JP2008161747A

JP2008161747A - 樹脂被覆用アルミニウム板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2008161747A
Application number: JP2006351313A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kato; 加藤治; Sachio Motokawa; 本川幸翁; Yosuke Kono; 河野陽介
Original assignee: Furukawa Sky KK
Current assignee: Furukawa Sky KK
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】環境への負荷が少なく、経済的にも優れた方法によって、十分な密着性が得られる樹脂被覆用アルミニウム板材を提供する。
【解決手段】アルミニウム板に、圧延後、有機溶剤洗浄・水洗浄・アルカリ洗浄・酸洗浄から選ばれる少なくとも一つの前処理を行い、さらに水接触角を処理前より10度以上低下させる表面活性化処理としてプラズマ処理・コロナ放電処理・紫外線照射から選ばれる少なくとも一つの処理を行うことによって、表面炭素量１０ｍｇ／ｍ^２以下、磨耗粉量３ｍｇ／ｍ^２以下、酸化皮膜厚さ５０ｎｍ以下、水接触角６０度以下とする。
【選択図】なし

Description

塗装、ラミネート等の樹脂被覆を行うアルミニウム板、特に下地処理として活性化処理を行った樹脂被覆アルミニウム板に関する。

樹脂被覆アルミニウム板は前処理として、リン酸クロメート処理が行われるが、アルミ表面に形成される皮膜に三価クロムが含まれる。また、リン酸クロメート処理液には六価クロムやリン酸、フッ酸などが含まれ、液の廃棄やその水洗水は六価クロムの除去、ｐＨ調整、富栄養化物質の除去等の廃液処理が必要である。この問題を解決するため、従来の下地処理の代わりに、乾式処理のプラズマ処理・コロナ放電処理・紫外線照射等の表面活性化処理が検討されている。

これらに関係する公知文献として下記が挙げられる。

・特許文献１
プラズマ処理によって、アルミニウム板の脱脂、活性化を行い、密着性や耐食性を向上させる方法が開示されている。

・特許文献２
塗装下地処理として、リン酸クロメート後にプラズマ処理を行うことにより、塗膜密着性を向上させる方法が開示されている。

・特許文献３
キャップ用アルミニウム材料の塗膜密着性向上方法として、脱脂後にコロナ処理を施す方法が開示されている。
特開２００５−００７７１０号公報特開平２−１０４６７４号公報特開昭６３−２６２４８８号公報

特許文献１に開示される方法によれば、皮膜の三価クロム含有、六価クロムを含む廃水の処理といった問題は解決できる。しかし、乾式処理だけでは、塗膜やラミネートフィルムの密着性が従来のリン酸クロメート処理材より劣る場合があった。これは、乾式活性化処理によって圧延油等の有機物の除去はできるが、摩耗粉の除去はできないためである。摩耗粉はアルミ表面に付着しているだけなので、その上から塗装・ラミネート等を行っても、摩耗粉が樹脂層とアルミ表面の結合を阻害するためである。

特許文献２に開示されるリン酸クロメート処理を行えば、摩耗粉は除去できるため、摩耗粉による密着性の低下は起こらない。しかしながら、りん酸クロメートは上述のごとく環境上問題があるとともに処理工程が多く不経済である。

特許文献３の方法によれば、リン酸クロメート行わずに密着性を向上させることができるが、脱脂方法によっては酸化皮膜の除去が不十分で、十分な密着性が得られない場合があった。

本発明は、下地処理として乾式の表面活性化処理を行う樹脂被覆材において、環境への負荷が少なく、経済的にも優れた方法によって、十分な密着性が得られる樹脂被覆用アルミニウム板材を提供するとともに樹脂層形成方法を提案する。

すなわち、請求項１に記載の発明は、樹脂被覆用アルミニウム板において、樹脂被覆直前の状態で、表面炭素量が１０ｍｇ／ｍ^２以下、磨耗粉量が３ｍｇ／ｍ^２以下、酸化皮膜厚さ５０ｎｍ以下、水接触角６０度以下であるような樹脂被覆用アルミニウム板を規定する。

また、請求項２は、そのアルミニウム板の製造方法として、アルミニウム板に、圧延後、有機溶剤洗浄・水洗浄・アルカリ洗浄・酸洗浄から選ばれる少なくとも一つの前処理を行い、さらに水接触角を処理前より10度以上低下させる表面活性化処理としてプラズマ処理・コロナ放電処理・紫外線照射から選ばれる少なくとも一つの処理を行うことによって、表面炭素量１０ｍｇ／ｍ^２以下、磨耗粉量３ｍｇ／ｍ^２以下、酸化皮膜厚さ５０ｎｍ以下、水接触角６０度以下とすることを規定する。

さらに、請求項３では、請求項２の製造方法において、プラズマ処理・コロナ放電処理・紫外線照射から選ばれる少なくとも一つの表面活性化処理を行った後、１０分内に塗装あるいはラミネートから選ばれる少なくとも一つの方法によって樹脂層を形成することを規定する。

本発明により、環境負荷の少ない乾式の塗装下地処理材においても、経済的に、摩耗粉による密着性低下が起こらない樹脂被覆アルミニウム板を製造することができる。

（１）表面状態
１．炭素量
樹脂被覆直前の状態で、表面炭素量は１０ｍｇ／ｍ^２以下でなければならない。炭素量は有機炭素量測定装置（ＴＯＣ）にて測定する。表面炭素量が１０ｍｇ／ｍ^２を超えると、樹脂層との密着性が低下する。圧延したアルミニウム板表面の炭素はほとんどが圧延油に由来するものであり、圧延油がある程度以上残存していると樹脂層とアルミニウム素地の密着を阻害するからである。望ましくは５ｍｇ／ｍ^２以下である。

２．磨耗粉量
樹脂被覆直前の状態で、磨耗粉量は３ｍｇ／ｍ^２以下でなければならない。３ｍｇ／ｍ^２を超えると、樹脂層との密着性が低下する。これは、摩耗粉はアルミニウム表面に物理的に吸着しているだけで密着力は低いためである。摩耗粉量は１ｍ^２の板を１００ｍｍ角程度に切断し、ヘキサン中で超音波洗浄し、そのヘキサンを１μｍのナイロンフィルターにて濾過し、フィルターの重量変化から測定する。さらに望ましくは１ｍｇ／ｍ^２以下である。

３．酸化皮膜厚さ
樹脂被覆直前の状態で、酸化皮膜厚さは５０ｎｍ以下でなければならない。厚い酸化皮膜は破壊しやすく、樹脂層の密着性に悪影響を及ぼすからである。さらに望ましくは２０ｎｍ以下である。

４．水接触角
圧延後、摩耗粉除去、表面活性化処理を行った、樹脂被覆前の状態で、水接触角が６０度以下でなければならない。６０度を超えると、樹脂層との密着性が低下する。水接触角は表面活性度の尺度であり、値が低いほど活性度は高く、樹脂層との密着性も高くなる。さらに望ましくは３０度以下である。

（２）前処理方法
本発明の表面状態を得るには、前処理によって表面炭素量の低減、摩耗粉量の低減、酸化皮膜の除去を行い、活性化処理によって水接触角が小さい、活性な表面を得るのが望ましい。前処理方法としては、有機溶剤洗浄・水洗浄・アルカリ洗浄・酸洗浄のいずれかが望ましい。ただし、熱処理を行った５０００系合金のように処理前の酸化皮膜が厚い場合は、アルカリ洗浄にて酸化皮膜の除去を行う必要がある。

有機溶剤としては、キシレン、ヘキサンといったの炭化水素類、メチルアルコール、ブタノールといったアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンといったケトン類などがある。

また、市販の溶剤系金属洗浄剤を用いてもよい。水洗浄では水和酸化皮膜が成長しない範囲で温度を上げることが望ましく、洗浄効果を上げるために界面活性剤を添加することも有効である。

アルカリ洗浄液としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、硼酸ナトリウム等の水溶液、およびそれに界面活性剤やキレート剤、ｐＨ緩衝剤等を添加したものを用いることができる。

酸洗浄液としては、硫酸、硝酸などが用いられる。また、市販のアルミニウム用のアルカリ性脱脂剤および酸洗浄剤を用いてもよい。

一方、それぞれの前処理液とアルミニウム材の接液方法としては、スプレー・浸漬があるが、スプレーによる処理がより望ましい。スプレーの圧力により、より効率的に摩耗粉が除去できるからである。また、ブラッシングを併用することも有効である。これらの処理は油分除去効果も期待でき、表面活性化処理の前に圧延油等の油分が除去されている方が、表面活性化処理を弱くでき、経済的である。

（２）表面活性化処理
表面活性化方法は、処理直後に水接触角を測定して、処理前より、10度以上低下させる処理が望ましい。水接触角の低下が10度未満では、表面活性化効果が不足し、樹脂被覆したときの密着性が不十分な場合があるからである。より望ましくは30度以上である。

具体的には、プラズマ処理・コロナ放電処理・紫外線照射・オゾン処理・火炎処理などがあるが、十分な密着性を得るには、プラズマ処理・コロナ放電処理・紫外線照射のいずれかが望ましい。プラズマ処理の中では大気圧プラズマ処理が望ましい。この処理は、大気圧中で行うことが可能であり、低コストで十分な表面活性化を行うことができるからである。

活性化処理後、樹脂層を形成するまでの時間は、１０分以内が望ましい。１０分を超えると、活性化処理の効果が落ちるからである。さらに望ましくは１分以内である。

表１に示す材質の冷間圧延後無処理のアルミ板（厚さ0.5ｍｍ、幅200ｍｍ、長さ300ｍｍ）を用いて、以下のように、前処理、活性化処理、塗装・ラミネートを行ってサンプルを作製し、密着性を比較した。

（１）サンプル作製方法
１．前処理方法
前処理方法としては、溶剤洗浄・水洗浄・アルカリ洗浄・酸洗浄を行った。比較として、圧搾空気の吹きつけ、ブラシによるブラッシングを行った。
ａ．溶剤洗浄
常温にて、ヘキサン超音波洗浄を5分行った。
ｂ．水洗浄１
水道水を50℃に加熱して、スプレー洗浄を10秒間行った。
ｃ．水洗浄２
水道水をそのまま、スプレー洗浄を5秒間行った。
ｄ．アルカリ洗浄
水酸化ナトリウムの１％水溶液を60℃に加熱して、5秒間スプレー洗浄した。
ｅ．酸洗浄
2％硫酸を50℃に加熱して、5秒間スプレー洗浄した。
ｆ．圧搾空気
6ｋｇ／ｃｍ^２の圧搾空気を板全面に５秒間吹き付けた。
ｇ．ブラッシング
金属洗浄用ナイロン製ブラシを約５０ｇ／ｃｍ^２にて押しつけ、板全面をブラッシングした。

２．活性化処理
ａ．プラズマ処理
大気圧プラズマ処理を行った。電極間にヘリウムガスを流しながら、市販の高周波プラズマ電源を用いてグロー放電させることによりプラズマを発生させて、30秒間処理を行った。
ｂ．コロナ放電
電極間に空気を流しながら高周波電源にてコロナ放電を発生させて、60秒間処理を行った。
ｃ．紫外線照射
メタルハライドランプによって発生した紫外線を30秒照射した。
ｄ．火炎処理
ガスバーナーの酸化炎にて5秒間処理した。

３．塗装、ラミネート
ａ．塗装
バーコーターにてエポキシ系のプレコートメタル用塗料を膜厚5μｍ塗布し、２５０℃にて焼付乾燥した。
ｂ．ラミネート
ＰＥＴフィルム（２０μｍ）を小型ラミネーターにて、２５０℃に加熱した金属板に密着させ、アモルファス化した。

（４）評価方法
１．碁盤目試験
通常の碁盤目試験では差が出にくいため、圧延して樹脂層にストレスをかけて試験した。具体的には、圧延後（圧延率５０％および６０％）にそれぞれ２ｍｍの碁盤目を１００個けがき、セロハンテープにて剥離して、残った升目の数を数えた。95以上あれば、実用上問題ない。
（評価基準）○：100、○△：95以上、△：90以上95未満、×：90未満

結果を表1に示す。
記号１〜記号１７はいずれも十分な密着性を有し、樹脂被覆アルミニウム板として使用に耐えうる。

それに対して、記号１８は炭素分（圧延油）除去が不十分なため、記号１９は摩耗粉除去が不十分であるため、記号２０は酸化皮膜除去が不十分なため、プラズマ処理を行っても十分な密着性が得られない。記号２１は樹脂被覆直前の水接触角が６０°を超えているので、十分な密着性が得られない。

Claims

樹脂被覆用アルミニウム板において、樹脂被覆直前の状態で、表面炭素量が１０ｍｇ／ｍ^２以下、磨耗粉量が３ｍｇ／ｍ^２以下、酸化皮膜厚さ５０ｎｍ以下、水接触角６０度以下であるような樹脂被覆用アルミニウム板。
アルミニウム板に、圧延後、有機溶剤洗浄・水洗浄・アルカリ洗浄・酸洗浄から選ばれる少なくとも一つの前処理を行い、さらに水接触角を処理前より10度以上低下させる表面活性化処理としてプラズマ処理・コロナ放電処理・紫外線照射から選ばれる少なくとも一つの処理を行うことによって、表面炭素量１０ｍｇ／ｍ^２以下、磨耗粉量３ｍｇ／ｍ^２以下、酸化皮膜厚さ５０ｎｍ以下、水接触角６０度以下とすることを特徴とする樹脂被覆用アルミニウム板の製造方法。
プラズマ処理・コロナ放電処理・紫外線照射から選ばれる少なくとも一つの表面活性化処理を行った後、１０分内に塗装あるいはラミネートから選ばれる少なくとも一つの方法によって樹脂層を形成することを特徴とする請求項２に記載の樹脂被覆アルミニウム板の製造方法。