JP3912203B2

JP3912203B2 - 色調が安定したクリア塗装金属板

Info

Publication number: JP3912203B2
Application number: JP2002188364A
Authority: JP
Inventors: 修一杉田; 和美松原; 謙一大久保; 浩治森; 信行本間
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP2004058273A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、基材の金属光沢を活かした色調を呈し、且つ色調安定性に優れたカラークリア塗膜を設けた塗装金属板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家電製品，ＯＡ機器等の表装材として、クリア塗装を施した塗装金属板が使用され始めている。クリア塗装金属板は、金属光沢を活用した外観を呈することから、従来の着色塗装金属板では得られない雰囲気を醸し出す。
クリア塗装金属板は、着色剤を配合したクリア塗料を塗装原板表面に塗布し、焼付け乾燥することによって製造される。着色剤に染料を使用すると焼付け時に変色しやすく色調が安定しないので、有機顔料を通常使用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
有機顔料を配合したカラークリア塗膜１では、塗膜に入射した光Ｌ_inの特定波長成分が有機顔料２に吸収され、残りの入射光Ｌ_inが下地金属板３の表面で反射され、吸収波長成分を除く反射光Ｌ_outにより特定の色調が発現する（図１）。カラークリア塗膜１を入射光Ｌ_inが透過している間で有機顔料２に吸収される光量は塗膜の厚みによって異なり、厚い塗膜ほど吸収量が大きく、薄い塗膜ほど吸収量が少ない。そのため、発現する色調の膜厚依存性が高く、僅かな膜厚変動によっても色調が微妙に変動しやすい。色調の変動は、製造ロットの異なるクリア塗装金属板を突き合わせて施工する場合に色ムラとして強調される。
有機顔料による色調付与は、下地金属板３の金属光沢を損ない、Ｌ値が低く黒味がかった冷たい感じの色調を与えやすい。艶消し処理でＬ値の低下を防止できるが、艶消しによって塗膜の透明感が損なわれ、鮮映性も低くなって高級感がなくなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、鱗片状無機基質を金属酸化物で被覆した発色顔料を分散させることにより、光の干渉によって色調を発現させ、色調安定性に優れたクリア塗装金属板を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明のクリア塗装金属板は、金属光沢をもつ金属基材の表面にクリア塗膜が形成されており、鱗片状無機基質を透明の金属酸化物で被覆した透明又は半透明の発色顔料がクリア塗膜に分散していることを特徴とする。発色顔料を分散させたクリア塗膜の形成に先立ち、発色顔料を含まないプライマクリア塗膜を金属基材の表面に形成しても良い。
透明な金属酸化物としては、ＴｉＯ₂，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂，Ｆｅ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，Ｆｅ₃Ｏ₄，Ｃｒ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，Ａｌ₂Ｏ₃等が使用される。該金属酸化物で被覆される鱗片状無機基質には、マイカフレーク，ガラスフレーク，アルミナフレーク，シリカフレーク等がある。金属酸化物の被覆層は、単層で或いは２種以上を複層として鱗片状無機基質に設けることができる。
【０００６】
【作用】
本発明に従ったクリア塗装金属板では、下地金属板３の表面に設けられているクリア塗膜１に発色顔料４が分散している（図２）。発色顔料４は、透明又は半透明の鱗片状無機基質４aを透明の金属酸化物４bでコーティングした顔料である（図３）。発色顔料４が分散しているクリア塗膜１に入射した光Ｌ_inは、発色顔料４の隙間を縫って或いは透過して下地金属板３の表面に達し、下地金属板３の表面で反射された反射光、及び発色顔料４の表面で反射された反射光になり、反射光Ｌ_outの合計強度は入射光Ｌ_inの強度にほぼ等しい。
【０００７】
発色顔料４の表面で反射する光は、鱗片状無機基質４aからの反射光Ｌ₁と金属酸化物４bの表面からの反射光Ｌ₂に分かれる（図３ａ）。反射光Ｌ₁とＬ₂との間に光路差ΔＬ（2ｄsinθ；ｄはクリア塗膜１の膜厚，θは視射角）が生じ、反射による光の干渉作用が発現する。その結果、反射光Ｌ₁，Ｌ₂の光路差ΔＬに応じた干渉色の色調で発色した塗膜面が観察される。
干渉色の色調は、金属酸化物の膜厚により調整される。具体的には、マイカをＴｉＯ₂で被覆した発色顔料４を分散させたクリア塗膜１では、ＴｉＯ₂が厚膜になるに従ってシルバー，ゴールド，レッド，カッパー，ライラック，ブルー，グリーンに色調が変わる。
【０００８】
ＴｉＯ₂皮膜の上に更にＦｅ₂Ｏ₃皮膜を積層すると鮮やかなゴールド色調でパール光沢感に富む発色顔料，ＦｅＴｉＯ₃皮膜を積層すると鮮やかなグレー系の色調でパール光沢感に富む発色顔料４，ＣｏＴｉＯ₃皮膜を積層すると鮮やかなグリーン系の色調でパール光沢感に富む発色顔料４が得られる。第１層の金属酸化物層４b₁としても、ＴｉＯ₂以外に種々の透明金属酸化物を使用できる。
【０００９】
相互に屈折率が異なる異種の金属酸化物層４b₁，４b₂で鱗片状無機基質４aを被覆した発色顔料４をクリア塗膜１に分散させると、入射光Ｌinは鱗片状無機基質４aの表面で反射した反射光Ｌ₁，金属酸化物層４b₁の表面で反射した反射光Ｌ₂，金属酸化物層４b₂の表面で反射した反射光Ｌ₃となる（図３ｂ）。反射光Ｌ₁は金属酸化物層４b₁，４b₂を透過する際に多重屈折した反射光であり、反射光Ｌ₂は表層の金属酸化物層４b₁で屈折された反射光である。透過，屈折，反射の複雑化により、光Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃が合わさった反射光Ｌ_outで変化に富む色調が発現する。この場合にも、下地金属板３の表面で反射する光と反射光L_outとの合計強度が入射光Ｌ_inの強度とほぼ等しく、膜厚による変動や明度低下のない色調が得られる。
【００１０】
干渉色で発色されるクリア塗膜１は、有機顔料２を分散させた従来のカラークリア塗膜１の色調と異なり、反射光Ｌ_outの光量が入射光Ｌ_inの光量に等しいため明度（Ｌ値）の低下がない。また、下地金属板３との界面を含むクリア塗膜１の厚み全域にわたって反射した反射光Ｌ_outが観察されることから、従来のカラークリア塗膜１に比較してクリア塗膜１の膜厚が色調に及ぼす影響が大幅に小さくなり、ロット間の色差偏差も抑制される。
【００１１】
発色顔料４で反射しなかった入射光Ｌ_inは、大半が発色顔料４を透過して下地金属板３で反射して反射光Ｌ_outになる。そのため、ステンレス鋼やアルミニウム板特有の暗くて冷たい感じが和らげられ、下地金属板３の金属光沢を活かしながらもマイルドな色調が付与される。
更には、干渉作用による発色であることから、視射角によって色調が変わる。すなわち、ハイライトな角度である正反射光の近傍では色調が強く発現し、正反射光から離れるほど無彩色に近づく。Ｒ形状に成形した下地金属板３の使用等によって視射角による色調変化を利用すると、一層高級感が付与されたクリア塗装金属板が得られる。
【００１２】
【実施の形態】
下地金属板３としては、光沢のある金属表面が観察される製品形態で使用されることから、ステンレス鋼，各種めっき鋼板，アルミニウム，アルミニウム合金，銅，銅合金，マグネシウム，マグネシウム合金等が使用される。下地金属板３には、クリア塗膜１の形成に先立って脱脂・酸洗，クロメート処理，リン酸塩処理，クロムフリー処理等、適宜の塗装前処理が施される。
クリア塗膜１を形成するためのクリア塗料は、塗料種に特段の制約が加わるものではないが、透明度の高いアクリル系，ポリエステル系，ウレタン系，ポリオレフィン系，フッ素系，エポキシ系，酢酸ビニル系，クロロプレン系等の有機樹脂や，或いはこれらの縮み模様を形成する樹脂や無機系ポリマーを配合した有機樹脂も使用できる。また、透明性を損なわない範囲で、防錆顔料，着色顔料，染料等を必要に応じて添加しても良い。
【００１３】
発色顔料４を分散させたクリア塗膜１の形成に先立って、下地金属板３に対する密着性を改善するため発色顔料４を含まないプライマクリア塗膜５を形成しても良い。クリア塗膜１を形成するためのプライマクリア塗料は、塗料種に特段の制約が加わるものではなく、エポキシ樹脂，エポキシ変性ポリエステル樹脂，ウレタン樹脂，ウレタン変性エポキシ樹脂等が使用され、クロメート処理等の塗装前処理を施した下地金属板３とクリア塗膜１との密着性が一層向上する。プライマクリア塗膜５を形成する場合、プライマクリア塗膜５の膜厚を１〜１０μｍにすることが好ましい。プライマクリア塗料には、透明感を損なわない範囲で防錆顔料，着色顔料，染料等を必要に応じて添加することも可能である。
【００１４】
クリア塗装金属板はクリア塗膜１を形成した後で製品形状に加工されることもあるので、下地金属板３に対する密着性，塗膜自体の柔軟性に富むことがクリア塗膜１に要求される。また、柔軟性に相反する機能として耐疵付き性が要求されることもある。このような目的に応じた特性を考慮してクリア塗料の樹脂系が選択され、たとえばメラミン，イソシアネート等の硬化剤を適宜配合してクリア塗膜１を形成することも可能である。
【００１５】
クリア塗料に配合される発色顔料４は、マイカ，ガラスフレーク，アルミナフレーク，シリカフレーク等の鱗片状無機基質４aに湿式法，ＣＶＤ法，粉末スパッタリング法等で金属酸化物４bの単層又は複層被覆を形成することにより製造される。下地金属板３の表面に沿った方向に鱗片状無機基質４aを配向させるほど発色顔料４の表面で入射光Ｌ_inが反射する確率が高くなるので、鱗片状無機基質４aのアスペクト比（厚みに対する最大径の比率）が大きなものほど好ましい。具体的には、アスペクト比が６０以上になると、大半の鱗片状無機基質４aが下地金属板３の表面と平行又はほぼ平行な配向性をもってクリア塗膜１に分散し、透明の金属酸化物４bの干渉色が強く発現して鮮やかな色調となり光輝感も強くなる。
【００１６】
マイカを鱗片状無機基質４aとして使用し、湿式法でＴｉＯ₂被覆する場合、種々の方法を採用できる。たとえば、希薄なチタン酸水溶液にマイカを懸濁させて７０〜１００℃に加温し、チタン塩の加水分解生成物である水和酸化チタン粒子をマイカ表面に析出させた後、７００〜１０００℃で高温焼成することによりＴｉＯ₂被覆が形成される。ＴｉＯ₂被覆の膜厚は、チタン塩の濃度，懸濁液の温度，処理時間等の処理条件によって制御できる。
粉末スパッタリング法で発色顔料４を製造する場合、マイカ，ガラスフレーク等の鱗片状無機基質４aを回転ドラムに入れ、Ｔｉをターゲットとする反応性雰囲気下でスパッタリングすることにより、鱗片状無機基質４aの表面にＴｉＯ₂被覆が形成される。
【００１７】
屈折率が異なる複数の金属酸化物層４b₁，４b₂を鱗片状無機基質４aの表面に設ける場合、一層目の金属酸化物層４b₁を形成した後、被覆原料を代えて一層目と同じ方法又は異なる方法で２層目の金属酸化物層４b₂を形成する。
たとえば、ＴｉＯ₂被覆にＦｅ₂Ｏ₃被覆を積層する場合、ＴｉＯ₂被覆顔料を懸濁させた水溶液を７０〜１００℃に加温し、鉄塩水溶液を添加して水酸化鉄を析出させた後、１５０〜２００℃で乾燥することによりＴｉＯ₂被覆にＦｅ₂Ｏ₃被覆が積層される。Ｆｅ₂Ｏ₃被覆の膜厚は、鉄塩水溶液の濃度，懸濁液の温度，処理時間等によって制御できる。
【００１８】
透明な金属酸化物４bで鱗片状無機基質４aを被覆した発色顔料４は、そのままでクリア塗料用樹脂に添加することも可能であるが、必要に応じて適宜の表面処理を施すことができる。表面処理では、クロム酸系，リン酸系，アルミナ系，ジルコニア系，セリウム系等の無機質表面処理剤や各種シランカップリング剤，チタネートカップリング剤，有機モノマー系等の有機質表面処理剤が使用される。表面処理により、クリア塗料用樹脂に対する発色顔料４の分散性及び隣接樹脂層との層間密着性が改善される。
【００１９】
発色顔料４を配合したクリア塗料を塗装原板に塗布した後、クリア塗料の樹脂種や塗布量にもよるが２００〜８００℃で３０〜１２０秒加熱することによってクリア塗膜１が下地金属板３に焼き付けられる。得られたクリア塗装金属板を観察すると、下地金属板３の金属光沢が活かされ、しかも無機質な冷たい感じを与える金属光沢がクリア塗膜１で和らげられているので、マイルドな色調の外観となる。安定した色調を得る上では、膜厚５〜２０μｍでクリア塗膜１を形成することが好ましい。
【００２０】
【実施例１】
板厚０.４ｍｍのＳＵＳ４３０ステンレス鋼板を塗装原板に使用した。塗装原板を２％塩酸で酸洗し、酸系の表面処理を施した後、クロム換算付着量２０ｍｇ／ｍ²の塗布型クロメート処理を施した。
クリア塗料としては、高分子ポリエステル系クリア樹脂塗料（PM5000：日本ペイント株式会社製）に発色顔料４を４％配合することにより用意した。発色顔料４には、膜厚５０〜１４０ｎｍのＴｉＯ₂被覆を形成したアスペクト比１５０，中心粒径３０μｍのマイカフレークを使用した。
【００２１】
ＴｉＯ₂被覆は、次の手順でマイカフレークの表面に形成した。
マイカフレーク１００ｇを水２リットルに懸濁させて７５℃に加温した後、ＴｉＣｌ₄溶液及びゼラチン溶液を懸濁液に添加し、ＮａＯＨ溶液で懸濁液のｐＨを６.０に調整した。懸濁液を１５分間攪拌した後、マイカフレークを濾過分離し、塩分がなくなるまでマイカフレークを洗浄した。次いで、１００℃で乾燥し、窒素雰囲気中８５０℃で焼成することにより、ＴｉＯ₂被覆をマイカフレーク表面に形成した。
クリア塗料を塗装原板に塗布して乾燥した後、２３０℃に６０秒加熱することにより下地金属板３に焼き付け、膜厚１０μｍのクリア塗膜１を形成した。
【００２２】
得られたクリア塗装ステンレス鋼板について、分光測色計（CM−3700d：ミノルタ株式会社製）を用いてJIS Z8737で規定する色差表示法に従って明度（Ｌ値）を測定した。図４の測定結果にみられるように、本発明に従ってクリア塗膜１を形成したクリア塗装ステンレス鋼板では全てＬ値が上昇しており、ステンレス鋼板本来の暗く冷たい金属感が和らげられ、マイルドな色調の外観が得られた。これに対し、有機顔料を配合した従来のカラークリア塗膜を設けた比較材では、何れもＬ値が低下しており、ステンレス鋼の暗く冷たい金属感が却って強調される傾向にあった。
【００２３】
ＴｉＯ₂被覆の膜厚と色調との関係では、膜厚５０ｎｍでシルバー，膜厚７０ｎｍでゴールド，膜厚８０ｎｍでレッド，膜厚９０ｎｍでカッパー，膜厚１００ｎｍでライラック，膜厚１２０ｎｍでブルー，膜厚１４０ｎｍでグリーンの色調が発現していた。他方、有機顔料を用いて着色した従来のカラークリア塗膜では、ブルー用にフタロシアニンブルー，レッド用にキナクリドンレッドと、色相ごとに複数種の有機顔料を用意する必要があった。
【００２４】
更に、発色顔料４を４％配合したクリア塗料を下地金属板３に塗布し、到達板温２３０℃で６０秒加熱することによりクリア塗膜１を形成した。このとき、クリア塗料の塗布量を調整することにより、クリア塗膜１の膜厚を表１に示すように変化させた。
得られたクリア塗装金属板について、分光測色計（CM−3700d：ミノルタ株式会社製）を用いてJIS Z8737で規定する色差表示法に従って色調を測定し、膜厚１０μｍを基準として膜厚変化に応じた色差ΔＥを算出した。表１の調査結果にみられるように、本発明例では膜厚に変動があっても色差ΔＥが１.０以下に抑えられており、色調安定性に優れていることが判った。これに対し、比較材では標準膜厚１０μｍに対して膜厚が１μｍでも異なると色差ΔＥが１.０以上となり、膜厚変動に起因して色調が大幅に変化していた。
【００２５】

【００２６】
更に、マルチアングル分光測色計（X−Rite MA68II：X−Rite社製）を用い、４５度入射光に対する正反射光から１５度，２５度，４５度，７５度，１１０度と測色角度がずれたときの色調を測定した（図５ａ）。その結果、何れの測色角度においてもＬ値が高く白味が増しており（図５ｂ）、このことからも暗く冷たい金属光沢が和らげられていることが判る。
ａ値（図５ｃ），ｂ値（図５ｄ）をみると、ハイライトな角度では発色顔料４に起因する干渉色が鮮明に発現し、シェードな角度では干渉色が弱くなっていた。測色角度に応じて干渉色の強度が異なることは、製品形状に有効利用される。たとえば、成形加工によって所定の形状をクリア塗装金属板に付与すると、明暗（Ｌ値）及び色相（ａ，ｂ値）の変化を一つの成形品に付与でき、高級で幻想的な意匠が発現する。
【００２７】
以上の試験結果から、ＴｉＯ₂被覆マイカフレークを分散させたクリア塗膜１を形成するとき、ステンレス鋼特有の金属光沢が活用され、しかも無機質な印象を与える金属光沢がクリア塗膜１で和らげられるために、高級感のある色調が付与されたクリア塗装ステンレス鋼板となる。
ＴｉＯ₂被覆マイカフレークに代えてＳｉＯ₂被覆マイカフレーク，ＴｉＯ₂被覆ガラスフレーク，ＳｉＯ₂被覆ガラスフレークを使用し、更にはステンレス鋼板に代えてアルミニウムめっき鋼板，アルミニウム板，銅板等を塗装原板に使用した場合でも、塗装原板本来の金属光沢が活用され、高級感のある外観を呈するクリア塗装金属板が得られた。更に、膜厚５μｍのプライマクリア塗膜５を介してクリア塗膜１を設けたクリア塗装金属板では、塗膜密着性に優れ、製品形状に加工した後でも塗膜剥離が生じなかった。
【００２８】
【実施例２】
屈折率が異なる異種の金属酸化物層４b₁，４b₂で鱗片状無機基質４aを被覆した発色顔料４を配合した塗料を用いてクリア塗膜１を形成し、金属酸化物層４b₁，４b₂の層構成が色調に及ぼす影響を調査した。
発色顔料４としては、マイカフレークを鱗片状無機基質４aとし、一層目の金属酸化物層４b₁として表２に示すＴｉＯ₂被覆を形成した後、各種金属酸化物の層４b₂を設けた顔料を使用した。
【００２９】
たとえば、金属酸化物層４b₂としてＦｅ₂Ｏ₃被覆を積層した発色顔料４は、次の手順で用意した。Ｆｅ₂Ｏ₃被覆の積層によって、鮮やかな赤系ゴールドの色調が発現した。
ＴｉＯ₂被覆したマイカフレーク１００ｇを水２リットルに懸濁させて７５℃に加温した後、５％ＦｅＣｌ₃水溶液を懸濁液に添加し、ＮａＯＨ水溶液で懸濁液をｐＨ４.０に調整した。懸濁液を７５℃で１５分間攪拌した後、遠心分離し、塩分がなくなるまで固形分を洗浄した。洗浄された固形分を２００℃で１０時間乾燥することにより、ＴｉＯ₂被覆にＦｅ₂Ｏ₃被覆が積層した発色顔料４が得られた。
【００３０】
高分子ポリエステル樹脂に発色顔料４を４％配合したクリア塗料を実施例１と同じ条件下で下地金属板３に塗布し、膜厚１０μｍのクリア塗膜１を形成した。得られたクリア塗装金属板の色調を測定した結果を表２に併せ示す。表２から明らかなように、金属酸化物層４b₁，４b₂の材質的な組合せに応じて各種の色調を発現できた。この場合にも、膜厚変動に起因した色調の変化が小さく、明度の低下も検出されなかった。
【００３１】

【００３２】
Ｆｅ₂Ｏ₃被覆を積層した発色顔料４を分散させた塗膜について、色差ΔＥの膜厚依存性を実施例１と同様に調査した。表３の調査結果にみられるように、積層タイプの発色顔料４で発色させたクリア塗膜１でも、膜厚変動に拘らず色差ΔＥが１.０以下に抑えられ、色調が安定化していることを確認できた。
【００３３】

【００３４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のクリア塗装金属板は、透明又は半透明の鱗片状無機基質を透明な金属酸化物で被覆した発色顔料を分散させたクリア塗膜を形成しているので、下地金属板の金属光沢を活用しながらも無機質な印象がクリア塗膜で和らげられ、高級感のある外観を呈する。しかも、光の干渉による発色を利用した色調付与であるので、従来の有機顔料を配合したカラークリア塗膜に比較して明度の低下がなく、鮮明度の高い色調をもつカラークリア塗装金属板として家電機器，ＯＡ機器，厨房機器等の広範な分野で表装材，内装材として使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】有機顔料を配合したカラークリア塗膜が形成された従来のクリア塗装金属板を説明する図
【図２】発色顔料を分散させたクリア塗膜が形成された本発明クリア塗装金属板の説明図
【図３】金属酸化物で単層被覆した発色顔料（ａ）及び異種の金属酸化物で複層被覆した発色顔料（ｂ）を分散させたクリア塗膜で干渉色が発現する機構の説明図
【図４】従来のクリア塗装金属板に比較して本発明クリア塗装金属板の明度が高いことを示したグラフ
【図５】本発明クリア塗装金属板の色調が測色角度によって変わることを示したグラフ
【符号の説明】
１：カラークリア塗膜２：有機顔料３：下地金属板４：発色顔料
４a：鱗片状無機基質４b，４b₁，４b₂：金属酸化物被覆５：プライマクリア塗膜
Ｌ_in：入射光Ｌ_out：反射光

Claims

金属光沢をもつ金属基材の表面にクリア塗膜が形成されており、鱗片状無機基質を透明の金属酸化物で被覆した透明又は半透明の発色顔料がクリア塗膜に分散していることを特徴とする色調が安定したクリア塗装金属板。
ＴｉＯ₂，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂，Ｆｅ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，Ｆｅ₃Ｏ₄，Ｃｒ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，Ａｌ₂Ｏ₃の１種又は２種以上を金属酸化物に使用する請求項１記載のクリア塗装金属板。
マイカフレーク，ガラスフレーク，アルミナフレーク，シリカフレークの１種又は２種以上を鱗片状無機基質に使用する請求項１記載のクリア塗装金属板。
発色顔料が分散しているクリア塗膜と金属基材との間に、発色顔料を含まないプライマクリア塗膜が介在している請求項１記載のクリア塗装金属板。