JP3302713B2 - 傷部耐食性・加工性を兼ね備えた高耐久性塗装金属板及びその連続製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属板表面にフッ化ビ
ニリデン樹脂を主成分とする樹脂塗膜層を設けた、主と
して建材用として用いられる特に傷部耐食性、耐食性、
耐候性、加工性に優れた塗装金属板に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術および発明が解決しようとする課題】近年、
屋根壁材など建築材料に用いられる材料には長寿命、高
性能化が強く要求されている。これらの用途にはカラー
鋼板の他、アスベストや瓦などが使用されているが、施
工が容易、地震に強い、しかも安価であることから塗装
金属板が主として使用されている。塗装金属板は、主と
して亜鉛めっき鋼板を素材としているが、これに類似し
たものとして鋼板やアルミニウム、ステンレスを素材に
したものもある。これらの素材には、ポリエステル樹脂
系塗料やアクリル樹脂系塗料、シリコーン樹脂系塗料、
フッ素樹脂系塗料などを塗装して、意匠性をもたせてい
る。このなかでも、フッ素樹脂系塗料を塗装した鋼板
は、耐候性や耐食性に優れていることから、製品に対す
る高級化指向にも沿って需要は急激に増大している。一
方、これらの塗装鋼板を使用する環境は、積雪などの高
湿度環境、酸性雨などによる不動態被膜の破壊される環
境、工場の排ガスや海岸付近での亜鉛やアルミニウムの
消耗される環境など様々であり、特に近年は酸性霧や酸
性雪など環境は悪化しており、益々耐久性が要求される
ようになっている。

【０００３】フッ素樹脂系塗料は耐候性や耐食性に優れ
るなど、強靭な塗膜を形成する。しかしフッ素樹脂系塗
料は、塗装焼き付け後に時間の経過とともに結晶化が進
む性質があり、塗膜に縮みストレスを生ずる。フッ素樹
脂系フィルム単体では問題ないが、鋼板などの基板に塗
装や貼り付けられた状態で縮む力を生ずることは、基板
との接着力を不安定にさせる欠点となる。また、塗膜や
フィルム（以下塗膜と称する）に傷がつくと、塗膜の縮
みにより、傷口を拡げるストレスが常に働くという問題
がある。特に高温多湿な環境など接着力を低下させるよ
うな環境下では、傷口から塗膜剥離が始まり益々増大し
て傷口を拡げていき、塗膜のめくれなどと絡み合って腐
食が進行していくことになる。すなわち、フッ素樹脂系
塗膜を有する鋼板には傷部耐食性が劣るという欠点があ
る。

【０００４】また、フッ素樹脂系塗装鋼板が平面部の耐
食性が優れているにもかかわらず傷部の耐食性では劣っ
ているのは、フッ素樹脂系塗膜の透湿性が低いため傷の
周囲の防錆剤クロムが溶出しないので、局部的に腐食が
進行してしまうためとも考えられる。本発明者は、平面
部の塗膜の透湿性を高めることができれば、防錆剤クロ
ムの溶出量を増し、これによって傷部の耐食性を改善す
ることが可能と考えたものである。

【０００５】さらに、フツ素樹脂系塗装鋼板は、通常塗
装される塗膜厚さが通常２５〜３５μ程度と薄いこと
と、塗膜硬度が低いために、折曲加工、ロールフオーミ
ングなどの成型、加工時や施工時等に傷が付きやすいこ
とから、保護フイルムを使用するか加工あるいは施工後
傷付き部の補修を行なうのが一般的である。これもフッ
素樹脂系塗装鋼板の問題点となっている。

【０００６】本発明は以上のようなフッ素樹脂系塗装鋼
板の欠点を改善しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述のようなフッ素樹脂
系塗膜の縮みを防止する方法としては、塗膜の縮む力を
分断することである。フッ素樹脂を異なった樹脂系で変
性させたり、塗膜内に骨材を添加混合することが考えら
れる。しかし、異なった樹脂で変性することは、塗膜の
もつ耐候性など基本的な性質までをも左右する危険がと
もなう。フッ素樹脂は塗装作業性、顔料による着色性を
もたせるため、耐候性の良いアクリル樹脂で変性し、塗
料化しているのが一般的である。アクリル樹脂の配合比
を増量するほど塗膜の応力は緩和されるが、フッ素樹脂
の特長である耐候性が低下するため、アクリル樹脂の配
合量は２０〜５０％程度で制約されている。一方、骨材
を添加分散する方法は、樹脂の基本性能を損なうことな
く塗膜の応力を分断するので、傷口からの広がりを未然
に防止することが可能となる。

【０００８】また、骨材を添加する方法について検討を
進めたところ、この方法によれば、併せて塗膜の通湿性
を向上、調整でき、塗装鋼板の傷部耐食性を改善できる
ことが分かった。

【０００９】本発明は上記のような知見に鑑みてなされ
たものであり、フッ素樹脂系塗料の透湿性と応力を適度
に調整させて、塗装鋼板の加工時、施工時などに塗膜に
傷が入ったとしても、傷部から赤錆が進行するといった
フッ素樹脂系塗料特有の欠陥を防止し、かつ加工性にも
優れた、傷部耐食性・加工性を兼ね備えた高耐久性塗装
金属板を提供するものである。

【００１０】塗料中に骨材を添加したものとして、特公
昭６０−７９４６「高耐久性塗装金属板の製造方法」、
特開昭６１−２３７６３６号「塗装鋼板」などがある。
しかし、これらは塗膜硬度を向上させたり、スクラッチ
性を改善することを目的としており、本発明のような目
的、知見はなく、上述のような課題を解決するものでは
ない。

【００１１】本発明は上述のような課題を解決するもの
であり、その要旨とするところは前記特許請求の範囲に
記載の通りである。

【００１２】本発明塗装金属板は金属板表面に下層、中
層、上層の３層構造の塗膜を形成したものである。該金
属板は表面にクロメート処理などの化成処理を施したも
のがより好ましい。

【００１３】しかして本発明の特徴の一は、上層のアク
リル樹脂混合フッ化ビニリデン樹脂層に骨材を含有せし
める点にある。金属板表面に形成したフッ素樹脂系塗膜
は、前述のように、塗膜に傷がついた場合には、塗膜の
縮みにより、傷口を拡げるストレスが常に働いている。
しかし本発明によれば、骨材の添加混合により塗膜内の
応力を分断でき、塗膜の縮みを防止することができる。
骨材を添加によるので、フッ化ビニリデン樹脂の基本性
能を損なうことなく、塗膜の応力を分断し、傷口の広が
りを未然に防止することが可能となる。さらには骨材添
加により塗膜の透湿性を高め、添加量によって透湿性を
任意に変更、向上させることができるものである。本発
明はこれらにより、フッ化ビニリデン樹脂系上層塗膜の
内部応力および透湿性といった諸性能を調整し、特に傷
部耐食性を向上することに成功したものである。

【００１４】この点をさらに説明する。

【００１５】フッ素樹脂系塗膜傷部から腐食が進行する
のは、傷部に局部電池が発生することにもよる。局部的
に腐食が集中するため、例えば素材が亜鉛めっき鋼板の
場合は亜鉛の消耗が著しく、ついには赤錆となる。この
時下層に防錆顔料を配合した防錆塗膜を設けておけば、
防錆塗膜に含有している防錆顔料であるクロムなどの溶
出で傷部周辺の亜鉛めっきを不動態化し続けることがで
き、赤錆の広がりは防げるはずであるが、現実にはフッ
素樹脂系塗膜の場合には傷部周辺からのクロムなどの防
錆剤の供給には限度がある。これはフッ素樹脂系塗膜の
水分透過性、すなわち透湿性が低いために、傷部周辺の
防錆塗膜からのクロム溶出は時間と共に減少し、最終的
には水の拡散が律速になるが水の拡散速度は１０^-9から
１０^-11ｃｍ² ／ｓと遅く充分にはクロムを溶出できな
いからである。

【００１６】また、クロムの溶出は水と直接接した場合
には大きくなるので、傷部からの塗膜の膨れを小さくす
ることも必要である。骨材を混合することにより、骨材
と樹脂との間のボイドなどによりポーラスな塗膜が形成
される。塗膜と骨材との境界から透湿することにより、
傷部周辺の健全な塗膜の下にある防錆顔料が溶解し傷口
を腐食から防ぐことになる。透湿性が極端に悪いと、傷
部の周囲が透湿しないことから周囲からのクロムの加勢
量がかなり少量となる。透湿性が高いと傷の周囲の防錆
顔料も溶解して傷口の腐食を防止するので、腐食の広が
りを防止するのに有効である。防錆効果を高める目的
で、防錆層のクロム含有量を増加させすぎると、含水量
が増加し塗膜が膨れ易いという現象を生ずるため、クロ
ムの増量による効果にも限界がある。フッ素樹脂系層の
透湿性を調整することにより、防錆層に過剰のクロムを
含有する必要がなく、塗膜膨れを生じない範囲内での含
有量でも充分な効果が得られるものである。

【００１７】因に、鋼板表面に３０重量％アクリル樹脂
を混合したフッ化ビニリデン樹脂塗膜を骨材無添加で乾
燥膜厚１５μ設けた場合の内部応力は８０ｋｇ／ｃｍ
² 、透湿性は８０ｇ／ｍ²・ｄａｙであるのに対して、同
一条件で骨材（粒径１０μの繊維状セラミック）を添加
した場合の内部応力は２５ｋｇ／ｃｍ² 、透湿性は２１
４ｇ／ｍ²・ｄａｙであった。

【００１８】上層に添加含有せしめる骨材の種類はガラ
スビーズやセラミック粉、固形樹脂などで特に限定する
ものではない。また骨材の粒子形状は、球状や繊維状、
偏平状などで良く、特に限定するものではない。

【００１９】上層の塗膜の厚みは色調安定性や塗装作業
性などから乾燥膜厚で５〜３０μが好ましいので、骨材
の粒子径も塗膜の厚みにあわせて５〜３０μが推奨され
る。塗膜の厚みと骨材の粒子径は近似している方が透湿
性が安定するため、骨材の粒子径は塗膜の厚さに合わせ
ることがより好ましい。骨材の粒子径が塗膜厚より大き
いと仕上がり外観が柚子肌状となる嫌いがあり、一方骨
材の粒子径が塗膜厚より小さ過ぎると塗膜の上から下ま
でボイドが貫通しにくく透湿性がやや安定しにくいから
である。

【００２０】骨材の配合量は、重量割合で、全樹脂１０
０部に対して６部から４０部が好ましい。６部から４０
部が好ましい理由は４０部を越えると塗膜がポーラスに
なりすぎ樹脂の強靭性を損なうことになり、６部未満で
は透湿性が不充分で十分な防錆効果が期待できないから
である。

【００２１】上層塗膜に骨材を添加することにより、塗
膜の光沢が低くなるので建築施工による板の変形ペコが
目立たなくなるメリットもある。

【００２２】上層塗膜の樹脂は、アクリル樹脂を２０〜
５０重量％含有せしめたフッ化ビニリデン樹脂とする。
この層にアクリル樹脂を含有せしめるのは、後述の中層
塗膜へのアクリル樹脂の配合との組み合わせもあり、本
発明の重要な構成要件の一である。アクリル樹脂を含有
せしめることにより、中塗層との密着性が大幅に改善さ
れ、かつ着色顔料との混合性の向上に成功したものであ
る。含有量は２０〜５０重量％の範囲でなければならな
い。２０重量％未満では塗装作業性が悪くなり、かつ中
塗との密着性が低下するからであり、５０重量％を超え
るとフッ素樹脂の特徴である耐候性が低下してしまう。
本発明で用いるフッ化ビニリデン樹脂は、分子量３０
０、０００〜８００、０００のものがより好ましい。

【００２３】本発明では、上層塗膜は着色しなければな
らない。これは中塗塗膜だけでは耐候性が不充分であ
り、上塗塗膜で紫外線の透過を完全に防止する必要があ
り、着色するのである。

【００２４】塗膜構成 さらに本発明の特徴はその塗膜構成にある。すなわち、
本発明の塗膜構成は既述のように下層、中層、上層の３
層からなるが、本発明の優れた効果は、上述のような上
層塗膜と以下に詳述する下層及び中層塗膜との組み合わ
せにより初めて得られるものだからである。

【００２５】まず下層は、金属板素材と中層塗膜との密
着性を左右し、亜鉛めっき鋼板等の金属板の不動態を長
く維持するための防錆顔料を含有せしめた塗膜層であ
る。下層塗膜樹脂は金属板及び後記構成の中層塗膜との
密着性が良くカソード腐食にも強いエポキシ系とする。
樹脂にはジンククロメート、ストロンチウムクロメート
などの防錆顔料を樹脂１００重量部に対して５〜３５重
量部含有せしめ、塗装後の乾燥膜厚は１〜８μとする。

【００２６】防錆顔料含有量を５〜３５重量部とする理
由は、５重量部未満では金属板を不動態化する防錆効果
はほとんど期待できないし、逆に３５重量部を越しても
防錆効果は上がらず無意味だからである。乾燥膜厚を１
〜８μとするのは、膜厚が１μ未満では防錆効果が期待
できず、８μを超えると焼き付け乾燥時にワキと称する
塗膜ピンホールが発生してしまうからである。

【００２７】次に中層塗膜は、可とう性と透湿性の高い
アクリル樹脂で変性したフッ素樹脂系である。乾燥膜厚
は５〜３０μとする。５μ未満では可とう性が不充分で
折り曲げ加工部に塗膜クラックが発生し、３０μを超え
ると焼き付け乾燥時にワキと称する塗膜ピンホールが発
生してしまうからである。

【００２８】本発明においては、この中層塗膜における
アクリル樹脂の混合割合が４０〜７０重量％でなければ
ならない。４０重量％未満では、中層塗膜自体の透湿性
が低下してしまって結局下層への水分の供給が不十分と
なる上、内部応力が高くなってしまうからであり、７０
重量％を超えると上塗塗膜との密着性が低下するからで
ある。

【００２９】この場合、中塗塗膜では耐候性が不要のた
め、アクリル樹脂の混合割合を２０〜５０％に制約する
ことなく、選択できるのである。

【００３０】中層塗膜を例えばアクリル樹脂１００％と
すると上層塗膜のフッ化ビニリデン樹脂と密着性が悪く
層間剥離しやすい。中層塗膜にフッ化ビニリデン樹脂を
４０〜７０重量％含有することにより、加工性、透湿性
を損なうことなく、既述の上層塗膜との密着性を付与で
きたものである。

【００３１】また中層塗膜をこのように構成することに
より、骨材を添加することによって減少する上層塗膜の
可とう性を補い、塗膜全体の可とう性を満足することに
も成功したものである。

【００３２】すなわち、前述のごとく異なった樹脂で変
性したフッ素樹脂は一般に耐候性がやや低下するので、
単に上塗り塗膜として使用しても長期間の耐久性は期待
できない。一方骨材を添加したフッ素樹脂は、耐候性は
優れているが、骨材が増加するほど相対的に樹脂分が減
少するため、塗膜の伸び率が低下する。建築用途に使用
される場合などは、折り曲げ加工などの何らかの加工が
施されるため、塗膜の伸び率が低いと加工部に塗膜クラ
ックを生じてしまう。

【００３３】しかし本発明は、可とう性と透湿性の高い
アクリル樹脂で変性したフッ化ビニリデン樹脂の中層塗
膜と、耐候性に優れた骨材入りフッ化ビニリデン系樹脂
上層塗膜を組み合せることにより、傷部耐食性と加工性
を兼ね備え、かつ、耐候性、耐食性、スクラッチ性、外
観などにも優れた高耐久性塗装鋼板を得ることに成功し
たものである。

【００３４】各層は塗装金属板の仕上がり外観の美麗さ
と、実使用時の耐候性不足による塗膜間の密着性を高め
るため、着色しておくことがより好ましい。

【００３５】以上のような本発明の塗膜構成は例えば屋
根の上での刷毛塗り塗装でも可能である。しかしなが
ら、本発明の骨材の粒径、塗膜厚などの諸条件はすべて
連続塗装、焼き付け適正を有している。このため、コイ
ル状の金属板素材を使用して、ロールコーターなどで連
続的に塗装し、乾燥炉にて短時間で乾燥焼き付けが可能
であり、低コストで多量に生産できることも大きなメリ
ットである。

【００３６】

【実施例】以下本発明実施例を比較例とともに示す。

【００３７】実施例１ 板厚０．４ｍｍの５５％アルミ・亜鉛合金メッキ鋼板の
表面にクロメート処理を施した。その上に、樹脂中に１
５％のストロンチウムクロメートを含有したエポキシ樹
脂系塗料を乾燥膜厚で５μとなるようにバ―コーターに
より塗装し、熱風乾燥炉にて板温２０Ｏ℃になるように
乾燥焼付した。その上に可とう性の良いアクリル変性フ
ッ化ビニリデン樹脂系塗料（アクリル変性６０％フッ
素）を乾燥膜厚で１５μとなるようにバーコーターによ
り塗装し、熱風乾燥炉にて板温２５０℃になるように乾
燥焼付した。その上に粒径１５μのガラスビーズを樹脂
中に１５％含有した５０％フッ素樹脂系塗料を乾燥膜厚
で１５μとなるようにバーコーターにより塗装し、熱風
乾燥炉にて板温２５０℃になるように乾燥焼付した。以
下、表１に示した各種条件で、上記実施例１と同様にし
て、化成処理を施し、所定の塗料を塗装乾燥して、実施
例１〜７及び比較例１１〜２７のサンプルを製造した。

【００３８】中塗りは実施例１がアクリル変性６０％フ
ッ素、実施例２〜６がアクリル変性４０％フッ素、実施
例７がアクリル変性３０％フッ素である。

【００３９】上述のようにして製造した実施例及び比較
例について、下記のような方法で試験し、評価した。そ
の結果を表２に示す。

【００４０】〈試験及び評価方法＞傷部の耐食性は、事
務用カッターで塗膜表面を引っ掻き、キャス試験５００
時間実施し後の傷部からの腐食を赤錆発生の有無と赤錆
の進行で評価した。

【００４１】端面の耐食性は塩水噴霧試験１０ＯＯ時間
により塗膜剥離の有無を評価した。加工性は万力にて１
８０度密着折曲し、加工部の塗膜クラックの有無を評価
した。

【００４２】スクラッチ性はコインにて塗膜を引っ掻
き、塗膜間あるいは原板との密着性を評価した。

【００４３】塗装外観は目視にて判定した。

【００４４】耐候性はデューサイクル試験１０００時間
により塗膜の変褪色、塗膜剥離の有無を評価した。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】

【表３】

【００４８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、フッ素
樹脂系塗装金属板の塗膜の透湿性と応力を適度に調整し
て、加工時、施工時などに塗膜に傷が入っても、傷部か
ら赤錆が進行するといったフッ素樹脂系塗装金属板特有
の欠陥を防止した、傷部耐食性に優れ、かつ加工性など
の諸性能にも優れた傷部耐食性・加工性を兼ね備えた高
耐久性塗装金属板を得ることができ、その産業上の効果
は極めて大きいものである。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05D 7/14 B05D 7/24 302 B32B 15/08 102

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属板表面に、最下層に重量割合で樹
   脂１００部に対して５〜３５部の防錆顔料を含有する乾
   燥膜厚１〜８μのエポキシ樹脂系層を設け、該エポキシ
   樹脂系層の上にアクリル樹脂を４０〜７０重量％含有す
   る乾燥膜厚５〜３０μのアクリル樹脂混合フッ化ビニリ
   デン樹脂系層を設け、さらに該アクリル樹脂混合フッ化
   ビニリデン樹脂系層の上に、アクリル樹脂を２０〜５０
   重量％含有するアクリル樹脂混合フッ化ビニリデン樹脂
   系層であって、５〜３０μの径の骨材を重量割合で全樹
   脂１００部に対し６〜４０部含有し、かつ、着色され
   た、乾燥膜厚５〜３０μの骨材入りアクリル樹脂混合フ
   ッ化ビニリデン樹脂系層を設けたことを特徴とする傷部
   耐食性・加工性を兼ね備えた高耐久性塗装金属板。
2. 【請求項２】 金属板表面に、最下層に重量割合でエ
   ポキシ樹脂１００部に対して５〜３５部の防錆顔料を含
   有する乾燥膜厚１〜８μのエポキシ樹脂層を設け、該エ
   ポキシ樹脂層の上にアクリル樹脂４０〜７０重量％とフ
   ッ化ビニリデン樹脂６０〜３０重量％からなる乾燥膜厚
   ５〜３０μのアクリル変性フッ化ビニリデン樹脂層を設
   け、さらに該アクリル変性フッ化ビニリデン樹脂層の上
   に、アクリル樹脂２０〜５０重量％とフッ化ビニリデン
   樹脂８０〜５０重量％からなるアクリル変性フッ化ビニ
   リデン樹脂層であって、５〜３０μの径の骨材を重量割
   合で該アクリル変性フッ化ビニリデン樹脂１００部に対
   し６〜４０部含有し、かつ、着色された、乾燥膜厚５〜
   ３０μの骨材入りアクリル変性フッ化ビニリデン樹脂系
   層を設けたことを特徴とする傷部耐食性・加工性を兼ね
   備えた高耐久性塗装金属板。
3. 【請求項３】 アクリル樹脂が、アクリル酸メチル、
   アクリル酸エチル、アクリル酸ブチルのうちのいずれか
   １又は２以上を主成分とする可とう性と透湿性の良いア
   クリル樹脂であることを特徴とする請求項１又は２のい
   ずれかに記載の高耐久性塗装金属板。
4. 【請求項４】 金属板が化成処理を施した金属板であ
   る請求項１乃至３のいずれかに記載の高耐久性塗装金属
   板。
5. 【請求項５】 骨材がセラミックであることを特徴と
   する請求項１乃至４のいずれかに記載の高耐久性塗装金
   属板。
6. 【請求項６】 連続塗装ラインにより、金属板表面
   に、防錆顔料を重量割合で樹脂１００部に対して５〜３
   ５部含有したエポキシ樹脂系下塗り層を乾燥膜厚で１〜
   ８μ塗装焼き付けし、次いでその上に可とう性と透湿性
   の良いアクリル樹脂を４０〜７０重量％含有したフッ化
   ビニリデン樹脂系中塗り層を乾燥膜厚で５〜３０μ塗装
   焼き付けし、次いで更にその上に５〜３０μの径の骨材
   を重量割合で樹脂１００部に対し６〜４０部添加した、
   着色したフッ化ビニリデン樹脂系上塗り層を５〜３０μ
   塗装焼き付けすることを特徴とする傷部耐食性・加工性
   を兼ね備えた高耐久性塗装金属板の連続製造方法。