JP2017189922A

JP2017189922A - 道路部材用塗装金属素形材および道路部材用複合材

Info

Publication number: JP2017189922A
Application number: JP2016080605A
Authority: JP
Inventors: 森川　茂保; Shigeyasu Morikawa; 茂保森川; 藤井　孝浩; Takahiro Fujii; 孝浩藤井
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2016-04-13
Publication date: 2017-10-19

Abstract

【課題】軽量化と強度と耐食性に優れた道路部材用材料と道路部材を提供する。
【解決手段】金属素形材と前記金属素形材の上に配置された有機樹脂層を含む道路部材用塗装金属素形材であり、前記塗装金属素形材と前記塗装金属素形材の表面に接合された、熱可塑性樹脂組成物の成形体とを有する道路部材用複合体である。
【選択図】図１

Description

本発明は、道路部材として使用される塗装金属素形材と、塗装金属素形材と熱可塑性樹脂組成物の成形体とが接合された複合体に関する。

従来より、道路部材として遮音壁、防音壁、吸音壁、防風壁、防雪壁、ガードレール、
各種壁材、トンネル状屋根材、高欄、防護柵、標識板などには、普通鋼、高張力鋼に連続式溶融めっき設備で溶融Ｚｎあるいは溶融Ｚｎ−５重量％Ａｌめっきを施しためっき鋼板、めっき鋼板に塗装を施した塗装溶融亜鉛めっき鋼板、各種鋼板に直接塗装処理した塗装鋼板等が使用され各種部材に成形加工されている。

特許文献１には、耐食性に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板が提案されている。この発明は、Ａｌ：４.０〜１０.０重量％，Ｍｇ：１.０〜４.０重量％，Ｔｉ：０.００２〜０.１重量％，Ｂ：０.００１〜０.０４５重量％，残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる溶融めっき層を鋼板表面に形成した溶融Ｚｎ基めっき鋼板であって，当該めっき層が，〔Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2Ｍｇの三元共晶組織〕の素地中に〔初晶Ａｌ相〕が混在した金属組織を有する耐食性の良好な溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板である。
この鋼板で高耐食性を発揮する要因は、めっき層の組織を，〔Ａｌ／Ｚｎ／Ｚｎ2Ｍｇの三元共晶組織〕の素地中に〔初晶Ａｌ相〕が混在した金属組織とした点，または該素地中に〔初晶Ａｌ相〕および〔Ｚｎ単相〕が混在した金属組織とした点である。

特許３１４９１２９号公報

近年の道路部材としては、強度や耐食性を必要としている反面、施工時の効率を上げて施工コストを下げるために、より軽量な部材が求められている。しかし、特許文献１の溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板は、高張力鋼板や普通鋼板などの様々な裸鋼板の表面にめっき層を形成しているため耐食性は非常に高いが、道路部材の軽量化を素材自体で図ることはできない。軽量化を図るためには、道路部材の構造や形状などを工夫する必要があり、設計の自由度としては非常に狭いものである。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、道路部材用の素材として有機樹脂層を形成した塗装金属素形材とし、道路部材としてその金属素形材の表面に熱可塑性樹脂組成物の成形体を接合させた複合体を提供することを目的とする。

本発明の道路部材としては、遮音壁、防音壁、吸音壁、防風壁、防雪壁、ガードレール、各種壁材、トンネル状屋根材、高欄、防護柵、標識板などがある。
前記の建築部材に使用する塗装金属素形材と複合体は、以下の通りである。
塗装金属素形材としては、金属素形材と、前記金属素形材の上に配置された、有機樹脂層を含むことを特徴としている。
また、複合体は、上記の塗装金属素形材と、前記塗装金属素形材の表面に接合された、熱可塑性樹脂組成物の成形体とを有することを特徴とする。

本発明によれば、塗装金属素形材の表面に熱可塑性樹脂組成物の成形体を接合した複合体を建築部材として用いることにより、前記塗装金属素形材によって道路部材の強度と耐食性を確保し、熱可塑性樹脂組成物の成形体を接合することによって軽量化を図った道路部材が提供される。

本発明の複合体の一例に係る断面図である。

本発明に係る塗装金属素形材と複合体は、図１に示す構成である。塗装金属素形材２は金属素形材４と、金属素形材の表面に配置された有機樹脂層５とを有する。また、複合体１は、塗装金属素形材２の表面に熱可塑性樹脂組成物の成形体３を接合した構成である。以下、塗装金属素形材の各構成要素について説明する。

（１）金属素形材
塗装基材となる金属素形材の種類は、特に限定されない。金属素形材の例には、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、Ｚｎ−Ａｌ合金めっき鋼板、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、ステンレス鋼板（オーステナイト系、マルテンサイト系、フェライト系、フェライト・マルテンサイト二相系を含む）、アルミニウム板、アルミニウム合金板、銅板などの金属板や、そのプレス加工品、あるいは、アルミダイカスト、亜鉛ダイカストなどの鋳造・鍛造物や、切削加工、粉末冶金などにより成形された各種金属部材などが含まれる。

（２）有機樹脂層
有機樹脂層は、金属素形材の表面に配置されている。
有機樹脂層としては、酸変性プロピレン層であり、酸変性ポリプロピレンを４０質量％以上含む層である。酸変性ポリプロピレン層は、塗装金属素形材と熱可塑性樹脂組成物の成形体との密着性を向上させる。酸変性ポリプロピレン層は、融点および結晶化度が所定の範囲内の酸変性ポリプロピレンを含む塗料を金属素形材の表面に塗布し、加熱乾燥により、溶媒（水）を蒸発させることで形成される。

前記酸変性ポリプロピレンを４０質量％以上含む酸変性ポリプロピレンの溶融粘度は、酸変性ポリプロピレン層が流動などから１０００〜１００００ｍＰａ・ｓの範囲内である。また、酸変性ポリプロピレン層の膜厚は、酸変性ポリプロピレン層の均一性などから０．２μｍ以上である。一方、酸変性ポリプロピレン層の膜厚の上限値は特に制限されないが、膜厚は３μｍ以下であることが好ましい。

前記の酸変性プロピレン層の他に、ポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂を含む有機樹脂層にすることもできる。
ポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂は、分子鎖中にポリカーボネートユニットを有する。「ポリカーボネートユニット」とは、ポリウレタン樹脂の分子鎖中において下記に示す構造をいう。ポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂と後述の熱可塑性樹脂組成物の成形体に含まれる熱可塑性樹脂とは、類似した骨格（ベンゼン環など）および官能基をそれぞれ有する。よって、塗装金属素形材に対して熱可塑性樹脂組成物をインサート成形する場合、ポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂が、熱可塑性樹脂組成物と相溶し、強固に結合する。したがって、塗膜にポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂を含ませておくことで、塗膜に対する熱可塑性樹脂組成物の成形体の密着性を向上させることができる。
樹脂合計質量に対するポリカーボネートユニットの質量の割合は、熱可塑性樹脂組成物の成形体との密着性などから１５〜８０質量％である。
さらに有機樹脂層の膜厚は、０．５μｍ以上であれば特に限定されない。塗膜の膜厚の上限値は、特に限定されないが、２０μｍ程度である。

本発明の複合体は、熱可塑性樹脂組成物の成形体を前記塗装金属素形材の表面に接合した構造である。以下に、熱可塑性樹脂組成物の成形体について記す。
（３）熱可塑性樹脂組成物の成形体
熱可塑性樹脂組成物の成形体は、塗装金属素形材の表面に接合されている。熱可塑性樹脂組成物の成形体を構成する熱可塑性樹脂の種類は、特に限定されない。熱可塑性樹脂の例には、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）系樹脂組成物、ＰＭＭＡ（メタアクリル酸）系樹脂組成物などの非結晶性樹脂組成物、またはＰＥ（ポリエチレン）系樹脂組成物、ＰＰ（ポリプロピレン）系樹脂組成物、ＰＯＭ（ポリアセタール）系樹脂組成物などの結晶性樹脂組成物、またはこれらの組み合わせがある。
さらにアクリルニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）系樹脂、ポリアミド（ＰＡ）系樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系樹脂またはこれらの組み合わせが含まれる。
熱可塑性樹脂組成物の成形体の形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜選択されうる。

［実施例１］
（１）金属素形材
塗装金属素形材の塗装基材として、板状のステンレス鋼板、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板、溶融Ａｌめっき鋼板および溶融Ａｌ含有Ｚｎめっき鋼板を準備した。
Ａ．ステンレス鋼板
ステンレス鋼板として、板厚が０.８ｍｍのＳＵＳ３０４およびＳＵＳ４３０（いずれも２Ｄ仕上げ）を準備した。
Ｂ．溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板
溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板として、片面あたりのめっき付着量が４５ｇ／ｍ^２の溶融Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇ合金めっき鋼板を準備した。基材鋼板は、板厚が０.８ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）を使用した。
Ｃ．溶融Ａｌめっき鋼板
溶融Ａｌめっき鋼板として、片面あたりのめっき付着量が４５ｇ／ｍ^２の溶融Ａｌ−９質量％Ｓｉ合金めっき鋼板を準備した。基材鋼板は、板厚が０.８ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）を使用した。
Ｄ．溶融Ａｌ含有Ｚｎめっき鋼板
溶融Ａｌ含有Ｚｎめっき鋼板として、片面あたりのめっき付着量がそれぞれ４５ｇ／ｍ^２の、溶融Ｚｎ−０.１８質量％Ａｌ合金めっき鋼板と、溶融Ｚｎ−５５質量％Ａｌ合金めっき鋼板を準備した。基材鋼板は、いずれも板厚が０.８ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）を使用した。

（２）塗料の調製
樹脂合計質量に対するポリカーボネート（ＰＣ）ユニットの質量の割合が表１に示す所定の割合となるように、ポリカーボネートユニット含有樹脂、ポリカーボネートユニット非含有樹脂および各種添加剤を水に添加して、不揮発成分が２０％の塗料を調製した（表１参照）。表１におけるポリカーボネートユニット含有樹脂およびポリカーボネートユニット非含有樹脂の含有量は、塗料中の含有量（質量％）である。塗料には、エッチング剤としてフッ化アンモニウム（森田化学株式会社）を０.５質量％、無機系化合物としてコロダイルシリカ（日産化学株式会社）を２質量％およびリン酸（キシダ化学株式会社）を０.５質量％それぞれ配合した。

表１に示される各ポリカーボネートユニット含有樹脂について、ポリカーボネートユニットを９０質量％含有するポリウレタン樹脂は、樹脂メーカーが調製した試験品（乾燥固形分３０質量％）を使用した。また、以下の方法により、ポリカーボネートユニットが１００質量％の樹脂組成物を調製した。板厚２.０ｍｍのポリカーボネート板（タキロン株式会社）を約５ｍｍ四方に細断して、ポリカーボネート片を得た。塩化メチレン２００ｇに細断したポリカーボネート片３０ｇを加え、液温が４０℃となるように加熱しながら３時間攪拌して、ポリカーボネート片を塩化メチレンに溶解させた。この工程により、ポリカーボネートユニットが１００質量％の樹脂組成物を調製した。

表１に示される各ポリカーボネートユニット非含有樹脂について、ポリカーボネートユニット非含有ポリウレタン樹脂は、ＨＵＸ−２３２（乾燥固形分３０質量％、株式会社ＡＤＥＫＡ）を使用した。エポキシ系樹脂は、アデカレジンＥＭ−０４３４ＡＮ（乾燥固形分３０質量％、株式会社ＡＤＥＫＡ）を使用した。ポリオレフィン系樹脂は、ハードレンＮＺ−１００５（乾燥固形分３０質量％、東洋紡株式会社）を使用した。フェノール系樹脂は、タマノルＥ−１００（乾燥固形分５２質量％、荒川化学工業株式会社）を使用した。

（３）塗膜の形成
塗装基材を液温６０℃のアルカリ脱脂水溶液（ｐＨ＝１２）に１分間浸漬して、表面を脱脂した。次いで、脱脂した塗装基材の表面に、塗料をロールコータ−で塗布し、到達板温が１５０℃となるように、熱風乾燥機で乾燥させて、表１に示す膜厚の塗膜を形成した。

・ＰＣユニット含有ポリウレタン樹脂
Ａ：ＰＣユニット９０質量％含有ポリウレタン樹脂
Ｂ：ＰＣユニット１００質量％樹脂組成物
・ＰＣユニット非含有樹脂
ａ：ＰＣユニット非含有ポリウレタン樹脂（ＨＵＸ−２３２）
ｂ：エポキシ系樹脂（アデカレジンＥＭ−０４３４ＡＮ）
ｃ：ポリオレフィン系樹脂（ハードレンＮＺ−１００５）
ｄ：フェノール系樹脂（タマノルＥ−１００）
・塗装基材
１：ＳＵＳ３０４
２：ＳＵＳ４３０
３：溶融Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇ合金めっき鋼板
４：溶融Ａｌ−９質量％Ｓｉ合金めっき鋼板
５：溶融Ｚｎ−０.１８質量％Ａｌ合金めっき鋼板
６：溶融Ｚｎ−５５質量％Ａｌ合金めっき鋼板

（４）熱可塑性樹脂組成物
表２に示される熱可塑性樹脂組成物を準備した。表２に示される各熱可塑性樹脂組成物について、アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）系樹脂組成物は、エクセロイＣＫ１０Ｇ２０（明確な融点は認められず；テクノポリマー株式会社）を使用した。ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）系樹脂組成物は、樹脂メーカー試供品（融点２３０℃）を使用した。ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）系樹脂組成物は、ノバデュラン５７１０Ｆ４０（融点２３０℃；三菱エンジニアプラスチックス株式会社）を使用した。ポリカーボネート（ＰＣ）系樹脂組成物は、ユーロピンＧＳ−２０３０ＭＲ２（融点２５０℃；三菱エンジニアプラスチックス株式会社）を使用した。ポリアミド（ＰＡ）系樹脂組成物は、アミランＣＭ３５１１Ｇ５０（融点２１６℃；東レ株式会社）を使用した。ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）系樹脂組成物は、１１３０ＭＦ１（融点２８０℃；ポリプラスチックス株式会社）を使用した。各熱可塑性樹脂組成物は、表２に示す各種フィラーを含有している。

（５）密着性評価用の複合体の作製と評価方法
射出成形金型に塗装金属素形材を挿入し、溶融状態の熱可塑性樹脂組成物を射出成形金型内に射出した。射出成形金型内の熱可塑性樹脂組成物を流入させる部分の容積は、幅３０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ４ｍｍであり、幅３０ｍｍ×長さ３０ｍｍの領域で塗膜と熱可塑性樹脂組成物とが接触している。熱可塑性樹脂組成物を射出成形金型内に射出した後、熱可塑性樹脂組成物を固化させて、塗装金属素形材と熱可塑性樹脂の成形体との複合体を得た。
密着性評価用の複合体において、塗装金属素形材と熱可塑性樹脂組成物の成形体とを同一平面方向に１００ｍｍ／分の速度で引っ張り、破断したときの強さ（剥離強度）を測定した。剥離強度が１.０ｋＮ未満の場合を「×」、１.０ｋＮ以上で１.５ｋＮ未満の場合を「△」、１.５ｋＮ以上であって２.０ｋＮ未満の場合を「○」、２.０ｋＮ以上の場合を「◎」と評価した。密着性は、「○」または「◎」の場合に合格とした。

（６）評価結果
各複合体についての密着性の評価結果を表３および表４に示す。

比較例１〜４の複合体では、塗膜の膜厚や、塗膜中の樹脂合計質量に対するポリカーボネートユニットの質量の割合が所定の範囲外であったため、塗装金属素形材と熱可塑性樹脂組成物の成形体との密着性が悪かった。
一方、実施例１〜１６の複合体では、塗膜の膜厚が所定の範囲内であり、塗膜中の樹脂合計質量に対するポリカーボネートユニットの質量の割合が所定の範囲内であるため、塗装金属素形材と熱可塑性樹脂組成物の成形体との密着性が優れていた。

［実施例２］
（１）塗装基材
Ａ．ステンレス鋼板
板厚が０．８ｍｍで表面をＮｏ．４仕上げしたＳＵＳ４３０を準備した。
Ｂ．溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板
板厚が０．８ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）に、片面あたりのめっき付着量が４５ｇ／ｍ^２の溶融Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇ合金めっき鋼板を準備した。
Ｃ．溶融Ａｌめっき鋼板
板厚が０．８ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）に、片面あたりのめっき付着量が４５ｇ／ｍ^２の溶融Ａｌ−９質量％Ｓｉ合金めっき鋼板を準備した。
Ｄ．合金化溶融Ｚｎめっき鋼板
板厚が０．８ｍｍの冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）に、片面あたりのめっき付着量が４５ｇ／ｍ^２の合金化溶融Ｚｎめっき鋼板を準備した。

（２）塗料の調製
樹脂合計質量に対する酸変性ポリプロピレンの割合が表５に示す割合になるように、酸変性ポリプロピレン樹脂（Ａ）、ポリウレタン系樹脂（Ｂ）、ポリエチレンワックス（Ｃ）、エポキシ系架橋剤（Ｄ）を水に添加して、不揮発成分が２０％の塗料を調製した。また、塗料には、防錆剤としてモリブデン酸アンモニウム（キシダ化学株式会社）：０．５質量％、炭酸ジルコニウムアンモニウム（ジルコゾール；第一稀元素化学工業株式会社）：０．５質量％、シリコーン系消泡剤（ＫＭ−７３；信越化学工業株式会社）：０．０５質量％をそれぞれ配合した。

Ａ．酸変性ポリプロピレン樹脂
樹脂メーカーより、マレイン酸変性され、酸価が５ｍｇ・ＫＯＨ／ｇ、結晶化度が３％および５０％の酸変性ポリプロピレン樹脂を入手した。結晶化度が３％および５０％の酸変性ポリプロピレン樹脂をそれぞれ所定の割合で配合して、結晶化度が３％、５％、１５％、２０％、３０％および５０％の酸変性ポリプロピレン樹脂を調製した。
Ｂ．ポリウレタン系樹脂
樹脂合計質量に対する酸変性ポリプロピレンの割合を調整するためのポリウレタン系樹脂として、ポリウレタン樹脂エマルジョン（ＨＵＸ−２３２；株式会社ＡＤＥＫＡ）を使用した。
Ｃ．ポリエチレンワックス
ポリエチレンワックス（Ｅ−９０１５；東邦化学工業株式会社）を樹脂合計質量に対して、５質量％添加した。
Ｄ．エポキシ系架橋剤
エポキシ樹脂（ＥＭ−０４６１Ｎ；株式会社ＡＤＥＫＡ）を樹脂合計質量に対して、５質量％添加した。

（３）塗膜の形成
塗装基材を液温４０℃のアルカリ脱脂水溶液（ＳＤ−２７０；日本ペイント株式会社、ｐＨ＝１２）に１分間浸漬して、表面を脱脂した。次いで、脱脂した塗装基材の表面に、塗料をロールコータ−で塗布し、到達板温が１５０℃となるように、熱風乾燥機で乾燥させて、表５に示す膜厚の酸変性ポリプロピレン層を形成した。

１：ＳＵＳ４３０
２：溶融Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇ合金めっき鋼板
３：溶融Ａｌ−９質量％Ｓｉ合金めっき鋼板
４：合金化溶融Ｚｎめっき鋼板

（４）熱可塑性樹脂組成物
ポリエチレン（ＰＥ）系樹脂組成物として、ニポロンハード１０００（融点１３４℃；東ソー株式会社）を使用した。ポリプロピレン（ＰＰ）系樹脂組成物として、プライムポリプロＲ−３５０Ｇ（融点１５０℃；株式会社プライムポリマー）を使用した。ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）系樹脂組成物として、カネビニールＳ−４００（融点１５９℃；株式会社カネカ）を使用した。ＰＭＭＡ（メタアクリル酸）系樹脂組成物として、パラペットＧＦ（融点１１０℃；株式会社クラレ）を使用した。ＰＯＭ（ポリアセタール）系樹脂組成物として、ジュラコンＴＦ−３０（融点１６５℃；ポリプラスチックス株式会社）を使用した。

（６）評価結果
各複合体についての密着性の評価結果を表６に示す。

Ｎｏ．１〜１４の複合体は、酸変性ポリプロピレン層の酸変性ポリプロピレン量が４０質量％以上で、酸変性ポリプロピレンの溶融粘度が１０００〜１００００ｍＰａ・ｓの範囲内であり、かつ、膜厚が０．２μｍ以上あったため、塗装金属素形材と樹脂組成物の密着性が優れていた。

一方、Ｎｏ．１７の複合体は、酸変性ポリプロピレン層の膜厚が０．２μｍ未満であり、また、Ｎｏ．１８の複合体は、酸変性ポリプロピレン層の酸変性ポリプロピレン量が４０質量％未満であったため、塗装金属素形材と熱可塑性樹脂組成物の成形体との密着性が劣っていた。Ｎｏ．１９の複合体およびＮｏ．２２の複合体は、酸変性ポリプロピレンの溶融粘度が所定の範囲内になかったため、塗装金属素形材と熱可塑性樹脂組成物の成形体との接合力が劣っていた。

本発明の塗装金属素形材および複合体は、金属素形材と熱可塑性樹脂組成物の成形体との密着性が高いために、強度および耐食性に優れ、軽量化を図ることができる道路部材として適用することが可能である。

１複合体
２塗装金属素形材
３熱可塑性樹脂組成物製成形体
４金属素形材
５有機樹脂層

Claims

金属素形材と、前記金属素形材の上に配置された、有機樹脂層を含む道路部材用塗装金属素形材。
請求項１に記載の塗装金属素形材と、前記塗装金属素形材の表面に接合された、熱可塑性樹脂組成物の成形体と、を有する、道路部材用複合体。