JP2010285666A - Aqueous surface treating agent for metal material and surface coated metal material - Google Patents

Aqueous surface treating agent for metal material and surface coated metal material Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aqueous surface treating agent for a metal material, which is free of hexavalent chromium ions and with which a coating film having excellent corrosion resistance, adhesiveness, solvent resistance or the like is formed. <P>SOLUTION: The aqueous surface treating agent for a metal material is obtained by, in water, blending: a water dispersible urethane resin (A) having a glass transition temperature higher than 50°C, a lowest film forming temperature of ≤40°C, and a carboxylic group as a functional group; an organic compound (B) having at least one cross-linking group, selected from an amino compound, an amino resin, a carbodiimide compound, a carbodiimide resin, an epoxy compound, an epoxy resin, a silane compound, an isocyanate compound and a urethane prepolymer having isocyanato group; and at least one metal complex compound (C), selected from zinc, aluminum and titanium. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車ボディー、自動車部品、建材、家電用部品等の加工品、鋳造品、シートコイル等に用いられる金属材料用水系表面処理剤であって、表面被覆金属材料に、薄膜での耐食性、加工部耐食性を有するだけでなく、従来の技術では得られなかった塗装密着性、耐溶剤性を新たに付与する金属材料用水系表面処理剤及び表面被覆金属材料に関する。   The present invention is an aqueous surface treatment agent for metal materials used for processed products such as automobile bodies, automobile parts, building materials, home appliance parts, cast products, sheet coils, etc. Further, the present invention relates to a water-based surface treatment agent for metal materials and a surface-coated metal material that not only have corrosion resistance at a processed part, but also newly imparts paint adhesion and solvent resistance that could not be obtained by conventional techniques.

亜鉛系めっき鋼材はもちろんのこと、ほとんどすべての金属材料は、大気環境中に放置されると、大気から物理吸着した水分の存在のもと、SO、NO、飛来海塩粒子等の腐食促進付着物質の作用により、その表面に腐食を生じる。この腐食を防止するために、従来から亜鉛系めっき鋼材等の金属材料の防食法として、クロム酸クロメート等のクロムを含有する処理液に金属材料表面を接触させてクロメート皮膜を析出させる、または塗布して乾燥する等して金属材料表面にクロメート皮膜を形成させる方法がある。 Almost all metal materials as well as galvanized steel materials, when left in the atmosphere, corrode SO 2 , NO 2 , flying sea salt particles, etc. in the presence of moisture physically adsorbed from the atmosphere. Corrosion occurs on the surface due to the action of the accelerated adhesion substance. In order to prevent this corrosion, as a conventional corrosion prevention method for metallic materials such as galvanized steel, the chromate film is deposited or applied by bringing the surface of the metallic material into contact with a treatment liquid containing chromium such as chromate chromate. Then, there is a method of forming a chromate film on the surface of the metal material by drying and the like.

前記方法の具体的な例として特許文献1に記載された方法がある。特許文献1には、ロールフォーミング性及び耐食性の向上を目的として、特定の水溶性又は樹脂に6価クロムイオンを特定の割合で配合し、かつ、pHを3〜10に調整した水系処理液をアルミニウム−亜鉛系合金めっき鋼材表面に塗布する処理方法が記載されている。6価クロムイオンを含有する表面処理を施したアルミニウム−亜鉛系合金めっき鋼材は耐食性、特に加工部耐食性に優れている。しかしながら、6価クロムイオンには人体に直接的な悪影響を及ぼす欠点があるため、近年の環境保全に対する意識の高まりの中、クロメート処理は敬遠されがちである。また、6価クロムイオンを含む排水には、水質汚濁防止法に規定されている特別な処理を施す必要があり、これが全体的としてかなりのコストアップの原因になっている。また、クロメート処理を施した金属材料は、それがクロム含有産業廃棄物となった時に、リサイクルができないという大きな欠点を有し、このことは社会的に問題になっている。さらに、6価クロムイオンを含有する皮膜からの6価クロムイオンの溶出、特に加工時の皮膜傷つき部などからの6価クロムイオンの溶出が起こる可能性があるという問題も存在する。   As a specific example of the method, there is a method described in Patent Document 1. In Patent Document 1, for the purpose of improving roll forming property and corrosion resistance, an aqueous treatment liquid in which hexavalent chromium ions are blended in a specific ratio with a specific water solubility or resin and the pH is adjusted to 3 to 10 is disclosed. A treatment method is described which is applied to the surface of an aluminum-zinc alloy-plated steel material. The aluminum-zinc alloy-plated steel material subjected to the surface treatment containing hexavalent chromium ions is excellent in corrosion resistance, in particular, processed portion corrosion resistance. However, since hexavalent chromium ions have a drawback that has a direct adverse effect on the human body, the chromate treatment tends to be avoided in recent years with the growing awareness of environmental conservation. Further, wastewater containing hexavalent chromium ions needs to be subjected to a special treatment stipulated in the Water Pollution Control Law, which causes a considerable increase in costs as a whole. In addition, the metal material subjected to the chromate treatment has a great disadvantage that it cannot be recycled when it becomes a chromium-containing industrial waste, which is a social problem. Further, there is a problem that elution of hexavalent chromium ions from a film containing hexavalent chromium ions, particularly elution of hexavalent chromium ions from a damaged part of the film during processing may occur.

特許文献2に、アルミニウム−亜鉛系合金めっき鋼材の成形加工性、耐食性、耐薬品性などの向上を目的に、ガラス転移点が50℃を超えるアニオン性の水分散性ウレタン樹脂、ジルコニウム化合物及びシラン化合物を配合した水性樹脂組成物、並びに被覆方法が提案されている。
しかしながら、パネル材の耐食性、飲食用容器や自動車部材や一般事務用ケースを製造することを想定した加工品の耐食性はある程度得られるものの、溶剤でのワイピングや浸漬による溶剤簡易洗浄には、形成された皮膜の分解や膨潤、あるいは皮膜中の可塑剤などの添加剤が抽出され、皮膜劣化が生じるという問題点がある。また、塗装密着性については皮膜乾燥温度が高温の場合は良好な性能が得られるものの、低温の場合は満足な性能が得られないという問題点もある。
Patent Document 2 discloses an anionic water-dispersible urethane resin, zirconium compound and silane whose glass transition point exceeds 50 ° C. for the purpose of improving the formability, corrosion resistance, chemical resistance, etc. of the aluminum-zinc-based alloy-plated steel material. An aqueous resin composition containing a compound and a coating method have been proposed.
However, although the corrosion resistance of the panel material and the corrosion resistance of processed products assuming that food containers and automobile parts and general office cases are manufactured can be obtained to some extent, it is formed for solvent wiping and solvent simple cleaning by immersion. However, there is a problem that the film is deteriorated due to decomposition or swelling of the coated film or extraction of additives such as a plasticizer in the film. Further, the coating adhesion has a problem that satisfactory performance can be obtained when the film drying temperature is high, but satisfactory performance cannot be obtained when the coating temperature is low.

特許文献3に金属板表面の耐食性、塗装密着性、耐黒化性の向上を目的に、カルボキシル基含有ポリウレタン樹脂、架橋剤及びシリカ粒子を配合した皮膜形成用組成物が提案されている。
耐食性、加工部耐食性、塗装密着性も良好であるものの、架橋剤として使用されるエポキシ系架橋剤の有機化合物のみであると、溶剤に対する皮膜のバリア性が十分でなく、満足な性能が得られない。
Patent Document 3 proposes a film-forming composition containing a carboxyl group-containing polyurethane resin, a crosslinking agent, and silica particles for the purpose of improving the corrosion resistance, coating adhesion, and blackening resistance of the metal plate surface.
Corrosion resistance, processed part corrosion resistance, and paint adhesion are good, but if only the organic compound of the epoxy-based crosslinking agent used as the crosslinking agent, the barrier property of the film against the solvent is not sufficient, and satisfactory performance is obtained. Absent.

特許文献4に金属板表面の耐食性、耐アルカリ性、耐溶剤性、耐傷つき性及び密着性の向上を目的に、架橋樹脂マトリックス及び無機防錆剤を含んでなる皮膜が形成されている表面処理金属板の技術が提案されている。
耐食性、塗装密着性、耐溶剤性は得られるが、加工部耐食性を満足する性能が得られていない。加工部耐食性に求められる性能とは、製品を加工した後に屋外に一時的に保管されたり、厳しい場合には実環境下に長年に渡り曝されたりすることがある。その為、製品を加工できることのみに限らず実環境下で耐える耐食性も必要である。
Patent Document 4 discloses a surface-treated metal in which a coating containing a crosslinked resin matrix and an inorganic rust preventive agent is formed for the purpose of improving corrosion resistance, alkali resistance, solvent resistance, scratch resistance and adhesion on the surface of a metal plate Board technology has been proposed.
Although corrosion resistance, paint adhesion, and solvent resistance can be obtained, performance that satisfies the processed portion corrosion resistance is not obtained. The performance required for the corrosion resistance of the processed part may be temporarily stored outdoors after processing the product, or may be exposed to a real environment for many years in severe cases. Therefore, it is necessary not only to be able to process the product but also to have corrosion resistance that can withstand in an actual environment.

特許文献5に耐食性及び耐指紋性の向上を目的に、金属鋼板上に、乾燥膜厚で0.01〜1μmの高耐食性下層皮膜と、乾燥膜厚で0.2〜3μmの耐指紋性皮膜とが順次形成されてなる表面処理鋼板であって、該高耐食性下層皮膜が、加水分解性チタン化合物、加水分解性チタン化合物の低縮合物、水酸化チタン及び水酸化チタンの低縮合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種のチタン化合物を過酸化水素水と混合して得られるチタン、有機リン酸化合物、水溶性又は水分散性有機樹脂、メタバナジン酸塩、ジルコニウム弗化塩及び炭酸ジルコニウム塩を含有してなる下層皮膜用表面処理組成物から形成された皮膜であることを特徴とする表面処理鋼板を提供することが提案されている。
耐食性、加工部耐食性、塗装密着性は良好なものの、架橋剤として使用されるチタン化合物の錯化合物のみであると、溶剤に対する皮膜のバリア性が十分でなく、満足な性能が得られない。また、有機リン化合物やジルコニウムフッ化塩等を使用するため、素材へのエッチングが起こり、処理剤中へスラッジや不純物が混入する恐れがある。
Patent Document 5 discloses a high corrosion resistance underlayer film having a dry film thickness of 0.01 to 1 μm and a fingerprint film having a dry film thickness of 0.2 to 3 μm on a metal steel plate for the purpose of improving corrosion resistance and fingerprint resistance. And a high corrosion-resistant underlayer coating comprising a hydrolyzable titanium compound, a low condensate of hydrolyzable titanium compound, titanium hydroxide and a low condensate of titanium hydroxide. Titanium obtained by mixing at least one titanium compound selected from the group with hydrogen peroxide water, an organic phosphate compound, a water-soluble or water-dispersible organic resin, metavanadate, zirconium fluoride and zirconium carbonate It has been proposed to provide a surface-treated steel sheet characterized by being a film formed from a surface treatment composition for an underlayer film that is contained.
Although corrosion resistance, processed part corrosion resistance, and coating adhesion are good, if only a complex compound of a titanium compound used as a crosslinking agent is used, the barrier property of the film against the solvent is not sufficient, and satisfactory performance cannot be obtained. In addition, since an organic phosphorus compound, zirconium fluoride, or the like is used, the material is etched, and there is a possibility that sludge and impurities are mixed into the treatment agent.

以上から、本発明の金属材料用水系表面処理剤で皮膜層を形成することにより、耐食性、加工部耐食性、塗装密着性、耐溶剤性に優れた皮膜を形成でき、かつ、6価クロムイオンを含有しない水系表面処理剤は得られていないのが現状である。   From the above, by forming a film layer with the aqueous surface treatment agent for metal materials of the present invention, a film excellent in corrosion resistance, processed part corrosion resistance, paint adhesion, and solvent resistance can be formed, and hexavalent chromium ions can be formed. The present condition is that the water-based surface treating agent which does not contain is not obtained.

特許2097278号公報Japanese Patent No. 2097278 特許3872493号公報Japanese Patent No. 3874493 特開2005−199673号公報JP 2005-199673 A 特開2005−281863号公報JP 2005-281863 A 特開2006−22370号公報JP 2006-22370 A

本発明は、従来技術が抱える課題を解決するためのものであり、金属フッ化水素酸、並びに金属フッ化水素酸塩化合物のようなエッチング剤を使用せずに、耐食性、加工部耐食性、低温乾燥時でも満足できる塗装密着性、非極性あるいは極性のいずれの有機溶剤に対して皮膜成分の溶出や膨潤、分解を防ぐような高い耐溶剤性を満足する優れた皮膜を形成することができ、かつクロムを含有せず、金属材料用水系表面処理剤、並びに該表面処理剤を用いて形成された皮膜で被覆された金属材料を提供することを目的とする。   The present invention is for solving the problems of the prior art, without using etching agents such as metal hydrofluoric acid and metal hydrofluoride compounds, corrosion resistance, processed part corrosion resistance, low temperature Excellent coating adhesion satisfying high solvent resistance that prevents elution, swelling, and decomposition of coating components against any organic solvent of non-polar or polar that can be satisfied even when dried, It is another object of the present invention to provide an aqueous surface treating agent for metal materials and a metal material coated with a film formed using the surface treating agent without containing chromium.

本発明者らは、従来技術が抱える課題を解決するための手段について鋭意検討を重ねた結果、亜鉛めっき鋼材、亜鉛合金めっき鋼材、アルミニウム材等の表面に、特定の物性を有する水分散性ウレタン樹脂を主成分とした被覆層を形成させることにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。
50℃を超えるガラス転移温度及び40℃以下の最低造膜温度を有し、官能基にカルボキシル基を有する水分散性ウレタン樹脂(A)、アミノ化合物、アミノ樹脂、カルボジイミド化合物、カルボジイミド樹脂、エポキシ化合物、エポキシ樹脂、シラン化合物、イソシアネート化合物及びイソシアナト基を有するウレタンプレポリマーから選ばれる少なくとも1種の架橋基を有する有機化合物(B)、亜鉛、アルミニウム及びチタンから選ばれる少なくとも1種の金属錯化合物(C)を水に配合する金属用水系表面処理剤に関する。
As a result of intensive studies on means for solving the problems of the prior art, the present inventors have found that water-dispersible urethane having specific physical properties on the surface of galvanized steel materials, zinc alloy plated steel materials, aluminum materials, etc. The inventors have found that the above problems can be solved by forming a coating layer containing a resin as a main component, and have completed the present invention.
Water dispersible urethane resin (A) having a glass transition temperature exceeding 50 ° C. and a minimum film forming temperature of 40 ° C. or less and having a carboxyl group as a functional group, amino compound, amino resin, carbodiimide compound, carbodiimide resin, epoxy compound , An epoxy resin, a silane compound, an isocyanate compound and an organic compound (B) having at least one crosslinking group selected from urethane prepolymers having an isocyanato group, at least one metal complex compound selected from zinc, aluminum and titanium ( The present invention relates to a water-based surface treatment agent for metals that contains C) in water.

本発明の金属材料用水系表面処理剤を表面に塗布し乾燥して得られる亜鉛めっき鋼材、亜鉛合金めっき鋼材、アルミニウム材等の金属材料は、耐食性、加工部耐食性、耐溶剤性、塗装密着性に優れると共に、環境上の問題を克服している。したがって、本発明は極めて大きな産業上の利用価値を有する。   Metal materials such as galvanized steel materials, zinc alloy plated steel materials, and aluminum materials obtained by applying the aqueous surface treatment agent for metal materials of the present invention to the surface and drying are corrosion resistance, processed portion corrosion resistance, solvent resistance, and paint adhesion. And overcoming environmental problems. Therefore, the present invention has extremely great industrial utility value.

発明を実施するための最良形態BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、本発明の最良形態を具体的に説明する。尚、本発明の技術的範囲は以下の最良形態及び実施例に何ら限定されるものではない。以下、まず、本発明の金属材料用水系表面処理剤について説明する。   The best mode of the present invention will be specifically described below. The technical scope of the present invention is not limited to the following best modes and examples. Hereinafter, first, the aqueous surface treating agent for metal materials of the present invention will be described.

《金属材料用水系表面処理剤》
本発明に係る金属材料用水系表面処理剤は、50℃を超えるガラス転移温度及び40℃以下の最低造膜温度を有し、官能基にカルボキシル基を有する水分散性ウレタン樹脂(A)、アミノ化合物、アミノ樹脂、カルボジイミド化合物、カルボジイミド樹脂、エポキシ化合物、エポキシ樹脂、シラン化合物、イソシアネート化合物及びイソシアナト基を有するウレタンプレポリマーから選ばれる少なくとも1種の架橋基を有する有機化合物(B)、亜鉛、アルミニウム及びチタンから選ばれる少なくとも1種の金属錯化合物(C)を水に配合してなる。以下、まず配合成分について説明する。
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The water-based surface treatment agent for metal materials according to the present invention has a glass transition temperature exceeding 50 ° C. and a minimum film-forming temperature of 40 ° C. or less, a water-dispersible urethane resin (A) having a carboxyl group as a functional group, amino Compound, amino resin, carbodiimide compound, carbodiimide resin, epoxy compound, epoxy resin, silane compound, isocyanate compound and organic compound (B) having at least one crosslinking group selected from urethane prepolymer having isocyanate group, zinc, aluminum And at least one metal complex compound (C) selected from titanium and water. Hereinafter, the blending components will be described first.

(配合成分:水分散性ウレタン樹脂(A))
本発明の金属材料用水系表面処理剤に配合される水分散性ウレタン樹脂(A)は被処理材である金属材料に耐食性、加工部耐食性、耐溶剤性を付与し又はこれらを向上させる役割を担う。
本発明の金属材料用水系表面処理剤に配合される水分散性ウレタン樹脂(A)は50℃を超えるガラス転移温度(Tg)及び40℃以下の最低造膜温度を有するものである。ガラス転移温度は樹脂がガラス状態からゴム状態に変化する温度である。基本的にガラス転移温度が高い樹脂を利用すると耐食性、耐溶剤性が優れていることが多い。しかしながら、ガラス転移温度が高いと、ガラス転移温度よりかなり高い温度での焼付けが必要となるのでエネルギーコストがアップするという問題がある。また、ガラス転移温度が高いと硬い皮膜になることが多く、加工部耐食性が劣る場合が多い。そこで、本発明で使用する水分散性ウレタン樹脂(A)ではガラス転移温度は50℃を超えるが、最低造膜温度は40℃以下にすることにより、焼付け温度がガラス転移温度を超える場合はもとよりガラス転移温度以下の場合でも優れた耐食性、加工部耐食性、耐溶剤性等を発揮できるようにした。さらに、任意的に、水分散性ウレタン樹脂(A)の皮膜物性としての抗張力を20〜90N/mmとし、かつ、伸度を200〜700%とすることによって、より強靱でかつより伸びのある皮膜を形成できるようにした。
(Compounding component: Water dispersible urethane resin (A))
The water-dispersible urethane resin (A) blended in the aqueous surface treatment agent for metal materials of the present invention plays a role of imparting or improving corrosion resistance, processed part corrosion resistance, and solvent resistance to the metal material that is the material to be treated. Bear.
The water-dispersible urethane resin (A) blended in the aqueous surface treatment agent for metal material of the present invention has a glass transition temperature (Tg) exceeding 50 ° C. and a minimum film-forming temperature of 40 ° C. or less. The glass transition temperature is a temperature at which the resin changes from a glass state to a rubber state. Basically, when a resin having a high glass transition temperature is used, corrosion resistance and solvent resistance are often excellent. However, when the glass transition temperature is high, there is a problem that the energy cost increases because baking at a temperature considerably higher than the glass transition temperature is required. Moreover, when the glass transition temperature is high, a hard film is often formed, and the corrosion resistance of the processed part is often poor. Therefore, in the water-dispersible urethane resin (A) used in the present invention, the glass transition temperature exceeds 50 ° C., but when the minimum film forming temperature is 40 ° C. or less, the baking temperature exceeds the glass transition temperature. Excellent corrosion resistance, processed part corrosion resistance, solvent resistance, etc. can be exhibited even when the temperature is lower than the glass transition temperature. Further, optionally, the tensile strength as the film physical property of the water-dispersible urethane resin (A) is set to 20 to 90 N / mm 2 and the elongation is set to 200 to 700%. A film can be formed.

水分散性ウレタン樹脂(A)のガラス転移温度が50℃以下の場合には、高温多湿雰囲気下に置くと皮膜が軟化することで水蒸気が浸透し易くなり、耐食性が低下する傾向になる。水分散性ウレタン樹脂(A)のガラス転移温度は80℃から150℃の範囲であることが好ましく、100℃から130℃の範囲であることがより好ましい。150℃を超えると皮膜が硬くなり過ぎるために金属材料との密着性が低下し、また、加工時に皮膜が追従できにくくなるために加工を受けた皮膜が脆弱な状態となり、加工部耐食性が低下する傾向となる。
また、水分散性ウレタン樹脂(A)の最低造膜温度が40℃を超えると、形成される皮膜の加工部耐食性や耐溶剤性が低下する可能性がある。水分散性ウレタン樹脂(A)の最低造膜温度は20℃以下であることが好ましく、5℃以下であることがより好ましく、0℃以下であることがより一層好ましい。最低造膜温度の下限については特に制限はない。
ここで、最低造膜温度は、例えば造膜助剤の種類を適宜選択し量を適宜設定することによりコントロール可能である。また、ガラス転移温度は、ポリオールやイソシアネートの種類を適宜選択し量を適宜設定することによりコントロール可能である。一般に、ポリオールの量を増やしたり分子量を大きくするとガラス転移点を下げることができる。
When the glass transition temperature of the water-dispersible urethane resin (A) is 50 ° C. or lower, when placed in a high-temperature and high-humidity atmosphere, the film softens, so that water vapor easily penetrates and the corrosion resistance tends to decrease. The glass transition temperature of the water dispersible urethane resin (A) is preferably in the range of 80 ° C to 150 ° C, and more preferably in the range of 100 ° C to 130 ° C. If the temperature exceeds 150 ° C, the film becomes too hard, resulting in poor adhesion to the metal material. Also, since the film becomes difficult to follow during processing, the processed film becomes fragile and the corrosion resistance of the processed part decreases. Tend to.
Moreover, when the minimum film-forming temperature of water-dispersible urethane resin (A) exceeds 40 degreeC, the process part corrosion resistance and solvent resistance of the membrane | film | coat formed may fall. The minimum film-forming temperature of the water-dispersible urethane resin (A) is preferably 20 ° C. or less, more preferably 5 ° C. or less, and even more preferably 0 ° C. or less. There is no particular limitation on the lower limit of the minimum film forming temperature.
Here, the minimum film-forming temperature can be controlled, for example, by appropriately selecting the type of film-forming aid and appropriately setting the amount. The glass transition temperature can be controlled by appropriately selecting the type of polyol or isocyanate and appropriately setting the amount. Generally, the glass transition point can be lowered by increasing the amount of polyol or increasing the molecular weight.

また、水分散性ウレタン樹脂(A)を水分散性にするため、さらには水分散性ウレタン樹脂(A)から形成される皮膜の物性の点からも、水分散性ウレタン樹脂(A)の酸価は2〜40の範囲であることが好ましく、4〜35の範囲であることがより好ましく、4〜25の範囲であることが更に好ましい。酸価が2〜40の範囲である場合には、金属材料との密着性が高まり、加工部耐食性、耐溶剤性がより向上する。ここで、酸価は、製造原料組成物の固形分量中のカルボン酸及び反応性誘導体(これらについては後述する)の量を調整することでて適宜コントロール可能である。   Further, in order to make the water-dispersible urethane resin (A) water-dispersible, the acid of the water-dispersible urethane resin (A) is also used from the viewpoint of the physical properties of the film formed from the water-dispersible urethane resin (A). The value is preferably in the range of 2 to 40, more preferably in the range of 4 to 35, and still more preferably in the range of 4 to 25. When the acid value is in the range of 2 to 40, the adhesion with the metal material is enhanced, and the processed portion corrosion resistance and solvent resistance are further improved. Here, the acid value can be appropriately controlled by adjusting the amount of the carboxylic acid and the reactive derivative (these will be described later) in the solid content of the production raw material composition.

さらに、水分散性ウレタン樹脂(A)から形成される皮膜の物性として、抗張力が20〜90N/mmの範囲であり、かつ、伸度が200〜700%の範囲であることが好ましい。抗張力は50〜80N/mmの範囲であり、かつ、伸度は250〜600%の範囲であることがさらに好ましい。抗張力及び伸度が上記範囲を満足している場合には、皮膜追従性及び成形加工性がより向上する。ここで、伸度や抗張力は、例えば、ポリオールやイソシアネートの量や分子量をコントロールすることで調整可能である。例えば、ポリオールの量を増やしたり分子量を大きくすると、伸度が上昇し抗張力が低下する。 Furthermore, it is preferable that the tensile strength is in the range of 20 to 90 N / mm 2 and the elongation is in the range of 200 to 700% as the physical properties of the film formed from the water dispersible urethane resin (A). More preferably, the tensile strength is in the range of 50 to 80 N / mm 2 and the elongation is in the range of 250 to 600%. When the tensile strength and the elongation satisfy the above ranges, the film followability and the moldability are further improved. Here, the elongation and tensile strength can be adjusted, for example, by controlling the amount and molecular weight of polyol and isocyanate. For example, if the amount of polyol is increased or the molecular weight is increased, the elongation increases and the tensile strength decreases.

水分散性ウレタン樹脂(A)の数平均分子量については特に制限はないが、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで測定した場合、10,000〜1,000,000程度であることが好ましく、50,000〜500,000程度であることがより好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular about the number average molecular weight of water-dispersible urethane resin (A), When it measures by a gel permeation chromatography, it is preferable that it is about 10,000-1,000,000, 50,000- More preferably, it is about 500,000.

水分散性ウレタン樹脂(A)は、ポリイソシアネート(特にジイソシアネート)、ポリオール(特にジオール)、ヒドロキシル基を2個以上、好ましくは2個有するカルボン酸もしくはその反応性誘導体及びポリアミン(特にジアミン)を原料として一般的な合成方法により得られるものである。より具体的には、限定的に解釈されるものではないが、例えば、ジイソシアネートとジオールから両端にイソシアナト基を有するウレタンプレポリマーを製造し、これにヒドロキシル基を2個有するカルボン酸もしくはその反応性誘導体を反応させて両端にイソシアナト基を有する誘導体とし、ついでトリエタノールアミンなどを加えてアイオノマー(トリエタノールアミン塩)としてから水に加えてエマルジョンとし、さらにジアミンを加えて鎖延長を行うことにより、水分散性ウレタン樹脂(A)を得ることができる。   The water-dispersible urethane resin (A) is made from polyisocyanate (particularly diisocyanate), polyol (particularly diol), carboxylic acid having two or more, preferably two hydroxyl groups, or a reactive derivative thereof and polyamine (particularly diamine). As obtained by a general synthesis method. More specifically, although not limitedly interpreted, for example, a urethane prepolymer having an isocyanate group at both ends is produced from a diisocyanate and a diol, and a carboxylic acid having two hydroxyl groups or a reactivity thereof. By reacting the derivative to form a derivative having an isocyanato group at both ends, then adding triethanolamine or the like to form an ionomer (triethanolamine salt), adding it to water to make an emulsion, and further adding a diamine to extend the chain, A water dispersible urethane resin (A) can be obtained.

水分散性ウレタン樹脂(A)を製造する際に用いるポリイソシアネートとしては、脂肪族、脂環式及び芳香族ポリイソシアネートがあり、いずれも使用可能である。具体的には、例えば、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、1,4−シクロヘキシレンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、2,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ビフェニレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンジイソシアネート、1,5−テトラヒドロナフタレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。これらの中で、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、1,4−シクロヘキシレンジイソシアネート、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、2,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂肪族または脂環式ポリイソシアネートを用いる場合には、耐溶剤性、耐食性等にも優れた皮膜が得られるので好ましい。   Examples of the polyisocyanate used when producing the water-dispersible urethane resin (A) include aliphatic, alicyclic and aromatic polyisocyanates, and any of them can be used. Specifically, for example, tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, lysine diisocyanate, hydrogenated xylylene diisocyanate, 1,4-cyclohexylene diisocyanate, 4,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate, 2,4′-dicyclohexylmethane diisocyanate, Isophorone diisocyanate, 3,3′-dimethoxy-4,4′-biphenylene diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate, 1,5-tetrahydronaphthalene diisocyanate, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 4, , 4'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, phenylene diisocyanate, xylylene diisocyanate Tetramethyl xylylene diisocyanate. Among these, tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, lysine diisocyanate, hydrogenated xylylene diisocyanate, 1,4-cyclohexylene diisocyanate, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, 2,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, isophorone diisocyanate When an aliphatic or alicyclic polyisocyanate such as the above is used, a film excellent in solvent resistance, corrosion resistance and the like is obtained, which is preferable.

水分散性ウレタン樹脂(A)を製造する際に用いるポリオール種としてはポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールなどがありいずれも使用可能であるが、本発明では、特に、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオールが好ましい。
ポリエステルポリオールとしては、グリコール成分とジカルボン酸もしくはその反応性誘導体(酸無水物等)とを脱水縮合反応に付して得られるポリエステルポリオール;ε−カプロラクトン等の環状エステル化合物を多価アルコールで開始剤として開環重合して得られるポリエステルポリオールなどが挙げられる。
Examples of the polyol species used when producing the water-dispersible urethane resin (A) include polyester polyols and polyether polyols, and any of them can be used. In the present invention, polyester polyols and polyether polyols are particularly preferable.
As the polyester polyol, a polyester polyol obtained by subjecting a glycol component and a dicarboxylic acid or a reactive derivative thereof (an acid anhydride) to a dehydration condensation reaction; a cyclic ester compound such as ε-caprolactone as a polyhydric alcohol initiator And polyester polyols obtained by ring-opening polymerization.

ポリオールの製造に使用するグリコール成分としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ブチルエチルプロパンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール(分子量300〜6,000)、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ビス(ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ハイドロキノンなどが挙げられる。また、ポリエーテルポリオールの製造に使用するグリコール成分としては、上記グリコールにエチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドを付加反応させて得られる(ジ)エチレングリコール系ポリエーテルポリオール、(ジ)プロピレングリコール系ポリエーテルポリオール、グリセリン系ポリエーテルポリオール、トリメチロールプロパン系ポリエーテルポリオール、ペンタエリスリトール系ポリエーテルポリオール、モノ(ジ、トリ)エタノールアミン系ポリエーテルポリオール、メチルジエタノールアミン系ポリエーテルポリオール、エチレンジアミン系ポリエーテルポリオール、3−ジメチルアミノプロピルアミン系ポリエーテルポリオール等のポリオキシアルキレン系ポリオール等が挙げられ、これらは、それぞれ単独で又は2種以上を混合して用いることができる。これらの中では、エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシドを付加反応させて得られる(ジ)エチレングリコール系ポリエーテルポリオール、(ジ)プロピレングリコール系ポリエーテルポリオール、グリセリン系ポリエーテルポリオール、トリエタノールアミン系ポリエーテルポリオールが好ましい。   Examples of the glycol component used for producing the polyol include ethylene glycol, propylene glycol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, and 3-methyl-1,5-pentanediol. 1,6-hexanediol, neopentyl glycol, butylethylpropane diol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol (molecular weight 300 to 6,000), dipropylene glycol, tripropylene glycol, bis (hydroxyethoxy) ) Benzene, 1,4-cyclohexanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, bisphenol A, hydrogenated bisphenol A, hydroquinone and the like. Moreover, as a glycol component used for manufacture of a polyether polyol, the (di) ethylene glycol type polyether polyol and (di) propylene glycol type polyether polyol obtained by carrying out addition reaction of ethylene oxide and / or propylene oxide to the said glycol are mentioned. Glycerin-based polyether polyol, trimethylolpropane-based polyether polyol, pentaerythritol-based polyether polyol, mono (di, tri) ethanolamine-based polyether polyol, methyldiethanolamine-based polyether polyol, ethylenediamine-based polyether polyol, 3- And polyoxyalkylene polyols such as dimethylaminopropylamine polyether polyol, and the like. It can be used as a mixture of two or more. Among these, (di) ethylene glycol polyether polyol, (di) propylene glycol polyether polyol, glycerin polyether polyol, triethanolamine polyether obtained by addition reaction of ethylene oxide and / or propylene oxide. Polyols are preferred.

ポリエステルポリオールの製造に使用するジカルボン酸及びその反応性誘導体としては、例えば、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、フマル酸、1,3−シクロペンタンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、2,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ナフタル酸、ビフェニルジカルボン酸、1,2−ビス(フェノキシ)エタン−p,p’−ジカルボン酸及びこれらのジカルボン酸の無水物などが挙げられる。   Examples of the dicarboxylic acid and its reactive derivative used in the production of polyester polyol include succinic acid, adipic acid, azelaic acid, sebacic acid, dodecanedicarboxylic acid, fumaric acid, 1,3-cyclopentanedicarboxylic acid, 1,4 -Cyclohexanedicarboxylic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, phthalic acid, 1,4-naphthalenedicarboxylic acid, 2,5-naphthalenedicarboxylic acid, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, naphthalic acid, biphenyldicarboxylic acid, 1,2-bis (Phenoxy) ethane-p, p′-dicarboxylic acid and anhydrides of these dicarboxylic acids.

カルボキシル基を有する水分散性ウレタン樹脂(A)を製造する際に用いるカルボン酸及び反応性誘導体は、水分散性ウレタン樹脂(A)に酸性基を導入するため、及びウレタン樹脂(A)を水分散性にするために用いる。用いるカルボン酸としては、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸、ジメチロールペンタン酸、ジメチロールヘキサン酸などのジメチロールアルカン酸を例示することができる。また、反応性誘導体としては、酸無水物のような加水分解性エステル等が挙げられる。このように水分散性ウレタン樹脂(A)を自己水分散性にし、乳化剤を使用しないか極力使用しないようにすることにより、耐食性や耐溶剤性に優れた皮膜が得られる。これらのなかでは、ジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸が好ましい。   The carboxylic acid and reactive derivative used in producing the water-dispersible urethane resin (A) having a carboxyl group introduce an acidic group into the water-dispersible urethane resin (A), and water the urethane resin (A). Used for dispersibility. Examples of the carboxylic acid used include dimethylol alkanoic acids such as dimethylolpropionic acid, dimethylolbutanoic acid, dimethylolpentanoic acid, and dimethylolhexanoic acid. Examples of the reactive derivative include hydrolyzable esters such as acid anhydrides. Thus, by making the water dispersible urethane resin (A) self-dispersible and not using an emulsifier or using it as much as possible, a film excellent in corrosion resistance and solvent resistance can be obtained. Of these, dimethylolpropionic acid and dimethylolbutanoic acid are preferred.

ウレタン樹脂(A)を製造する際に用いるポリアミンとしては、例えばヒドラジン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、テトラメチレンジアミン、イソホロンジアミン、キシリレンジアミン、ピペラジン、1,1’−ビシクロヘキサン−4,4’−ジアミン、ジフェニルメタンジアミン、エチルトリレンジアミン、ジエチレントリアミン、ジプロピレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミンなどが挙げられる。   Examples of the polyamine used for producing the urethane resin (A) include hydrazine, ethylenediamine, propylenediamine, 1,6-hexanediamine, tetramethylenediamine, isophoronediamine, xylylenediamine, piperazine, and 1,1′-bicyclohexane. Examples include -4,4'-diamine, diphenylmethanediamine, ethyltolylenediamine, diethylenetriamine, dipropylenetriamine, triethylenetetramine, and tetraethylenepentamine.

本発明の水分散性ウレタン樹脂(A)は合成する段階で加水分解性シラン化合物を用いてシラン変性したものでも構わない。シラン変性するときのシラン化合物の種類、変性量については特に制限はない。シラン化合物としては、後述の有機化合物(B)に包含されるシラン化合物と同様のものを用いることができる。シラン変性することにより、水分散性ウレタン樹脂(A)の金属材料との密着性が高まり、耐溶剤性や加工部耐食性が向上する。   The water-dispersible urethane resin (A) of the present invention may be silane-modified with a hydrolyzable silane compound at the stage of synthesis. There are no particular restrictions on the type of silane compound and the amount of modification when silane modification is performed. As a silane compound, the thing similar to the silane compound included by the below-mentioned organic compound (B) can be used. By modifying with silane, the adhesion of the water-dispersible urethane resin (A) to the metal material is increased, and the solvent resistance and the processed portion corrosion resistance are improved.

シラン変性の程度は、これらの変性による効果が認められる程度以上であれば特に制限はないが、通常、Si−OH当量が150〜1,000の範囲となるように変性されるのが好ましく、300〜800の範囲となるように変性されるのがより好ましい。   The degree of silane modification is not particularly limited as long as the effect of these modifications is recognized, but usually it is preferably modified so that the Si-OH equivalent is in the range of 150 to 1,000, More preferably, it is modified so as to be in the range of 300 to 800.

本発明の水分散性ウレタン樹脂(A)は、樹脂合成時の樹脂安定性、造膜時の周囲環境が低温乾燥下にある場合、皮膜の造膜性を高めるために、合成時に造膜助剤を配合するのが好ましい。造膜助剤としては、ブチルセロソルブ、N−メチル−2−ピロリドン、ブチルカルビトールアセテート、テキサノールなどが挙げられ、N−メチル−2−ピロリドンがより好ましい。   The water-dispersible urethane resin (A) of the present invention has a film forming aid during synthesis in order to enhance the film stability of the film when the resin stability during resin synthesis and the surrounding environment during film formation are under low temperature drying. It is preferable to add an agent. Examples of the film-forming aid include butyl cellosolve, N-methyl-2-pyrrolidone, butyl carbitol acetate, and texanol, and N-methyl-2-pyrrolidone is more preferable.

(配合成分:架橋基を有する有機化合物(B))
本発明の水系表面処理剤に配合される、アミノ化合物、アミノ樹脂、カルボジイミド化合物、カルボジイミド樹脂、エポキシ化合物、エポキシ樹脂、シラン化合物、イソシアネート化合物及びイソシアナト基を有するウレタンプレポリマーから選ばれる少なくとも1種の架橋基を有する有機化合物(B)は形成される皮膜の耐食性や耐溶剤性を高める役割を担う。
(Compounding component: organic compound (B) having a crosslinking group)
At least one selected from an amino compound, an amino resin, a carbodiimide compound, a carbodiimide resin, an epoxy compound, an epoxy resin, a silane compound, an isocyanate compound and a urethane prepolymer having an isocyanato group, which is blended in the aqueous surface treatment agent of the present invention. The organic compound (B) having a crosslinking group plays a role of enhancing the corrosion resistance and solvent resistance of the formed film.

有機化合物(B)におけるアミノ化合物としては、メラミン化合物、グアナミン化合物、グアニジン化合物等を用いることができる。メラミン化合物としてはメラミン、メチロール化メラミン、メチロール化メラミンのメチルエーテル等;グアナミン化合物としてはベンゾグアナミン等;グアニジン化合物としては1,3−ジフェニルグアニジン、ジ−o−トリルグアニジン、炭酸グアニジン等が挙げられる。アミン化合物としてはさらにアリルアミン、アニリン、ポリアニリン、ジシアンジアミド等も用いることができる。上記でメチロール化メラミンは下記構造式(1)でR1〜R6がそれぞれ独立に水素原子又はメチロール基を表すが、R1〜R6の少なくとも1つはメチロール基である化合物又はそれらの化合物の任意の2種以上の混合物であり、メチロール化メラミンのメチルエーテルはメチロール化メラミンの少なくとも1つのメチロール基の水酸基がO−メチル化された化合物又はそれらの化合物の任意の2種以上の混合物である。また、ポリアニリンは下記構造式(2)で表される。   As the amino compound in the organic compound (B), a melamine compound, a guanamine compound, a guanidine compound, or the like can be used. Examples of the melamine compound include melamine, methylolated melamine, methyl ether of methylolated melamine, etc .; examples of the guanamine compound include benzoguanamine; examples of the guanidine compound include 1,3-diphenylguanidine, di-o-tolylguanidine, and guanidine carbonate. As the amine compound, allylamine, aniline, polyaniline, dicyandiamide and the like can also be used. In the above, methylolated melamine has the following structural formula (1), wherein R1 to R6 each independently represents a hydrogen atom or a methylol group, and at least one of R1 to R6 is a methylol group or any two of these compounds The methyl ether of methylolated melamine is a compound in which the hydroxyl group of at least one methylol group of methylolated melamine is O-methylated or a mixture of any two or more of these compounds. Polyaniline is represented by the following structural formula (2).

Figure 2010285666
Figure 2010285666

有機化合物(B)におけるアミノ樹脂は、メラミン、ベンゾグアナミン、尿素等のアミン化合物にホルムアルデヒド又はアルコールを付加縮合させた樹脂であって、尿素樹脂、メラミン樹脂、グアナミン樹脂等を包含する。   The amino resin in the organic compound (B) is a resin obtained by addition-condensing formaldehyde or alcohol with an amine compound such as melamine, benzoguanamine, or urea, and includes urea resin, melamine resin, guanamine resin, and the like.

有機化合物(B)におけるカルボジイミド樹脂は分子中に−N=C=N−基を有する高分子であり、例えば、カルボジイミド化触媒の存在下でジイソシアネートの脱炭酸縮合反応によって製造することができる。ここで、カルボジイミド化触媒としては、スズ、酸化マグネシウム、カリウムイオンと18−クラウン−6との組合せなどが挙げられる。ジイソシアネートとしては、水分散性ウレタン樹脂(A)の製造に用いられるポリイソシアネートとして例示したものの中のジイソシアネートを例示することができる。   The carbodiimide resin in the organic compound (B) is a polymer having a —N═C═N— group in the molecule, and can be produced, for example, by decarboxylation condensation reaction of diisocyanate in the presence of a carbodiimidization catalyst. Here, examples of the carbodiimidization catalyst include tin, magnesium oxide, a combination of potassium ion and 18-crown-6, and the like. As diisocyanate, the diisocyanate in what was illustrated as polyisocyanate used for manufacture of water-dispersible urethane resin (A) can be illustrated.

カルボジイミド樹脂のカルボジイミド当量(カルボジイミド基1個当たりのカルボジイミド樹脂の化学式量、換言するとカルボジイミド樹脂の分子量をカルボジイミド樹脂に含まれるカルボジイミド基の数で割った値)は、特に制限されるものではないが、100〜1,000の範囲であることが好ましく、200〜800の範囲であることがより好ましい。   The carbodiimide equivalent of the carbodiimide resin (the chemical amount of the carbodiimide resin per carbodiimide group, in other words, the value obtained by dividing the molecular weight of the carbodiimide resin by the number of carbodiimide groups contained in the carbodiimide resin) is not particularly limited. The range is preferably 100 to 1,000, and more preferably 200 to 800.

有機化合物(B)におけるエポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル、オルトフタル酸ジグリシジルエステル、イソフタル酸ジグリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、p−オキシ安息香酸ジグリシジルエステル、テトラハイドロフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサハイドロフタル酸ジグリシジルエステル、コハク酸ジグリシジルエステル、アジピン酸ジグリシジルエステル、セバシン酸ジグリシジルエステル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、及びポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル類、トリメリット酸トリグリシジルエステル、トリグリシジルイソシアヌレート、1,4−グリシジルオキシベンゼン、ジグリシジルプロピレン尿素、グリセロールトリグリシジルエーテル、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル、グリセロールアルキレンオキサイド付加物のトリグリシジルエーテルなどを挙げることができる。これらはそれぞれ単独、または併用して使用できる。   Examples of the epoxy compound in the organic compound (B) include bisphenol A diglycidyl ether, orthophthalic acid diglycidyl ester, isophthalic acid diglycidyl ester, terephthalic acid diglycidyl ester, p-oxybenzoic acid diglycidyl ester, and tetrahydrophthal. Acid diglycidyl ester, hexahydrophthalic acid diglycidyl ester, succinic acid diglycidyl ester, adipic acid diglycidyl ester, sebacic acid diglycidyl ester, ethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, 1,4-butanediol di Glycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, and polyalkylene glycol diglycidyl ethers, trimellitic acid trig Sidyl ester, triglycidyl isocyanurate, 1,4-glycidyloxybenzene, diglycidyl propylene urea, glycerol triglycidyl ether, trimethylol ethane triglycidyl ether, trimethylolpropane triglycidyl ether, pentaerythritol tetraglycidyl ether, glycerol alkylene oxide addition The triglycidyl ether of a thing can be mentioned. These can be used alone or in combination.

有機化合物(B)におけるエポキシ系樹脂としては、ビスフェノールAもしくはFを骨格中の単位として有するエポキシ樹脂を用いることができるが、かかるエポキシ樹脂のグリシジル基の一部又は全部がシラン変性又はリン酸類変性されたエポキシ樹脂がより好ましく用いられる。
ビスフェノールAもしくはFを骨格中の単位として有するエポキシ樹脂としては、エピクロルヒドリンとビスフェノールAもしくはFとの脱塩化水素及び付加反応の繰返しにより得られるもの、並びにグリシジル基を2個以上、好ましくは2個有するエポキシ化合物とビスフェノール(A、F)との間の付加反応の繰返しにより得られるものが挙げられる。ここで示すエポキシ化合物は、前述したエポキシ化合物が挙げられる。
As the epoxy resin in the organic compound (B), an epoxy resin having bisphenol A or F as a unit in the skeleton can be used, but part or all of the glycidyl group of the epoxy resin is silane-modified or phosphoric acid-modified. The epoxy resin made is more preferably used.
As an epoxy resin having bisphenol A or F as a unit in the skeleton, one obtained by repeated dehydrochlorination and addition reaction of epichlorohydrin and bisphenol A or F, and having two or more, preferably two glycidyl groups Examples thereof include those obtained by repeating the addition reaction between the epoxy compound and bisphenol (A, F). As for the epoxy compound shown here, the epoxy compound mentioned above is mentioned.

ビスフェノールAもしくはFを骨格中の単位として有するエポキシ樹脂のシラン変性は前記ウレタン樹脂(A)の変性と同様にして行えばよい。シラン変性することにより形成される皮膜と金属材料との密着性やエポキシ樹脂自体の耐溶剤性が向上する効果がある。また、ビスフェノールAもしくはFを骨格中の単位として有するエポキシ樹脂のリン酸類変性は、該エポキシ樹脂を、リン酸類又はそのエステルと反応させることにより行われる。リン酸類としてはメタリン酸、ホスホン酸、オルトリン酸、ピロリン酸などを用いることができ、リン酸類のエステルとしては、メタリン酸、ホスホン酸、オルトリン酸、ピロリン酸などのモノエステル、例えばモノメチルリン酸、モノオクチルリン酸、モノフェニルリン酸などを用いることができる。また、エポキシ樹脂のリン酸類変性物は、アミン系化合物で中和することによってより安定な樹脂組成物を生成するので、中和するのが好ましい。アミン系化合物としては、例えば、アンモニア;ジメタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミン;ジエチルアミン、トリエチルアミンなどのアルキルアミン;ジメチルエタノールアミンなどのアルキルアルカノールアミンなどが挙げられる。リン酸類を変性することで、形成される皮膜と金属材料との密着性が高まる効果がある。 Silane modification of an epoxy resin having bisphenol A or F as a unit in the skeleton may be performed in the same manner as the modification of the urethane resin (A). There is an effect that the adhesion between the film formed by silane modification and the metal material and the solvent resistance of the epoxy resin itself are improved. Moreover, the phosphoric acid modification | denaturation of the epoxy resin which has bisphenol A or F as a unit in frame | skeleton is performed by making this epoxy resin react with phosphoric acid or its ester. As phosphoric acids, metaphosphoric acid, phosphonic acid, orthophosphoric acid, pyrophosphoric acid and the like can be used. As esters of phosphoric acids, monoesters such as metaphosphoric acid, phosphonic acid, orthophosphoric acid, pyrophosphoric acid, such as monomethyl phosphoric acid, Monooctyl phosphoric acid, monophenyl phosphoric acid and the like can be used. Moreover, since the phosphoric acid modified substance of an epoxy resin produces | generates a more stable resin composition by neutralizing with an amine compound, it is preferable to neutralize. Examples of the amine compound include ammonia; alkanolamines such as dimethanolamine and triethanolamine; alkylamines such as diethylamine and triethylamine; alkylalkanolamines such as dimethylethanolamine. By modifying phosphoric acids, there is an effect of increasing the adhesion between the formed film and the metal material.

有機化合物(B)におけるシラン化合物としては、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−クロロプロピルトリメトキシシラン、ウレイドプロピルトリエトキシシランなどが挙げられる。   As a silane compound in the organic compound (B), vinyltrichlorosilane, vinyltris (2-methoxyethoxy) silane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, 3-methacryloyloxypropyltrimethoxysilane, 2- (3,4- Epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3- Aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl-3-aminopropyltrimeth Shishiran, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyl trimethoxy silane, and the like ureidopropyltriethoxysilane.

有機化合物(B)におけるイソシアネート化合物としては、水分散性ウレタン樹脂(A)の製造について既述したポリイソシアネートを用いることができる。   As an isocyanate compound in an organic compound (B), the polyisocyanate already described about manufacture of water-dispersible urethane resin (A) can be used.

有機化合物(B)におけるイソシアナト基に重亜硫酸アルカリ金属塩を付加させることによりイソシアナト基を保護したウレタンプレポリマーは、イソシアネート(特にジイソシアネート)を有するモノマー及びプレポリマーとポリオール(特にジオール)とをある程度まで重縮合させた中間的生成物に重亜硫酸アルカリ金属塩(ナトリウム塩、カリウム塩等)を付加させてイソシアナト基を保護することにより得られる。ポリイソシアネート及びポリオールとしては水分散性ウレタン樹脂(A)の製造で使用するものと同様のものを使用し得る。   The urethane prepolymer in which the isocyanato group is protected by adding an alkali metal bisulfite to the isocyanato group in the organic compound (B) is a monomer and prepolymer having isocyanate (particularly diisocyanate) and a polyol (particularly diol) to a certain extent. It is obtained by adding an alkali metal bisulfite (sodium salt, potassium salt, etc.) to the polycondensed intermediate product to protect the isocyanato group. As the polyisocyanate and the polyol, those similar to those used in the production of the water-dispersible urethane resin (A) can be used.

(配合成分:金属錯化合物(C))
本発明の水系表面処理剤に配合される亜鉛、アルミニウム及びチタンから選ばれる少なくとも1種の金属錯化合物(C)は、金属材料、水分散性ウレタン樹脂中に存在するカルボキシル基のような極性基、有機化合物(B)中に存在する場合の特定の官能基などと架橋反応することにより、形成される皮膜の耐食性、耐溶剤性を向上させる。ここで、より好適な金属錯化合物は有機金属錯化合物である。このような有機金属錯化合物を用いると、樹脂及び金属を結合させるような架橋効果だけでなく、有機部分の構造が金属キレート効果を起こすため、金属材料との密着性が高まる。
(Compounding component: metal complex compound (C))
At least one metal complex compound (C) selected from zinc, aluminum and titanium to be blended in the aqueous surface treating agent of the present invention is a polar group such as a carboxyl group present in a metal material or a water-dispersible urethane resin. The corrosion resistance and solvent resistance of the formed film are improved by a crosslinking reaction with a specific functional group or the like when present in the organic compound (B). Here, a more preferable metal complex compound is an organometallic complex compound. When such an organometallic complex compound is used, not only a crosslinking effect for bonding a resin and a metal, but also the structure of the organic portion causes a metal chelate effect, so that adhesion to a metal material is enhanced.

金属錯化合物の骨格にアルコキシドあるいは水酸基が含まれているのが前記効果を高めるうえでは好ましく、両方の官能基が含まれていることがより好ましい。   The skeleton of the metal complex compound preferably contains an alkoxide or a hydroxyl group in order to enhance the effect, and more preferably contains both functional groups.

金属錯化合物(C)における亜鉛としては、例えばステアリン酸亜鉛、グルコン酸亜鉛、ピコリン酸亜鉛、クエン酸亜鉛、亜鉛アセチルアセトネート等が挙げられる。特に好ましくはグルコン酸亜鉛、クエン酸亜鉛が挙げられる。金属錯化合物(C)におけるアルミニウムとしては、例えば、酢酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、アルミニウムエチレート、アルミニウムイソプロピレート、アルミニウムトリイソポロキシド、アルミニウムエチルアセトアセテートジ゛イソプロピレート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムトリス(アセチルアセテート)、アルミニウムオキサイドイソプロポキサイドトリマー等が挙げられる。特に好ましくはアルミニウムトリイソポロキシド、アルミニウムトリスアセチルアセテート等が挙げられる。金属錯化合物(C)におけるチタンとしては、例えば、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラノルマルブトキシド、チタンブトキシドダイマー、チタンテトラー2−エチルヘキソキシド、チタンジイソプロポキシビス(アセチルアセトネート)、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンジオクチロキシビス(オクチレングリコレート)、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)、チタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)、チタンラクテートアンモニウム塩、チタンラクテート、ポリヒドロキシチタンステアレート等が挙げられる。特に好ましくはチタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)、チタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)等が挙げられる。   Examples of zinc in the metal complex compound (C) include zinc stearate, zinc gluconate, zinc picolinate, zinc citrate, and zinc acetylacetonate. Particularly preferred are zinc gluconate and zinc citrate. Examples of aluminum in the metal complex compound (C) include aluminum acetate, aluminum stearate, aluminum ethylate, aluminum isopropylate, aluminum triisopropyloxide, aluminum ethyl acetoacetate diisopropylate, aluminum trisethyl acetoacetate, aluminum. Tris (acetyl acetate), aluminum oxide isopropoxide trimer, etc. are mentioned. Particularly preferred are aluminum triisopoloxide, aluminum trisacetyl acetate and the like. Examples of titanium in the metal complex compound (C) include titanium tetraisopropoxide, titanium tetranormal butoxide, titanium butoxide dimer, titanium tetra-2-ethylhexoxide, titanium diisopropoxybis (acetylacetonate), and titanium tetraacetyl. Acetonate, titanium dioctyloxy bis (octylene glycolate), titanium diisopropoxy bis (ethyl acetoacetate), titanium diisopropoxy bis (triethanolaminate), titanium lactate ammonium salt, titanium lactate, polyhydroxy titanium stea Rate and the like. Particularly preferred are titanium diisopropoxybis (ethyl acetoacetate), titanium diisopropoxybis (triethanolaminate), and the like.

(配合成分:シリカ(D))
さらに本発明に係る水系表面処理剤には、シリカ(D)を配合してもよい。シリカ(D)は本発明の水系表面処理剤に分散しており、粒径、形状、種類について特に制限されるものではない。シリカ(D)の粒径は、3〜500nmの範囲であることが好ましく、3〜150nmの範囲であることがより好ましい。シリカ(D)は、抗張力の調整や緻密な皮膜を形成する役割を担い、さらに耐食性向上、耐溶剤性、加工部耐食性を向上させることができる。ここで、シリカの平均粒径は、粒度分布測定装置を用いて測定されたものを指す。
(Compounding component: Silica (D))
Furthermore, you may mix | blend a silica (D) with the water-system surface treating agent which concerns on this invention. Silica (D) is dispersed in the aqueous surface treatment agent of the present invention, and the particle size, shape, and type are not particularly limited. The particle diameter of silica (D) is preferably in the range of 3 to 500 nm, and more preferably in the range of 3 to 150 nm. Silica (D) plays a role of adjusting the tensile strength and forming a dense film, and can further improve the corrosion resistance, the solvent resistance, and the processed portion corrosion resistance. Here, the average particle diameter of silica refers to that measured using a particle size distribution measuring device.

更に、本発明に係る水系表面処理剤には、水溶性もしくは水分散性アクリル樹脂、水分散性ポリエステル樹脂、水分散性フッ素系樹脂、水分散性ポリオレフィン樹脂等の樹脂を配合してもよい。加えて、本発明の水系表面処理剤に、本発明の効果を損なわない範囲で、潤滑剤(例えば二流化モリブデン、グラファイト、ポリエチレンもしくはポリプロピレンのようなポリオレフィン系ワックス等)、顔料(例えばフタロシアニン、カーボンブラック、酸化チタン等)、抗菌剤、消泡剤、レベリング剤、増粘剤、樹脂成分の熱による劣化を抑制する成分、樹脂成分の光による劣化を抑制する成分(酸化防止剤、紫外線吸収剤、クエンチャー、HALSなど)を配合してもよい。   Furthermore, the water-based surface treatment agent according to the present invention may contain a resin such as a water-soluble or water-dispersible acrylic resin, a water-dispersible polyester resin, a water-dispersible fluororesin, or a water-dispersible polyolefin resin. In addition, to the aqueous surface treatment agent of the present invention, a lubricant (for example, polyolefin wax such as molybdenum disulfide, graphite, polyethylene or polypropylene), a pigment (for example, phthalocyanine, carbon, etc.) within a range not impairing the effects of the present invention. Black, titanium oxide, etc.), antibacterial agents, antifoaming agents, leveling agents, thickeners, components that suppress deterioration of resin components due to heat, and components that suppress deterioration of resin components due to light (antioxidants, ultraviolet absorbers) , Quencher, HALS, etc.).

(配合組成)
以上で金属材料用水系表面処理剤の配合成分を説明したので、次に、本発明に係る金属材料用水系表面処理剤における各成分の配合組成を説明することとする。
(Composition composition)
Having described the components of the aqueous surface treatment agent for metal materials, the composition of each component in the aqueous surface treatment agent for metal materials according to the present invention will be described next.

水分散性ウレタン樹脂(A)と有機化合物(B)との配合比(A)/(B)は固形分質量比として1000/1〜10/1の範囲であることが好ましく、200/1〜15/1の範囲であることがより好ましい。(A)/(B)が1000/1より大きくなると、有機化合物(B)を配合した効果が認められない傾向となり、10/1より小さくなると水分散性ウレタン樹脂(A)の特性が阻害され、表面処理した金属材料の耐溶剤性が低下するおそれがある。   The blending ratio (A) / (B) of the water-dispersible urethane resin (A) and the organic compound (B) is preferably in the range of 1000/1 to 10/1 as a solid content mass ratio, 200/1 to A range of 15/1 is more preferable. When (A) / (B) is larger than 1000/1, the effect of blending the organic compound (B) tends to be not recognized, and when it is smaller than 10/1, the characteristics of the water-dispersible urethane resin (A) are hindered. The solvent resistance of the surface-treated metal material may be reduced.

水分散性ウレタン樹脂(A)と金属錯化合物(C)との配合比は(A)の固形分/(C)の金属原子の質量比として1,000/1〜10/1の範囲であることが好ましく、200/1〜20/1の範囲であることがより好ましい。(A)の固形分/(C)固形分比が1,000/1〜10/1の範囲にある場合には、形成される皮膜の耐食性、耐溶剤性を向上させることができる。   The mixing ratio of the water-dispersible urethane resin (A) and the metal complex compound (C) is in the range of 1,000 / 1 to 10/1 as the mass ratio of the solid content of (A) / the metal atom of (C). It is preferable that the range is 200/1 to 20/1. When the solid content ratio of (A) / (C) solid content is in the range of 1,000 / 1 to 10/1, the corrosion resistance and solvent resistance of the formed film can be improved.

水分散性ウレタン樹脂(A)とシリカ(D)との配合比は(A)の固形分/シリカ(D)の固形分質量比として1/1〜100/1の範囲であることが好ましく、3/2〜100/1の範囲であることがより好ましい。(A)の固形分/シリカ(D)の固形分比が1/1〜100/1の範囲にある場合には、形成される皮膜の加工部耐食性、耐溶剤性を向上させることができる。 The blending ratio of the water dispersible urethane resin (A) and silica (D) is preferably in the range of 1/1 to 100/1 as the solid content of (A) / solid content mass of silica (D), A range of 3/2 to 100/1 is more preferable. When the solid content ratio of (A) solid content / silica (D) is in the range of 1/1 to 100/1, the processed portion corrosion resistance and solvent resistance of the formed film can be improved.

また、任意成分の添加量であるが、例えば、水溶性もしくは水分散性アクリル樹脂、水分散性ポリエステル樹脂、水分散性フッ素系樹脂、水分散性ポリオレフィン樹脂等の樹脂を配合する場合、本発明の効果を損なわない範囲で水分散性ウレタン樹脂(A)に対する固形分質量比として1〜30質量%の範囲で配合してもよい。   Further, the amount of the optional component is added. For example, when a resin such as a water-soluble or water-dispersible acrylic resin, a water-dispersible polyester resin, a water-dispersible fluororesin, or a water-dispersible polyolefin resin is blended, the present invention You may mix | blend in 1-30 mass% as solid content mass ratio with respect to water-dispersible urethane resin (A) in the range which does not impair the effect of this.

本発明の水系表面処理剤の合計固形分濃度については、本発明の効果が達成し得る限り特に制限はないが、通常、1〜40質量%の範囲に調整するのが好ましく、5〜30質量%の範囲に調整するのがより好ましい。   The total solid concentration of the aqueous surface treatment agent of the present invention is not particularly limited as long as the effects of the present invention can be achieved, but it is usually preferably adjusted to a range of 1 to 40% by mass, and 5 to 30% by mass. It is more preferable to adjust to the range of%.

なお、本発明の水系表面処理剤を構成する必須成分、任意成分の記載は配合時の状態を表すものであって、配合後に成分間で反応が生じても本発明の範囲から外れるものではない。   In addition, description of the essential component which comprises the aqueous surface treating agent of this invention, and an arbitrary component represents the state at the time of a mixing | blending, and even if it reacts between components after a mixing | blending, it does not deviate from the scope of the present invention. .

本発明の水系表面処理剤で用いる媒体は水であるが、皮膜の乾燥性の改善などの目的で少量(例えば水性媒体全体の10質量%以下)のアルコール、ケトン、セロソルブ、ラクタム系等の水溶性有機溶剤を併用してもよい。   The medium used in the aqueous surface treatment agent of the present invention is water, but a small amount (for example, 10% by mass or less of the entire aqueous medium) of alcohol, ketone, cellosolve, lactam or the like is used for the purpose of improving the drying property of the film. An organic solvent may be used in combination.

(物性)
本発明の水系表面処理剤のpHについては特に制限はないが、5〜13の範囲であるのが好ましく、7〜11の範囲であるのがより好ましい。pHが5未満である場合や13より大である場合には、水系表面処理剤が増粘したりゲル化したりして安定性が低下する傾向になる。pH調整の必要がある場合には、アンモニア、ジメチルアミン、トリエチルアミン等のアルカリ成分、又は、酢酸、リン酸等の酸性成分を添加することができる。
(Physical properties)
Although there is no restriction | limiting in particular about pH of the aqueous surface treating agent of this invention, It is preferable that it is the range of 5-13, and it is more preferable that it is the range of 7-11. When the pH is less than 5 or greater than 13, the aqueous surface treatment agent tends to thicken or gel, and the stability tends to decrease. When pH adjustment is necessary, an alkaline component such as ammonia, dimethylamine, or triethylamine, or an acidic component such as acetic acid or phosphoric acid can be added.

《金属材料用水系表面処理剤の製造方法》
本発明の水系表面処理剤は、水分散性ウレタン樹脂(A)、有機化合物(B)、金属錯化合物(C)、さらに必要に応じその他の成分を、分散媒である水に添加し、撹拌することによって製造することができる。各成分の添加順序には特に制限は無い。
<< Production Method of Aqueous Surface Treatment Agent for Metal Materials >>
The aqueous surface treatment agent of the present invention is prepared by adding a water-dispersible urethane resin (A), an organic compound (B), a metal complex compound (C), and other components as necessary to water as a dispersion medium, and stirring. Can be manufactured. There is no restriction | limiting in particular in the addition order of each component.

《金属材料用水系表面処理剤の使用方法》
本発明に係る金属材料用水系表面処理剤の使用方法は、水系表面処理剤を金属材料表面の少なくとも片面に塗布する塗布工程、塗布された表面処理剤の溶媒を蒸発させ、必要に応じて焼付ける乾燥工程を含む。さらには、塗布工程前に前処理工程(例えば、金属材料を洗浄する工程、表面調整工程、下地処理工程)を任意的に含む。以下、当該方法を詳述する。
<Usage method of water-based surface treatment agent for metal materials>
The method of using the water-based surface treatment agent for metal materials according to the present invention includes an application step of applying the water-based surface treatment agent to at least one surface of the metal material surface, evaporating the solvent of the applied surface treatment agent, and baking as necessary. Including a drying step. Furthermore, a pretreatment step (for example, a step of cleaning a metal material, a surface adjustment step, and a base treatment step) is optionally included before the coating step. Hereinafter, the method will be described in detail.

まず、本発明の水系表面処理剤を適用する金属材料は特に制限されないが、好ましい金属材料としては亜鉛めっき鋼材、亜鉛合金めっき鋼材、アルミニウム材等が挙げられる。具体的には亜鉛めっき鋼材等が挙げられる。該めっき鋼材は、めっき組成中にシリコン、マグネシウム、コバルト、マンガンなどの元素を微量含有していてもよい。   First, the metal material to which the aqueous surface treatment agent of the present invention is applied is not particularly limited, but preferred metal materials include galvanized steel materials, zinc alloy plated steel materials, aluminum materials and the like. Specific examples include galvanized steel materials. The plated steel material may contain a trace amount of elements such as silicon, magnesium, cobalt, and manganese in the plating composition.

本発明の水系表面処理剤による処理に先立つ前処理工程については特に制限はないが、通常は、本処理を行う前に被処理金属材料に付着した油分、汚れを取り除くために、アルカリ脱脂剤又は酸性脱脂剤で洗浄するか、湯洗、溶剤洗浄等を行い、その後、必要に応じて酸、アルカリなどによる表面調整を行う。金属材料表面の洗浄においては、洗浄剤が金属材料表面になるべく残留しないように洗浄後に水洗することが好ましい。さらに、本処理を行う前に下地処理を施してもよい。下地処理の種類については、Ti、Hf、V、Mg、Mn、Zn、W、Mo、Al、Ni、Co、Ce及びCaイオンを含む処理剤において、自己析出、電解析出等による処理が好ましい。   The pretreatment step prior to the treatment with the aqueous surface treatment agent of the present invention is not particularly limited. Usually, an alkaline degreasing agent or a degreasing agent is used to remove oil and dirt adhered to the metal material to be treated before performing this treatment. Washing with an acidic degreasing agent, washing with hot water, washing with solvent, etc., and then adjusting the surface with acid, alkali, etc. as necessary. In cleaning the metal material surface, it is preferable to wash with water after cleaning so that the cleaning agent does not remain on the metal material surface as much as possible. Further, a base treatment may be performed before performing this processing. As for the type of the base treatment, treatment by self-deposition, electrolytic deposition, etc. is preferable in the treatment agent containing Ti, Hf, V, Mg, Mn, Zn, W, Mo, Al, Ni, Co, Ce and Ca ions. .

本発明の水系表面処理剤による処理は、水系表面処理剤を塗布した後、乾燥することにより行う。塗布方法については特に制限はなく、例えば、ロールコート法、カーテンフローコート法、スプレー法、浸漬法、シャワーリンガー法、エアーナイフ法、バーコート法、刷毛塗りなどの通常の塗布方法を採用し得る。処理液温度についても特に制限はないが、本処理剤の溶媒は水が主体であるため、処理液温度は0〜60℃であるのが好ましく、5〜40℃であるのがより好ましい。   The treatment with the aqueous surface treatment agent of the present invention is performed by applying the aqueous surface treatment agent and then drying. There is no particular limitation on the application method, and for example, a normal application method such as a roll coating method, a curtain flow coating method, a spray method, a dipping method, a shower ringer method, an air knife method, a bar coating method, or a brush coating method can be adopted. . Although there is no restriction | limiting in particular also about a process liquid temperature, Since the solvent of this processing agent is water mainly, it is preferable that a process liquid temperature is 0-60 degreeC, and it is more preferable that it is 5-40 degreeC.

本発明の水系表面処理剤を塗布した後の乾燥方法についても特に制限はなく、自然乾燥を採用しても強制乾燥を採用してもよい。強制乾燥する場合、乾燥は電気炉、熱風炉、誘導加熱炉などの加熱装置を用いて行うことができ、到達金属材料温度は特に制限されないが、30〜200℃であるのが好ましく、40〜150℃であるのがより好ましい。また、その場合の乾燥時間は特に制限されないが、1秒から10分の範囲であるのが好ましく、5秒から5分の範囲であるのがより好ましい。   There is no restriction | limiting in particular also about the drying method after apply | coating the aqueous surface treating agent of this invention, You may employ | adopt natural drying or forced drying. In the case of forced drying, drying can be performed using a heating apparatus such as an electric furnace, a hot air furnace, an induction heating furnace, and the temperature of the reached metal material is not particularly limited, but is preferably 30 to 200 ° C., 40 to More preferably, it is 150 ° C. In this case, the drying time is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 second to 10 minutes, and more preferably in the range of 5 seconds to 5 minutes.

金属材料の表面に形成する乾燥皮膜質量は0.1〜3g/mの範囲であることが好ましく、0.5〜3g/mの範囲であることがより好ましい。皮膜量が0.1g/m未満になると金属材料の被覆が十分に行われなくなり、加工部耐食性や耐溶剤性が低下する恐れがある。一方、3g/mを超えると効果が飽和するため経済的でない。 Preferably dry film mass formed on the surface of the metallic material is in the range of 0.1 to 3 g / m 2, and more preferably in the range of 0.5 to 3 g / m 2. When the coating amount is less than 0.1 g / m 2 , the metal material is not sufficiently covered, and the corrosion resistance and solvent resistance of the processed part may be deteriorated. On the other hand, if it exceeds 3 g / m 2 , the effect is saturated, which is not economical.

(作用機序)
水分散性ウレタン樹脂・有機化合物・金属錯化合物を組み合わせた水性表面処理剤は公知である(特許文献2)。そして、これら成分のそれぞれが本発明で求められる性質(のいずれか又は複数)を多少なりとも皮膜に付与し得るものであることも従来から知られている。しかしながら、本発明に係る水系表面処理剤は、性質の知られた従来成分の単なる寄せ集め或いは単なる置換という位置付けではない。即ち、本発明は、従来から知られる各成分の性質を利用したに留まらず、特定の構造・性質の成分を選択しそれらを組み合わせることで新たな作用機序を実現しこれにより当該性質を格段に向上させたものである。具体的には、前述のように、カルボキシル基を有する所定性質の水分散性ウレタン樹脂を「水分散性ウレタン樹脂」として選択し、架橋基を有する所定構造の有機化合物を「有機化合物」として選択し、かつ、亜鉛、アルミニウム及びチタンの金属錯化合物を「金属錯化合物」から選択すると、以下のメカニズムで優れた皮膜が形成されると推定される。水分散性ウレタンに含まれるカルボキシル基は、熱により脱水し、架橋反応が起こり易く、皮膜になり易い。しかしながら、低温乾燥時は、反応性が乏しく、十分な架橋効果を期待できない。そこで、反応性の高い架橋基を有する有機化合物(B)を配合することにより、低温乾燥時でも強い有機架橋が生じ、皮膜を生成することができる。さらに、金属錯化合物(C)との金属架橋により、強靭な皮膜が生成し、十分な耐食性、加工部耐食性、特に金属架橋効果により高い耐溶剤性を付与できる。金属錯化合物が有機金属錯化合物の場合、金属とのキレート効果も起こすため、さらに素材との密着が強くなる。このようなメカニズムにより、本発明に係る水性表面処理剤により形成された皮膜は、耐食性、加工部耐食性、低温乾燥時でも満足できる塗装密着性、非極性あるいは極性のいずれの有機溶剤に対して皮膜成分の溶出や膨潤、分解を防ぐような高い耐溶剤性を満足する性質を有するに至るものと理解される。
(Mechanism of action)
An aqueous surface treating agent that combines a water-dispersible urethane resin, an organic compound, and a metal complex compound is known (Patent Document 2). It has also been conventionally known that each of these components can impart to the film any or more of the properties (one or more) required by the present invention. However, the water-based surface treatment agent according to the present invention is not merely a collection of conventional components with known properties or a simple substitution. That is, the present invention is not limited to utilizing the properties of each component that has been conventionally known, and a new mechanism of action is realized by selecting components having specific structures and properties and combining them. It is improved. Specifically, as described above, a water-dispersible urethane resin having a predetermined property having a carboxyl group is selected as “water-dispersible urethane resin”, and an organic compound having a predetermined structure having a crosslinking group is selected as “organic compound”. When a metal complex compound of zinc, aluminum and titanium is selected from “metal complex compounds”, it is presumed that an excellent film is formed by the following mechanism. The carboxyl group contained in the water-dispersible urethane is dehydrated by heat, easily undergoes a crosslinking reaction, and easily forms a film. However, at low temperature drying, the reactivity is poor and a sufficient crosslinking effect cannot be expected. Therefore, by blending the organic compound (B) having a highly reactive crosslinking group, strong organic crosslinking occurs even at low temperature drying, and a film can be formed. Furthermore, a tough film is formed by metal crosslinking with the metal complex compound (C), and sufficient solvent resistance can be imparted by sufficient corrosion resistance, processed portion corrosion resistance, particularly metal crosslinking effect. In the case where the metal complex compound is an organometallic complex compound, a chelating effect with a metal is also caused, and thus the adhesion with the material is further increased. Due to such a mechanism, the film formed by the aqueous surface treatment agent according to the present invention is a film against corrosion resistance, processed part corrosion resistance, coating adhesion which can be satisfied even at low temperature drying, and non-polar or polar organic solvents. It is understood that it has the property of satisfying high solvent resistance which prevents elution, swelling and decomposition of components.

以下に実施例及び比較例を掲げて本発明をその効果と共にさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。
(1)水系表面処理剤の製造
以下に示す成分を、表2に示す組合せ及び割合で用いて、表2に示す実施例1〜47及び比較例1〜5の水系表面処理剤を調製した。すなわち、脱イオン水に、水分散性ウレタン樹脂(A)、有機化合物(B)及び金属錯化合物(C)をこの順序で添加し、最後に脱イオン水を用いて固形分濃度が20質量%になるように調整した。
<水分散性ウレタン樹脂(A)>
用いた水分散性ウレタン樹脂は表1に示す物性を有するものである。尚、当該樹脂に含まれるカルボキシル基は、ジメチロールプロピオン酸由来である。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically together with effects thereof with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
(1) Manufacture of water-based surface treatment agent The water-based surface treatment agents of Examples 1 to 47 and Comparative Examples 1 to 5 shown in Table 2 were prepared using the components shown below in combinations and proportions shown in Table 2. That is, a water-dispersible urethane resin (A), an organic compound (B), and a metal complex compound (C) are added to deionized water in this order, and finally the solid content concentration is 20% by mass using deionized water. It was adjusted to become.
<Water-dispersible urethane resin (A)>
The water-dispersible urethane resin used has the physical properties shown in Table 1. The carboxyl group contained in the resin is derived from dimethylolpropionic acid.

水分散性ウレタン樹脂(A)の物性、樹脂皮膜物性の測定方法
(a)ガラス転位点(Tg)
動的粘弾性測定装置(レオログラフソリッドS 株式会社東洋精機製作所製)を使用して測定した。
(b)最低造膜温度(MFT)
JIS−Z2371に準拠し、水分散性ウレタン樹脂(A)水分散液を用いて形成したフィルムの軟化する温度を測定することで、最低造膜温度(MFT)を求めた。測定装置は、最低造膜測定装置(株式会社井本製作所製)を使用した。
(c)酸価
JISK2501に従い、水分散性ウレタン樹脂に含まれるカルボン酸を中和するのに、水分散性ウレタン樹脂の固形分1gあたり必要となる水酸化カリウムをmg数で表した。
Measuring method of physical properties of water-dispersible urethane resin (A) and resin film properties (a) Glass transition point (Tg)
Measurement was performed using a dynamic viscoelasticity measuring device (Rheograph Solid S, manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.).
(B) Minimum film-forming temperature (MFT)
Based on JIS-Z2371, the minimum film-forming temperature (MFT) was calculated | required by measuring the temperature which the film formed using the water-dispersible urethane resin (A) aqueous dispersion softens. As a measuring device, a minimum film-forming measuring device (manufactured by Imoto Seisakusho Co., Ltd.) was used.
(C) Acid value
According to JISK2501, the potassium hydroxide required per 1 g of solid content of the water dispersible urethane resin to neutralize the carboxylic acid contained in the water dispersible urethane resin was expressed in mg.

(d)抗張力及び伸度
※樹脂皮膜作成方法
PPフィルム上で、膜厚150μmのフィルムを形成させた。
乾燥条件:23℃×RH65%×24時間
熱処理:108℃×2時間(溶媒などを除去)
次に形成させたフィルムをPPフィルムから剥がして、引張試験機にて抗張力及び伸度を測定した。
※引張試験機(AUTOGRAPH AGS−1KNG、株式会社島津製作所製)
抗張力:最大点(破断点)の抗張力(N/mm)を測定した。
伸度:最大点(破断点)の伸度(%)を測定した。
(D) Tensile Strength and Elongation * Resin Film Preparation Method A film having a thickness of 150 μm was formed on a PP film.
Drying conditions: 23 ° C. × RH 65% × 24 hours Heat treatment: 108 ° C. × 2 hours (removing solvent, etc.)
Next, the formed film was peeled off from the PP film, and tensile strength and elongation were measured with a tensile tester.
* Tensile tester (AUTOGRAPH AGS-1KNG, manufactured by Shimadzu Corporation)
Tensile strength: The tensile strength (N / mm 2 ) of the maximum point (breaking point) was measured.
Elongation: The elongation (%) of the maximum point (breaking point) was measured.

<有機化合物(B)>
B1 メチロール化メラミン
B2 炭酸グアニジン
B3 カルボジイミド樹脂(カルボジイミド当量450)
B4 カルボジイミド樹脂(カルボジイミド当量590)
B5 アリルアミン
B6 尿素樹脂
B7 ビニルトリメトキシシラン
B8 3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
B9 ポリエーテル系ウレタンプレポリマーの重亜硫酸ナトリウム付加物
B10 ポリエステル系ウレタンプレポリマーの重亜硫酸ナトリウム付加物
<金属錯化合物(C)>
C1 クエン酸亜鉛
C2 亜鉛アセチルアセトネート
C3 アルミニウムトリス(アセチルアセテート)
C4 チタンラクテート
C5 チタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)
<シリカ(D)>
D1 コロイダルシリカ(粒経20nm)
D2 気相シリカ(粒径150nm)
<Organic compound (B)>
B1 methylolated melamine B2 guanidine carbonate B3 carbodiimide resin (carbodiimide equivalent 450)
B4 Carbodiimide resin (carbodiimide equivalent 590)
B5 Allylamine B6 Urea resin B7 Vinyltrimethoxysilane B8 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane B9 Polyether urethane prepolymer sodium bisulfite adduct B10 Polyester urethane prepolymer sodium bisulfite adduct
<Metal complex compound (C)>
C1 Zinc citrate C2 Zinc acetylacetonate C3 Aluminum tris (acetylacetate)
C4 Titanium lactate C5 Titanium diisopropoxybis (triethanolaminate)
<Silica (D)>
D1 Colloidal silica (grain size 20nm)
D2 Gas phase silica (particle size 150nm)

(2)前処理及び水系表面処理剤による表面処理
(a)供試板
GI:溶融亜鉛めっき鋼材、板厚0.6mm、片面めっき付着量40g/m
GA:合金化溶融亜鉛めっき鋼材、板厚0.8mm、片面めっき付着量50g/m
(b)脱脂処理
供試板の前処理として、アルカリ脱脂により清浄な表面状態を得た。具体的にはシリケート系アルカリ脱脂剤であるパルクリーン−N364S(日本パーカライジング株式会社製)を脱イオン水で濃度20g/Lに希釈し、温度60℃に調整した後、供試板表面に10秒間スプレー処理した。続いて、水道水で洗浄した後に水切りロールで絞り、50℃で30秒間加熱乾燥した。
(c)表面処理
上記で調製した実施例1〜47及び比較例1〜5の水系表面処理剤を、それぞれ表3に示した乾燥皮膜量が得られるように、バーコーターの種類を変えてウエット付着量をコントールして、脱脂処理後の供試板の表面に塗布した。ついで、それぞれ表3に示す到達板温になるように乾燥した。
(2) Pretreatment and surface treatment with aqueous surface treatment agent (a) Test plate GI: hot dip galvanized steel, plate thickness 0.6 mm, single-sided plating adhesion 40 g / m 2
GA: Alloyed hot-dip galvanized steel, thickness 0.8 mm, single-sided plating adhesion 50 g / m 2
(B) Degreasing treatment As a pretreatment of the test plate, a clean surface state was obtained by alkali degreasing. Specifically, Parclean-N364S (manufactured by Nihon Parkerizing Co., Ltd.), a silicate alkaline degreasing agent, is diluted with deionized water to a concentration of 20 g / L, adjusted to a temperature of 60 ° C., and then applied to the surface of the test plate for 10 seconds. Sprayed. Then, after wash | cleaning with a tap water, it squeezed with the draining roll and heat-dried at 50 degreeC for 30 second.
(C) Surface treatment The aqueous surface treatment agents of Examples 1 to 47 and Comparative Examples 1 to 5 prepared above were wet by changing the type of bar coater so that the dry film amounts shown in Table 3 were obtained. The amount of adhesion was controlled and applied to the surface of the test plate after the degreasing treatment. Subsequently, it dried so that it might become the ultimate board temperature shown in Table 3, respectively.

(3)評価試験
上記で作製した表面処理供試板を以下に示す試験に付した。
(3)−1 平面部耐食性
各表面処理亜鉛めっき鋼板に対して、JIS−Z2371に規定された塩水噴霧試験を72時間実施した。そして、白錆発生面積率を目視で測定し評価を行った。ここで白錆発生面積率とは、観察部位の面積に対する白錆発生部位の面積の百分率である。
<評価基準>
◎:白錆発生面積率5%未満
○:白錆発生面積率5%以上、10%未満
△:白錆発生面積率10%以上、50%未満
×:白錆発生面積率50%以上
(3) Evaluation test The surface-treated test plate prepared above was subjected to the following test.
(3) -1 Plane portion corrosion resistance Each surface-treated galvanized steel sheet was subjected to a salt spray test defined in JIS-Z2371 for 72 hours. And the white rust generation | occurence | production area rate was measured visually and evaluated. Here, the white rust generation area ratio is a percentage of the area of the white rust generation site to the area of the observation site.
<Evaluation criteria>
◎: White rust occurrence area ratio less than 5% ○: White rust occurrence area ratio 5% or more, less than 10% △: White rust occurrence area ratio 10% or more, less than 50% ×: White rust occurrence area ratio 50% or more

(3)−2 加工部耐食性
各表面処理亜鉛めっき鋼板に対して、エリクセン試験機にて6mm押出し加工を行い、JIS−Z2371に規定された塩水噴霧試験を48時間実施した。そして、白錆発生面積率を目視で測定し評価を行った。ここで白錆発生面積率とは、観察部位の面積に対する白錆発生部位の面積の百分率である。
<評価基準>
◎:白錆発生面積率5%未満
○:白錆発生面積率5%以上、10%未満
△:白錆発生面積率10%以上、50%未満
×:白錆発生面積率50%以上
(3) -2 Processed part corrosion resistance Each surface-treated galvanized steel sheet was subjected to 6 mm extrusion using an Erichsen tester, and a salt spray test prescribed in JIS-Z2371 was carried out for 48 hours. And the white rust generation | occurence | production area rate was measured visually and evaluated. Here, the white rust generation area ratio is a percentage of the area of the white rust generation site to the area of the observation site.
<Evaluation criteria>
◎: White rust occurrence area ratio less than 5% ○: White rust occurrence area ratio 5% or more, less than 10% △: White rust occurrence area ratio 10% or more, less than 50% ×: White rust occurrence area ratio 50% or more

(3)−3 耐溶剤性
ガーゼにメチルエチルケトン(MEK)、エタノール、へキサンを染み込ませ、表面処理供試材塗装板の有機皮膜の表面に往復20回のラビング試験を施し、表面を観察する。
<評価基準>
◎:外観変化なし
○:若干変化有り
△:やや変化有り
×:変化有り
(3) -3 Solvent resistance Methyl ethyl ketone (MEK), ethanol, and hexane are soaked in gauze, and the surface of the organic film of the surface-treated test material coated plate is subjected to 20 reciprocating rubbing tests to observe the surface.
<Evaluation criteria>
◎: No change in appearance ○: Some change △: Some change ×: Change

(3)−4 塗装密着性
メラミンアルキッド系塗料(大日本塗料株式会社製デリコン#700)を用いて塗装処理した。塗装はバーコート塗布で行い、塗装後、140℃で20分間焼付けを行い、乾燥後膜厚で25μmの皮膜を形成した。その後、各塗装後金属板に対して、1mm角、100個の碁盤目をNTカッターで切り入れ、これをエリクセン試験機で5mm押し出した後、この押し出し凸部に粘着テープによる剥離テストを行い、塗膜剥離個数にて評価した。
<評価基準>
◎:剥離なし
○:剥離個数1個以上、10個未満
△:剥離個数11個以上、50個未満
×:剥離個数51個以上
(3) -4 Coating adhesion The coating process was performed using a melamine alkyd paint (Delicon # 700, manufactured by Dainippon Paint Co., Ltd.). The coating was performed by bar coating. After coating, baking was performed at 140 ° C. for 20 minutes, and a film having a thickness of 25 μm was formed after drying. After that, 1 mm square, 100 grids were cut with an NT cutter on each coated metal plate, extruded 5 mm with an Eriksen tester, and then subjected to a peel test with an adhesive tape on the extruded convex part. Evaluation was based on the number of peeled coating films.
<Evaluation criteria>
◎: No peeling ○: Number of peeled 1 or more, less than 10 △: Number of peeled 11 or more, less than 50 x: Number of peeled 51 or more

評価結果を表3に示す。これより本発明の表面処理剤(実施例1〜47)を用いて形成された皮膜を有する表面処理供試板は、耐食性、加工部耐食性、耐溶剤性、塗装密着性のいずれも優れた結果を示した。
一方、水分散性ウレタン樹脂(A)、有機化合物(B)、金属錯化合物(C)のいずれかが、比較例1〜5のような本発明品で特定した範囲外の場合、耐食性、加工部耐食性、耐溶剤性、塗装密着性のいずれかが劣る結果となった。
The evaluation results are shown in Table 3. As a result, the surface treatment test plate having a film formed using the surface treatment agent of the present invention (Examples 1 to 47) was excellent in corrosion resistance, processed part corrosion resistance, solvent resistance, and paint adhesion. showed that.
On the other hand, if any of the water-dispersible urethane resin (A), the organic compound (B), and the metal complex compound (C) is outside the range specified in the products of the present invention such as Comparative Examples 1 to 5, the corrosion resistance and the processing Some of the corrosion resistance, solvent resistance, and paint adhesion were inferior.

表1

Figure 2010285666
Table 1
Figure 2010285666

表2

Figure 2010285666
Table 2
Figure 2010285666

表3

Figure 2010285666
Table 3
Figure 2010285666

Claims (9)

50℃を超えるガラス転移温度及び40℃以下の最低造膜温度を有し、官能基にカルボキシル基を有する水分散性ウレタン樹脂(A)、アミノ化合物、アミノ樹脂、カルボジイミド化合物、カルボジイミド樹脂、エポキシ化合物、エポキシ樹脂、シラン化合物、イソシアネート化合物及びイソシアナト基を有するウレタンプレポリマーから選ばれる少なくとも1種の架橋基を有する有機化合物(B)亜鉛、アルミニウム及びチタンから選ばれる少なくとも1種の金属錯化合物(C)を水に配合してなる金属材料用水系表面処理剤。   Water dispersible urethane resin (A) having a glass transition temperature exceeding 50 ° C. and a minimum film forming temperature of 40 ° C. or less and having a carboxyl group as a functional group, amino compound, amino resin, carbodiimide compound, carbodiimide resin, epoxy compound , An epoxy resin, a silane compound, an isocyanate compound, and an organic compound having at least one crosslinking group selected from urethane prepolymers having an isocyanato group (B) at least one metal complex compound selected from zinc, aluminum and titanium (C ) Is a water-based surface treatment agent for metal materials. 亜鉛、アルミニウム及びチタンから選ばれる少なくとも1種の金属錯化合物(C)が有機金属錯化合物である請求項1記載の水系表面処理剤。   The aqueous surface treating agent according to claim 1, wherein at least one metal complex compound (C) selected from zinc, aluminum and titanium is an organometallic complex compound. シリカ(D)を配合した請求項1又は2に記載の水系表面処理剤。   The aqueous surface treating agent according to claim 1 or 2, wherein silica (D) is blended. 水分散性ウレタン樹脂(A)の酸価が2〜40の範囲であり、さらに、該樹脂の皮膜物性として、抗張力が20〜90N/mmであり、かつ伸度が200〜700%である請求項1〜3のいずれか一項に記載の水系表面処理剤。 The acid value of the water dispersible urethane resin (A) is in the range of 2 to 40, and further, the tensile properties are 20 to 90 N / mm 2 and the elongation is 200 to 700% as the film physical properties of the resin. The aqueous surface treating agent according to any one of claims 1 to 3. 水分散性ウレタン樹脂(A)と有機化合物(B)との配合比(A)/(B)が固形分質量比として1000/1〜10/1の範囲である請求項1〜4のいずれか一項に記載の水系表面処理剤。   The mixing ratio (A) / (B) of the water-dispersible urethane resin (A) and the organic compound (B) is in a range of 1000/1 to 10/1 as a solid content mass ratio. The aqueous surface treatment agent according to one item. 水分散性ウレタン樹脂(A)と金属錯化合物(C)との配合比が(A)の固形分/(C)の金属原子の質量比として1000/1〜10/1の範囲である請求項1〜5のいずれか一項に記載の水系表面処理剤。   The compounding ratio of the water-dispersible urethane resin (A) and the metal complex compound (C) is in a range of 1000/1 to 10/1 as a mass ratio of solid content of (A) / metal atom of (C). The aqueous surface treating agent according to any one of 1 to 5. 水分散性ウレタン樹脂(A)がシラン変性した水分散性ウレタン樹脂である請求項1〜6のいずれか一項に記載の水系表面処理剤。   The water-based surface treatment agent according to any one of claims 1 to 6, wherein the water-dispersible urethane resin (A) is a silane-modified water-dispersible urethane resin. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の水系表面処理剤を金属材料表面の少なくとも片面に塗布し、乾燥皮膜重量として0.1〜3g/mの皮膜を形成させた表面被覆金属材料。 At least one side is coated, the surface-coated metal material to form a coating of 0.1 to 3 g / m 2 as dry coating weight of aqueous surface-treating agent a metal material surface according to any one of claims 1 to 7 . 金属材料が亜鉛めっき鋼材、亜鉛合金めっき鋼材、アルミニウム材である請求項8に記載の表面被覆金属材料。
The surface-coated metal material according to claim 8, wherein the metal material is a galvanized steel material, a zinc alloy-plated steel material, or an aluminum material.
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