JP3217453B2 - 耐熱性皮膜を有する金属材料 - Google Patents
耐熱性皮膜を有する金属材料Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、金属材料が高温加熱さ
れても、その皮膜が母材表面変化や耐食性劣化を阻止す
る被覆金属材料（以下「耐熱性皮膜を有する金属材料」
という）に関するものであり、さらに詳しく述べるなら
ば金属材料の表面に被覆するコーティング皮膜組成に関
するものである。
れても、その皮膜が母材表面変化や耐食性劣化を阻止す
る被覆金属材料（以下「耐熱性皮膜を有する金属材料」
という）に関するものであり、さらに詳しく述べるなら
ば金属材料の表面に被覆するコーティング皮膜組成に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】鉄、亜鉛、アルミニウム、銅、ステンレ
スなどの金属材料の耐熱性、耐食性を向上させるのに従
来有機、無機の各種コーティング剤を使用して母材表面
に皮膜を形成し、母材表面から内部への熱と表面の化学
反応を阻止することが行われてきた。このコーティング
剤に使われる有機系の樹脂は、一般に無機系に比較して
耐熱性が劣り、比較的高温度に耐えるポリイミド、アミ
ド系、シリコン系などは高価である。一方、無機系コー
ティング剤は耐熱性は優れるが、欠点として、シリカを
成分とするものは金属表面への密着性が悪く、水ガラス
を成分とするものは高温度の焼付けが必要であり、又耐
水性が悪い欠点があった。このため、耐熱性および密着
性に優れ、しかも安価な耐熱皮膜で被覆した金属材料が
必要とされていた。
スなどの金属材料の耐熱性、耐食性を向上させるのに従
来有機、無機の各種コーティング剤を使用して母材表面
に皮膜を形成し、母材表面から内部への熱と表面の化学
反応を阻止することが行われてきた。このコーティング
剤に使われる有機系の樹脂は、一般に無機系に比較して
耐熱性が劣り、比較的高温度に耐えるポリイミド、アミ
ド系、シリコン系などは高価である。一方、無機系コー
ティング剤は耐熱性は優れるが、欠点として、シリカを
成分とするものは金属表面への密着性が悪く、水ガラス
を成分とするものは高温度の焼付けが必要であり、又耐
水性が悪い欠点があった。このため、耐熱性および密着
性に優れ、しかも安価な耐熱皮膜で被覆した金属材料が
必要とされていた。
【０００３】本出願人の出願に係る特公昭６０−４１７
０５号公報は、シリカ５〜２００ｇ／Ｌ、ＰＯ4 １〜５
０ｇ／Ｌと、酸価４００以上のアニオン性水溶性樹脂
０．５〜５０ｇ／Ｌを含有し、ｐＨ１〜５の組成物によ
り耐アルカリ性にすぐれた塗布型皮膜を形成することに
関するものであり、耐熱性に関する言及はない。
０５号公報は、シリカ５〜２００ｇ／Ｌ、ＰＯ4 １〜５
０ｇ／Ｌと、酸価４００以上のアニオン性水溶性樹脂
０．５〜５０ｇ／Ｌを含有し、ｐＨ１〜５の組成物によ
り耐アルカリ性にすぐれた塗布型皮膜を形成することに
関するものであり、耐熱性に関する言及はない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、アクリ
ル系などの一般的な有機高分子樹脂に高い含有率でシリ
カを混合して、耐熱性の付与を目指した。また、シリカ
含有率を高めるのみでは皮膜の密着性、塗工性が劣るた
め耐熱性充分な性能が得られないという事実を踏まえ、
さらにこれら諸性能を改善すべく研究を行った。
ル系などの一般的な有機高分子樹脂に高い含有率でシリ
カを混合して、耐熱性の付与を目指した。また、シリカ
含有率を高めるのみでは皮膜の密着性、塗工性が劣るた
め耐熱性充分な性能が得られないという事実を踏まえ、
さらにこれら諸性能を改善すべく研究を行った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】その結果、コロイド状シ
リカを含む有機高分子樹脂を主成分とする水系コーティ
ング剤が金属材料などの耐熱性を向上させるのに有効で
あることを見出した。しかし、シリカを約２０％以上含
むコーティング皮膜は皮膜に亀裂が入りやすく素地金属
との密着性も低くなるため性能にばらつきが生じ易く、
外観上も問題となるため、発明者らはさらに研究を重
ね、シリカとともに少量のＰＯ4 を添加することによ
り、耐熱性が良く、密着性、光沢性にも優れた耐熱性皮
膜が主として金属表面に形成できることを見出し、本発
明を完成した。
リカを含む有機高分子樹脂を主成分とする水系コーティ
ング剤が金属材料などの耐熱性を向上させるのに有効で
あることを見出した。しかし、シリカを約２０％以上含
むコーティング皮膜は皮膜に亀裂が入りやすく素地金属
との密着性も低くなるため性能にばらつきが生じ易く、
外観上も問題となるため、発明者らはさらに研究を重
ね、シリカとともに少量のＰＯ4 を添加することによ
り、耐熱性が良く、密着性、光沢性にも優れた耐熱性皮
膜が主として金属表面に形成できることを見出し、本発
明を完成した。
【０００６】したがって、本発明は、樹脂中にコロイド
状又はパウダー状シリカを２５〜９０ｗｔ％分散してな
り、さらにＰＯ4 ０．２〜８ｗｔ％を含有し、残部が実
質的に樹脂からなる樹脂被覆層を金属材料表面に厚さ
０．１〜５μｍで形成したことを特徴とする耐熱性皮膜
を有する金属材料を提供する。
状又はパウダー状シリカを２５〜９０ｗｔ％分散してな
り、さらにＰＯ4 ０．２〜８ｗｔ％を含有し、残部が実
質的に樹脂からなる樹脂被覆層を金属材料表面に厚さ
０．１〜５μｍで形成したことを特徴とする耐熱性皮膜
を有する金属材料を提供する。
【０００７】本発明は、鉄、亜鉛めっき（合金、複合め
っきを含む）した鉄、アルミニウムおよびその合金、ス
テンレス、銅などの各種金属材料に適用され、すぐれた
耐熱性を付与することができる。また、提供される金属
材料は加工した成型品であるか、板材、線材などの素材
であるかを問わない。
っきを含む）した鉄、アルミニウムおよびその合金、ス
テンレス、銅などの各種金属材料に適用され、すぐれた
耐熱性を付与することができる。また、提供される金属
材料は加工した成型品であるか、板材、線材などの素材
であるかを問わない。
【０００８】本発明においてシリカ（ＳｉＯ2 ）は、コ
ロイド状シリカまたはパウダー状シリカとして添加し、
樹脂と混合できるものであれば使用できるが、分散性、
耐食性の面から粒子径は５〜１００μｍの範囲であるこ
とが好ましい。コーティング液中には、ＳｉＯ2 は３〜
１５ｗｔ％含まれることが適当である。又皮膜中にはＳ
ｉＯ2 は２５〜９０ｗｔ％含まれることが必要であり、
２５％未満では耐熱性が充分でなく、９０％を超えると
密着性が不十分となる。
ロイド状シリカまたはパウダー状シリカとして添加し、
樹脂と混合できるものであれば使用できるが、分散性、
耐食性の面から粒子径は５〜１００μｍの範囲であるこ
とが好ましい。コーティング液中には、ＳｉＯ2 は３〜
１５ｗｔ％含まれることが適当である。又皮膜中にはＳ
ｉＯ2 は２５〜９０ｗｔ％含まれることが必要であり、
２５％未満では耐熱性が充分でなく、９０％を超えると
密着性が不十分となる。
【０００９】また、コーティング液は水溶液であること
が望ましい。この場合、樹脂とシリカコロイドの相溶性
の点では両者の安定ｐＨが近く、また母材からの金属イ
オンの溶出を防ぐためｐＨ６〜９の中性から弱アルカリ
性であることが望ましい。
が望ましい。この場合、樹脂とシリカコロイドの相溶性
の点では両者の安定ｐＨが近く、また母材からの金属イ
オンの溶出を防ぐためｐＨ６〜９の中性から弱アルカリ
性であることが望ましい。
【００１０】有機高分子樹脂はアクリル系樹脂の他、エ
ポキシ系、ウレタン系、エステル系などを使用すること
により充分な耐熱性を得ることができるが、さらに高い
耐熱性を得るためには、シリコン系又はフッ素系高分子
樹脂を使用することができる。
ポキシ系、ウレタン系、エステル系などを使用すること
により充分な耐熱性を得ることができるが、さらに高い
耐熱性を得るためには、シリコン系又はフッ素系高分子
樹脂を使用することができる。
【００１１】コーティング液の濃度は、目的とする塗布
膜厚となるよう自由に調整できるが、有機高分子樹脂と
して１〜５重量％程度であることが望ましい。
膜厚となるよう自由に調整できるが、有機高分子樹脂と
して１〜５重量％程度であることが望ましい。
【００１２】ＰＯ4 は可溶性リン酸塩の形で添加され、
リン酸アンモニウム（リン酸水素アンモニウム）やリン
酸カリウム（リン酸水素カリウム）が通常使用される
が、樹脂とシリカの分散安定性を阻害しないものであれ
ば他のリン酸化合物も使用できる。
リン酸アンモニウム（リン酸水素アンモニウム）やリン
酸カリウム（リン酸水素カリウム）が通常使用される
が、樹脂とシリカの分散安定性を阻害しないものであれ
ば他のリン酸化合物も使用できる。
【００１３】ＰＯ4 は、コーティング皮膜中に０．２〜
８ｗｔ％含まれることが必要であり、その含有量が０．
２ｗｔ％未満であると皮膜の母材に対する密着性が不十
分であるので、特に高温にさらされたときに皮膜に亀裂
が入り易く、一方８ｗｔ％を越えると皮膜中のＳｉＯ2
含有量が少なくなるために耐熱性が低下する。
８ｗｔ％含まれることが必要であり、その含有量が０．
２ｗｔ％未満であると皮膜の母材に対する密着性が不十
分であるので、特に高温にさらされたときに皮膜に亀裂
が入り易く、一方８ｗｔ％を越えると皮膜中のＳｉＯ2
含有量が少なくなるために耐熱性が低下する。
【００１４】本発明のコーティング剤を塗布する方法と
しては、浸漬塗布、スプレー塗布、刷毛塗り、ロールコ
ートなど、いずれの方法を用いても良いが、膜厚が０．
１〜５μｍであることが必要である。膜厚が０．１μｍ
未満であると耐熱性向上効果が充分でなく、一方５μｍ
を越えると密着性が低下し、塗膜に亀裂が入りやすい。
しては、浸漬塗布、スプレー塗布、刷毛塗り、ロールコ
ートなど、いずれの方法を用いても良いが、膜厚が０．
１〜５μｍであることが必要である。膜厚が０．１μｍ
未満であると耐熱性向上効果が充分でなく、一方５μｍ
を越えると密着性が低下し、塗膜に亀裂が入りやすい。
【００１５】以上のような組成を持つ本発明の耐熱性皮
膜を有する鉄材料、めっきした鉄材料、アルミニウム、
ステンレス鋼などの各種金属材料は、特に使用温度が２
５０℃以上になる場合でも高い耐熱性を発揮して保護膜
として機能するから、金属材料がその後腐食性環境にさ
らされても錆びや腐食などを防止することができる。
膜を有する鉄材料、めっきした鉄材料、アルミニウム、
ステンレス鋼などの各種金属材料は、特に使用温度が２
５０℃以上になる場合でも高い耐熱性を発揮して保護膜
として機能するから、金属材料がその後腐食性環境にさ
らされても錆びや腐食などを防止することができる。
【００１６】
【作用】本発明の耐熱性皮膜を有する金属材料が高い耐
熱性を持つ理由は、多量に複合したシリカ粒子の効果に
より高温度においても有機樹脂ポリマーの結合が切れて
保持される作用によると考えられる。このため、有機樹
脂ポリマー単独の場合に比較して高温環境に耐えること
ができる。しかし、コロイド状シリカと有機ポリマーが
高い濃度で混在すると、エマルジョンが不安定となり、
かつ乾燥、造膜の際ゲル化を生じ、各種材料に対して欠
陥がなく均一でかつ光沢のある皮膜を得るのは非常に困
難である。よって、コーティング剤中にリン酸イオンを
存在せしめることにより、シリカと有機樹脂ポリマーの
相溶性を高めるとともに、被塗物から溶出する微量の金
属イオンを封鎖することにより、欠陥が無く、光沢が均
一であり、密着性にすぐれた皮膜を形成する。さらに欠
陥を防止することにより、欠陥を通って高温のガスや熱
が皮膜を劣化させることを阻止して皮膜の耐熱性も高め
る。以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明す
る。
熱性を持つ理由は、多量に複合したシリカ粒子の効果に
より高温度においても有機樹脂ポリマーの結合が切れて
保持される作用によると考えられる。このため、有機樹
脂ポリマー単独の場合に比較して高温環境に耐えること
ができる。しかし、コロイド状シリカと有機ポリマーが
高い濃度で混在すると、エマルジョンが不安定となり、
かつ乾燥、造膜の際ゲル化を生じ、各種材料に対して欠
陥がなく均一でかつ光沢のある皮膜を得るのは非常に困
難である。よって、コーティング剤中にリン酸イオンを
存在せしめることにより、シリカと有機樹脂ポリマーの
相溶性を高めるとともに、被塗物から溶出する微量の金
属イオンを封鎖することにより、欠陥が無く、光沢が均
一であり、密着性にすぐれた皮膜を形成する。さらに欠
陥を防止することにより、欠陥を通って高温のガスや熱
が皮膜を劣化させることを阻止して皮膜の耐熱性も高め
る。以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明す
る。
【００１７】
【実施例】コーティングを施す素材として鋼板、亜鉛め
っき鋼板、亜鉛−ニッケル合金めっき鋼板、複合亜鉛め
っき鋼板、アルミニウム板、ステンレス鋼板を使用し、
この上に本発明の耐熱コーティング層（表１にコーティ
ング材と皮膜の組成を示す）及び比較例の耐熱コーティ
ング層（表２にコーティング材と皮膜の組成を示す）で
被覆した。コーティングは、これら金属板上に乾燥膜厚
換算で約１μｍになるようバーコーターで均一に塗布し
て行い、その後１００℃で１０分間乾燥を行った。作製
した試験板は以下の耐熱性評価試験に供した。
っき鋼板、亜鉛−ニッケル合金めっき鋼板、複合亜鉛め
っき鋼板、アルミニウム板、ステンレス鋼板を使用し、
この上に本発明の耐熱コーティング層（表１にコーティ
ング材と皮膜の組成を示す）及び比較例の耐熱コーティ
ング層（表２にコーティング材と皮膜の組成を示す）で
被覆した。コーティングは、これら金属板上に乾燥膜厚
換算で約１μｍになるようバーコーターで均一に塗布し
て行い、その後１００℃で１０分間乾燥を行った。作製
した試験板は以下の耐熱性評価試験に供した。
【００１８】使用素材： Ａ．鋼板（ＳＰＣＣ） Ｂ．亜鉛めっき鋼板（電気めっき８μｍ） Ｃ．亜鉛−ニッケル合金めっき鋼板（電気めっき５μ
ｍ：Ｎｉ １％） Ｄ．複合亜鉛めっき鋼板（電気めっき５μｍ：Ｃｒ ２
％，Ｎｉ １％） Ｅ．アルミニウム板（純アルミ） Ｆ．ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）
ｍ：Ｎｉ １％） Ｄ．複合亜鉛めっき鋼板（電気めっき５μｍ：Ｃｒ ２
％，Ｎｉ １％） Ｅ．アルミニウム板（純アルミ） Ｆ．ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）
【００１９】シリカ：コロイダルシリカ スノーテック
スＮ（日産化学（株）製） 樹脂 ： ａ．アクリル系樹脂 モビニール8000（ヘキスト合成
（株）製） ｂ．エポキシ系樹脂 エポキシEM−2860（三洋化成
（株）製） ｃ．ウレタン樹脂 エラストロンE −37（第一工業製
薬（株）製） ｄ．シリコン樹脂 Ｐｏｌｏｎ MF（信越化学（株）
製） リン酸化合物：第１リン酸アンモニウム
スＮ（日産化学（株）製） 樹脂 ： ａ．アクリル系樹脂 モビニール8000（ヘキスト合成
（株）製） ｂ．エポキシ系樹脂 エポキシEM−2860（三洋化成
（株）製） ｃ．ウレタン樹脂 エラストロンE −37（第一工業製
薬（株）製） ｄ．シリコン樹脂 Ｐｏｌｏｎ MF（信越化学（株）
製） リン酸化合物：第１リン酸アンモニウム
【００２０】耐熱性： 評価 オーブン中で３００℃で５０時間加熱処理。 さらに塩水噴霧試験を５００時間（ステンレスは２００
時間）実施した後、錆発生面積を測定した。 評 点 錆 面 積 ５ ．．．．． ５％未満 ４ ．．．．． ５％以上 ２０％未満 ３ ．．．．． ２０％以上 ５０％未満 ２ ．．．．． ５０％以上 ８０％未満 １ ．．．．． ８０％以上
時間）実施した後、錆発生面積を測定した。 評 点 錆 面 積 ５ ．．．．． ５％未満 ４ ．．．．． ５％以上 ２０％未満 ３ ．．．．． ２０％以上 ５０％未満 ２ ．．．．． ５０％以上 ８０％未満 １ ．．．．． ８０％以上
【００２１】 表１ 素 樹 コーティング剤 皮膜 耐 Ｎｏ． 材 脂 SiO2 樹脂 PO4 SiO2 樹脂 PO4 熱 種 種 （％） （％） （％） （％） （％） （％） 性 1 Ａ ａ ４ １０ 0.05 ２８ ７１ 0.4 ４ 2 Ｂ ａ ４ １０ 0.3 ２８ ６９ 2.1 ４ 3 Ｃ ａ ４ １０ 1.0 ２７ ６６ 6.7 ５ 4 Ｄ ａ ８ １０ 0.05 ４４ ５５ 0.3 ５ 実 5 Ｅ ａ １４ １０ 0.3 ５８ ４０ 1.2 ４ 6 Ｂ ａ ４ ２ 0.1 ６５ ３３ 1.6 ４ 施 7 Ｃ ａ ８ ５ 0.5 ５９ ３７ 3.7 ５ 8 Ｄ ａ １４ １３ 1.8 ４９ ４４ 6.3 ５ 例 9 Ｂ ｂ ４ ２ 0.1 ６６ ３２ 1.6 ４ 10 Ｃ ｂ ８ ５ 0.5 ５９ ３７ 3.7 ５ 11 Ｄ ｂ １４ １３ 1.8 ４９ ４４ 6.3 ５ 12 Ｂ ｃ ４ ２ 0.1 ６５ ３３ 1.6 ４ 13 Ｃ ｃ ８ ５ 0.5 ５９ ３７ 3.7 ５ 14 Ｄ ｃ １４ １３ 1.8 ４９ ４４ 6.3 ５ 15 Ｂ ｄ ４ ２ 0.1 ６６ ３２ 1.6 ５ 16 Ｃ ｄ ８ ５ 0.5 ５９ ３７ 3.7 ５ 17 Ｄ ｄ １４ １３ 1.8 ４８ ４５ 6.3 ５ 18 Ａ ｄ １４ 1.8 0.2 ８８ １０ 1.3 ５
【００２２】 表２ ──────────────────────────────────── コーティング剤 コーティング剤 Ｎｏ． 素材種 樹脂種 SiO2 樹脂 PO4 SiO2 樹脂 PO4 耐熱性 ％ ％ ％ ％ ％ ％ 比較例 1 Ａ ａ 1 10 0 9 91 0 1 比較例 2 Ａ ａ 0 10 0.5 0 90 10 1 比較例 3 Ｂ ａ 1 10 0 9 91 0 2 比較例 4 Ｃ ａ 1 10 0 9 91 0 3 比較例 5 Ｄ ａ 1 10 0 9 91 0 3 比較例 6 Ｅ ａ 1 10 0 9 91 0 3 比較例 7 Ｆ ａ 1 10 0 9 91 0 3 比較例 8 Ｂ ｂ 1 10 0 9 91 0 2 比較例 9 Ｂ ｃ 1 10 0 9 91 0 2 比較例 10 Ｂ ｄ 1 10 0 9 91 0 3 ────────────────────────────────────
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る耐熱
性皮膜を有する金属材料は従来の無機系または有機系皮
膜を施した材料よりも耐熱性が優れている。また本発明
の成分組成からなる耐熱皮膜は、光沢性と耐キズ付性に
も優れ、コストも安価にできるなどの特長を持つ。した
がって本発明の材料は、自動車、機械部品、プラント材
料、建材等の各種用途に使用して効果をあげることがで
きる。
性皮膜を有する金属材料は従来の無機系または有機系皮
膜を施した材料よりも耐熱性が優れている。また本発明
の成分組成からなる耐熱皮膜は、光沢性と耐キズ付性に
も優れ、コストも安価にできるなどの特長を持つ。した
がって本発明の材料は、自動車、機械部品、プラント材
料、建材等の各種用途に使用して効果をあげることがで
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ３２Ｂ 27/20 Ｂ３２Ｂ 27/20 Ｚ Ｃ０８Ｋ 3/36 Ｃ０８Ｋ 3/36 Ｃ０９Ｄ 201/00 Ｃ０９Ｄ 201/00 // Ｂ３２Ｂ 27/18 Ｂ３２Ｂ 27/18 Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C09D 1/00
Claims (1)
- 【請求項１】 アクリル系、エポキシ系、ウレタン系及
びエステル系から選ばれる少なくとも１種の有機高分子
樹脂中にコロイド状又はパウダー状シリカを２５〜９０
ｗｔ％分散してなり、さらにＰＯ4０．２〜８ｗｔ％を
含有し、残部が実質的に樹脂から成る樹脂被覆層を金属
材料表面に厚さ０．１〜５μｍで形成したことを特徴と
する耐熱性皮膜を有する金属材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15579392A JP3217453B2 (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 耐熱性皮膜を有する金属材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15579392A JP3217453B2 (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 耐熱性皮膜を有する金属材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0753894A JPH0753894A (ja) | 1995-02-28 |
| JP3217453B2 true JP3217453B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=15613561
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15579392A Expired - Fee Related JP3217453B2 (ja) | 1992-05-22 | 1992-05-22 | 耐熱性皮膜を有する金属材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3217453B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5480779B2 (ja) * | 2010-11-09 | 2014-04-23 | 株式会社神戸製鋼所 | プレコートアルミニウム板 |
-
1992
- 1992-05-22 JP JP15579392A patent/JP3217453B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0753894A (ja) | 1995-02-28 |
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