JP4113797B2 - Surface-treated aluminum material and method for producing the same - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材の表面にその最外層として塗膜層を有する表面処理アルミニウム材及びその製造方法並びにこの表面処理アルミニウム材を用いて形成された鉄道車両用内装材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開2002-69,669号公報
【特許文献２】
特開2002-69,694号公報
【特許文献３】
特開2002-69,695号公報
【０００３】
アルミニウム材は、優れた耐食性や加工性を有することから、押出形材や板材等として鉄道車両内装、建物の窓や玄関建具等の建物の内外装、ビル外壁や内装等の各種建築部材、道路資材、各種キャビネット、冷凍車コンテナ内外装、冷凍ショーケース、各種家電製品、各種日用品等極めて多岐に亘って利用されている。
【０００４】
このようなアルミニウム材の押出形材や板材は、一般に、その表面に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜層を形成したり、更にその上にアクリル電着塗装を施して複合皮膜層を形成したり、また、表面に化成処理を施して化成皮膜層を形成し、その後に通常の塗装を施して塗膜層を形成した表面処理アルミニウム材として使用されている。
【０００５】
ところで、これら表面に陽極酸化皮膜層や塗膜層が形成されたアルミニウム材は、長期に亘って美観と優れた耐食性を発揮するが、アルミニウム材が他の金属に比べて柔らかく、このアルミニウム材を表面処理して形成された陽極酸化皮膜層や塗膜層、特に最外層を形成する塗膜層は、その塗膜硬度や耐衝撃性等の物性において不足する場合があり、そのため、摺動部や人の出入りの激しい部位では、アルミニウム材表面の塗膜層が傷付き易く、また、塗膜割れし易く、長期間に亘って美観を維持し続けるのが困難であるという問題があった。
【０００６】
また、仮に表面に塗膜硬度の高い塗膜層を有するアルミニウム材が得られたとしても、一般に塗膜層はその塗膜硬度が高くなるにつれて塗膜密着性や耐衝撃性が低下する傾向にあり、高い塗膜硬度と優れた塗膜密着性及び耐衝撃性とを同時に満足する塗膜層を得るのは極めて困難であり、これまでは用途等に応じてそのいずれか一方の性能をある程度犠牲にせざるを得ないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明者らは、これらアルミニウム材における特有の問題を解決するため、最外層として塗膜層を有する表面処理アルミニウム材について、そのアルミニウム材の表面を素地の硬度に応じた表面粗さＲzを有する粗面化表面としたり、また、アルミニウム材の表面を素地の硬度に応じた膜厚の陽極酸化皮膜層を形成したり、更には、アルミニウム材の表面の一部又は全部に表面粗さＲz３〜７０μmの粗面化表面を形成し、この粗面化表面を含むアルミニウム材の全面に素地の硬度に応じた膜厚の陽極酸化皮膜層を形成した表面処理アルミニウム材を提案した（特開2002-69,669号、特開2002-69,694号及び特開2002-69,695号の各公報）。
【０００８】
しかしながら、このような表面処理アルミニウム材においても、アルミニウム材の厚さが２．０mmより薄くなると、素地の硬度の高い鋼板材等の他の金属材とは異なり、耐衝撃試験においてこのアルミニウム材の変形量が大きくなり、最外層の塗膜層に割れや剥離が不可避的に発生するという問題点があった。
【０００９】
【発明が解決すべき課題】
そこで、本発明者等は、仮に厚さが２．０mm以下のアルミニウム材であっても、優れた加工性及び耐食性だけでなく、互いに相反する性能の塗膜硬度と塗膜密着性及び耐衝撃性において共に優れた性能を発揮する表面処理アルミニウム材について鋭意研究した結果、表面硬度が鉛筆硬度４Ｈ以上のアルミニウム材の表面に特定の塗料を塗装し、焼付乾燥して最外層の塗膜層とすることにより、この塗膜層の塗膜硬度が鉛筆硬度４Ｈ以上であって優れた塗膜密着性及び耐衝撃性を発揮することを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
従って、本発明の目的は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材の表面に、たとえこのアルミニウム材の厚さが２．０mm以下という薄いものであっても、最外層として、単に塗膜硬度が高いというだけでなく、優れた塗膜密着性及び耐衝撃性をも発揮する塗膜層を有し、これによって加工性、耐食性、塗膜硬度、塗膜密着性及び耐衝撃性において優れた性能を発揮する表面処理アルミニウム材を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、たとえアルミニウム材の厚さが２．０mm以下という薄いものであっても、このアルミニウム材の表面に高い塗膜硬度と優れた塗膜密着性及び耐衝撃性とを有する塗膜層を形成することができ、これによって加工性、耐食性、塗膜硬度、塗膜密着性及び耐衝撃性において優れた性能を発揮する表面処理アルミニウム材を製造することができる表面処理アルミニウム材の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム材の表面に最外層として塗膜層を有する表面処理アルミニウム材であり、上記アルミニウム材は、その厚さが２ mm 以下であって、その表面硬度が鉛筆硬度４Ｈ以上であり、上記塗膜層が、ガラス転移温度５０〜１５０℃、水酸基価１０〜１５０mgKOH/g、数平均分子量１，０００〜１５０，０００のアクリル樹脂を主成分として含有する有機塗料、又は、上記アクリル樹脂とオルガノポリシロキサンとを反応させて得られたシリコーンアクリル系樹脂を主成分として含有する有機無機複合塗料を塗布し、焼付乾燥して得られ、その表面硬度が鉛筆硬度４Ｈ以上である、表面処理アルミニウム材を提供することにある。
【００１３】
また、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、厚さ２ mm 以下であって鉛筆硬度４Ｈ以上のアルミニウム材の表面に、焼付乾燥により高硬度（鉛筆硬度で４Ｈ以上）塗膜を形成する塗料を塗布し、次いで焼付乾燥して塗膜層を形成せしめる、表面処理アルミニウム材の製造方法である。
更に、本発明は、上記表面処理アルミニウム材で形成された鉄道車両用内装材である。
【００１４】
本発明において、アルミニウム材としては、アルミニウム又はアルミニウム合金の押出形材や、圧延加工された厚肉又は薄肉の板材、鍛造材、鋳物材、ダイカスト材、又はこれらの材料に適宜プレス、曲げ、穴あけ、絞り、溶接、接着等の加工を施して得られた加工材等が使用される。さらに具体的には、鉄道車両内装材で使われる壁材、床材、天井材、パネル材、仕切り板、窓枠等や電子機器等で使用される筐体、パネル、ディスプレー、カバー等が使用される。また、上記アルミニウム材の表面は、平坦面に限らず、湾曲面又は球状面も含まれ、かつ適宜のコーナー線を介して連続する複数の平坦面及び／又は湾曲（球状）面の組合せも含まれる。更に、加工されたアルミニウム材については、その表となる面が片面である場合と両面である場合とがあり、従って、アルミニウム材の表面については片面の場合と両面の場合とが含まれる。
【００１５】
そして、本発明の表面処理アルミニウム材の素地を構成するアルミニウム材についても、必ずしも１種のアルミニウム材である必要はなく、表面処理アルミニウム材の用途等に応じて、例えばプレス成形した板材と形材とを組み合わせて作られた窓枠の化粧カバー等のように、２種以上の複数のアルミニウム材を組み合わせて構成されたものでもよい。
【００１６】
本発明の表面処理アルミニウム材において、使用するアルミニウム材については、その表面硬度（JIS K5400-1990）が鉛筆硬度４Ｈ以上、好ましくは６Ｈ以上であれば、無処理のアルミニウム材であっても、また、表面に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成せしめたものであっても、更に、表面の一部又は全部に粗面化処理を施したものでも、更にまた、この表面の一部又は全部に粗面化処理を施した後に表面全面に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成せしめたものであってもよい。
【００１７】
アルミニウム材が陽極酸化皮膜を有するものである場合、その膜厚については０．１μm以上１５μm以下、好ましくは1μm以上１２μm以下であるのがよく、この陽極酸化皮膜の膜厚が０．１μm未満であると、陽極酸化処理の際に膜厚コントロールが難しく、また、１５μmを超えると経済的でない。
【００１８】
また、アルミニウム材が粗面化処理により形成された粗面化表面を有する場合、表面粗さ（JIS B0601-1994;十点平均粗さ）Ｒｚについては３μm以上７０μm以下、好ましくは５μm以上５０μm以下であるのがよく、この表面粗さＲzが３μm未満であると、アルミニウム材の表面硬度が鉛筆硬度４Ｈに達しない場合があり、また、７０μmを超えるとアルミニウム材の表面の外観が悪くなる場合がある。
【００１９】
更に、アルミニウム材が粗面化処理後に陽極酸化処理される場合においても、粗面化処理時の表面粗さＲzについては３μm以上７０μm以下、好ましくは５μm以上５０μm以下であり、また、陽極酸化皮膜の膜厚については０．１μm以上１５μm以下、好ましくは1μm以上１２μm以下であるのがよい。
【００２０】
本発明において、使用するアルミニウム材の厚さについては、特に制限されるものではないが、本発明の表面処理アルミニウム材は厚さが２．０mm以下、好ましくは０．３mm以上２．０mm以下である場合に顕著な作用効果を奏するものである。
【００２１】
また、本発明で使用するアルミニウム材については、その表面に塗膜層を形成せしめる前に、あるいは、その表面に粗面化処理や陽極酸化処理を施す前に、必要により脱脂処理や化成処理等の前処理をしてもよく、この際の脱脂処理としては、例えば、市販の脱脂剤や、酸やアルカリで処理することができ、また、化成処理としては、例えばアルカリ-クロメート系、クロメート系、燐酸−クロメート系、ノンクロム系、塗布型等の処理剤等を用いて行うことができる。
【００２２】
上記粗面化処理の具体的な方法としては、例えば、アルミナ等のセラミックス、砂、金属、プラスチック、ガラス、植物種子等の粒子を用いるブラスト処理、例えば酸やアルカリ等のエッチング液を用いるエッチング処理、例えば少なくとも一方のロール表面が粗面化された一対の圧延ロールを用いてこの粗面化表面を基材表面に転写させるエンボスロール圧延処理等の種々の方法を挙げることができる。
【００２３】
また、陽極酸化処理としては、酸性浴の建浴に硫酸、シュウ酸、クロム酸、ホウ酸等を用いる公知の方法が適用可能であり、また、低温で高い電解電圧を付与して皮膜の溶解を抑えた硬質アルマイト処理も適用することができる。
【００２４】
更に、上記陽極酸化皮膜については、この皮膜が、厚さ方向に沿って細径の通電孔が多数内包された多孔性であるため、陽極酸化皮膜が形成された後直ちに、公知の方法で封孔処理を行って通電孔を封孔してもよい。また、上記陽極酸化皮膜はその表面に着色が施されたものであってもよく、この着色が施された陽極酸化皮膜としては、例えば陽極酸化皮膜が電解着色された電解着色陽極酸化皮膜等が挙げられる。
【００２５】
本発明において、上記アルミニウム材の表面には塗料が塗布され、次いで焼付乾燥して最外層を構成する塗膜層が形成される。
この塗膜層を形成する塗料については、ガラス転移温度５０〜１５０℃、水酸基価１０〜１５０mgKOH/g、数平均分子量１，０００〜１５０，０００のアクリル樹脂を主成分として含有する有機塗料、又は、上記アクリル樹脂とオルガノポリシロキサンとを反応させて得られたシリコーンアクリル系樹脂を主成分として含有する有機無機複合塗料が適用可能であり、最外装の塗膜硬度が鉛筆硬度４Ｈ以上の塗膜層を得られるものであることが必要である。
【００２６】
有機塗料としては、ガラス転移温度５０〜１５０℃、水酸基価１０〜１５０mgKOH/g、数平均分子量１，０００〜１５０，０００のアクリル樹脂を主成分として含有する。
上記アクリル樹脂としては、α、β−不飽和若しくはそのエステル等のモノマーを重合反応して得られる。
このα、β−不飽和酸又はそのエステルとしては、アクリル酸、メタクリル酸、及びそれらのメチルエステル、エチルエステル、ブチルエステル、ステアリルエステル、２−エチルへキシルエステル、２−ヒドロキシエチルエステル、３−ヒドロキシプロピルエステル等を挙げることができる。
【００２７】
また、上記α、β−不飽和酸又はそのエステルと共重合させることのできるコモノマーとしては、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、スチレン、α−メチルスチレン、酢酸ビニル、プロピオンサンビニル等を挙げることができる。
なお、上記のアクリル酸又はアクリル酸エステル系重合体が共重合体である場合には、全共重合体中に占めるアクリル酸、メタクリル酸又はそのエステルの割合は、通常は、１０〜７５モル%、好ましくは２５〜６０モル%である。
【００２８】
上記アクリル樹脂は、ガラス転移温度５０℃以上１５０℃以下、好ましくは、７０℃以上１２０℃以下である。ガラス転移温度が５０℃以下では、鉛筆硬度が低下し、逆にガラス転移温度が１５０℃を超えると加工性に於いて塗膜にクラックが発生する等の不具合が生じるため好ましくない。
また、このアクリル樹脂の水酸基価は１０mgKOH/g以上１５０mgKOH/g以下、好ましくは３０mgKOH/g以上１００mgKOH/g以下である。
更に、このアクリル樹脂の数平均分子量としては、１，０００以上１５０，０００以下、好ましくは５，０００以上１００，０００以下である。
【００２９】
本発明に使用される最外層の塗膜層としては、上記説明した有機塗料又は、上記説明したアクリル樹脂とオルガノポリシロキサンとを反応させて得られたシリコーンアクリル系樹脂を主成分として含有する有機無機複合塗料が挙げられる。
このオルガノポリシロキサンとしては、ＯＨ官能基を有する線状重合体が好ましく、例えば、下記の化学式で表される化合物を挙げることができる。
ＨＯ−Ｓｉ(Ｒ）2−Ｏ−[Ｓｉ(Ｒ）2−Ｏ］n−Ｓｉ(Ｒ）2−ＯＨ
（但し、式中、Ｒはメチル基であるか、水素元素とメチル基との混合物であるか、又はそれらのメチル基の一部がエチル基、ビニル基又はフェニル基で置換されているものであり、ｎは１０〜５，０００の整数である。）
上記の化学式において、Ｒの５０〜１００モル%がメチル基で、０〜５０モル%が水素原子であるオルガノポリシロキサンが好ましく、そのメチル基の８０モル%までがエチル基、ビニル基又はフェニル基で置換されていてもよい。
【００３０】
シリコーンアクリル系樹脂としては、上記アクリル樹脂と上記オルガノポリシロキサンとを反応させることにより調整したブロック重合体又はグラフト重合体が好ましい。
本発明の最外層としての塗料組成物は、そのままで、あるいは必要に応じ、着色顔料、フィラー、溶剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、流動調整剤等の添加剤を配合することができる。
【００３１】
この最外層を構成する塗膜層の膜厚については、通常５μm以上８０μm以下、好ましくは５μm以上６０μm以下であるのがよく、この塗膜層の膜厚が５μm未満であると４Ｈ以上の塗膜硬度が得られず、また、塗膜層の厚さが８０μmを超えると耐衝撃性が低下する。
【００３２】
上記アルミニウム材の表面に最外層を構成する塗膜層を設けるための塗装方法については、特に制限はなく、例えばスプレー塗装や刷毛塗り塗装等の公知の方法によって行うことができる。
【００３３】
また、本発明においては、上記アルミニウム材とその表面に形成される塗膜層との間に下塗り塗膜層を設けてもよく、この下塗り塗膜層を形成するための下塗り塗料としては、例えば、エポキシ樹脂系塗料、ポリエステル樹脂系塗料又はウレタン樹脂系塗料等の一般に公知の塗料を例示することができる。
【００３４】
そして、この下塗り塗料の塗装方法については、上記のスプレー塗装や刷毛塗り塗装等の他に、例えば電着塗装、プレコート塗装等の公知の方法によって行うことができる。
また。最外層を構成する塗膜層をこの下塗り塗膜層の上に設ける場合には、アルミニウム材の表面に下塗り塗料を塗布した後、ウエット状態のまま、又は、常温乾燥の後、若しくは焼き付け乾燥の後、最外層の塗膜層を形成する塗料を塗布し、焼付乾燥する。
なお、本発明において、最外層の塗膜層は、単一層構造であってもよいが、二層以上の多層構造であってもよい。
【００３５】
本発明の表面処理アルミニウム材は、そのアルミニウム材の厚さが２．０mm以下であっても、その最外層を形成する塗膜層は、少なくともその塗膜硬度が鉛筆硬度４Ｈ以上の値を示すと同時に、優れた塗膜密着性及び耐衝撃性を発揮する。
【００３６】
そして、この表面処理アルミニウム材は、軽量化と耐衝撃性とが要求される多くの用途、例えば鉄道車両内装、建物の窓や玄関建具等の建物の内外装、ビル外壁や内装等の各種建築部材、道路資材、各種キャビネット、冷凍車コンテナ内外装、冷凍ショーケース、各種家電製品、各種日用品等に用いられるものであるが、特に鉄道車両用内装材としての用途に好適に用いることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。
【００３８】
実施例１〜１８及び比較例１〜１１
表1に示す各種のJISアルミニウム合金からなり、２００mm×３００mmの大きさのアルミニウム片を用意し、また、塗料成分としてアクリル樹脂（三菱レイヨン社製商品名：ダイヤナールAR5708；ガラス転移温度Tg：55℃；数平均分子量Mn：29,000；水酸基価：80；酸価：5.2；加熱算分(NV)：53%）、メラミン樹脂（三井東圧化学社製商品名：ユーバン20SE60）、酸化チタン、メタリック顔料（東洋アルミニウム社製商品名：アルペースト7620NS；加熱算分(NV)：70%）、１液型有機無機複合コーティング剤（常盤電機社製商品名：FJ801Z；成分：ポリイソシアネート、コロイダルシリカ、キシロール；固形分：35wt%；外観：透明液状）、試作アクリル系樹脂（試作ワニスHTG-318；ガラス転移温度Tg：153℃；数平均分子量Mn：25,000；水酸基価：2以下）、及びキシレンを用い、最外層となる塗膜層を形成するための表１に示す塗料Ａ〜Ｇとして、下記の組成のものを用いた。
【００３９】
〔塗料Ａ〕
アクリル樹脂（ダイヤナールAR5708） ５０重量部
メラミン樹脂（ユーバン20SE60） ５重量部
酸化チタン ２０重量部
キシレン ２５重量部
【００４０】
〔塗料Ｂ〕
アクリル樹脂（ダイヤナールAR5708） ８０重量部
メラミン樹脂（ユーバン20SE60） ８重量部
キシレン １２重量部
【００４１】
〔塗料Ｃ〕
アクリル樹脂（ダイヤナールAR5708） ７０重量部
メラミン樹脂（ユーバン20SE60） ７重量部
メタリック顔料（アルペースト7620NS） １０重量部
キシレン １３重量部
【００４２】
〔塗料Ｄ〕
有機無機複合コーティング剤（FJ801Z） ７０重量部
酸化チタン ２０重量部
キシレン １０重量部
【００４３】
〔塗料Ｅ〕
有機無機複合コーティング剤（FJ801Z） ９０重量部
キシレン １０重量部
【００４４】
〔塗料Ｆ〕
試作アクリル系樹脂（試作ワニスHTG-318） ５０重量部
メラミン樹脂（ユーバン20SE60） ５重量部
酸化チタン ２０重量部
キシレン ２５重量部
【００４５】
〔塗料Ｇ〕
試作アクリル系樹脂（試作ワニスHTG-318） ８０重量部
メラミン樹脂（ユーバン20SE60） ８重量部
キシレン １２重量部
【００４６】
各実施例1〜１８及び比較例１〜１１において、以下の処理を施した。
〔実施例１、２、１３、１５及び比較例１、５、６、９〕
2%-脱脂液（日本ペイント社製商品名：サーフクリーナー155）に１分間浸漬した後、水洗し、乾燥した。
【００４７】
〔実施例３〜５、７、１２、１６及び比較例３、１０〕
硫酸濃度１６０g/Lの電解液を用い、温度２３℃及び電流密度１．５A/dm2の条件で電解する陽極酸化処理を施し、表１に示す膜厚の陽極酸化皮膜を設けた。
【００４８】
〔実施例６、１０、１７及び比較例１１〕
先ず、平均粒径５０〜８００μmのアルミナ粒子を用い、ショットブラスト処理を施し、各アルミニウム片の表面に表１に示す表面粗さ（Ｒz）を持つ粗面化表面を設け、次いで、上記の2%-脱脂液に１分間浸漬した後、水洗し、乾燥した。
【００４９】
〔実施例８、９、１１、１４、１８及び比較例２、４、７、８〕
先ず、各アルミニウム片の表面に対し、上記と同様のショットブラスト処理を施し、表１に示す表面粗さ（Ｒz）を持つ粗面化表面を設け、次いで、上記と同様の陽極酸化処理を施し、表１に示す膜厚の陽極酸化皮膜を設けた。
【００５０】
以上のようにして調製されたアルミニウム片の表面に、塗料を塗布し、次いで１８０℃、２０分の条件で焼付乾燥を行うことにより、塗膜硬度が鉛筆硬度で４Ｈ以上である塗膜層を形成させた表面処理アルミニウム材を得た。
【００５１】
〔塗装方法〕
上記実施例２、４〜８、１０、１２、１３、１５、１６及び１７並びに比較例1では、先ず、上記アルミニウム片に、エポキシ系プライマーをスプレー塗装により膜厚５μmとなるように塗装し、１８０℃、１０分の条件で焼付処理を行い、次いで、その上にスプレー塗装により表１に示す塗料を塗布し、１８０℃、２０分の条件で焼付乾燥を行い、最外層として表１に示す膜厚の塗膜層を有する試験片を調製した。
【００５２】
また、実施例１、３、９、１１、１４及び１８並びに比較例２では、上記アルミニウム片に、表1に示す塗料をスプレー塗装により塗布し、１８０℃２０分の条件で焼付乾燥を行ない、最外層として表１に示す膜厚の塗膜層を有する試験片を調製した。
【００５３】
更に、比較例３〜７では、上記アルミニウム片に表1に示すセラミック系の有機・無機複合塗料をスプレー塗装により塗布し、１９０℃、３０分の条件で焼付乾燥を行ない、最外層として表１に示す膜厚の塗膜層を有する試験片を調製した。
また、比較例８〜１１では、上記アルミニウム片に表1に示すアクリル系塗料をスプレー塗装により塗布し、１８０℃、３０分の条件で焼付乾燥を行ない、最外層として表１に示す膜厚の塗膜層を有する試験片を調製した。
【００５４】
以上の実施例１〜１８及び比較例１〜１１の各試験片について、表面の塗膜層の塗膜硬度を鉛筆引っかき値（JIS K5400-1990に準拠）により測定すると共に、塗膜の耐衝撃性をデュポン衝撃試験法（JIS K5400-1990に準拠）により測定した。この際の衝撃荷重は５００g（撃ち型及び受け台半径６．３５±０．０３mm）であり、落下高さは５０cmである。耐衝撃性の判定基準は、衝撃による変形で、○：割れ・剥がれを認めない、×：割れ・剥がれが生じた、の２段階で評価した。
【００５５】
更に、上記の結果から表面処理アルミニウム材の総合評価を行い、塗膜硬度が４Ｈ以上であって、かつ、耐衝撃性が○と評価されたものを○：良好と評価し、１項目でも上記の基準を満たさないものを×：不良と判定した。結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
【発明の効果】
本発明の表面処理アルミニウム材は、仮にそのアルミニウム材の厚さが２．０mm以下であっても、優れた加工性及び耐食性だけでなく、互いに相反する性能の塗膜硬度と塗膜密着性及び耐衝撃性において共に優れた性能を発揮するものであり、軽量化と耐衝撃性とが要求される多くの用途、特に鉄道車両用内装材の用途に好適に使用できる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a surface-treated aluminum material having a coating layer as an outermost layer on the surface of an aluminum material made of aluminum or an aluminum alloy, a manufacturing method thereof, and an interior material for a railway vehicle formed using the surface-treated aluminum material. .
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP 2002-69,669 A [Patent Document 2]
JP 2002-69,694 A [Patent Document 3]
JP 2002-69,695 A [0003]
Aluminum material has excellent corrosion resistance and workability, so it can be used as an extruded shape and plate material for railway vehicle interiors, building interiors and exteriors such as building windows and entrance fittings, various building components such as building exterior walls and interiors, and roads. It is used in a wide variety of materials, various cabinets, interior and exterior of refrigerated car containers, refrigerated showcases, various household appliances, and various daily necessities.
[0004]
In general, such aluminum extruded shapes and plates are anodized on the surface to form an anodized film layer, and further an acrylic electrodeposition coating is formed thereon to form a composite film layer. In addition, it is used as a surface-treated aluminum material in which a chemical conversion treatment is applied to the surface to form a chemical conversion coating layer, and then a normal coating is applied to form a coating layer.
[0005]
By the way, the aluminum material having an anodized film layer and a coating layer formed on these surfaces exhibits aesthetics and excellent corrosion resistance for a long time, but the aluminum material is softer than other metals, and this aluminum material The anodized film layer and coating layer formed by surface treatment, especially the coating layer forming the outermost layer, may be insufficient in physical properties such as coating film hardness and impact resistance. In a region where people come and go, the coating layer on the surface of the aluminum material is easily damaged, the coating layer is easily cracked, and it is difficult to keep the aesthetic appearance for a long time.
[0006]
Moreover, even if an aluminum material having a coating film layer with a high coating film hardness on the surface is obtained, generally the coating film layer tends to decrease in coating film adhesion and impact resistance as the coating film hardness increases. It is extremely difficult to obtain a coating layer that satisfies both high coating hardness and excellent adhesion and impact resistance at the same time. There was a problem that it had to be sacrificed.
[0007]
Therefore, in order to solve the problems peculiar to these aluminum materials, the present inventors made surface roughness Rz corresponding to the hardness of the base material of the surface-treated aluminum material having a coating layer as the outermost layer. The surface of the aluminum material is formed with an anodized film layer having a film thickness corresponding to the hardness of the substrate, and the surface roughness is applied to a part or all of the surface of the aluminum material. A surface-treated aluminum material was proposed in which a roughened surface having an Rz of 3 to 70 μm was formed, and an anodized film layer having a film thickness corresponding to the hardness of the substrate was formed on the entire surface of the aluminum material including the roughened surface (Japanese Patent Application Laid-Open (JP-A)) 2002-69,669, JP 2002-69,694 and JP 2002-69,695).
[0008]
However, even in such a surface-treated aluminum material, when the thickness of the aluminum material is less than 2.0 mm, unlike other metal materials such as a steel plate material having a high base hardness, There was a problem that the amount of deformation was increased, and cracking and peeling occurred unavoidably in the outermost coating layer.
[0009]
[Problems to be Solved by the Invention]
Therefore, the present inventors have not only excellent workability and corrosion resistance, but also coating film hardness, coating film adhesion, and impact resistance, which are mutually contradictory, even if the aluminum material has a thickness of 2.0 mm or less. As a result of earnest research on the surface-treated aluminum material that exhibits excellent performance in both properties, a specific paint is applied to the surface of the aluminum material having a pencil hardness of 4H or more and baked and dried to form an outermost coating layer. As a result, it was found that the coating film layer had a coating film hardness of 4H or higher and exhibited excellent coating film adhesion and impact resistance, thereby completing the present invention.
[0010]
Therefore, the object of the present invention is that the surface of an aluminum material made of aluminum or an aluminum alloy has a high coating film hardness as the outermost layer even if the aluminum material is as thin as 2.0 mm or less. Not only that, it has a coating layer that also exhibits excellent coating adhesion and impact resistance, which makes it excellent in workability, corrosion resistance, coating hardness, coating adhesion and impact resistance. The object is to provide a surface-treated aluminum material to be exhibited.
[0011]
Another object of the present invention is that even if the thickness of the aluminum material is as thin as 2.0 mm or less, the surface of the aluminum material has high coating film hardness and excellent coating film adhesion and impact resistance. The surface on which a surface-treated aluminum material that exhibits excellent performance in workability, corrosion resistance, coating film hardness, coating film adhesion and impact resistance can be produced. It is providing the manufacturing method of a process aluminum material.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention is a surface-treated aluminum material having a coating layer as an outermost layer on the surface of the aluminum or aluminum material made of aluminum alloy, the aluminum material has a thickness is not more less than 2 mm, As a The surface hardness is pencil hardness 4H or more , and the coating layer contains an acrylic resin having a glass transition temperature of 50 to 150 ° C., a hydroxyl value of 10 to 150 mgKOH / g, and a number average molecular weight of 1,000 to 150,000 as a main component. Or an organic-inorganic composite paint containing as a main component a silicone acrylic resin obtained by reacting the acrylic resin with organopolysiloxane, and obtained by baking and drying. The object is to provide a surface-treated aluminum material having a pencil hardness of 4H or more.
[0013]
In addition, the present invention is a paint which is made of aluminum or an aluminum alloy and forms a high hardness (pencil hardness of 4H or more) coating film by baking and drying on the surface of an aluminum material having a thickness of 2 mm or less and a pencil hardness of 4H or more. And then baking and drying to form a coating layer.
Furthermore, the present invention is an interior material for a railway vehicle formed of the surface-treated aluminum material.
[0014]
In the present invention, as the aluminum material, an extruded shape of aluminum or aluminum alloy, a rolled or thick plate material, a forged material, a cast material, a die-cast material, or these materials are appropriately pressed, bent, or punched. Work materials obtained by processing such as drawing, welding, and bonding are used. More specifically, wall materials, floor materials, ceiling materials, panel materials, partition plates, window frames, etc. used in railway vehicle interior materials, casings, panels, displays, covers, etc. used in electronic devices are used. Is done. Further, the surface of the aluminum material is not limited to a flat surface, but also includes a curved surface or a spherical surface, and also includes a combination of a plurality of flat surfaces and / or curved (spherical) surfaces that are continuous through appropriate corner lines. It is. Further, the processed aluminum material has a case where the front surface is single-sided and a case where both surfaces are double-sided, and therefore the surface of the aluminum material includes both cases where the surface is single-sided and cases where the surface is double-sided.
[0015]
The aluminum material constituting the substrate of the surface-treated aluminum material of the present invention is not necessarily one type of aluminum material. For example, a press-formed plate material and a shape material depending on the use of the surface-treated aluminum material. And a combination of a plurality of two or more aluminum materials, such as a decorative cover for a window frame made by combining the two.
[0016]
In the surface-treated aluminum material of the present invention, the aluminum material to be used may be an untreated aluminum material if the surface hardness (JIS K5400-1990) has a pencil hardness of 4H or more, preferably 6H or more. Even if the surface is anodized to form an anodized film, further, a part or all of the surface is roughened, and further, a part of this surface or The whole surface may be subjected to an anodizing treatment after the entire surface is roughened to form an anodized film.
[0017]
When the aluminum material has an anodized film, the film thickness is 0.1 μm or more and 15 μm or less, preferably 1 μm or more and 12 μm or less. The film thickness of this anodized film is less than 0.1 μm. If it exists, it is difficult to control the film thickness during the anodizing treatment, and if it exceeds 15 μm, it is not economical.
[0018]
When the aluminum material has a roughened surface formed by roughening treatment, the surface roughness (JIS B0601-1994; 10-point average roughness) Rz is 3 μm or more and 70 μm or less, preferably 5 μm or more and 50 μm or less. If the surface roughness Rz is less than 3 μm, the surface hardness of the aluminum material may not reach the pencil hardness of 4H, and if it exceeds 70 μm, the appearance of the surface of the aluminum material may be deteriorated. There is.
[0019]
Further, even when the aluminum material is anodized after the surface roughening treatment, the surface roughness Rz at the time of the surface roughening treatment is 3 μm or more and 70 μm or less, preferably 5 μm or more and 50 μm or less. The film thickness is from 0.1 μm to 15 μm, preferably from 1 μm to 12 μm.
[0020]
In the present invention, the thickness of the aluminum material to be used is not particularly limited, but the surface-treated aluminum material of the present invention has a thickness of 2.0 mm or less, preferably 0.3 mm or more and 2.0 mm or less. In some cases, there are significant effects.
[0021]
In addition, for the aluminum material used in the present invention, before forming a coating layer on the surface, or before subjecting the surface to roughening treatment or anodizing treatment, if necessary, degreasing treatment, chemical conversion treatment, etc. In this case, as a degreasing treatment, for example, a commercially available degreasing agent, an acid or an alkali can be used, and as a chemical conversion treatment, for example, an alkali-chromate type or a chromate type can be used. , Phosphoric acid-chromate-based, non-chromium-based, coating-type treatment agents, and the like.
[0022]
As a specific method of the roughening treatment, for example, blasting using particles such as ceramics such as alumina, sand, metal, plastic, glass, plant seeds, for example, etching using an etching solution such as acid or alkali For example, various methods such as an embossing roll rolling process in which a roughened surface is transferred to a substrate surface using a pair of rolling rolls having at least one roll surface roughened can be exemplified.
[0023]
In addition, as the anodizing treatment, a known method using sulfuric acid, oxalic acid, chromic acid, boric acid or the like can be applied to the building bath of the acidic bath, and a high electrolytic voltage is applied at a low temperature to dissolve the film. Hard alumite treatment with suppressed can also be applied.
[0024]
Further, the anodic oxide film is porous with a large number of small-diameter energizing holes included in the thickness direction, and therefore, immediately after the anodic oxide film is formed, it is sealed by a known method. The current-carrying hole may be sealed by performing a hole treatment. The anodized film may have a colored surface. Examples of the anodized film that has been colored include an electrolytically colored anodized film in which the anodized film is electrolytically colored. Can be mentioned.
[0025]
In the present invention, a coating material is applied to the surface of the aluminum material, and then baked and dried to form a coating layer constituting the outermost layer.
About the coating material which forms this coating-film layer, the organic coating material which contains acrylic resin of glass transition temperature 50-150 degreeC, hydroxyl value 10-150 mgKOH / g, number average molecular weight 1,000-150,000 as a main component, or An organic-inorganic composite coating containing, as a main component, a silicone acrylic resin obtained by reacting the acrylic resin with organopolysiloxane can be applied, and the outermost coating film hardness is a pencil hardness of 4H or more. It is necessary to be able to obtain a layer.
[0026]
The organic paint contains an acrylic resin having a glass transition temperature of 50 to 150 ° C., a hydroxyl value of 10 to 150 mg KOH / g, and a number average molecular weight of 1,000 to 150,000 as a main component.
The acrylic resin can be obtained by polymerization reaction of monomers such as α, β-unsaturated or ester thereof.
Examples of the α, β-unsaturated acid or ester thereof include acrylic acid, methacrylic acid, and methyl ester, ethyl ester, butyl ester, stearyl ester, 2-ethylhexyl ester, 2-hydroxyethyl ester, 3- A hydroxypropyl ester etc. can be mentioned.
[0027]
Examples of the comonomer that can be copolymerized with the α, β-unsaturated acid or ester thereof include maleic acid, itaconic acid, fumaric acid, styrene, α-methylstyrene, vinyl acetate, propionsan vinyl, and the like. Can do.
In addition, when the above acrylic acid or acrylic ester polymer is a copolymer, the ratio of acrylic acid, methacrylic acid or its ester in the entire copolymer is usually 10 to 75 mol%. , Preferably 25 to 60 mol%.
[0028]
The acrylic resin has a glass transition temperature of 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, preferably 70 ° C. or higher and 120 ° C. or lower. If the glass transition temperature is 50 ° C. or lower, the pencil hardness is lowered. Conversely, if the glass transition temperature exceeds 150 ° C., defects such as cracking in the coating film occur in processability.
The hydroxyl value of the acrylic resin is 10 mgKOH / g or more and 150 mgKOH / g or less, preferably 30 mgKOH / g or more and 100 mgKOH / g or less.
Furthermore, the acrylic resin has a number average molecular weight of 1,000 to 150,000, preferably 5,000 to 100,000.
[0029]
As the outermost coating layer used in the present invention, an organic paint mainly containing a silicone acrylic resin obtained by reacting the above-described organic paint or the above-described acrylic resin and organopolysiloxane. An inorganic composite paint is mentioned.
As this organopolysiloxane, a linear polymer having an OH functional group is preferable, and examples thereof include compounds represented by the following chemical formula.
HO-Si (R) 2- O- [Si (R) 2- O] n -Si (R) 2- OH
(In the formula, R is a methyl group, a mixture of a hydrogen element and a methyl group, or a part of the methyl group is substituted with an ethyl group, a vinyl group or a phenyl group. And n is an integer of 10 to 5,000.)
In the above chemical formula, an organopolysiloxane in which 50 to 100 mol% of R is a methyl group and 0 to 50 mol% is a hydrogen atom is preferred, and up to 80 mol% of the methyl group is an ethyl group, vinyl group or phenyl group. May be substituted.
[0030]
As the silicone acrylic resin, a block polymer or a graft polymer prepared by reacting the acrylic resin with the organopolysiloxane is preferable.
The coating composition as the outermost layer of the present invention can be blended with additives such as a color pigment, a filler, a solvent, an ultraviolet absorber, an antioxidant, and a flow regulator as it is or as necessary.
[0031]
The film thickness of the coating layer constituting this outermost layer is usually 5 μm or more and 80 μm or less, preferably 5 μm or more and 60 μm or less. If the film thickness of this coating film layer is less than 5 μm, the coating layer is 4H or more. When the film hardness cannot be obtained and the thickness of the coating layer exceeds 80 μm, the impact resistance is lowered.
[0032]
There is no restriction | limiting in particular about the coating method for providing the coating-film layer which comprises the outermost layer on the surface of the said aluminum material, For example, it can carry out by well-known methods, such as spray coating and brush coating coating.
[0033]
Further, in the present invention, an undercoat coating layer may be provided between the aluminum material and the coating layer formed on the surface thereof. As an undercoat for forming the undercoat coating layer, for example, Generally known paints such as epoxy resin paints, polyester resin paints and urethane resin paints can be exemplified.
[0034]
And about the coating method of this undercoat, it can carry out by well-known methods, such as electrodeposition coating and a precoat coating, other than said spray coating, brush coating, etc., for example.
Also. When the coating layer constituting the outermost layer is provided on this primer coating layer, after the primer coating is applied to the surface of the aluminum material, it remains wet, or after drying at room temperature, or after baking and drying. Thereafter, a coating material for forming the outermost coating layer is applied and baked and dried.
In the present invention, the outermost coating layer may have a single layer structure or a multilayer structure of two or more layers.
[0035]
In the surface-treated aluminum material of the present invention, even when the thickness of the aluminum material is 2.0 mm or less, the coating film layer forming the outermost layer has a coating hardness of at least a pencil hardness of 4H or more. At the same time, it exhibits excellent coating adhesion and impact resistance.
[0036]
This surface-treated aluminum material is used in many applications that require weight reduction and impact resistance, such as railway vehicle interiors, building interiors and exteriors such as building windows and entrance fittings, and various architectures such as building exterior walls and interiors. It is used for members, road materials, various cabinets, interiors and exteriors of refrigerated car containers, refrigerated showcases, various household appliances, various daily necessities, etc., and can be suitably used particularly as an interior material for railway vehicles.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail based on examples and comparative examples.
[0038]
Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 11
Made of various JIS aluminum alloys shown in Table 1, aluminum pieces with a size of 200 mm x 300 mm are prepared, and acrylic resin (trade name: Dianar AR5708 manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd .; glass transition temperature Tg: 55) Number average molecular weight Mn: 29,000; hydroxyl value: 80; acid value: 5.2; heating fraction (NV): 53%), melamine resin (trade name: Uban 20SE60 manufactured by Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd.), titanium oxide, metallic Pigment (trade name: Alpaste 7620NS, manufactured by Toyo Aluminum Co., Ltd .; heating fraction (NV): 70%), one-pack type organic / inorganic composite coating agent (trade name: FJ801Z, manufactured by Tokiwa Electric Co., Ltd.) Xylol; Solid content: 35 wt%; Appearance: Transparent liquid; Prototype acrylic resin (Prototype varnish HTG-318; Glass transition temperature Tg: 153 ° C; Number average molecular weight Mn: 25,000; Hydroxyl value: 2 or less), and xylene Use As the coating materials A to G shown in Table 1 for forming a coating layer serving as the outermost layer, those having the following compositions were used.
[0039]
[Paint A]
Acrylic resin (Dianar AR5708) 50 parts by weight Melamine resin (Uban 20SE60) 5 parts by weight Titanium oxide 20 parts by weight Xylene 25 parts by weight
[Paint B]
Acrylic resin (Dianar AR5708) 80 parts by weight Melamine resin (Uban 20SE60) 8 parts by weight Xylene 12 parts by weight
[Paint C]
Acrylic resin (Dianar AR5708) 70 parts by weight Melamine resin (Uban 20SE60) 7 parts by weight Metallic pigment (Alpaste 7620NS) 10 parts by weight Xylene 13 parts by weight
[Paint D]
Organic inorganic composite coating agent (FJ801Z) 70 parts by weight Titanium oxide 20 parts by weight Xylene 10 parts by weight
[Paint E]
Organic inorganic composite coating agent (FJ801Z) 90 parts by weight xylene 10 parts by weight
[Paint F]
Prototype acrylic resin (prototype varnish HTG-318) 50 parts by weight Melamine resin (Uban 20SE60) 5 parts by weight Titanium oxide 20 parts by weight Xylene 25 parts by weight
[Paint G]
Prototype acrylic resin (prototype varnish HTG-318) 80 parts by weight Melamine resin (Uban 20SE60) 8 parts by weight Xylene 12 parts by weight
In each of Examples 1 to 18 and Comparative Examples 1 to 11, the following treatment was performed.
[Examples 1, 2, 13, 15 and Comparative Examples 1, 5, 6, 9]
The sample was immersed in a 2% -degreasing solution (trade name: Surf Cleaner 155 manufactured by Nippon Paint Co., Ltd.) for 1 minute, washed with water and dried.
[0047]
[Examples 3-5, 7, 12, 16 and Comparative Examples 3, 10]
Using an electrolytic solution having a sulfuric acid concentration of 160 g / L, an anodic oxidation treatment was performed by electrolysis under the conditions of a temperature of 23 ° C. and a current density of 1.5 A / dm 2 to provide an anodic oxide film having a thickness shown in Table 1.
[0048]
[Examples 6, 10, 17 and Comparative Example 11]
First, using alumina particles having an average particle diameter of 50 to 800 μm, a shot blast treatment is performed, and a roughened surface having a surface roughness (Rz) shown in Table 1 is provided on the surface of each aluminum piece. After being immersed in% -degreasing solution for 1 minute, washed with water and dried.
[0049]
[Examples 8, 9, 11, 14, 18 and Comparative Examples 2, 4, 7, 8]
First, the surface of each aluminum piece is subjected to the same shot blasting process as described above to provide a roughened surface having the surface roughness (Rz) shown in Table 1, and then the same anodizing process as described above. An anodized film having a film thickness shown in Table 1 was provided.
[0050]
A coating layer having a coating film hardness of 4H or more in pencil hardness is obtained by applying a paint to the surface of the aluminum piece prepared as described above and then baking and drying at 180 ° C. for 20 minutes. The formed surface-treated aluminum material was obtained.
[0051]
[Painting method]
In Examples 2, 4-8, 10, 12, 13, 15, 16, and 17 and Comparative Example 1, first, an epoxy primer was applied to the aluminum piece by spray coating so that the film thickness was 5 μm. Baking treatment is performed at 180 ° C. for 10 minutes, and then the paint shown in Table 1 is applied thereon by spray coating, followed by baking and drying at 180 ° C. for 20 minutes, and the outermost layer is shown in Table 1. A test piece having a coating layer having a film thickness was prepared.
[0052]
Moreover, in Examples 1, 3, 9, 11, 14, and 18 and Comparative Example 2, the paint shown in Table 1 was applied to the aluminum piece by spray coating, and baked and dried at 180 ° C. for 20 minutes. A test piece having a coating layer having a film thickness shown in Table 1 as the outermost layer was prepared.
[0053]
Furthermore, in Comparative Examples 3 to 7, the ceramic organic / inorganic composite paint shown in Table 1 was applied to the aluminum piece by spray coating, and baked and dried at 190 ° C. for 30 minutes. The test piece which has a coating film layer of the film thickness shown in FIG.
Moreover, in Comparative Examples 8-11, the acrylic paint shown in Table 1 was applied to the aluminum pieces by spray coating, and baked and dried at 180 ° C. for 30 minutes, and the film thickness shown in Table 1 was shown as the outermost layer. A test piece having a coating layer was prepared.
[0054]
About each test piece of the above Examples 1-18 and Comparative Examples 1-11, while measuring the coating-film hardness of the surface coating-film layer with a pencil scratch value (based on JIS K5400-1990), the impact resistance of a coating-film The properties were measured by the DuPont impact test method (based on JIS K5400-1990). The impact load at this time is 500 g (shooting mold and pedestal radius 6.35 ± 0.03 mm), and the drop height is 50 cm. The criteria for judging the impact resistance were evaluated in two stages, ie, deformation due to impact, ◯: no cracking / peeling, and x: cracking / peeling.
[0055]
Furthermore, comprehensive evaluation of the surface-treated aluminum material is performed from the above results, and the coating film hardness is 4H or more and the impact resistance is evaluated as “good”. Those that did not satisfy the criteria of x were judged as defective. The results are shown in Table 1.
[0056]
[Table 1]
【The invention's effect】
The surface-treated aluminum material of the present invention is not only excellent workability and corrosion resistance, even if the thickness of the aluminum material is 2.0 mm or less, but the coating film hardness and the coating film adhesion of the mutually contradicting performance and Both exhibit excellent performance in terms of impact resistance, and can be suitably used in many applications where weight reduction and impact resistance are required, particularly for interior materials for railway vehicles.
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