ８ 攪拌装置
９ 押出機 １０ 冷却ベルト
１１ 粉砕機 １２ フィルター
１３ 紛体塗料供給タンク １４ 高電圧発生装置
１５ 圧縮機 １６ 塗装ガン
１７ 紛体回収ダクト １８ 紛体塗装機
１９ サイクロン集塵装置 ２０ 塗料ホース

Claims (2)

1. アルミニウム部材の表面を前処理工程として厚膜陽極酸化皮膜処理した後、高耐候性ポリエステル粉体塗料を塗装することを特徴とするアルミニウム部材の表面処理方法。
2. 高耐候性ポリエステル粉体塗料の塗装工程で生じた余剰の高耐候性ポリエステル粉体塗料は回収手段により回収され、循環ホースで高耐候性ポリエステル粉体塗装装置に搬送され、塗装工程で再利用される請求項１記載のアルミニウム部材の表面処理方法。

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