JP3924593B1 - ラミネート金属板の製造方法と該方法により製造されたラミネート金属板 - Google Patents

ラミネート金属板の製造方法と該方法により製造されたラミネート金属板 Download PDF

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Abstract

【課題】金属板に化成処理やプライマーを必要とせず、また、フッ素樹脂フィルムを改質せずに十分な接着強度のある熱融着を行いるフッ素樹脂フィルムのラミネート金属板の製造方法と該方法によって製造されたラミネート金属板を提供すること。
【解決手段】ラミネート金属板の製造方法であって、プラスチックフィルムとしてフッ素樹脂フィルムが使用され、火炎処理に先行して、金属板の接合面を、９００〜１２００℃の直火で１秒から５秒火炎処理してその接合面の表面温度が４０〜７０℃になるように予熱し、しかる後、後続する火炎処理によって、前記金属板の接合面の表面温度が２５０〜４５０℃になるように加熱する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラスチックフィルム（シート）を金属板の表面にラミネートするところのラミネート金属板の製造方法と該方法により製造されたラミネート金属板の改良に関する。
灯油、動植物性油、各種の溶剤、薬品、接着剤等を収容する金属製容器（例えば鋼板）のライニングとして、亜鉛引き、錫引きとした容器が使用されているが、収容物質によっては、こうしたライニングでは不十分であることが多々あり、これに代えて、エポキシ樹脂等の焼付け塗料によるライニング、ポリエチレン、ポリプロピレン或いはポリエステルフィルムの接着剤を用いたライニング等が行われている。
このようなライニング材の金属板への接着は、通常、上述した接着剤を用いる方法の他に熱融着法によって行われる。熱融着法は、金属板と合成樹脂フィルムを、加熱炉中を通過させて加熱するか、電磁誘導コイルによって金属板（磁性素材：鋼板等の場合）に誘起する渦電流によるジュール熱で加熱するか、後に引用する本発明者の提案した特許文献１のように、火炎処理により加熱することによって行う方法とがある。
前記火炎処理方法は、金属板と合成樹脂フィルムの表面をそれぞれ接合直前に火炎処理しながら連続的に接合するものであり、金属板や合成樹脂フィルムに接着性向上の為の前処理をすることなく十分な接合強度を得ることができ、接着剤の如き有害物質を使うものではなく、また、大掛かりな加熱炉や電磁誘導装置を使用したりするものでなく、極めて経済的効果が大であるという利点がある。
そして、鉄板の樹脂ライニングでは接着に際して接着性向上のための所定の前処理（金属板表面や合成樹脂フィルムの浄化：サンディングや脱脂、洗浄、乾燥、アンカーコート等）を行う必要があり、また、ポリエチレン等のフィルムライニングでは鉄側の前処理、プライマーコートが必要で、フィルム側にもコロナ処理を施したり接着性樹脂を重ねた二層構造フィルムを使用するか、プライマーをフィルムにコートしたりする必要があるのに対し、この火炎処理方法では、こうした手間が不要である点において優れている。
ところで、合成樹脂フィルムとして、これまでライニングに使用されてきた上述のポリエチレン、ポリプロピレン或いはポリエステルフィルムの外に、ライニング材として使用するに好適な不活性のフッ素樹脂フィルムがある。このフッ素樹脂フィルムは、耐食性、耐汚染性、耐付着性、耐薬品性、耐熱性、不燃性等の性質に優れた特性を有するもので、灯油、動植物性油、各種の溶剤、薬品、接着剤等を収容する金属製容器のライニング材として最適のものの一つであると言える。特に、食品調理器具及び食品加工器具あるいは電子レンジ内板、炊飯器の内釜、ガステーブルの天板のような加熱調理器具さらにはレンジフード用素材のような厨房用品用材料、医療器具及び道路の外装用パネル、建築物の屋根や外壁用パネルなどに用いられる屋外建材用等に使用されるとより効果的である。
フッ素樹脂フィルムは、表面張力が小さく、且つ、非接着性を示す為に熱融着による密着性の確保が難しいという難点があった。
特に、４フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）、４フッ化エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）のように、１分子単位内に２原子以上のフッ素原子を含むフッ素樹脂フィルムの金属表面への熱融着難しいものであった。
こうしたフッ素樹脂フィルムを金属板の表面に熱融着させるための問題解決の一方法として、後記特許文献２に提案されているように、熱融着の為に、金属表面に予めポリフッ化ビニリデン樹脂とアクリル樹脂からなる着色塗膜層を塗装し、焼付し、乾燥した後、ポリフッ化ビニリデン樹脂とアクリル樹脂からなる透明フッ素樹脂フィルムを熱融着するという方法が提案されている
上記引用した従来技術として、次の文献を挙げることができる。
特公平７−１００３５０号公報。 特開２０００−２８０４０２。
しかし乍ら、上述の熱融着方法では、熱融着に際して金属板に前処理を必要とし、また、フッ素樹脂フィルムプライマーを必要とするものであり、本発明者が先に提案した特許文献１に示すように、何等の前処理を必要とせず、また、簡単な手段である火炎処理方法を用いることによって、このフッ素樹脂フィルムの熱融着によりライニングを行い得ないものかと考え、特許文献１に開示の方法に基づいて、４フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）、４フッ化エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）を用いて、種々の試験を試みてきたが、優れた密着性を得ることができなかった。
これまでのポリエチレン、ポリプロピレン或いはポリエステルフィルムでは問題なく得ることができた優れた密着性がフッ素樹脂フィルムの場合に得られない原因について、種々検討を加え、分析を行ってきたが、その材質として表面張力が非常に小さく、且つ、非接着性を示す特性を有することが、これまでの金属板の火炎熱処理では不十分であるものと推測されるに至った。
本発明は、金属板に化成処理やプライマーを必要とせず、また、フッ素樹脂フィルムを改質せずに十分な接着強度のある熱融着を行い得て、耐熱性、耐久性、密着性に優れると共に耐食性、耐汚染性、耐付着性、耐摩耗性、加工性及び素材の剛性等の各種の特性に優れるフッ素樹脂フィルムのラミネート金属板の製造方法と該方法によって製造されたラミネート金属板を提供することを目的とする。
本発明にかかるラミネート金属板の製造方法は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の通り、脱脂、洗浄、化成処理、プライマー処理等の前処理を施されていない０．１ｍｍ〜１．００ｍｍ厚の金属板の接合面を、１４００〜１６００℃の直火で火炎処理してプラスチックフィルムを直接圧着接合するラミネート金属板の製造方法であって、
前記プラスチックフィルムとしてフッ素樹脂フィルムが使用され、
前記火炎処理に先行して、前記金属板の接合面を、９００〜１２００℃の直火で１秒から５秒火炎処理してその接合面の表面温度が４０〜７０℃になるように予熱し、
しかる後、後続する前記火炎処理によって、前記金属板の接合面の表面温度が２５０〜４５０℃になるように加熱する、ことを特徴とする。
本発明にかかるラミネート金属板は、上記目的を達成するために、請求項１及び請求項２の製造方法によって製造されたものである。
本発明にかかるラミネート金属板の製造方法によれば、金属板に対して、従来の高温加熱処理に先行し、その表面温度が４０〜７０℃になる低温の予熱工程を導入したことによって、表面張力が非常に小さく、且つ、非接着性を示すフッ素樹脂フィルムであっても密着性良く、十分な接合強度をもって金属板に接着できるに至った。これは、金属板を一挙に高温に加熱するのに比べて、低温予熱工程を導入したことによって、金属板（及び表面）の歪み発生を未然に回避せしめたことが密着性を大幅に向上させることになったものと推測される。
その結果、金属板に化成処理やプライマーを必要とせず、また、フッ素樹脂フィルムを改質しなくても、金属板との密着性に優れ、十分な接着強度のある熱融着を行い得て、耐熱性、耐久性、密着性に優れると共に耐食性、耐汚染性、耐付着性、耐摩耗性、加工性及び素材の剛性等の各種の特性に優れるフッ素樹脂フィルムのラミネート金属板を製造することができた。しかも高価な接着剤（接着剤層）を使用することがないので、製品を安価に提供することができ共に廃棄に際して有害物とならない利点がある。
また、本発明にかかるラミネート金属板は、上記の製造方法によって製造されたものであるので、フッ素樹脂フィルムと金属板との間の優れた接着強度をもつことで、これを加工して、各種の容器の製造は勿論ながら、食品調理器具及び食品加工器具あるいは電子レンジ内板、炊飯器の内釜、ガステーブルの天板のような加熱調理器具さらにはレンジフード用素材のような厨房用品用材料、医療器具及び道路の外装用パネル、建築物の屋根や外壁用パネルなどに用いられる屋外建材用等にも用いることができる。
本発明の実施においては、前記フッ素樹脂フィルムがエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体からなることが好ましい。
このフッ素樹脂フィルムを用いることによって、価格的に安価で、一般的に入手が容易であるという利点がある。
また、これに類似する４フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）を代用することができる。
更に、本発明の火炎処理の温度・時間を変更する事でポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンは言うに及ばず、他の非接着性フィルムについても適用可能である。
本発明のフッ素樹脂フィルムのラミネート金属板を構成する金属板としては、厚みが０．１ｍｍ〜１．００ｍｍのもので、例えば、冷延鋼板やステンレス鋼板、アルミニウム板、銅板、チタン合金板等の各種金属板、亜鉛めっき鋼板や亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板等の各種めっき金属板が挙げられる。これらの金属板は切り板シート状、コイル状のいずれの形態であってもよい。
また、上記フッ素樹脂フィルムは単層体、多層体のいずれであってもよい。フッ素樹脂フィルムは透明であってもよいし印刷もしくは着色されたものであってもよい。
以下、本発明にかかるラミネート金属板の製造方法について、図１及び図２を参照して、詳述する。
図２に示すプロセスにより、金属板３としての０．３ｍｍ厚のＴＦＳ鋼板（７０９ｍｍＸ９１７ｍｍ）に、予熱工程として第１火炎ノズル４により、９００〜１２００℃の直火（火炎）を４秒間前記金属板３に照射し、該金属板３の表面温度を約６０℃に予熱し、更に該金属板３を予熱直後（約１秒後）、第２火炎ノズル５により１４００〜１６００℃の直火を４秒間照射し、該金属板３の表面温度を３００℃に加熱し、フッ素樹脂フィルム２として、厚さ５０μｍのＥＴＦＥ（旭硝子製フルオンＥＴＦＥ：エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体）を、ロール６により熱圧着し、図１に示すフッ素樹フィルムのラミネート金属板１を作成した。この熱圧着工程の金属板３及びフッ素樹脂フィルム２の移送速度は、１５ｍ／ｍｉｎであった。
尚、図１は、フッ素樹脂フィルム２と金属板３の積層状態を模式で示す図であり、相互のサイズは整合させていない。
この厚さ５０μｍのＥＴＦＥについては、第１火炎ノズル４による予熱時間は、１〜５秒間において変化させて実施を行ったが結果に問題なかった。また、その金属板の表面温度については、４０〜７０℃の範囲でそれぞれ実施したが、同様に結果に問題なかった。更に、第２火炎ノズル５による加熱は、２秒〜５秒間の範囲で実施したが結果に問題はなかった。また、その際の表面の加熱温度について、２５０〜４５０℃の範囲で行ったが結果に問題はなかった。
図示はないが、金属板としての０．３ｍｍ厚のＴＦＳ鋼板（７０９ｍｍＸ９１７ｍｍ）に予熱工程として９００〜１２００℃の直火を３秒間前記金属板に照射し、該金属板の表面温度を５０℃に予熱し、更に該金属板を予熱直後（約１秒後）に、１４００〜１６００℃の直火を３秒間照射し、該金属板の表面温度を３００℃に加熱し、フッ素樹脂フィルムとして、厚さ２５μｍのＥＴＦＥ（旭硝子製フルオンＥＴＦＥ：エチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体）を熱圧着し、フッ素樹脂ラミネート金属板を作成した。この熱圧着工程の金属板３及びフッ素樹脂フィルム２の移送速度は、１５ｍ／ｍｉｎであった。
この厚さ２５μｍのＥＴＦＥについては、第１火炎ノズルによる予熱時間は、１〜５秒間において変化させて実施を行ったが結果に問題なかった。また、その金属板の表面温度については、４０〜７０℃の範囲でそれぞれ実施したが、同様に結果に問題なかった。更に、第２火炎ノズル５による加熱は、２秒〜５秒間の範囲で実施し他が問題はなかった。また、その際の表面の加熱温度について、２５０〜４５０℃の範囲で行ったが結果に問題はなかった。
このようにして作成した実施例１及び実施例２のフッ素樹脂フィルムのラミネート金属板について、下記に示す各種性能試験を行った。実施例１及び実施例２に示した本発明のフッ素樹脂フィルムのラミネート金属板はいずれも高い密着性を有し、耐食性、耐汚染性、耐熱性、非粘着性、加工性等も優れていることがわかる。
（密着性）
ＪＩＳＫ５４００の塗料一般試験方法に基づき、試験片（実施例１及び実施例２のラミネート金属板）のフッ素樹脂フィルム面側に金属板に達する深さで基盤目（１ｍｍピッチで１０×１０）をカットした後、更にエリクセン８ｍｍ張り出しを行い沸騰水中に３時間浸漬し、テープ剥離試験により密着性を評価した。その評価は剥離数が０の場合◎、１〜５の場合を○、６〜１０の場合△、１１超の場合を×の記号を用いて現すようにして判定した。
（耐食性）
試験片（実施例１及び実施例２のラミネート金属板）のフッ素樹脂フィルム面側を外側にして直角に折り曲げ、折り曲げられた状態でＪＩＳ Ｚ２３７１に準拠して５％食塩水、温度３５℃で１０００時間の塩水噴霧試験を行い試験後の発錆の有無を確認し評価した。全く異常のない場合を◎、折り曲げ部の一部に錆を生じた場合を○、折り曲げ部の全域に錆を生じた場合を△、平板部に錆を生じた場合を×の記号を用いて現すようにして判定した。
（加工性）
試験片（実施例１及び実施例２のラミネート金属板）のフッ素樹脂フィルム面側を外側にして直角に折り曲げ、試験片が切れるまで繰り返し折り曲げ、フィルムの亀裂・剥離を確認した。その評価は全く異常がない場合を◎、亀裂・剥離が認められる場合を×の記号を用いて現すようにして判定した。
（耐熱性）
試験片（実施例１及び実施例２のラミネート金属板）を２００℃空気中で１５分間加熱し、これを２０回繰り返した後にフッ素樹脂フィルムの剥離、縮み、変色等の有無を確認し評価した。評価は全く異常のない場合を◎、いずれかの異常が認められた場合を×の記号を用いて現すようにして判定した
（耐汚染性及び非粘着性）
試験片（実施例１及び実施例２のラミネート金属板）のフッ素樹脂フィルム面側にヘアトニック、ヘアリッキド、黒色マジックインキ、コーヒー、紅茶、マヨネーズ、ケチャップ、醤油、ソース、わさび、からしのそれぞれを常温で１週間接着させた後にエタノールを湿らせたコットンで拭き取り、付着状態を調査し評価した。その評価は一度の拭き取りで完全に除去でき、試験片が全く汚染されていない場合を◎、汚染はされないが二度以上の拭き取り回数を要する場合を○、汚染される場合を×の記号を用いて現すようにと判定した。
上記の各種性能試験を行った結果を表１として纏め、次に示す。尚、上述した各種の表示記号については、結果として表１に全てが現れることにならなかった。
Figure 0003924593
本発明にかかるラミネート金属板の製造方法と該方法により製造されたラミネート金属板は、優れた密着性による十分な結合強度を持つことで、容器のライニングのほか、食品調理器具及び食品加工器具或いは電子レンジ内板、炊飯器の内釜、ガステーブルの天板のような加熱調理器具さらにはレンジフード用素材のような厨房用品用材料、医療器具及び道路の外装用パネル、建築物の屋根や外壁用パネルなどに用いられる屋外建材用等に適用でき、広範囲の応用が可能である。
本発明に係るラミネート金属板の模式縦断側面図。 本発明に係るラミネート金属板の製造方法を示す概略工程図。
符号の説明
１：ラミネート金属板
２：フッ素樹脂フィルム
３：金属板
４：第１火炎ノズル（金属板予熱用）
５：第２火炎ノズル（金属板高温加熱用）
６：ロール

Claims (3)

  1. 脱脂、洗浄、化成処理、プライマー処理等の前処理を施されていない０．１ｍｍ〜１．００ｍｍ厚の金属板の接合面を、１４００〜１６００℃の直火で火炎処理してプラスチックフィルムを直接圧着接合するラミネート金属板の製造方法であって、
    前記プラスチックフィルムとしてフッ素樹脂フィルムが使用され、
    前記火炎処理に先行して、前記金属板の接合面を、９００〜１２００℃の直火で１秒から５秒火炎処理してその接合面の表面温度が４０〜７０℃になるように予熱し、
    しかる後、後続する前記火炎処理によって、前記金属板の接合面の表面温度が２５０〜４５０℃になるように加熱する、ことを特徴とするラミネート金属板の製造方法。
  2. 前記フッ素樹脂フィルムがエチレン−テトラフルオロエチレン系共重合体からなる請求項１記載のラミネート金属板の製造方法。
  3. 請求項１又は請求項２のラミネート金属板の製造方法によって製造されたラミネート金属板。
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