JP2009068108A - 環境への負荷の少ない容器材料用鋼板とその製造方法およびこれを用いた環境への負荷の少ない容器材料用ラミネート鋼板および容器材料用塗装プレコート鋼板、およびこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼板上のすず層または鉄―すず合金層上に存在する酸化すず層厚が、電解剥離法による測定で3.5mc/cm2以下であり、その上にフッ素または硝酸性窒素を含まず、皮膜量がジルコニウム換算で1mg/m2以上、30mg/m2以下であり、かつ硫酸根(SO4 2-)の量が0mg/m2以上7mg/m2以下であるジルコニウム化合物からなるクロムフリー接着下地処理層が形成されていることを特徴とする容器材料用フィルムラミネート鋼板、または、容器材料用塗装鋼板。
【選択図】図1
Description
また、フッ素、ホウ素、硝酸性窒素なども環境への負荷の面からは好ましくなく将来的に排出基準が強化される方向であることから、容器用金属材料の処理液中にも上記物質が含まれないことが望ましい。
(1)鋼板上のすず層または鉄―すず合金層上に存在する酸化すず層厚が、電解剥離法による測定で3.5mc/cm2以下であり、その上にフッ素または硝酸性窒素を含まず、皮膜量がジルコニウム換算で1mg/m2以上、30mg/m2以下であり、かつ硫酸根(SO4 2-)の量が0mg/m2以上7mg/m2以下であるジルコニウム化合物からなるクロムフリー接着下地処理層が形成されていることを特徴とする環境への負荷の少ない容器材料用鋼板、
(2)(1)記載の環境への負荷の少ない容器材料用鋼板を製造する方法であって、鋼板上に、すず層または鉄―すず合金層を形成したのち、炭酸水素ナトリウム溶液中での陰極電解処理を行うことによってすず層または鉄―すず合金層上の酸化すず層を電解剥離法による測定で3.5mc/cm2以下にし、その後に硫酸ジルコニウム水溶液中で陰極電解処理することによってフッ素または硝酸性窒素を含まないジルコニウム化合物からなるクロムフリー接着下地処理を施すことを特徴とする環境への負荷の少ない容器材料用鋼板の製造方法、
(3)(1)記載の環境への負荷の少ない容器材料用鋼板を製造する方法であって、鋼板上に、すず層または鉄―すず合金層を形成したのち、硫酸溶液中に浸漬することによってすず層または鉄―すず合金層上の酸化すず層を電解剥離法による測定で3.5mc/cm2以下にし、その後に硫酸ジルコニウム水溶液中で陰極電解処理することによってフッ素または硝酸性窒素を含まないジルコニウム化合物からなるクロムフリー接着下地処理を施すことを特徴とする環境への負荷の少ない容器材料用鋼板の製造方法、
(4)環境への負荷の少ない容器材料用鋼板を用いたことを特徴とする環境への負荷の少ない容器材料用ラミネート鋼板および容器材料用塗装プレコート鋼板、
である。
以下、発明を実施するための最良の形態について、述べる。
本発明に用いる鋼板の種類は特に限定されるものではなく、従来から容器用材料にもちいられているブリキ、TFS用原板と同じのもので構わない。
食品用途に適用が可能なめっき種は、食品安全衛生、製造性等を満足させることが必要であり、現実的に利用可能なめっき種としては、すず、アルミニウム、ニッケルなどが適当な候補として挙げられる。本発明で環境への負荷の少ない容器材料用鋼板として用いる容器材料用クロムフリー鋼板において、すずめっきを用いる理由としては、缶詰用途における使用実績が高く食品安全衛生性上問題がなく、耐食性に優れていること、成形性に優れること、他のめっきに比べて比較的安価であること、等が挙げられる。
本発明の環境への負荷の少ない容器材料用鋼板は、すずめっき層または鉄―すず合金層の上にフッ素または硝酸性窒素を含まない硫酸ジルコニウム水溶液中で陰極電解処理することによって得られるジルコニウム化合物からなるクロムフリー接着下地処理層を形成させることを特徴する。しかし硫酸ジルコニウム水溶液を用いた場合でも、後述するようにジルコニウム化合物の付着量が不安定となることから塗装密着性が低下する場合があった。そこで発明者らはめっき板表面の酸化すず層に着目し、酸化すずの量とジルコニウム化合物の関係を調査した。
フィルムの剥離強度は、フィルムラミネート鋼板をレトルト処理用の蒸気釜に入れ、125℃で90分間レトルト殺菌処理したもので測定した結果である。
錫メッキ鋼板の酸化錫量は、未処理の錫メッキ鋼板から適宜酸化錫除去処理した錫メッキ鋼板の下地処理前の電解剥離法で測定した酸化錫量である。
錫メッキ上の酸化錫量が3.5(mc/cm2)以下の場合は、部分的に酸化錫が少ない箇所があると考えられることから、酸化錫の少ない部分でジルコニウム化合物を介してフィルムが強固に接着していると考えられる。一方、錫メッキ上の酸化錫量が3.5(mc/cm2)を超えたあたりから、酸化錫層で錫メッキが一面覆われるため、脆弱な酸化錫層から容易に剥離するようになると考えられる。
本発明では、すずめっき鋼板上のすず層または鉄―すず合金層上の酸化すず層を炭酸水素ナトリウム溶液中での陰極電解処理、または、硫酸溶液中に浸漬する方法によって、電解剥離法による測定で3.5mc/cm2以下になるレベルまで酸化すず層除去処理した後、フッ素または硝酸性窒素を含まない硫酸ジルコニウム水溶液中で陰極電解処理することによって得られるジルコニウム化合物からなるクロムフリー接着下地処理層を形成させることを特徴とするが、ジルコニウム化合物を接着下地処理剤として用いる理由としては、すずめっき鋼板表面をジルコニウムの水和酸化物で被覆することによって、クロメート処理と同様にジルコニウムの水和酸化物と樹脂被覆層に含まれる水酸基との間での水素結合を生成させて樹脂皮膜との密着性を向上させることを狙ったものである。
硫酸ジルコニウム水溶液の温度は、10℃から70℃程度の範囲であれば、ジルコニウム化合物の析出性、および、作業性上の問題ないが、30℃〜50℃の範囲であればジルコニウム化合物がより析出効率が高く、かつ、蒸発による濃度変動が少なく好ましい。
1.酸化すず層厚測定
以下、実施例および比較例で示す酸化すず層厚は、すずめっき鋼板を陽極として、0.01%のHBr水溶液中で1mAで定電流電解剥離した時の酸化すず層が除去されるまでの電解剥離時間から電気量を算出し、単位面積当りの電解剥離に要した電気量として表示(mc/cm2)として表示した。
下地処理後の下地剤付着量の測定は、蛍光X線吸収スペクトル測定により、ジルコニウム化合物皮膜中のジルコニウム量を測定し、単位面積当りの量として表示(mg/m2)した。また、下地処理皮膜中に残留している硫酸根(SO4 2-)の量は、蛍光X線吸収スペクトル測定によって皮膜中の硫黄の量を測定して、SO4の量に換算して表示(mg/m2)した。
実施例および比較例で調整した鋼板の表裏面をすずの融点より7℃低い225℃に加熱し、両面に20μm厚の無延伸共重合ポリエステル(テレフタル酸/イソフタル酸(重量比88/12)とエチレングリコールからなる共重合ポリエステル(融点228℃))フィルムを、ラミネートロール温度150℃、通板速度150m/分で熱ラミネートし直ちに、水冷することにより、フィルムラミネート鋼板を得た。
フィルムラミネート鋼板をレトルト処理用の蒸気釜に入れ、125℃で90分間レトルト殺菌処理を行った。
未処理、および、レトルト処理後のフィルムラミネート鋼板を図7に示すような形状に専用打抜き金型を用いて打抜き、試験片幅が広がっている部分のフィルムに15mm幅、長さ30mm以上の鋼板面まで達する疵を入れる。
試験片幅が15mmから30mmに広がる部分の鋼板を専用金型プレスを用いて、幅方向にフィルムを残して切断し、試験片幅15mmの部分を試験片幅30mmの方に折り返してフィルムが180°折り返されるようにする。
試験片の30mm幅の部分を引張り試験機に取り付けた治具に差込み、試験片幅15mmの部分をもう一方の引張り試験機の掴み部に取り付ける。
室温下で引張り速度20mm/min.でフィルムの180°剥離強度を測定する。レトルト処理後の試験片については、剥離試験中にフィルムと鋼板が剥離する部分に注射器で水を垂らしながら、剥離試験を行う、ウェット状態のフィルムピール(剥離)強度を測定した。
フィルムラミネート鋼板の両面にワックス系潤滑剤を塗布し、プレスにより直径155mmの円板を打抜き、浅絞りカップを得る。次いでこの浅絞りカップを、ストレッチアイアニング加工を行いカップ径52mm、カップ高さ138mm、缶側壁部の平均板厚減少率18%のカップを得た。このカップを、フィルム歪取りのために215℃にて熱処理を行った後、さらに印刷焼付相当の200℃の熱処理を行い、缶特性評価用の試料を作製した。
前項に示した製缶品の一部をレトルト処理用の蒸気釜に入れ、125℃で90分間レトルト殺菌処理を行った。
缶内にアルカリイオン清涼飲料水(例えば日本コカコーラ社製アクエリアス)を缶上部まで満たし、恒温槽中で37℃・7日間加温処理した後、恒温槽から取り出して、缶内のアクエリアスを捨てる。
次に缶の缶高さ25mm位置と75mm位置の鋼板圧延方向(0°方向)と90°方向の缶壁位置に、それぞれ別々の缶を使用して、5℃環境下でデュポン衝撃試験(錘重量1kg、錘落下高さ40mm、衝撃圧子先端径Φ16mm)を行う。
デュポン衝撃後の缶に再度アクエリアスを満たし、50℃の恒温槽中で7日間置いた後、缶内のアクエリス中に溶出した鉄量を原子吸光法により測定した。
充填前のアクエリアス中の鉄量と溶出試験後のアクエリアス中の鉄量差を1缶分の鉄溶出量(mg/L)とした。
試験数は各デュポン衝撃位置について3缶とし、デュポン衝撃位置4箇所分の鉄溶出量の総平均(12缶分)を1水準当りの鉄溶出量とした。
実施例および比較例で下地処理まで行った鋼板の表面に、バーコーターを使用して、缶用エポキシ塗料(大日本インキ化学工業(株)製のサイジングニスPG−800−88)を片面25g/m2塗布した後、焼付乾燥炉で180℃、10分間焼付処理を行う。
2枚のプレコート鋼板の塗装面どうしをエチレンアクリル酸(EAA)接着フィルム(0.1mm厚)を介してホットプレスで熱圧着(200℃、60秒、1MPa)する。熱圧着後、試験片を冷却してから、幅10mm、長さ150mmの接着試験片を切り出し、接着試験片長の約50mm分を予め引張試験時の掴み代として剥離させ、Tピール試験片を作製する。
予め剥離しておいた掴み代部を引張り試験機の掴み部に挟み込み、接着部100mm分を室温下で引張り速度20mm/min.でTピール強度を測定し、塗料密着性を評価した。
表1および表2に実施例、比較例に使用した鋼板の表面処理条件を示す。レトルト処理後の試験片については、剥離試験中に塗膜と鋼板が剥離する部分に注射器で水を垂らしながら、剥離試験を行う、ウェット状態のTピール(剥離)強度を測定した。
なお、実施例1、9は新造した循環セル槽を用いて試験した例であり、下地剤皮膜中にフッ素、窒素の残留がないことを確認した。
また、実施例2、3のラミネート鋼板製缶品の鉄溶出量は、比較例6に示した現行主流のティンフリー鋼板を使用したフィルムラミネート鋼板のものより少なく、良好である。
酸化すず層が3.5mc/cm2より多く残存していると、表4、表5に示すようにフィルムラミネート鋼板としてのレトルト処理後のフィルム密着性、および、プレコート鋼板としての塗料密着性が悪くなることが分る。
比較例1、11同様、酸化すず層が3.5mc/cm2より多く残存していると、表4、表5に示すようにフィルムラミネート鋼板としてのレトルト処理後のフィルム密着性、および、プレコート鋼板としての塗料密着性が悪くなることが分る。
表4、表5に示したようにフィルムラミネート鋼板としての初期およびレトルト処理後のフィルム密着性は良好であるが、クロメートフリー処理薬液中に硝酸を含有しており、硝酸性窒素の廃液処理が必要となるため、クロメートフリー処理薬液としては望ましくない。
Claims (4)
- 鋼板上のすず層または鉄―すず合金層上に存在する酸化すず層厚が、電解剥離法による測定で3.5mc/cm2以下であり、その上にフッ素または硝酸性窒素を含まず、皮膜量がジルコニウム換算で1mg/m2以上、30mg/m2以下であり、かつ硫酸根(SO4 2-)の量が0mg/m2以上7mg/m2以下であるジルコニウム化合物からなるクロムフリー接着下地処理層が形成されていることを特徴とする環境への負荷の少ない容器材料用鋼板。
- 請求項1記載の環境への負荷の少ない容器材料用鋼板を製造する方法であって、鋼板上に、すず層または鉄―すず合金層を形成したのち、炭酸水素ナトリウム溶液中での陰極電解処理を行うことによってすず層または鉄―すず合金層上の酸化すず層を電解剥離法による測定で3.5mc/cm2以下にし、その後に硫酸ジルコニウム水溶液中で陰極電解処理することによってフッ素または硝酸性窒素を含まないジルコニウム化合物からなるクロムフリー接着下地処理を施すことを特徴とする環境への負荷の少ない容器材料用鋼板の製造方法。
- 請求項1記載の環境への負荷の少ない容器材料用鋼板を製造する方法であって、鋼板上に、すず層または鉄―すず合金層を形成したのち、硫酸溶液中に浸漬することによってすず層または鉄―すず合金層上の酸化すず層を電解剥離法による測定で3.5mc/cm2以下にし、その後に硫酸ジルコニウム水溶液中で陰極電解処理することによってフッ素または硝酸性窒素を含まないジルコニウム化合物からなるクロムフリー接着下地処理を施すことを特徴とする環境への負荷の少ない容器材料用鋼板の製造方法。
- 請求項1記載の環境への負荷の少ない容器材料用鋼板を用いたことを特徴とする環境への負荷の少ない容器材料用ラミネート鋼板および容器材料用塗装プレコート鋼板。
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