JP4554980B2

JP4554980B2 - 耐ビルドアップ性に優れたワックス組成物および耐ビルドアップ性に優れた成形加工用アルミニウム塗装板

Info

Publication number: JP4554980B2
Application number: JP2004130731A
Authority: JP
Inventors: 真一長谷川; 正裕倉田
Original assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Current assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2024-04-27
Also published as: JP2005314451A

Description

本発明は、成形加工用アルミニウム板又はアルミニウム合金板（本発明においては、両者を一括して「アルミニウム等板」と呼称する）、特に少なくとも片面に樹脂皮膜を有するアルミニウム等板の成形加工において、金型に対するワックス成分のビルドアップの低減を図ったワックス組成物ならびにアルミニウム塗装板に関する。

アルミニウム等板は、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等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。
上記用途のアルミニウム等板は、耐食性・耐溶出性のさらなる向上、外観の向上および加工性の改善、特に防食性、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、リン酸亜鉛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。

アルミニウム等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スする場合（プレコート）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場合（ポストコート）に分かれる。前者では、塗装されたアルミニウム等板（以下「アルミニウム塗装板」と呼称する。）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、塗料の成分中に植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックスあるいは石油系ワックス等を添加し（インナーワックス）、塗装・焼付によりワックスを表面に析出させる方法や、塗装後の塗膜表面に石油系ワックス等を塗布する（アウターワックス）方法などが挙げられる。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一定の効果があり、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きた。

例えば、インナーワックスとして塗料成分に配合するワックスとして、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、更に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（例えば特許文献１参照）が提案されている。
また、塗装されたアルミニウム塗装板の塗装面上にパラフィンワックスをアウターワックスとして融点以上の温度で塗布し、冷却速度を調節して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等の提案（特許文献２）がされている。

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。
こうした要求に対応したプレス加工機に、上述の従来技術により製造されたアルミニウム塗装板を適用すると、ワックス成分が金型に付着し堆積する、いわゆるビルドアップ現象が生じることがある。これは、操業の進行に伴い金型に堆積するワックス成分によって金型が設計どおりに機能せず、成形品の加工精度不良や、成形品のキズ付きを引き起こすため、その対策が強く求められている。

この対策として、アルミニウム塗装板表面に塗装するワックス総量を減らすことが最も単純であり、またある程度までは有効に作用する。しかし、高度な設計がなされたプレス金型においては、ワックス量を減らすことは潤滑不足に陥りやすく、塗膜カジリ等の成形不良を招く事例が多い。

また、アルミニウム塗装板の表面に付着しているアルミ粉の量を０．０５ｍｇ／ｍ^２以下に制限することによりビルドアップを減らす方法の提案がされている（特許文献３参照）。ただしこの方法では、アルミニウム塗装板の製造設備の清浄度を高度に維持することが必要となるためこれがコストアップ要因になる上、アルミニウム塗装板の塗装後に耳切り工程（トリミング）や分割工程（スリット）を行う場合、その清浄度を達成することが困難であるという問題点をも内包している。

特開２００２−２８３４９６号公報特開平６−２５４４９０号公報特開２００３−２７５６７９（３）

本発明は、アルミニウム等板、特にアルミニウム塗装板の高速、精密なプレス加工において、従来問題とされてきた潤滑剤のビルドアップを確実に防止しながら、潤滑性の不足を起こさない、ビルドアップ性の優れたワックス組成物の開発、及びそれを用いた成形加工用アルミニウム等板の製造方法並びにそれにより製造された成形加工用アルミニウム塗装板の提供を目的とするものである。

本発明は、鋭意検討を重ね、耐ビルドアップ性に優れたワックス組成物を開発して上記課題を解決したもので、以下の発明からなる。
［１］カルナバワックスとパラフィンワックスを、カルナバワックス３０％以上、９５％以下の質量比にて、両ワックスの融点以上、２００℃以下の温度にて溶融混合させることを特徴とする、耐ビルドアップ性に優れたアルミニウム板またはアルミニウム合金板の成形加工用ワックス組成物。
［２］パラフィンワックスの融点が７０℃以下であることを特徴とする上記［１］に記載の耐ビルドアップ性に優れたアルミニウム板またはアルミニウム合金板の成形加工用ワックス組成物。

［３］カルナバワックスとパラフィンワックスを、カルナバワックス３０％以上、９５％以下の質量比にて、両ワックスの融点以上、２００℃以下の温度にて溶融混合させたワックス組成物を、アルミニウム板もしくはアルミニウム合金板又は樹脂塗膜を有するアルミニウム板もしくはアルミニウム合金板に５〜１５０ｍｇ／ｍ^２塗布することを特徴とする耐ビルドアップ性に優れた成形加工用のアルミニウム板またはアルミニウム合金板の製造方法。

［４］カルナウバワックスとパラフィンワックスを、カルナウバワックス３０％以上、９５％以下の質量比にて、両ワックスの融点以上、２００℃以下の温度にて溶融混合させたワックス組成物からなる５〜１５０ｍｇ／ｍ^２のアウターワックス層を、樹脂塗膜を有するアルミニウム板もしくはアルミニウム合金板の樹脂塗膜表面に設けたことを特徴とする耐ビルドアップ性に優れた成形加工用のアルミニウム塗装板。

本発明は、カルナバワックスとパラフィンワックスを、カルナバワックス３０％以上、９５％以下の質量比、かつ両ワックスの融点以上、２００℃以下の温度にて溶融混合することにより、耐ビルドアップ性に優れたワックス組成物を得ることができる。このワックス組成物を樹脂塗膜の表面に設けることにより、耐ビルドアップ性に優れた成形加工用アルミニウム塗装板を得ることができる。

以下、本発明の詳細を順に説明する。
カルナバワックスおよびパラフィンワックスはいずれも既知物質であり、従来技術でもアルミニウム塗装板に用いられてきた実績はある。具体的には、カルナバワックスは主にインナーワックスとして、またパラフィンワックスはアウターワックスとして、それぞれ活用されてきた。また、カルナバワックスをインナーワックスに含有した塗料を塗装・焼付し、パラフィンワックスをアウターワックスとして塗布する製造方法も、広く一般に実施されている。

しかしこれらの事例では、塗膜表面にそれぞれのワックス成分が塗膜内又は塗膜表面に各々独立して存在するに過ぎず、ビルドアップの抑止に対して特別な機能を有するものではなかった。
カルナバワックスおよびパラフィンワックスを、それぞれ固体の状態であらかじめ混合し、加熱・溶融させてもよいし、両者を溶融した後混合しても良いが、両者の混合物は混合比に比例しない硬さや粘りといった物理的性質が全く異なる、新規なワックス組成物が得られることを見出した。
例えば、ビッカース硬さで言えば、カルナウバワックス１００％では４．９、アルナウバワックス／パラフィンワックス（以下同じ）７５／２５では５．６、５０／５０では３．５、２５／７５では２．４、パラフィンワックス１００％では０．７である。
本発明においては、原料となるカルナバワックスとパラフィンワックスを単に混合するだけではなく、両ワックスの融点以上、２００℃以下に加熱し、溶融状態にして攪拌・混合させることに特徴がある。

加熱温度がカルナバワックスまたはパラフィンワックスのいずれかの高融点側の融点に達しない場合、当然、ワックスの溶融混合は達成されない。なお、カルナバワックスの融点は８０〜８５℃程度、パラフィンワックスの融点は４０〜７５℃程度である。
一方、加熱温度が２００℃を超えると、パラフィンワックスの引火点（約２１０℃以上）に近接しているところから製造上危険であること、混合操作中にワックスの酸化変質等を招きやすいこと、さらにエネルギーコストの無駄になること等の点で、好ましくない。

カルナバワックスとパラフィンワックスの混合比率は、混合ワックス中のカルナバワックスの質量比にて３０％以上、９５％以下とすることが必要である。好ましくは５０％以上、９０％未満が望ましい。すなわち、発明者らの実験的知見によると、上記の比率にてカルナバワックスにパラフィンワックスを相溶させることにより、その混合ワックスは、潤滑性はカルナバワックスと同等でありながらも、カルナバワックス単体より硬く、かつ金属面への付着性も低くなる。その結果、プレス金型へのビルドアップが低減され、好ましい効果が得られる。

カルナバワックスの混合比が９５％を超えた場合、パラフィンワックスとの溶融・混合の効果が顕現せず、ビルドアップ性の改善が不十分となる。逆に、カルナバワックスの混合比が３０％未満の場合、パラフィンワックスの軟らかく粘着的な性質が強く影響するようになり、カルナバワックス単体と比較すると、むしろビルドアップを促進する傾向を示すようになるため、本発明の課題を解決することが出来ない。

原料として用いるカルナバワックスには、原料のカルナバ椰子の葉によって１号から３号までグレードがあるが、本発明はどのグレードを用いても有効である。またパラフィンワックスは、市販されているものであれば好適に用いられるが、特に、融点が７０℃以下のものを用いると、より顕著にビルドアップが抑制される。これは、パラフィンワックスの融点はその分子量に依存しており、この領域の分子量をもつパラフィンワックスが、よりカルナバワックス分子と相互作用を起こしやすいためと考えられる。
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。

上記の混合ワックスを、アルミニウム塗装板の塗膜表面に設けることにより、潤滑性は従来技術の水準を維持しつつ、耐ビルドアップ性の高いワックス塗膜が得られる。なおその手段は、先述したインナーワックス法およびアウターワックス法のどちらを用いても良い。また、その塗布量に関しては特に制限はないものの、従来技術の範疇、具体的には５ｍｇ／ｍ^２以上、１５０ｍｇ／ｍ^２以下、好ましくは１０ｍｇ／ｍ^２以上、１００ｍｇ／ｍ^２以下にて良好な結果が得られる。混合ワックス層を塗膜表面に設ける方法としては塗料中に混合ワックスを予め配合しておき、塗膜乾燥時あるいは塗膜乾燥後に加熱処理して混合ワックスを塗膜表面にブリーディングさせるか、塗膜を形成した後にアウターワックスとして塗布することであっても良い。塗布方法としては静電塗装方法等が使用できる。

本発明のワックス組成物を適用できる対象塗料としては、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すべてであり、水性／溶剤性の区別なく有効である。なお実施例１〜８，比較例１〜２においては両者を溶融に均一にしたワックス組成物を用いている。

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。
用いたカルナバワックスおよびパラフィンワックスを表１に示す。カルナバワックス１種類に対し、パラフィンワックスは融点の異なる２種類を準備した。

（実施例１〜８，比較例１〜５）
ＪＩＳ５１８２−Ｈ１９合金（板厚０．２６ｍｍ）のアルミニウム合金板に、下地処理として常法に基づいてアルカリエッチング（エッチング量＝１００ｍｇ／ｍ^２）後、リン酸クロメート処理（Ｃｒ＝２０ｍｇ／ｍ^２）を施した。これに、インナーワックスを配合しない水性エポキシ変性アクリル塗料を、樹脂固形分として５ｇ／ｍ^２塗布し、雰囲気温度２７０℃×３０秒にて焼付（＝板到達温度２５０℃）した。
表１のワックスを、表２に示す要領で溶融混合を行った後、ワックス組成物を溶融し、噴霧。帯電させて、静電塗装法により上記アルミニウム塗装版に塗布した。塗布量は表２に示すとおりである。

（測定方法）
これらの評価用サンプルを、以下の項目により評価した。
・ビルドアップ試験・・・評価サンプルの上に、１０ｃｍ角に切り揃えた清浄なアルミニウム合金板（ＪＩＳ５１８２−Ｈ１９合金，板厚０．２６ｍｍ）を乗せ、ホットプレス装置により６．５ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で５０℃×２分圧着した。評価サンプルの圧着位置を変えながら、同一操作を１０回繰り返し、アルミニウム合金板に転写されたワックスを、固体ＴＯＣ（有機炭素量）にて定量した。
・缶フタ成形試験・・・一般的なアルミニウム缶フタのプレス成形工程、すなわち、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枚加工した。連続成形の最後から５０枚を抽出し、金型へのワックスビルドアップに起因する形状不良発生の個数を記録した。
その結果を表３に示す。

表３から明らかなように、本発明の請求項を満たす実施例１〜８はビルドアップが効果的に抑制され、成形不良も認められなかった。
ところが、比較例１は請求項１の範囲よりカルナバワックスが多すぎ、また比較例３はカルナバワックスのみであるため、ビルドアップが抑制しきれない。カルナバワックスは、後述するパラフィンワックスと比較するとビルドアップはしにくいものの、実施例１〜８とは明白な性能差がある。

また、比較例２は請求項１の範囲よりパラフィンワックスが多すぎ、また比較例４はパラフィンワックスのみであるため、顕著なビルドアップが生じている。これは、パラフィンワックスが比較的軟らかく、金型への付着性が高いと考えられるためであり、比較例２は、本発明の溶融混合の効果を、パラフィンワックスの特性が上回った結果と見ることができる。

さらに比較例５は、カルナバワックスをまず静電塗装し、ついでパラフィンワックスを静電塗装した。その配合割合は本発明の範囲に含まれるものの、溶融混合がなされていない点において要件を満たしていないので、本発明の優れた効果が発動せず、ビルドアップが発生している。

本発明は、アルミニウム等板、特にアルミニウム塗装板の高速、精密なプレス加工において、ビルドアップを防止すると共に、ビルドアップ性の優れたワックス組成物及びそそれにより製造された成形加工用アルミニウム塗装板を提供するものである。この結果当該ワックス組成物をアルミニウム等板、特にその樹脂塗膜の表面に塗布することにより、高度な設計がなされたプレス金型を用いた高速のプレス加工においても、優れた性能を有する、ビルドアップが抑制され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

カルナバワックスとパラフィンワックスを、カルナバワックス３０％以上、９５％以下の質量比にて、両ワックスの融点以上、２００℃以下の温度にて溶融混合させることを特徴とする、耐ビルドアップ性に優れたアルミニウム板またはアルミニウム合金板の成形加工用ワックス組成物。
パラフィンワックスの融点が７０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の耐ビルドアップ性に優れたアルミニウム板またはアルミニウム合金板の成形加工用ワックス組成物。
カルナバワックスとパラフィンワックスを、カルナバワックス３０％以上、９５％以下の質量比にて、両ワックスの融点以上、２００℃以下の温度にて溶融混合させたワックス組成物を、アルミニウム板もしくはアルミニウム合金板又は樹脂塗膜を有するアルミニウム板もしくはアルミニウム合金板に５〜１５０ｍｇ／ｍ^２塗布することを特徴とする耐ビルドアップ性に優れた成形加工用のアルミニウム板またはアルミニウム合金板の製造方法。
カルナウバワックスとパラフィンワックスを、カルナウバワックス３０％以上、９５％以下の質量比にて、両ワックスの融点以上、２００℃以下の温度にて溶融混合させたワックス組成物からなる５〜１５０ｍｇ／ｍ^２のアウターワックス層を、樹脂塗膜を有するアルミニウム板もしくはアルミニウム合金板の樹脂塗膜表面に設けたことを特徴とする耐ビルドアップ性に優れた成形加工用のアルミニウム塗装板またはアルミニウム合金塗装板。