JP4317711B2 - 耐カジリ性に優れた成形用アルミニウム塗装板 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、アルミニウム板またはアルミニウム合金板の少なくとも片面に樹脂を塗装したアルミニウム塗装板に適したワックスならびにそれを用いた塗装板に関し、特にプレス成形などの成形加工時において、塗膜の潤滑不足に起因するカジリの低減を図ったワックスならびにそれを用いた成形加工用アルミニウム塗装板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム板またはアルミニウム合金板（以下、アルミニウム板と呼称する）は、軽量で適度な機械的特性を有し、かつ美感、成形加工性、耐食性等に優れた特徴を有しているため、各種容器類等に広く使われている。
特に、コイル状のアルミニウム板をプレス機に連続的に供給する方式の成形加工は生産性に優れるため、上記用途に広く採用されている。
【０００３】
上記用途のアルミニウム板は、耐食性・耐溶出性のさらなる向上、外観の向上およびキズつき防止等のため、その表面に樹脂塗料が塗装されることも多い。このとき、アルミニウム板には何らかの下地処理（例えばリン酸クロメート、クロム酸クロメートおよびリン酸ジルコニウム等）が施されるのが一般的である。
【０００４】
アルミニウム板の塗装とプレス加工の前後関係は、アルミ缶フタや一部の熱交換器フィンのように、塗装を施してから（プレコート）プレスする場合と、アルミ缶ボディや自動車パネルのようにプレスしてから塗装を施す（ポストコート）場合に分かれる。
前者では、塗装されたアルミニウム板（以下、アルミニウム塗装板と呼称）のプレス成形性を向上させるため、塗膜の表面に潤滑剤の層を形成させることが一般的に行われている。具体的には、塗料の成分に植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックスおよび石油系ワックス等を添加して塗装する方法（インナーワックス）や塗装後の塗膜表面に石油系ワックス等を静電塗布する方法（アウターワックス）などが挙げられる。これらの方法によれば、アルミニウム塗装板に潤滑性が付与されるため、プレス成形性の向上に効果があり、その結果として製品品質の安定、プレス金型寿命の延長等に寄与している。
【０００５】
例えば、特許文献１（特開２００２−２８３４９６号公報）では、インナーワックスとして塗膜樹脂固形分に対して０．２質量％以上のラノリンを添加した上、アウターワックスとしてパラフィンワックスまたはマイクロクリスタリンワックスを１０〜１００ｍｇ／ｍ^２塗布する方法が開示されている。
また、特許文献２（特開平６−２５４４９０号公報）では、アウターワックスがパラフィンワックスであり、その７０％以上を斜方晶パラフィンとする方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２８３４９６号公報
【特許文献２】
特開平６−２５４４９０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術には、以下に示すような問題点がある。
すなわち、近年ますますプレス速度の高速化が進み、また加工精度に対する要求も厳しくなっていることに対応して、プレス金型の設計がより高度になっている。
しかし、こうした高速・高精度のプレス加工機に従来技術に基づいたアルミニウム塗装板を適用すると、潤滑性が不足するため、強い加工を受ける部分、例えばアルミニウム缶フタにおける端面、スコアー部およびリベット部等で金型に対する塗膜の焼付きやそれに基づく塗膜剥離いわゆるカジリ現象を生じることがある。
カジリが生じた成形品は、商品価値を著しく低減させるので、カジリ発生を抑制する潤滑性に優れたアルミニウム塗装板が強く求められている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、ワックスを単に混合して塗料に入れてインナーワックスとするのではなく、あらかじめカルナバワックスとポリエチレンワックスを加熱し、溶融状態で攪拌することにより、耐カジリ性に優れた新たな潤滑特性を有するワックスが得られ、このワックスを塗料中にインナーワックスとして用いることにより、耐カジリ性に優れた成形加工用アルミニウム塗装板が得られることを見出した。
すなわち請求項１の発明は、カルナバワックスとポリエチレンワックスを含むワックス混合物を、ポリエチレンワックスの融点以上３００℃未満に加熱し、溶融状態で攪拌して得られることを特徴とする耐カジリ性に優れたワックス組成物であり、また請求項２の発明はカルナバワックスとポリエチレンワックスの比率が、カルナバワックス１０質量％以上９０質量％以下であることを特徴とする請求項１記載のワックス組成物である。更に請求項３の発明は、カルナバワックス及びポリエチレンワックス以外の他のワックス成分が含有され、当該他のワックス成分をワックス成分全体の１０質量％以下とする請求項１又は２記載のワックス組成物である。
またこのワックスを用いた請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のワックス組成物を含む塗膜をアルミニウム板またはアルミニウム合金板の少なくとも片面に設けたことを特徴とする耐カジリ性に優れた成形加工用アルミニウム塗装板であり、さらに請求項５の発明は、塗膜の上に、さらにパラフィンワックス及びマイクロクリスタリンワックスの単体または混合物皮膜が設けられていることを特徴とする請求項４記載の成形加工用アルミニウム塗装板である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を順に説明する。
【００１０】
カルナバワックスおよびポリエチレンワックスはいずれも既知物質であり、従来でもそれぞれを塗料に添加してインナーワックスとして採用されてきた実績はある。またこれらのワックスを同時に塗料に添加し、潤滑効果向上を狙うこともあった。
しかし、焼付け後の塗膜表面にそれぞれのワックス成分が独立して粒状に分散するにすぎず、効果として各ワックスを単体で添加した場合と大きな違いはなかった。
発明者らは、カルナバワックスおよびポリエチレンワックスをあらかじめ混合し、加熱・溶融させることにより、硬さ、色、臭気といった物理的性質が全く異なる、固体潤滑性に優れた新規なワックス組成物が得られることを見出した。
そして、これをインナーワックスとして塗料に配合して塗装することにより、このワックス組成物が塗膜表面に析出し、金型と塗膜の潤滑に優れた効果を発揮するので、耐カジリ性に大きな効果を発揮する成形加工用アルミニウム塗装板が得られるものである。
【００１１】
原料として用いるカルナバワックスには１号から３号までグレードがあるが、本発明はいずれのグレードのものを用いても有効である。
またポリエチレンワックスも、分子量分布に様々なものがあるが、一般に市販されている範囲であれば十分に効果を発揮する。
カルナバワックス、ポリエチレンワックス以外のワックス成分は、ワックス成分全体の１０質量％以下であれば、含まれていてもかまわない。また、ワックス成分以外の添加成分については、市販ワックスに添加されている程度のものであれば添加しても本発明の効果を損なうことはない。
【００１２】
本発明においては、原料となるカルナバワックスとポリエチレンワックスを単に混合するだけではなく、ポリエチレンワックスの融点以上３００℃未満に加熱して溶融状態にして攪拌・混合して反応させることに特徴がある。このように加熱溶融して充分な時間だけ保持することにより、硬さ、色、臭気といった物理的性質が原料と全く異なる、固体潤滑性に優れた新規なワックス組成物が得られるのである。
加熱温度がポリエチレンワックスの融点未満では、当然ポリエチレンワックスは溶融せず、従って混合・反応が充分に行われない（なお、ポリエチレンワックスの融点は、平均分子量に依存するものの、おおむね１０５℃前後である）。一方、３００℃を超えると、カルナバワックスの引火点（＝約３１８℃）の観点から製造工程上危険であることと、カルナバワックスの低沸点成分が揮発することにより、ワックス混合物の固体潤滑性が必ずしも発揮されない、といった問題が生じる。
従って、加熱温度はポリエチレンワックスの融点以上３００℃未満とする。
また加熱溶融してからの攪拌保持時間は温度によって異なるが、３０分以上であれば充分に反応が進む。ただし、２時間以上保持しても効果が飽和してしまうので、経済的には好ましくない。
【００１３】
カルナバワックス対ポリエチレンワックスの比率はカルナバワックス１０質量％以上９０質量％以下とすることで、より好ましい効果が得られる。これは上記の混合比において、カルナバワックスとポリエチレンワックスの相互作用がバランス良く働くためである。なお、特にカルナバワックスが２０〜５０質量％であれば、さらに好ましい効果が得られる。
ここでたとえば１０質量％とは（カルナバワックスの質量）／（カルナバワックス質量＋ポリエチレンワックス質量）が１０％、すなわちカルナバワックス：ポリエチレンワックス＝１：９であることを意味する。
カルナバワックスが１０質量％未満では、ワックス混合物はポリエチレンワックス単体に近い物性となり、またカルナバワックスが９０質量％を超えると、ワックス混合物はカルナバワックス単体に近い物性となるため、いずれも本発明には不適である。
【００１４】
上記のワックスを塗料のインナーワックスとして使用することにより、耐カジリ性の高い塗膜が得られる。なお、塗料にインナーワックスとしてカルナバワックスまたはポリエチレンワックスを添加することは従来行われているが、本発明においては塗料に添加する以前の段階でカルナバワックスとポリエチレンワックスを加熱溶融して反応させて、ワックス組成物を得て、そのワックス組成物を塗料に添加する点において従来のものとは異なっている。
【００１５】
なお、塗料における上記ワックス組成物の含有量は、塗料の樹脂固形分に対して０．２質量％以上とすることで、一段と好ましい効果が得られる。
これは、従来のインナーワックスの技術において、ワックス添加量を塗料の樹脂固形分に対して０．２質量％以上とすることにより、ワックス成分が塗膜表面に多量に析出する傾向があることが言われており、本発明にもその傾向があてはまるためである。
【００１６】
本発明のワックス組成物添加の対象塗料としては、エポキシ樹脂、エポキシ／アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ／尿素樹脂、エポキシ／フェノール樹脂等の既知の樹脂を含んだ一般的な塗料が適用でき、水性／溶剤性の区別なく有効である。
【００１７】
さらに、こうして得られた塗膜の上に、パラフィンワックス及びマイクロクリスタリンワックスのそれぞれ単体または両者の混合物をアウターワックスとして塗布することで、さらなる耐カジリ性の効果が期待できる。これは従来の技術でも一般的に行われてきたものであるが、上記のワックス組成物を含有した塗膜に対して適用することで、ワックス組成物の効果を高め、耐カジリ性をより一層向上させるものである。
【００１８】
【実施例】
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。
アルミニウム板はＪＩＳ ５１８２合金（板厚０．２６ｍｍ）を用い、下地処理として常法に基づいてリン酸クロメート処理（Ｃｒ＝２０ｍｇ／ｍ^２）を施した。
元となるワックスを表１に示す質量比で混合し、表１の混合・溶融温度×時間で処理して得たワックス組成物を、各塗料の樹脂固形分に対し０．２質量％の割合で配合した塗料を作成した。
得られた塗料を上記リン酸クロメート処理板に樹脂固形分として１３ｇ／ｍ^２塗布し、雰囲気温度２７０℃×３０秒にて焼付した。（＝板到達温度２５０℃）また実施例３，４については塗膜の上にパラフィンワックスを静電塗布法により５０ｍｇ／ｍ^２塗布した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
これらのアルミニウム塗装板に対し、以下の項目により加工時の耐カジリ性を評価した。
・摺動試験‥‥バウデン試験機（試験荷重＝５００ｇ，摺動速度＝０．６ｍｍ／秒，鋼球直径＝３／１６インチ）にて、摺動部にカジリが発生するまでの摺動回数を測定。
・缶フタ成形試験‥‥シェルプレスにてシェル加工した後、コンバージョンプレスにより缶フタ形状に成形する工程において、連続２０，０００枚加工後、無作為に５０枚を抽出し、０．５ｍｍ以上のカジリが発生した枚数を測定。
その結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】

【００２２】
表から明らかなように、本発明の請求項を満たす実施例１〜４はカジリが効果的に抑制され、バウデン試験では５０往復以上の試験を行ってもカジリが発生せず、また缶フタ成形試験ではカジリは全く発生せず、優秀な成績であった。
ところが、比較例１はカルナバワックス単体のみの配合であり、また比較例２は事前の混合・溶融を行わず個々にカルナバワックスとポリエチレンワックスを塗料に添加しているため、いずれもカジリが発生してしまっている。
また本発明と混合溶融条件は同じでも、比較例３はパラフィンワックスとカルナバワックスの組み合わせであり、ワックス組成物にポリエチレンワックスが含まれておらず、また比較例４はパラフィンワックスとポリエチレンワックスの組み合わせであって、カルナバワックスが含まれていないため、いずれもカジリ発生を抑止しきれなかった。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項に従って作られたワックスは優れた耐カジリ性を示しており、このワックスを塗料中に配合してインナーワックスとすることにより耐カジリ性に優れ、缶フタ材等に適した成形加工用アルミニウム塗装板を得ることができる。

Claims (5)

1. カルナバワックスとポリエチレンワックスを含むワックス混合物を、ポリエチレンワックスの融点以上３００℃未満に加熱し、溶融状態で攪拌して得られることを特徴とする耐カジリ性に優れたワックス組成物。
2. カルナバワックスとポリエチレンワックスの比率が、カルナバワックス１０質量％以上９０質量％以下であることを特徴とする請求項１記載のワックス組成物。
3. カルナバワックス及びポリエチレンワックス以外の他のワックス成分が含有され、当該他のワックス成分がワックス成分全体の１０質量％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のワックス組成物。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項記載のワックス組成物を含む塗膜をアルミニウム板またはアルミニウム合金板の少なくとも片面に設けたことを特徴とする耐カジリ性に優れた成形加工用アルミニウム塗装板。
5. 塗膜の上に、さらにパラフィンワックス及びマイクロクリスタリンワックスの単体または混合物皮膜が設けられていることを特徴とする請求項４記載の成形加工用アルミニウム塗装板。