JP4892997B2 - プレコート鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えばオーブンレンジのドア板および庫内等の食品の焼付きが問題となる部分や、自動販売機のシューターおよびラック等の缶との潤滑が問題となる部分への使用に適した、耐熱性および非粘着性、さらには潤滑性能に優れたプレコート鋼板及びその製造方法に関するものである。
上記使途のプレコート鋼板は、２００℃を超える温度域で使用されるため、耐熱性に優れる必要があり、また、食品の焼付きを防ぐために非粘着性に優れることも必要である。
ここで、一般的なプレコート鋼板は、下塗り層にエポキシ樹脂等を、上塗り層にアクリル樹脂やポリエステル樹脂等を使用するため、その塗膜の耐熱温度が１２０〜１３０℃程度であり、上記の用途には適していない。
そこで、このような用途に向けて、４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を主成分として含む塗料、あるいは前記樹脂を主成分として、更にポリエーテルサルフォン樹脂（ＰＥＳ）等の耐熱樹脂を配合した塗料を使用して、塗装ラインで塗装、焼付けて製造したプレコート鋼板が、特許文献１に提案されている。
特開平９−５２０７０号公報
そこで、このような用途に向けて、４フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を主成分として含む塗料、あるいは前記樹脂を主成分として、更にポリエーテルサルフォン樹脂（ＰＥＳ）等の耐熱樹脂を配合した塗料を使用して、塗装ラインで塗装、焼付けて製造したプレコート鋼板が、特許文献１に提案されている。
ところで、近年、環境保全の立場から、クロムなどの有害な重金属の使用が禁止されつつあり、家電製品は勿論、屋外用途の自動販売機についてもクロムを含まない、いわゆるクロムフリーのプレコート鋼板の適用が望まれている。
このプレコート鋼板では、４フッ化エチレン樹脂を主成分として含む塗料を塗布、焼付ける際に、その下地として鋼板表面に化成処理層を形成し、この化成処理層はクロメート処理にて形成するのが一般的である。従って、プレコート鋼板をクロムフリー化するには、クロムを含まない化成処理層を用いる必要がある。
しかしながら、クロムを含まない化成処理層を用いると、塗膜の密着性が低下するため、プレコート鋼板としての基本性能を維持するのが難しくなることが、クロムフリー化を阻む障害となっていた。
従って、本発明の目的は、塗膜の密着性を低下することなしに、クロムフリー化を実現したプレコート鋼板を提供しようとするものである。
発明者らは、クロムフリーとしたプレコート鋼板における塗膜の密着性が低下する原因について鋭意究明したところ、クロメート処理の代替として一般的である、りん酸系化成処理に用いる化成処理液にはスラッジの発生を抑制するためのシランカップリング剤の含有が通例であるところ、このシランカップリング剤が４フッ化エチレン樹脂を主成分として含む塗料の焼付け温度が高温であることから、この焼付け時に分解して塗膜の密着性を阻害していたこと、そしてこのシランカップリング剤に代えて高温でも安定したシリカを用いることが有効であること、を新たに知見した。さらに、塗膜の密着性の改善には化成処理層上に形成する下塗り層にもシリカを含有させることが極めて有効であることも見出した。
本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は次の通りである。
（１）ステンレス鋼板または亜鉛系めっき鋼板の表面上に、クロムおよびシランカップリング剤を含まないシリカ系の化成処理層を有し、該化成処理層上に、ポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂を主成分とし、シリカを含有する下塗り層と、ポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂を主成分とする上塗り層と、を順に積層配置してなり、前記下塗り層におけるシリカの含有量がSi付着量で10ｍｇ／ｍ ２ 以上15ｍｇ／ｍ ２ 以下であるプレコート鋼板。
（１）ステンレス鋼板または亜鉛系めっき鋼板の表面上に、クロムおよびシランカップリング剤を含まないシリカ系の化成処理層を有し、該化成処理層上に、ポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂を主成分とし、シリカを含有する下塗り層と、ポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂を主成分とする上塗り層と、を順に積層配置してなり、前記下塗り層におけるシリカの含有量がSi付着量で10ｍｇ／ｍ ２ 以上15ｍｇ／ｍ ２ 以下であるプレコート鋼板。
（２）前記下塗り層の厚さが３μｍ以上10μｍ以下および前記上塗り層の厚さが３μｍ以上20μｍ以下である上記（１）に記載のプレコート鋼板。
（３）ステンレス鋼板または亜鉛系めっき鋼板の表面上に、クロムおよびシランカップリング剤を含まないシリカ系の化成処理層を形成したのち、該化成処理層上に、ポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂を主成分とし、シリカを含有する塗料を塗布し、260ないし300℃の温度域内で焼付けて、シリカの含有量がSi付着量で10ｍｇ／ｍ ２ 以上15ｍｇ／ｍ ２ 以下である下塗り層を形成し、次いで前記下塗り層上に、ポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂を主成分とする塗料を塗布し、380ないし420℃の温度域内で焼付けて上塗り層を形成することを特徴とするプレコート鋼板の製造方法。
本発明によれば、耐熱性および非粘着性に優れ、かつ塗膜の密着性にも優れる、クロムフリーのプレコート鋼板を提供することができる。
以下、本発明のプレコート鋼板及びその製造方法について説明する。
まず、下地となる鋼板には、ステンレス鋼板または亜鉛系めっき鋼板を用いる。亜鉛系めっき鋼板としては、溶融めっきもしくは電気めっきにより鉄地上に純亜鉛または亜鉛−アルミニウム合金のめっき層を形成した亜鉛系めっき鋼板が適合する。
まず、下地となる鋼板には、ステンレス鋼板または亜鉛系めっき鋼板を用いる。亜鉛系めっき鋼板としては、溶融めっきもしくは電気めっきにより鉄地上に純亜鉛または亜鉛−アルミニウム合金のめっき層を形成した亜鉛系めっき鋼板が適合する。
すなわち、オーブンレンジのドア板や庫内等に使用するプレコート鋼板は、耐食性に優れていることが望ましいことから、耐食性に優れるステンレス鋼板または亜鉛系めっき鋼板を使用する。両者は、用途や要求される耐食性等を考慮して、適宜選択すればよい。
なお、亜鉛系めっき鋼板のめっき付着量は、耐食性と加工性を考慮すると、片面当り15〜90g/m2の範囲内にあることが望ましい。めっき付着量が片面当り15g/m2未満の場合は耐食性が不十分であり、一方片面当り90g/m2を超えると、成型加工時にめっき層からの割れが生じやすくなる。
次に、ステンレス鋼板または亜鉛系めっき鋼板を下地鋼板として塗膜層を形成する場合、この下地鋼板と塗膜層との密着性を確保して、優れた加工性、耐食性および２次密着性を得るために、下地鋼板の表面に化成処理層を形成する必要がある。
この化成処理層は、クロムおよびシランカップリング剤を含まないシリカ系の化成処理にて形成することが肝要である。すなわち、クロムフリー化に当ってクロムを含まないことは勿論であるが、後述のように、本発明での塗膜層の焼付け温度が高温であるところから、高温で分解しやすいシランカップリング剤を含まないシリカ系化成処理液にて化成処理層を形成することが重要である。
ここに、シリカ系化成処理とは、塗膜密着性および耐食性を確保するためにシリカを25〜50mass％含み、他にリン、マグネシウム、ジルコニウム等を含むものである。この化成処理液はロールコーターにて30mg/m2〜70mg/m2で塗布され、80〜120℃の温度で焼き付けることが好ましく、化成処理層中のシリカ含有量をSi付着量で10〜20mg/m2とすることが好ましい。
以上の化成処理層を形成したのち、該化成処理層上に、ポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂を主成分とし、さらにシリカを含有する塗料を、塗布そして焼付けて、下塗り層を形成する。
ここで、塗膜の下層を構成する下塗り層は、とりわけシリカを含有することが重要であり、このシリカは、防錆剤として機能させることのほか、上記化成処理層との間の密着性を向上するのに寄与させるものである。すなわち、本発明での塗膜層の焼付け温度は高温であるため、化成処理層上に形成する下塗り層にシリカが含まれていると、高温時における安定性に優れているため、シリカ自体が有している密着機能を十分に発揮することができる。
前記下塗り層におけるシリカの含有量がSi付着量で10mg/m2以上15mg/m2以下であることが好ましい。すなわち、シリカの含有量がSi付着量で10mg/m2未満では、耐食性および塗膜密着性が低下しやすく、一方15mg/m2を超えると、塗膜密着性が低下しやすい。
なお、ここで下塗り層におけるシリカの含有量はシリカ中に含まれるSiの付着量で表している。
なお、ここで下塗り層におけるシリカの含有量はシリカ中に含まれるSiの付着量で表している。
また、前記下塗り層の塗料中のポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂の配合割合は、ポリエーテルサルフォン樹脂100質量部に対して、４フッ化エチレン樹脂20ないし40質量部とすることが好ましい。なぜなら、４フッ化エチレン樹脂の配合割合が、ポリエーテルサルフォン樹脂100質量部に対し、40質量部を超えると、粘着性、耐熱性の向上効果が飽和し、逆に塗料の流れ性が悪くなり、外観不良になり、また20質量部を下回ると、非粘着性、耐熱性が劣るようになり、また摩擦係数が高くなり潤滑性も劣るようになる。
なお、上記ポリエーテルサルフォン樹脂、４フッ化エチレン樹脂およびシリカに加えて、着色顔料を着色ならびに意匠性を持たせる目的で、1〜10mass％の範囲で含有させることも可能である。
上記下塗り層の厚さは、3μm以上10μｍ以下とすることが好ましい。なぜなら、厚さが3μm未満では、耐食性が不十分であり、一方10μｍを超えると、加工性が低下し塗料コストも上昇する。
さらに、下塗り層の塗料を塗布後の焼付けは、260ないし300℃の温度範囲で行う。すなわち、焼付け温度が260℃未満では、加工性および塗膜密着性が不十分になり、一方300℃を超えると、加工性および塗膜密着性に加えて塗膜外観も劣化する。
なお、塗料の塗布は、ロールコータ、カーテンフロー等公知の塗布方法によって行うことができる。また、前記で塗布した塗料の焼付は、熱風乾燥法式、誘導加熱方式、赤外線加熱方式などの公知の焼付方法によって行うことができる。
さらに、上記の下塗り層の上に、ポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂を主成分とする塗料を塗布し、380ないし420℃の温度域内で焼付けて上塗り層を形成する。
この上塗り層を形成するための塗料の成分配合はシリカを除いて上述の下塗り層の場合と同様であり、焼付け温度に関しても同様である。また、上塗り層の好ましい厚さは、下限については下塗り層の場合と同様であるが、上限については20μmであり、その理由は膜厚が20μmを超えると塗装後の外観不良になり、また加工性、２次密着性が劣化するからである。
この上塗り層を形成するための塗料の成分配合はシリカを除いて上述の下塗り層の場合と同様であり、焼付け温度に関しても同様である。また、上塗り層の好ましい厚さは、下限については下塗り層の場合と同様であるが、上限については20μmであり、その理由は膜厚が20μmを超えると塗装後の外観不良になり、また加工性、２次密着性が劣化するからである。
板厚が各々0.5mmの、電気亜鉛めっき鋼板（めっき量片面当り20g/m2）、溶融亜鉛めっき鋼板（めっき量片面当り30g/m2）およびステンレス鋼板を準備し、電気亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板およびステンレス鋼板に、シリカを35mass%含むシリカ系の化成処理液を50mg/m2塗布し、100℃の温度で焼き付けるシリカ系の化成処理を施し、シリカ含有量をSi付着量で15mg/m2とする化成処理層を形成した。
なお、化成処理層のSi付着量は、化成処理層を形成した鋼板について蛍光Ｘ線でSiカウント量を求め、予め作成したSiカウント量とSi付着量の検量線からSi付着量を求めたものである。また比較としてシリカに代えてシランカップリング剤を含む場合についてもSi付着量で15mg/m2とする化成処理層を形成した。
次いで、化成処理層を形成した各々の鋼板に、表１に示す配合になる下塗り塗料をロールコーターで塗布したのち、表１に示す条件で熱風乾燥炉により焼付けて下塗り層を形成し、次いで表１に示す配合になる上塗り塗料をロールコーターで塗布したのち、表１に示す条件で熱風乾燥炉により焼付けて上塗り層を形成し、表１に示すプレコート鋼板Ｎｏ．１〜９を作製した。
さらに、本発明の範囲ではあるが好ましい範囲を外れたＮｏ．１０〜１５を作製した。
さらに、本発明の範囲ではあるが好ましい範囲を外れたＮｏ．１０〜１５を作製した。
また、比較のために、本発明で規定する条件の少なくとも１つが外れた条件にて表２に示すプレコート鋼板Ｎｏ．１〜３も作製した。
なおここで、下塗り層のシリカ含有量は得られたプレコート鋼板について蛍光Ｘ線でSiカウント量を求め、ここから化成処理層を形成した鋼板について求めていたSiカウント量を差し引いて下塗り層中のシリカに基づくSiカウント量を求め、予め作成したSiカウント量とSi付着量の検量線からSi付着量を求めたものである。
かくして得られたプレコート鋼板の各々について、塗膜外観、非粘着性、摩擦係数、加工性、２次密着性および耐食性を、以下に述べる性能試験によって評価した。その評価結果を表１〜表２に併記する。
［塗膜外観］
焼付後の塗膜を目視で観察し、観察結果を下記によって評価した。
記
◎：ワキ、膨れなどが全くない場合
○：ワキ、膨れなどがほとんどない場合
△：ワキ、膨れなどが少し生じた場合
×：ワキ、膨れなどが顕著に生じた場合
焼付後の塗膜を目視で観察し、観察結果を下記によって評価した。
記
◎：ワキ、膨れなどが全くない場合
○：ワキ、膨れなどがほとんどない場合
△：ワキ、膨れなどが少し生じた場合
×：ワキ、膨れなどが顕著に生じた場合
［非粘着性］
焼付後の塗膜に、砂糖・醤油・卵を重量比１：１：１で混合した汚染液を滴下後、250℃に加熱し、１時間放置、自然冷却後にこげ付きを爪で除去し、取れ具合を目視で観察し、観察結果を下記によって評価した。
記
◎：こびりつき、変色などが全くない場合
○：こびりつき、変色などがほとんどない場合
△：こびりつき、変色などが少し生じた場合
×：こびりつき、変色などが顕著に生じた場合
焼付後の塗膜に、砂糖・醤油・卵を重量比１：１：１で混合した汚染液を滴下後、250℃に加熱し、１時間放置、自然冷却後にこげ付きを爪で除去し、取れ具合を目視で観察し、観察結果を下記によって評価した。
記
◎：こびりつき、変色などが全くない場合
○：こびりつき、変色などがほとんどない場合
△：こびりつき、変色などが少し生じた場合
×：こびりつき、変色などが顕著に生じた場合
［摩擦係数］
摩擦係数測定装置「HEIDON 10」を使用し、傾斜させた供試体の上に載せた重量150gのステンレス性ボードが滑り始めるときの傾斜角度θから静摩擦係数μ（＝tanθ）を求め、下記によって評価した。
記
◎：μが０．１２未満の場合
○：μが０．１２〜０．１８未満の場合
△：μが０．１８〜０．２２未満の場合
×：μが０．２２以上の場合
摩擦係数測定装置「HEIDON 10」を使用し、傾斜させた供試体の上に載せた重量150gのステンレス性ボードが滑り始めるときの傾斜角度θから静摩擦係数μ（＝tanθ）を求め、下記によって評価した。
記
◎：μが０．１２未満の場合
○：μが０．１２〜０．１８未満の場合
△：μが０．１８〜０．２２未満の場合
×：μが０．２２以上の場合
［加工性］
供試体を０ｔ−１８０°密着曲げ後、曲げ部にセロテープ（登録商標）を貼り、次いでこれを剥がし、曲げ部の塗膜の剥離面積により下記によって評価した。
記
◎：剥離がない場合
○：剥離面積が１〜５％未満の場合
△：剥離面積が５〜３０％未満の場合
×：剥離面積が３０％以上の場合
供試体を０ｔ−１８０°密着曲げ後、曲げ部にセロテープ（登録商標）を貼り、次いでこれを剥がし、曲げ部の塗膜の剥離面積により下記によって評価した。
記
◎：剥離がない場合
○：剥離面積が１〜５％未満の場合
△：剥離面積が５〜３０％未満の場合
×：剥離面積が３０％以上の場合
［２次密着性］
供試体の塗膜にカッターナイフで１ｍｍ間隔の碁盤目状の刻み目を１０×１０の１００桝となるように入れた後、供試体をエリクセン試験機で９ｍｍの押出しを施し、次いで沸騰水に３時間した後、２４時間放置し、次いで刻み目部分にセロテープを貼りそしてこれを剥がした時の、供試体に生じた剥離面積に基づき、下記により評価した。
記
◎：剥離面積が５％未満の場合
○：剥離面積が５〜１０％未満の場合
△：剥離面積が１０〜３０％未満の場合
×：剥離面積が３０％以上の場合
供試体の塗膜にカッターナイフで１ｍｍ間隔の碁盤目状の刻み目を１０×１０の１００桝となるように入れた後、供試体をエリクセン試験機で９ｍｍの押出しを施し、次いで沸騰水に３時間した後、２４時間放置し、次いで刻み目部分にセロテープを貼りそしてこれを剥がした時の、供試体に生じた剥離面積に基づき、下記により評価した。
記
◎：剥離面積が５％未満の場合
○：剥離面積が５〜１０％未満の場合
△：剥離面積が１０〜３０％未満の場合
×：剥離面積が３０％以上の場合
［耐食性］
供試体に対し、その塗膜の金属素地まで達するクロス状の刻み目を入れ、このようなクロス上の刻み目の入った供試体について、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に基ずく２４０時間の塩水噴霧試験を施し、生じた発錆部面積の全体面積に対する比率を発錆率として下記により評価した。
記
◎：発錆率が１０％未満の場合
○：発錆率が１０〜２５％未満の場合
△：発錆率が２５〜５０％未満の場合
×：発錆率が５０％以上の場合
供試体に対し、その塗膜の金属素地まで達するクロス状の刻み目を入れ、このようなクロス上の刻み目の入った供試体について、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に基ずく２４０時間の塩水噴霧試験を施し、生じた発錆部面積の全体面積に対する比率を発錆率として下記により評価した。
記
◎：発錆率が１０％未満の場合
○：発錆率が１０〜２５％未満の場合
△：発錆率が２５〜５０％未満の場合
×：発錆率が５０％以上の場合
表１〜表２から以下のことが明らかである。
本発明例は比較例に比べ塗膜性能が良好である。特に本発明の好ましい範囲にある場合、塗膜性能は非常に良好となる。
本発明により、高温焼付が必要とされるフッ素樹脂塗装鋼板のクロメートフリー化において塗膜性能低下なしに製造することが可能になる。
本発明例は比較例に比べ塗膜性能が良好である。特に本発明の好ましい範囲にある場合、塗膜性能は非常に良好となる。
本発明により、高温焼付が必要とされるフッ素樹脂塗装鋼板のクロメートフリー化において塗膜性能低下なしに製造することが可能になる。
Claims (3)
- ステンレス鋼板または亜鉛系めっき鋼板の表面上に、クロムおよびシランカップリング剤を含まないシリカ系の化成処理層を有し、該化成処理層上に、ポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂を主成分とし、シリカを含有する下塗り層と、ポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂を主成分とする上塗り層と、を順に積層配置してなり、前記下塗り層におけるシリカの含有量がSi付着量で10ｍｇ／ｍ ２ 以上15ｍｇ／ｍ ２ 以下であるプレコート鋼板。
- 前記下塗り層の厚さが３μｍ以上10μｍ以下および前記上塗り層の厚さが３μｍ以上20μｍ以下である請求項１に記載のプレコート鋼板。
- ステンレス鋼板または亜鉛系めっき鋼板の表面上に、クロムおよびシランカップリング剤を含まないシリカ系の化成処理層を形成したのち、該化成処理層上に、ポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂を主成分とし、シリカを含有する塗料を塗布し、260ないし300℃の温度域内で焼付けて、シリカの含有量がSi付着量で10ｍｇ／ｍ ２ 以上15ｍｇ／ｍ ２ 以下である下塗り層を形成し、次いで前記下塗り層上に、ポリエーテルサルフォン樹脂および４フッ化エチレン樹脂を主成分とする塗料を塗布し、380ないし420℃の温度域内で焼付けて上塗り層を形成することを特徴とするプレコート鋼板の製造方法。
Priority Applications (1)
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| JP2006023196A JP4892997B2 (ja) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | プレコート鋼板およびその製造方法 |
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| JP2006023196A JP4892997B2 (ja) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | プレコート鋼板およびその製造方法 |
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| JP2007203534A JP2007203534A (ja) | 2007-08-16 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH0952069A (ja) * | 1995-08-11 | 1997-02-25 | Nkk Corp | 潤滑性に優れた塗装鋼板およびその製造方法 |
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-
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