JP5528924B2 - Metal surface treatment agent, surface treatment metal material, and metal surface treatment method - Google Patents

Metal surface treatment agent, surface treatment metal material, and metal surface treatment method Download PDF

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Description

本発明は、クロムを含有しない金属表面処理剤、該処理剤を用いて得られる表面処理金属材料、および金属表面処理方法に関する。   The present invention relates to a metal surface treatment agent not containing chromium, a surface treatment metal material obtained by using the treatment agent, and a metal surface treatment method.

従来、家電製品用鋼板などに代表される鋼板としては、耐食性を向上させる目的で、6価クロムを主要成分としたクロメート表面処理剤によるクロメート処理が施された鋼板が幅広く用いられていた。
一方で、6価クロムの有毒性によって環境汚染が引き起こされる問題が指摘されている。近年、その解決方法として、クロムを含まない金属表面処理剤を用いた、ノンクロメート表面処理技術が数多く提案されている。
Conventionally, as steel plates represented by steel plates for home appliances, steel plates that have been chromated with a chromate surface treatment agent containing hexavalent chromium as a main component have been widely used for the purpose of improving corrosion resistance.
On the other hand, a problem that environmental pollution is caused by the toxicity of hexavalent chromium has been pointed out. In recent years, many non-chromate surface treatment techniques using a metal surface treatment agent not containing chromium have been proposed as a solution.

例えば、特許文献1には、「少なくとも1種のバナジウム化合物(A)と、ジルコニウム、チタニウム、モリブデン、タングステン及びマンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属を含む金属化合物(B)とを含有する金属表面処理剤」が開示され、この「バナジウム化合物(A)」としては、メタバナジン酸アンモニウム、バナジウムオキシアセチルアセトネート等が挙げられている。   For example, Patent Document 1 includes “at least one vanadium compound (A) and a metal compound (B) containing at least one metal selected from the group consisting of zirconium, titanium, molybdenum, tungsten, and manganese”. Metal surface treatment agent ”, and examples of the“ vanadium compound (A) ”include ammonium metavanadate, vanadium oxyacetylacetonate, and the like.

また、特許文献2には、「(A)ペルオキソバナジン酸、(B)チタン化合物及び/又はジルコニウム化合物、必要に応じて(C)水溶性又は水分散性有機樹脂を含有する金属表面処理用組成物」が開示されており、この「(A)ペルオキソバナジン酸」は、メタバナジン酸アンモニウムを過酸化水素と反応させることにより製造される旨が記載されている。   Further, Patent Document 2 discloses that “(A) peroxovanadate, (B) titanium compound and / or zirconium compound, and (C) water-soluble or water-dispersible organic resin, if necessary, a metal surface treatment composition. "(A) peroxovanadate" is disclosed that it is produced by reacting ammonium metavanadate with hydrogen peroxide.

さらに、特許文献3には、全体溶液100重量部を基準に、エポキシ基を有するシラン化合物及びアミノ基を有するシラン化合物またはこれらの加水分解縮合物5〜30重量部と、バナジウム化合物0.1〜5重量部と、マグネシウム化合物0.1〜5重量部と、有/無機酸1〜10重量部と、架橋促進及びカップリング剤0.05〜2重量部と、消泡剤0.01〜1重量部と、ウェッティング剤1〜2重量部と、残りは水とエタノールからなるクロムフリー低温硬化型金属表面処理組成物が開示されている。   Furthermore, in Patent Document 3, 5 to 30 parts by weight of a silane compound having an epoxy group and a silane compound having an amino group or a hydrolysis condensate thereof based on 100 parts by weight of the total solution, and 0.1 to 0.1 of a vanadium compound 5 parts by weight, 0.1 to 5 parts by weight of magnesium compound, 1 to 10 parts by weight of organic / inorganic acid, 0.05 to 2 parts by weight of crosslinking accelerator and coupling agent, and 0.01 to 1 of antifoaming agent A chromium-free low-temperature curing metal surface treatment composition comprising parts by weight, 1 to 2 parts by weight of a wetting agent, and the balance consisting of water and ethanol is disclosed.

特開2002−30460号公報JP 2002-30460 A 特開2009−174051号公報JP 2009-174051 A 特開2008−544088号公報JP 2008-544088 A

金属表面処理剤から得られる皮膜には、耐食性、耐熱性、導電性、加工時の耐黒カス性など様々な性能が要求される。近年、精密機器、OA機器、白物家電等の汎用家電分野で金属材料を使用する際には、特に、耐食性のほかに、導電性および耐熱性に関する要求レベルが高まっている。   A film obtained from a metal surface treatment agent is required to have various performances such as corrosion resistance, heat resistance, electrical conductivity, and resistance to black residue during processing. In recent years, when metal materials are used in the field of general-purpose home appliances such as precision equipment, OA equipment, white goods, etc., in particular, the required level regarding conductivity and heat resistance is increasing in addition to corrosion resistance.

本発明者が、特許文献1,2で用いられているメタバナジン酸アンモニウム、バナジウムオキシアセチルアセトネート等のバナジウム化合物を含有する金属表面処理剤についてさらに検討を行ったところ、この金属表面処理剤から得られる皮膜の耐食性、耐熱性および導電性は、昨今要求されるレベルには到達しておらず、改良が必要であることが明らかとなった。   The present inventor conducted further studies on metal surface treatment agents containing vanadium compounds such as ammonium metavanadate and vanadium oxyacetylacetonate used in Patent Documents 1 and 2, and obtained from this metal surface treatment agent. It has become clear that the corrosion resistance, heat resistance and electrical conductivity of the resulting film have not reached the level required recently, and need to be improved.

一方、本発明者が、特許文献3に開示されるような、シラン化合物を含む金属表面処理剤についてもさらに検討を行ったところ、処理剤の貯蔵安定性や、この金属表面処理剤から得られる皮膜の諸特性(例えば、耐食性、耐熱性、耐黒カス性など)も、実用上必ずしも満足するレベルに達していなかった。   On the other hand, when this inventor further examined also about the metal surface treating agent containing a silane compound as disclosed by patent document 3, the storage stability of a treating agent and this metal surface treating agent are obtained. Various characteristics of the film (for example, corrosion resistance, heat resistance, black residue resistance, etc.) have not always reached a level that is practically satisfactory.

このように、従来の公知の金属表面処理剤は、クロメート皮膜の代替として使用できるような、耐熱性、導電性、耐食性、耐黒カス性に優れた皮膜を形成させることができるとは言い難く、これらを総合的に満足できる貯蔵安定性に優れた金属表面処理剤の開発が強く要望されていた。   As described above, it is difficult to say that a conventionally known metal surface treatment agent can form a film excellent in heat resistance, conductivity, corrosion resistance, and black residue, which can be used as a substitute for a chromate film. Therefore, there has been a strong demand for the development of a metal surface treatment agent excellent in storage stability that can satisfy these requirements comprehensively.

本発明は、上記実情に鑑みて、耐熱性、導電性、耐食性、耐黒カス性に優れた皮膜を得ることができる、貯蔵安定性に優れた金属表面処理剤を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a metal surface treatment agent excellent in storage stability, which can obtain a film excellent in heat resistance, conductivity, corrosion resistance, and black residue resistance. .

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、従来技術において耐食性が悪化する原因として、腐食環境下で皮膜中のバナジウム化合物が溶出してしまう点を見出した。本発明者は、これらの知見を基にして、所定の構造式で表されるバナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)と、所定の金属酸化物コロイド(B)とを、所定量含有する金属表面処理剤を用いることにより、特に、耐食性、導電性および耐熱性が優れる皮膜が得られることを明らかにし、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の(1)〜(8)を提供する。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has found that the vanadium compound in the film is eluted in a corrosive environment as a cause of deterioration of the corrosion resistance in the prior art. Based on these findings, the present inventor provides a hydrolyzate of vanadium alkoxide represented by a predetermined structural formula and / or a condensate thereof (A), and a predetermined metal oxide colloid (B). By using a metal surface treating agent contained in a predetermined amount, it was clarified that a film excellent in corrosion resistance, conductivity and heat resistance can be obtained, and the present invention was completed.
That is, the present invention provides the following (1) to (8).

(1)一般式VO(OR)3(Rは、それぞれ独立にアルキル基を表す。)で表されるバナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)と、Al、Si、Ti、Y、Zr、Nb、Sn、La、CeおよびNdからなる群より選ばれる金属元素の酸化物を含む金属酸化物コロイド(B)とを含有し、上記バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)の金属V換算質量(WA)と、上記金属酸化物コロイド(B)の質量(WB)との質量比(WA/WB)が0.005〜5.0である、金属表面処理剤。 (1) Vanadium alkoxide hydrolyzate and / or its condensate (A) represented by the general formula VO (OR) 3 (R each independently represents an alkyl group), Al, Si, Ti, A metal oxide colloid (B) containing an oxide of a metal element selected from the group consisting of Y, Zr, Nb, Sn, La, Ce and Nd, and a hydrolyzate of the vanadium alkoxide and / or a condensation thereof. things metal V converted mass (W a) of (a), the mass ratio of the mass (W B) of the metal oxide colloid (B) (W a / W B) is at 0.005 to 5.0 , Metal surface treatment agent.

(2)バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)の重量平均分子量が100〜3000である、(1)に記載の金属表面処理剤。   (2) The metal surface treatment agent according to (1), wherein the hydrolyzate of vanadium alkoxide and / or its condensate (A) has a weight average molecular weight of 100 to 3000.

(3)pHが2〜11である、上記(1)または(2)に記載の金属表面処理剤。   (3) The metal surface treating agent according to (1) or (2), wherein the pH is 2 to 11.

(4)金属材料と、金属材料の表面上に塗布された上記(1)〜(3)のいずれかに記載の金属表面処理剤を加熱乾燥して得られた皮膜と、を備える表面処理金属材料。   (4) A surface-treated metal comprising: a metal material; and a film obtained by heating and drying the metal surface treatment agent according to any one of (1) to (3) applied on the surface of the metal material. material.

(5)上記金属材料が、亜鉛系めっき鋼板である、上記(4)に記載の表面処理金属材料。   (5) The surface-treated metal material according to (4), wherein the metal material is a zinc-based plated steel sheet.

(6)上記加熱乾燥して得られた皮膜の質量が、0.05〜3g/m2である、上記(4)または(5)に記載の表面処理金属材料。 (6) The surface-treated metal material according to (4) or (5), wherein the mass of the film obtained by the heat drying is 0.05 to 3 g / m 2 .

(7)上記(1)〜(3)のいずれかに記載の金属表面処理剤を金属材料の表面上に塗布する塗布工程と、上記金属材料の表面上に塗布された上記金属表面処理剤を加熱乾燥して皮膜を得る加熱乾燥工程と、を備える金属表面処理方法。   (7) An application step of applying the metal surface treatment agent according to any one of (1) to (3) on the surface of the metal material, and the metal surface treatment agent applied on the surface of the metal material. A metal surface treatment method comprising: a heat drying step of obtaining a film by heat drying.

(8)上記加熱乾燥工程における加熱乾燥温度が、50〜200℃である、上記(7)に記載の金属表面処理方法。   (8) The metal surface treatment method according to (7), wherein the heat drying temperature in the heat drying step is 50 to 200 ° C.

本発明によれば、耐熱性、導電性、耐食性、耐黒カス性に優れた皮膜を得ることができる、貯蔵安定性に優れた金属表面処理剤を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the metal surface treating agent excellent in the storage stability which can obtain the film | membrane excellent in heat resistance, electroconductivity, corrosion resistance, and black residue can be provided.

<金属表面処理剤>
本発明の金属表面処理剤は、一般式VO(OR)3(Rは、それぞれ独立にアルキル基を表す。)で表されるバナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)と、Al、Si、Ti、Y、Zr、Nb、Sn、La、CeおよびNdからなる群より選ばれる金属元素の酸化物を含む金属酸化物コロイド(B)とを含有し、上記バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)の金属V換算質量(WA)と、上記金属酸化物コロイド(B)の質量(WB)との質量比(WA/WB)が0.005〜5.0である、金属表面処理剤である。
以下、本発明の金属表面処理剤の構成成分について説明する。
<Metal surface treatment agent>
The metal surface treatment agent of the present invention comprises a hydrolyzate of vanadium alkoxide represented by the general formula VO (OR) 3 (R each independently represents an alkyl group) and / or a condensate thereof (A), A metal oxide colloid (B) containing an oxide of a metal element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Y, Zr, Nb, Sn, La, Ce and Nd, and hydrolysis of the vanadium alkoxide The mass ratio (W A / W B ) between the metal V equivalent mass (W A ) of the product and / or its condensate (A) and the mass (W B ) of the metal oxide colloid ( B ) is 0.005. It is a metal surface treating agent which is -5.0.
Hereinafter, the components of the metal surface treatment agent of the present invention will be described.

[バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)]
本発明で使用される上記バナジウムアルコキシドは、一般式VO(OR)3(Rは、それぞれ独立にアルキル基を表す。)で表される化合物である。
上記バナジウムアルコキシドは、水の存在下で加水分解して、アルコキシ基の一部が水酸基で置換された一般式VO(OR)2OHで表される化合物や、アルコキシ基の全部が水酸基に置換された化合物などを生成する。このような化合物の加水分解、縮合を介して得られる加水分解物および/または縮合物を含有する金属表面処理剤から皮膜を得た場合、非晶質の酸化バナジウムを形成することができる。
上記バナジウムアルコキシドを出発物質として得られる非晶質の酸化バナジウムが皮膜中に含まれることにより、通常、トレードオフの関係にある耐食性と導電性とを高いレベルで両立できると考えられる。
[Hydrolyzate of vanadium alkoxide and / or condensate thereof (A)]
The vanadium alkoxide used in the present invention is a compound represented by the general formula VO (OR) 3 (R each independently represents an alkyl group).
The vanadium alkoxide is hydrolyzed in the presence of water, and a compound represented by the general formula VO (OR) 2 OH in which a part of the alkoxy group is substituted with a hydroxyl group, or all of the alkoxy group is substituted with a hydroxyl group. And other compounds. When a film is obtained from a metal surface treatment agent containing a hydrolyzate and / or a condensate obtained through hydrolysis and condensation of such a compound, amorphous vanadium oxide can be formed.
By including amorphous vanadium oxide obtained by using the vanadium alkoxide as a starting material in the film, it is considered that both corrosion resistance and conductivity, which are normally in a trade-off relationship, can be achieved at a high level.

一般に、非晶質の酸化バナジウムにおいては、バナジウムの原子価は5価に近い状態にあり、その導電機構はわずかに存在する4価のバナジウムイオンから5価のバナジウムイオンへ電子の流れが生じることにより起きるホッピング伝導であるといわれている。このため、非晶質の酸化バナジウムは、高い導電性を示す。
これに対して、結晶質の酸化バナジウムにおいては、バナジウムの原子価は5価であり、バナジウム間の原子価の違いにより生じるホッピング伝導が阻止されるため、導電性は悪くなる。
In general, in amorphous vanadium oxide, the valence of vanadium is close to pentavalent, and the conduction mechanism is that electrons flow from a slightly present tetravalent vanadium ion to a pentavalent vanadium ion. It is said that it is hopping conduction caused by. For this reason, amorphous vanadium oxide exhibits high conductivity.
On the other hand, in the case of crystalline vanadium oxide, the valence of vanadium is pentavalent, and the hopping conduction caused by the difference in valence between vanadium is prevented, so that the conductivity is deteriorated.

上記バナジウムアルコキシドは、アルコキシ基を有し、加水分解によりヒドロキシ基を有する。アルコキシ基およびヒドロキシ基は、いずれも電子供与基である。したがって、上記バナジウムアルコキシドは、4価のバナジウムを作りやすい状態にあり、V4+→V5+間のホッピング伝導を促進するものと考えられる。 The vanadium alkoxide has an alkoxy group and a hydroxy group by hydrolysis. Both the alkoxy group and the hydroxy group are electron donating groups. Therefore, it is considered that the vanadium alkoxide is in a state where tetravalent vanadium is easily formed, and promotes hopping conduction between V 4+ and V 5+ .

一般式VO(OR)3中のRはそれぞれ独立にアルキル基を表し、取り扱いやすさや入手が容易である点から、炭素数1〜8のアルキル基が好ましく、炭素数1〜4のアルキル基がより好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基などが挙げられる。なお、Rは、同一でも異なっていてもよい。 R in the general formula VO (OR) 3 each independently represents an alkyl group, and is preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms from the viewpoint of ease of handling and availability. More preferred. Specific examples include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, and a butyl group. R may be the same or different.

上記バナジウムアルコキシドの具体例としては、バナジウムオキシトリイソプロポキシド、バナジウムオキシトリブトキシド、バナジウムオキシトリエトキシド、バナジウムオキシトリイソブトキシド等が挙げられ、中でも、得られる皮膜の耐熱性、耐食性および導電性がより優れるという理由から、バナジウムオキシトリイソプロポキシド、バナジウムオキシトリブトキシドが好ましい。   Specific examples of the vanadium alkoxide include vanadium oxytriisopropoxide, vanadium oxytributoxide, vanadium oxytriethoxide, vanadium oxytriisobutoxide, etc. Among them, the heat resistance, corrosion resistance and conductivity of the resulting film Therefore, vanadium oxytriisopropoxide and vanadium oxytributoxide are preferable.

バナジウムアルコキシドの加水分解・縮合反応の条件は特に制限されないが、例えば、溶媒中(水中など)で加水分解縮合反応を行うことにより、所望の重量平均分子量を有する加水分解物またはその縮合物(加水分解縮合物)を得ることができる。より具体的には、まず、加水分解反応によって、V−OH(水酸基)が生成する。次に、加水分解反応が十分に進めば、縮合反応によるV−O−Vの生成も速やかに行われるため重量平均分子量の増加につながる。
加水分解反応、縮合反応は温度と時間に影響されるため、必要に応じて反応温度や反応時間を調整して目的とする重量平均分子量にすることが好ましい。
The conditions for the hydrolysis / condensation reaction of vanadium alkoxide are not particularly limited. For example, by performing the hydrolysis-condensation reaction in a solvent (such as water), a hydrolyzate having a desired weight average molecular weight or a condensate thereof (hydrolysis) Decomposition condensate). More specifically, first, V—OH (hydroxyl group) is generated by a hydrolysis reaction. Next, if the hydrolysis reaction proceeds sufficiently, the production of V—O—V by the condensation reaction is also rapidly performed, leading to an increase in the weight average molecular weight.
Since the hydrolysis reaction and the condensation reaction are affected by temperature and time, it is preferable to adjust the reaction temperature and reaction time as necessary to achieve the target weight average molecular weight.

加水分解・縮合反応の反応温度としては、反応制御が容易である点から、0〜70℃が好ましく、20〜40℃がより好ましい。
加水分解・縮合反応の反応時間は、使用される化合物によって適宜最適な時間が選択されるが、生産性などの点から、5〜60分が好ましい。
加水分解・縮合反応は、必要に応じて、溶媒中で行ってもよい。使用される溶媒としては、例えば、水や、水分を一部含有する、アルコール類(メタノールなど)、ケトン類、セロソルブ類などの有機溶媒が挙げられる。
加水分解・縮合反応時の反応系のpHは特に制限されず、使用される化合物、目的とする重量平均分子量に応じて適宜最適な範囲が選択されるが、pH2〜9が好ましい。
The reaction temperature for the hydrolysis / condensation reaction is preferably from 0 to 70 ° C., more preferably from 20 to 40 ° C., from the viewpoint of easy reaction control.
The reaction time for the hydrolysis / condensation reaction is appropriately selected depending on the compound used, but is preferably 5 to 60 minutes from the viewpoint of productivity.
The hydrolysis / condensation reaction may be performed in a solvent as necessary. Examples of the solvent used include water and organic solvents such as alcohols (such as methanol), ketones, and cellosolves that partially contain water.
The pH of the reaction system during the hydrolysis / condensation reaction is not particularly limited, and an optimum range is appropriately selected according to the compound to be used and the target weight average molecular weight.

上記バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)の重量平均分子量は100〜3000であることが好ましく、200〜1000であることがより好ましい。重量平均分子量がこの範囲であれば、分子量が適切であるため処理剤の貯蔵安定性も良好であると共に、各種皮膜特性もより良好となる。なお、重量平均分子量が高すぎると、処理剤の十分な貯蔵安定性が得られない場合があり、さらには耐食性などの皮膜の各種特性もやや劣る場合がある。   The weight average molecular weight of the hydrolyzate of vanadium alkoxide and / or its condensate (A) is preferably 100 to 3000, and more preferably 200 to 1000. When the weight average molecular weight is within this range, the molecular weight is appropriate, so that the storage stability of the treatment agent is good and various film properties are also good. If the weight average molecular weight is too high, sufficient storage stability of the treatment agent may not be obtained, and various characteristics of the film such as corrosion resistance may be slightly inferior.

本発明の金属表面処理剤中における出発物質である上記バナジウムアルコキシドの仕込み量は特に限定されないが、皮膜の耐食性、および、処理剤の貯蔵安定性の観点から、処理剤全量に対して、0.05〜20質量%であることが好ましく、0.1〜10質量%であることがより好ましい。   The amount of the vanadium alkoxide, which is a starting material in the metal surface treatment agent of the present invention, is not particularly limited. However, from the viewpoint of the corrosion resistance of the film and the storage stability of the treatment agent, the amount of the vanadium alkoxide is 0. It is preferable that it is 05-20 mass%, and it is more preferable that it is 0.1-10 mass%.

本発明の金属表面処理剤中における上記加水分解物および/またはその縮合物(A)の含有量は特に限定されないが、皮膜の耐食性、および、処理剤の貯蔵安定性の観点から、処理剤全量に対して、金属V(バナジウム)換算質量で0.01〜5質量%であることが好ましく、0.02〜2質量%であることがより好ましい。   The content of the hydrolyzate and / or its condensate (A) in the metal surface treatment agent of the present invention is not particularly limited, but from the viewpoint of the corrosion resistance of the film and the storage stability of the treatment agent, the total amount of the treatment agent In contrast, the metal V (vanadium) equivalent mass is preferably 0.01 to 5 mass%, and more preferably 0.02 to 2 mass%.

[金属酸化物コロイド(B)]
上記金属酸化物コロイド(B)は、Al、Si、Ti、Y、Zr、Nb、Sn、La、CeおよびNdからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素の酸化物を含有するコロイド状金属酸化物である。つまり、金属酸化物コロイド(B)は、該金属元素の酸化物を含有するコロイドである。
[Metal oxide colloid (B)]
The metal oxide colloid (B) is a colloidal metal containing an oxide of at least one metal element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Y, Zr, Nb, Sn, La, Ce and Nd It is an oxide. That is, the metal oxide colloid (B) is a colloid containing an oxide of the metal element.

本発明の金属表面処理剤においては、上記金属酸化物コロイド(B)が上記バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)と共存することによって、得られる皮膜の耐熱性、導電性、耐食性などをさらに高めることができる。
特に、導電性の向上に関しては、原子価が5価の酸化バナジウムと、それよりも原子価の低い4価以下の原子とを共存させることによって、上述したホッピング伝導を介して導電性が高まったと考えられる。また、耐熱性の向上に関しては、金属酸化物の熱に対する安定性から、耐熱性が高まったと考えられる。
In the metal surface treatment agent of the present invention, the metal oxide colloid (B) coexists with the hydrolyzate of vanadium alkoxide and / or its condensate (A), whereby the heat resistance and conductivity of the resulting film are obtained. Corrosion resistance can be further improved.
In particular, with regard to the improvement of conductivity, the conductivity has been increased through the above-described hopping conduction by coexisting vanadium oxide having a valence of pentavalent and a tetravalent or lower atom having a lower valence than that. Conceivable. Further, regarding the improvement of heat resistance, it is considered that the heat resistance has increased due to the stability of the metal oxide to heat.

さらに、得られる皮膜において、上記バナジウムアルコキシドに由来するV(バナジウム元素)と、上記金属酸化物コロイド(B)に由来する金属元素Mとが、例えば、V−O−M等の酸素を介したネットワークを一部形成するため、腐食環境下においても耐食性に寄与するV(バナジウム元素)の溶出を抑制することができ、耐食性が向上したと考えられる。   Furthermore, in the obtained film, V (vanadium element) derived from the vanadium alkoxide and the metal element M derived from the metal oxide colloid (B) are mediated by oxygen such as VOM. Since a part of the network is formed, elution of V (vanadium element) contributing to corrosion resistance can be suppressed even in a corrosive environment, and the corrosion resistance is considered to be improved.

金属酸化物コロイド(B)には、Al、Si、Ti、Y、Zr、Nb、Sn、La、CeおよびNdからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素の酸化物が含有される。含有される金属酸化物の具体例としては、例えば、酸化アルミニウム(Al23)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化イットリウム(Y23)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化ニオブ(Nb25)、酸化スズ(SnO)、酸化ランタン(La23)、酸化セリウム(CeO2)、酸化ネオジウム(Nd23)が挙げられる。なかでも、得られる皮膜の耐食性、導電性、耐熱性など各種特性がより優れる点から、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウムが好ましい。
なお、金属酸化物コロイド中には、1種の金属元素の酸化物のみが含まれていてもよく、2種以上の金属元素の酸化物が含まれていてもよい。また、金属酸化物コロイド(B)中において上記金属元素の酸化物の含有割合は特に制限されないが、実質的に上記金属元素の酸化物で構成されることが好ましい。なお、実質的とは、約99〜100質量%を意味する。
The metal oxide colloid (B) contains an oxide of at least one metal element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Y, Zr, Nb, Sn, La, Ce and Nd. Specific examples of the metal oxide contained include, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon oxide (SiO 2 ), titanium oxide (TiO 2 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), and zirconium oxide (ZrO). 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), tin oxide (SnO), lanthanum oxide (La 2 O 3 ), cerium oxide (CeO 2 ), and neodymium oxide (Nd 2 O 3 ). Of these, silicon oxide, titanium oxide, and zirconium oxide are preferred from the viewpoint that the various properties such as corrosion resistance, conductivity, and heat resistance of the resulting film are more excellent.
The metal oxide colloid may contain only one type of metal element oxide or two or more types of metal element oxides. Further, the content ratio of the metal element oxide in the metal oxide colloid (B) is not particularly limited, but it is preferably substantially composed of the metal element oxide. In addition, substantial means about 99-100 mass%.

金属酸化物コロイド(B)の平均粒径は特に制限されないが、得られる皮膜の耐食性など各種特性がより優れる点から、0.1〜100nmが好ましく、1〜50nmがより好ましい。   The average particle size of the metal oxide colloid (B) is not particularly limited, but is preferably from 0.1 to 100 nm, and more preferably from 1 to 50 nm, from the viewpoint that various properties such as corrosion resistance of the resulting film are more excellent.

金属酸化物コロイド(B)を含む本発明の金属表面処理剤を製造する際には、金属酸化物コロイドが溶媒中に分散されたゾル(金属酸化物ゾル)を使用することもできる。
上記金属酸化物ゾルの具体例としては、アルミナゾル、シリカゾル、酸化チタンゾル、酸化イットリウムゾル、酸化ジルコニウムゾル、酸化ニオブゾル、酸化スズゾル、酸化ランタンゾル、酸化セリウムゾル、酸化ネオジムゾルなどが挙げられる。
これらのうち、耐熱性、耐食性、耐黒カスがより優れるという理由から、シリカゾル、酸化チタンゾル、酸化ジルコニウムゾルが好ましい。
金属酸化物ゾル中の溶媒は特に限定されないが、水、または、エタノールもしくはイソプロピルアルコールなどの有機溶媒、あるいはこれらの混合物でもよい。
また、金属酸化物ゾル中の金属酸化物コロイドの固形分含有率は特に制限されず、取扱い性などの点から、全ゾル量に対して、1〜50質量%が好ましい。
When producing the metal surface treating agent of the present invention containing the metal oxide colloid (B), a sol (metal oxide sol) in which the metal oxide colloid is dispersed in a solvent can also be used.
Specific examples of the metal oxide sol include alumina sol, silica sol, titanium oxide sol, yttrium oxide sol, zirconium oxide sol, niobium oxide sol, tin oxide sol, lanthanum oxide sol, cerium oxide sol, neodymium oxide sol, and the like.
Of these, silica sol, titanium oxide sol, and zirconium oxide sol are preferred because of their superior heat resistance, corrosion resistance, and black residue.
The solvent in the metal oxide sol is not particularly limited, but may be water, an organic solvent such as ethanol or isopropyl alcohol, or a mixture thereof.
In addition, the solid content of the metal oxide colloid in the metal oxide sol is not particularly limited, and is preferably 1 to 50% by mass with respect to the total sol amount from the viewpoint of handleability.

金属酸化物コロイド(B)は、公知の方法で合成してもよく、上記市販品(金属酸化物
ゾル)などを使用してもよい。
The metal oxide colloid (B) may be synthesized by a known method, or the above-mentioned commercially available product (metal oxide sol) may be used.

本発明の金属表面処理剤中における上記金属酸化物コロイド(B)の仕込み量は特に制限されないが、皮膜の耐食性、および、処理剤の貯蔵安定性の観点から、処理剤全量に対して、0.1〜20質量%であることが好ましく、1〜10質量%であることがより好ましい。   The amount of the metal oxide colloid (B) charged in the metal surface treatment agent of the present invention is not particularly limited, but it is 0 with respect to the total amount of the treatment agent from the viewpoint of the corrosion resistance of the film and the storage stability of the treatment agent. It is preferable that it is 1-20 mass%, and it is more preferable that it is 1-10 mass%.

[質量比(WA/WB)]
本発明の金属表面処理剤において、使用される上記バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)の金属V(バナジウム)換算質量(WA)と上記金属酸化物コロイド(B)の質量(WB)との質量比(WA/WB)は、0.005〜5.0である。なお、金属V(バナジウム)換算質量(WA)は、金属表面処理剤中の上記加水分解物および/またはその縮合物(A)の質量を金属V(バナジウム)換算したものである。
質量比(WA/WB)が0.005未満であると、耐食性が得られないばかりか、上記バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)によるホッピング伝導の効果が小さくなるため導電性が劣る。また、質量比(WA/WB)が5.0を越えると、耐熱性、耐食性、耐黒カス性が劣る。
それに対して、質量比(WA/WB)が0.005〜5.0であれば、耐熱性、導電性、耐食性、耐黒カス性に優れた皮膜を得ることができる。なかでも、本発明の効果がより優れる点で、0.025〜2.5であることが好ましく、0.05〜0.5であることが好ましい。
[Mass ratio (W A / W B )]
In the metal surface treatment agent of the present invention, the metal V (vanadium) equivalent mass (W A ) of the hydrolyzate and / or condensate (A) of the vanadium alkoxide used and the metal oxide colloid (B) The mass ratio (W A / W B ) to the mass (W B ) is 0.005 to 5.0. The metal V (vanadium) equivalent mass (W A ) is the metal V (vanadium) equivalent of the mass of the hydrolyzate and / or its condensate (A) in the metal surface treatment agent.
When the mass ratio (W A / W B ) is less than 0.005, corrosion resistance cannot be obtained, and the effect of hopping conduction by the vanadium alkoxide hydrolyzate and / or its condensate (A) is reduced. Therefore, conductivity is inferior. On the other hand, when the mass ratio (W A / W B ) exceeds 5.0, the heat resistance, corrosion resistance, and black residue resistance are inferior.
On the other hand, when the mass ratio (W A / W B ) is 0.005 to 5.0, a film excellent in heat resistance, conductivity, corrosion resistance, and black residue resistance can be obtained. Especially, it is preferable that it is 0.025-2.5 at the point which the effect of this invention is more excellent, and it is preferable that it is 0.05-0.5.

[pH]
本発明の金属表面処理剤は、pHが2〜11であることが好ましく、4〜9であることがより好ましい。
pHがこの範囲であれば、金属表面処理剤を金属材料に塗布してから乾燥または加熱処理により皮膜が形成されるまでの過程で金属材料が過剰にエッチングされず、得られる金属材料の外観が良好となる。また、pHがこの範囲であれば、金属表面処理剤の貯蔵安定性も良好である。
pHが低すぎると、金属材料の外観が一部損なわれることがあり、pHが高すぎると、処理剤の貯蔵安定性が得られないことがある。
[PH]
The metal surface treatment agent of the present invention preferably has a pH of 2 to 11 and more preferably 4 to 9.
If the pH is within this range, the metal material is not excessively etched in the process from the application of the metal surface treatment agent to the metal material until the film is formed by drying or heat treatment, and the appearance of the resulting metal material is It becomes good. Moreover, if pH is this range, the storage stability of a metal surface treating agent is also favorable.
If the pH is too low, the appearance of the metal material may be partially impaired, and if the pH is too high, the storage stability of the treatment agent may not be obtained.

pHを調整するためのpH調整剤としては、従来公知のものを用いることができる。例えば、リン酸、フッ化水素酸、硝酸、ギ酸、酢酸、乳酸、グリコール酸、ホスホン酸、クエン酸、酒石酸、アンモニア、水酸化ナトリウム、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン等が挙げられる。
これらのうち、貯蔵安定性およびエッチング効果の観点から、酢酸、アンモニアが好ましい。
A conventionally known pH adjusting agent for adjusting the pH can be used. Examples include phosphoric acid, hydrofluoric acid, nitric acid, formic acid, acetic acid, lactic acid, glycolic acid, phosphonic acid, citric acid, tartaric acid, ammonia, sodium hydroxide, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, and ethylenediamine. .
Of these, acetic acid and ammonia are preferable from the viewpoint of storage stability and etching effect.

[溶媒]
本発明の金属表面処理剤は溶媒を含んでいてもよく、溶媒としては水を主体とするが、皮膜の乾燥性改善など必要に応じて、アルコール、ケトン、セロソルブ系の水溶性有機溶媒を添加した水性媒体であってもよい。
本発明の金属表面処理剤における溶媒量は特に限定されないが、処理剤全量に対して、1〜99質量%であることが好ましく、30〜95質量%であることがより好ましく、50〜90質量%であることが特に好ましい。
[solvent]
The metal surface treatment agent of the present invention may contain a solvent, and the solvent is mainly water, but an alcohol, ketone, cellosolve-based water-soluble organic solvent is added as necessary, for example, to improve the drying property of the film. An aqueous medium may be used.
The amount of solvent in the metal surface treatment agent of the present invention is not particularly limited, but is preferably 1 to 99% by mass, more preferably 30 to 95% by mass, and more preferably 50 to 90% by mass with respect to the total amount of the treatment agent. % Is particularly preferred.

[添加剤]
本発明の金属表面処理剤には、本発明の趣旨や皮膜性能を損なわない範囲で、アルコキシ基含有金属化合物、水溶性無機化合物、水溶性有機樹脂、ワックス、顔料、界面活性剤、消泡剤、レベリング剤等の添加剤を添加することができる。
[Additive]
The metal surface treatment agent of the present invention includes an alkoxy group-containing metal compound, a water-soluble inorganic compound, a water-soluble organic resin, a wax, a pigment, a surfactant, and an antifoaming agent as long as the spirit and film performance of the present invention are not impaired. Additives such as leveling agents can be added.

[金属表面処理剤の調製方法]
本発明の金属表面処理剤の調製方法は特に制限されず、公知の方法によって製造することができる。例えば、上記バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)を含む溶液中に、上記金属酸化物コロイド(B)を所定量添加して、混合することによって製造することができる。
[Method for preparing metal surface treatment agent]
The method for preparing the metal surface treating agent of the present invention is not particularly limited, and can be produced by a known method. For example, it can be produced by adding a predetermined amount of the metal oxide colloid (B) to a solution containing the hydrolyzate of vanadium alkoxide and / or its condensate (A) and mixing them.

<表面処理金属材料>
本発明の表面処理金属材料は、金属材料と、該金属材料の表面上に塗布された本発明の金属表面処理剤を加熱乾燥して得られた皮膜と、を備える表面処理金属材料である。
<Surface-treated metal material>
The surface-treated metal material of the present invention is a surface-treated metal material comprising a metal material and a film obtained by heating and drying the metal surface treatment agent of the present invention applied on the surface of the metal material.

上記金属材料としては、例えば、鉄、鉄を主体とする合金、アルミニウム、アルミニウムを主体とする合金、銅、銅を主体とする合金、これらの金属材料をめっきしためっき金属材料等が挙げられ、中でも、亜鉛系めっき鋼板が好ましい。
亜鉛系めっき鋼板としては、亜鉛めっき鋼板、亜鉛−ニッケルめっき鋼板、亜鉛−鉄めっき鋼板、亜鉛−クロムめっき鋼板、亜鉛−アルミニウムめっき鋼板、亜鉛−チタンめっき鋼板、亜鉛−マグネシウムめっき鋼板、亜鉛−マンガンめっき鋼板、亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき鋼板、亜鉛−アルミニウム−マグネシウム−シリコンめっき鋼板等が挙げられる。
また、亜鉛系めっき鋼板としては、上述した亜鉛系めっき鋼板におけるめっき層に、コバルト、モリブデン、タングステン、ニッケル、チタン、クロム、アルミニウム、マンガン、鉄、マグネシウム、鉛、ビスマス、アンチモン、錫、銅、カドミウム、ヒ素等を少量の異種金属元素もしくは不純物として含有させたもの;シリカ、アルミナ、チタニア等の無機物を分散させたもの;等も用いることができる。
さらに、亜鉛系めっき鋼板としては、上述した亜鉛系めっきと他種類のめっき(例えば、鉄めっき、鉄−リンめっき、ニッケルめっき、コバルトめっき等)とを組み合わせた複層めっき鋼板も用いることができる。
めっき方法は特に限定されず、公知のめっき法、例えば、電気めっき法、溶融めっき法、蒸着めっき法、分散めっき法、真空めっき法等を用いることができる。
Examples of the metal material include iron, an alloy mainly composed of iron, aluminum, an alloy mainly composed of aluminum, copper, an alloy mainly composed of copper, and a plated metal material obtained by plating these metal materials. Among these, a zinc-based plated steel sheet is preferable.
Zinc-coated steel sheets include galvanized steel sheets, zinc-nickel plated steel sheets, zinc-iron plated steel sheets, zinc-chromium plated steel sheets, zinc-aluminum plated steel sheets, zinc-titanium plated steel sheets, zinc-magnesium plated steel sheets, zinc-manganese. Examples thereof include a plated steel sheet, a zinc-aluminum-magnesium plated steel sheet, and a zinc-aluminum-magnesium-silicon plated steel sheet.
In addition, as the zinc-based plated steel sheet, the plating layer in the above-described zinc-based plated steel sheet includes cobalt, molybdenum, tungsten, nickel, titanium, chromium, aluminum, manganese, iron, magnesium, lead, bismuth, antimony, tin, copper, A material containing cadmium, arsenic, or the like as a small amount of a different metal element or an impurity; a material in which an inorganic material such as silica, alumina, titania or the like is dispersed;
Furthermore, as the zinc-based plated steel sheet, a multilayer plated steel sheet combining the above-described zinc-based plating and other types of plating (for example, iron plating, iron-phosphorus plating, nickel plating, cobalt plating, etc.) can also be used. .
The plating method is not particularly limited, and a known plating method such as an electroplating method, a hot dipping method, a vapor deposition plating method, a dispersion plating method, a vacuum plating method, or the like can be used.

本発明の金属表面処理剤を加熱乾燥して得られた皮膜の質量は、0.05〜3g/m2であることが好ましく、0.1〜1.5g/m2であることがより好ましい。
皮膜質量がこの範囲であると、上記金属材料の表面が十分に被覆されて各種性能が発揮され、皮膜が割れにくく耐熱性がより良好になり、耐食性もより優れる。
Mass of the film obtained by heating and drying the metal surface treatment agent of the present invention is preferably 0.05 to 3 g / m 2, and more preferably 0.1 to 1.5 g / m 2 .
When the film mass is within this range, the surface of the metal material is sufficiently coated to exhibit various performances, the film is hard to break, heat resistance is improved, and corrosion resistance is further improved.

<金属表面処理方法>
本発明の金属表面処理方法は、本発明の金属表面処理剤を上記金属材料の表面上に塗布する塗布工程と、上記金属材料の表面上に塗布された本発明の金属表面処理剤を加熱乾燥して皮膜を得る加熱乾燥工程と、を備える金属表面処理方法である。
なお、本発明の金属表面処理剤を塗布する前に、必要に応じて、上記金属材料の表面を脱脂処理してもよい。
<Metal surface treatment method>
The metal surface treatment method of the present invention includes a coating step of coating the metal surface treatment agent of the present invention on the surface of the metal material, and heat drying the metal surface treatment agent of the present invention coated on the surface of the metal material. And a heat drying step for obtaining a film.
In addition, before apply | coating the metal surface treating agent of this invention, you may degrease the surface of the said metal material as needed.

上記塗布工程における塗布の手段としては、特に限定されず、例えば、一般に使用されるロールコート、シャワーコート、エアースプレー、エアレススプレー、カーテンフローコート、刷毛塗り、浸漬等が挙げられる。   The application means in the application step is not particularly limited, and examples thereof include commonly used roll coat, shower coat, air spray, airless spray, curtain flow coat, brush coating, and dipping.

上記加熱乾燥工程は、上記塗布工程の後、上記金属材料を水洗することなく行う。上記加熱乾燥工程における加熱乾燥の手段としては、ドライヤー、熱風炉、高周波誘導加熱炉、赤外線炉等が挙げられる。
上記加熱乾燥工程における加熱乾燥温度は、50〜200℃であることが好ましく、60〜150℃であることがより好ましい。加熱乾燥温度がこの範囲であれば、水分蒸発速度が速く乾燥効率がより良好であり、また、得られる皮膜の性能向上も期待できる。
The heat drying step is performed without washing the metal material after the coating step. Examples of the heat drying means in the heat drying step include a dryer, a hot air furnace, a high frequency induction heating furnace, and an infrared furnace.
The heating and drying temperature in the heating and drying step is preferably 50 to 200 ° C, and more preferably 60 to 150 ° C. If the heating and drying temperature is within this range, the moisture evaporation rate is fast and the drying efficiency is better, and the improvement in the performance of the resulting film can be expected.

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

<金属表面処理剤の調製>
バナジウムアルコキシドを蒸留水中に加えて、25℃で10分撹拌し、pHを調整して加水分解物およびその縮合物を製造した。該溶液に、後述する第1表に示す混合比に従って、所定量の金属酸化物コロイドを添加し、30分間攪拌して、所定の金属表面処理剤を得た。
<Preparation of metal surface treatment agent>
Vanadium alkoxide was added to distilled water, stirred at 25 ° C. for 10 minutes, and the pH was adjusted to produce a hydrolyzate and its condensate. A predetermined amount of metal oxide colloid was added to the solution according to the mixing ratio shown in Table 1 described later, and the mixture was stirred for 30 minutes to obtain a predetermined metal surface treatment agent.

得られた金属表面処理剤におけるバナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)の重量平均分子量は、ゲル濾過クロマトグラフィー(GFC)を用いて求めた。GFCの測定条件を以下に示す。
・分析装置:TRI ROTAR−V(JASCO)
・検出器:示差屈折計830−RI(JASCO)、セル温度50℃
・カラム恒温槽:TU−100(JASCO)、温度55℃
・ガードカラム:OHpak Q−800P(shodex)、内径8mm×50mm
・カラム:OHpak Q−802(shodex)、内径8mm×500mm
・溶離液:蒸留水
・流量:0.7mL/min
・標準物質:ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール
The weight average molecular weight of the hydrolyzate of vanadium alkoxide and / or its condensate (A) in the obtained metal surface treatment agent was determined using gel filtration chromatography (GFC). The measurement conditions for GFC are shown below.
・ Analyzer: TRI ROTAR-V (JASCO)
Detector: differential refractometer 830-RI (JASCO), cell temperature 50 ° C.
-Column thermostat: TU-100 (JASCO), temperature 55 ° C
Guard column: OHpak Q-800P (shodex), inner diameter 8 mm × 50 mm
Column: OHpak Q-802 (shodex), inner diameter 8 mm × 500 mm
-Eluent: distilled water-Flow rate: 0.7 mL / min
・ Standard materials: diethylene glycol, polyethylene glycol

<金属表面処理剤の組成>
第1表に、金属表面処理剤の調製に用いた各成分の種類、バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)の金属V換算質量(WA)と金属酸化物コロイド(B)の質量(WB)との質量比(WA/WB)、バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)の重量平均分子量、および、金属表面処理剤のpHを示す。第1表中、バナジウムアルコキシドおよび金属酸化物コロイド(B)の質量%は、処理剤全量に対する仕込み量(質量%)を表す。
第1表に示す記号に対応する各成分の具体名を以下に示す。
<Composition of metal surface treatment agent>
Table 1 shows the types of each component used for the preparation of the metal surface treatment agent, the metal V equivalent mass (W A ) of the hydrolyzate of vanadium alkoxide and / or its condensate ( A ) and the metal oxide colloid (B mass) (W B) and the mass ratio of (W a / W B), the weight average molecular weight of the vanadium alkoxide hydrolyzate and / or condensate (a), and shows the pH of the metal surface treatment agent. In Table 1, the mass% of vanadium alkoxide and metal oxide colloid (B) represents the charged amount (mass%) relative to the total amount of the processing agent.
Specific names of the components corresponding to the symbols shown in Table 1 are shown below.

・バナジウムアルコキシド
A1:バナジウムオキシトリイソプロポキシド
A2:バナジウムオキシトリブトキシド
A3:メタバナジン酸アンモニウム
A4:バナジウムオキシアセチルアセトネート
A5:バナジウムジイソプロポキシビス(アセチルアセトネート)
Vanadium alkoxide A1: Vanadium oxytriisopropoxide A2: Vanadium oxytributoxide A3: Ammonium metavanadate A4: Vanadium oxyacetylacetonate A5: Vanadium diisopropoxybis (acetylacetonate)

・金属酸化物コロイド(B)
B1:アルミナゾル(日産化学工業株式会社製、商品名:アルミナゾル200、固形分質量:10質量%、pH5)
B2:シリカゾル(日産化学工業株式会社製、商品名:スノーテックスO、コロイド粒径:10nm、固形分質量:20質量%、pH3)
B3:酸化チタンゾル(多木化学株式会社製、商品名:タイノックA−6、コロイド粒径:10nm、固形分質量:6質量%、pH10)
B4:酸化イットリウムゾル(多木化学株式会社製、商品名:バイラールY−10C、固形分質量:10質量%、pH11)
B5:酸化ジルコニウムゾル(日産化学工業株式会社製、商品名:ナノユースZR−30AL、固形分質量:30質量%、pH3)
B6:酸化ニオブゾル(多木化学株式会社製、商品名:バイラールNb−X10、固形分質量:10質量%、pH6)
B7:酸化スズゾル(多木化学株式会社製、商品名:セラメースS−8、コロイド粒径:2nm、固形分質量:8質量%、pH10)
B8:酸化ランタンゾル(多木化学株式会社製、商品名:バイラールLa−C10、固形分質量:10質量%、pH9.5)
B9:酸化セリウムゾル(多木化学株式会社製、商品名:ニードラールU−15、固形分質量:15質量%、pH3.5)
B10:酸化ネオジムゾル(多木化学株式会社製、商品名:バイラールNd−C10、固形分質量:10質量%。pH9)
・ Metal oxide colloid (B)
B1: Alumina sol (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., trade name: alumina sol 200, solid content mass: 10% by mass, pH 5)
B2: Silica sol (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., trade name: Snowtex O, colloidal particle size: 10 nm, solid content mass: 20% by mass, pH 3)
B3: Titanium oxide sol (manufactured by Taki Chemical Co., Ltd., trade name: Tynock A-6, colloid particle size: 10 nm, solid content mass: 6% by mass, pH 10)
B4: Yttrium oxide sol (manufactured by Taki Chemical Co., Ltd., trade name: Bayal Y-10C, solid content mass: 10% by mass, pH 11)
B5: Zirconium oxide sol (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., trade name: Nanouse ZR-30AL, solid content mass: 30% by mass, pH 3)
B6: Niobium oxide sol (manufactured by Taki Chemical Co., Ltd., trade name: Bayal Nb-X10, solid content mass: 10% by mass, pH 6)
B7: Tin oxide sol (manufactured by Taki Chemical Co., Ltd., trade name: Cerames S-8, colloidal particle size: 2 nm, solid content mass: 8 mass%, pH 10)
B8: Lanthanum oxide sol (manufactured by Taki Chemical Co., Ltd., trade name: Bayal La-C10, solid content mass: 10% by mass, pH 9.5)
B9: Cerium oxide sol (manufactured by Taki Chemical Co., Ltd., trade name: Niedral U-15, solid content mass: 15 mass%, pH 3.5)
B10: Neodymium oxide sol (manufactured by Taki Chemical Co., Ltd., trade name: Viral Nd-C10, solid content mass: 10% by mass, pH 9)

・pH調整剤
C1:リン酸
C2:モノエタノールアミン
C3:酢酸
C4:アンモニア
PH adjuster C1: Phosphate C2: Monoethanolamine C3: Acetic acid C4: Ammonia

<金属表面処理方法>
金属材料として板厚0.6mmの溶融亜鉛めっき鋼板(片面当たりの付着量60g/m2)を使用し、これをアルカリ脱脂および水洗した後、調製した金属表面処理剤をめっき鋼板の片面にバーコーターにより塗布し加熱乾燥し、表面処理金属材料を作製した。形成された皮膜の皮膜質量および加熱温度(PMT:最高到達板温度)を、第1表に示す。
得られた表面処理金属材料を以下の方法で評価した。
<Metal surface treatment method>
A hot dip galvanized steel sheet with a thickness of 0.6 mm (60 g / m 2 adhesion amount per side) is used as the metal material, and after alkali degreasing and washing with water, the prepared metal surface treatment agent is applied to one side of the plated steel sheet. It was applied with a coater and dried by heating to prepare a surface-treated metal material. Table 1 shows the film mass and the heating temperature (PMT: maximum plate temperature) of the formed film.
The obtained surface-treated metal material was evaluated by the following method.

<評価方法>
(1)耐熱性
表面処理金属材料の試験片を300℃で20分間加熱し、加熱前後の色差△E(ハンター表色系におけるE値の差)を測定し、次のように評価した。
◎:1未満
○:1以上、2未満
△:2以上、3未満
×:3以上
<Evaluation method>
(1) Heat resistance A test piece of a surface-treated metal material was heated at 300 ° C. for 20 minutes, and a color difference ΔE before and after heating (E value difference in Hunter color system) was measured and evaluated as follows.
◎: Less than 1 ○: 1 or more, less than 2 △: 2 or more, less than 3 ×: 3 or more

(2)導電性
表面処理金属材料の試験片を用いて、4探針式表面抵抗測定装置で表面抵抗が10-3Ω以下になる荷重を次のように評価した。
・測定装置:Loresta GP(三菱化学)
・プローブ:ASP
◎:100g未満
○:100g以上、250g未満
△:250g以上、500g未満
×:500g以上
(2) Conductivity Using a test piece of a surface-treated metal material, a load at which the surface resistance was 10 −3 Ω or less was evaluated with a four-probe surface resistance measuring device as follows.
・ Measuring device: Loresta GP (Mitsubishi Chemical)
・ Probe: ASP
◎: Less than 100 g ○: 100 g or more, less than 250 g Δ: 250 g or more, less than 500 g ×: 500 g or more

(3)平面部耐食性
無加工の表面処理金属材料の試験片を用いて、JIS−Z−2371に基づいた塩水噴霧240時間後の白錆発生面積率により次のように評価した。
◎ :5%未満
○ :5%以上、10%未満
△ :10%以上、50%未満
× :50%以上
(3) Plane portion corrosion resistance Using a test piece of an unprocessed surface-treated metal material, evaluation was performed as follows based on a white rust generation area ratio after 240 hours of salt spraying based on JIS-Z-2371.
◎: Less than 5% ○: 5% or more, less than 10% △: 10% or more, less than 50% ×: 50% or more

(4)アルカリ脱脂後耐食性
無加工の表面処理金属材料の試験片を用いて、アルカリ脱脂剤CL−N364S(日本パーカライジング社製)(20g/L、60℃、10秒スプレー、スプレー圧0.5kg/cm2)で脱脂した後、スプレー水洗を10秒行ってから、JIS−Z−2371に基づいた塩水噴霧120時間後の白錆発生面積率により次のように評価した。
◎ :5%未満
○ :5%以上、10%未満
△ :10%以上、50%未満
× :50%以上
(4) Corrosion resistance after alkaline degreasing Using an unprocessed surface-treated metal material test piece, an alkaline degreasing agent CL-N364S (manufactured by Nihon Parkerizing Co., Ltd.) (20 g / L, 60 ° C., 10 seconds spray, spray pressure 0.5 kg) / Cm < 2 >), spray water washing was performed for 10 seconds, and then the white rust generation area ratio after 120 hours of salt water spraying based on JIS-Z-2371 was evaluated as follows.
◎: Less than 5% ○: 5% or more, less than 10% △: 10% or more, less than 50% ×: 50% or more

(5)加工部耐食性
無加工の表面処理金属材料の試験片を用いて、エリクセン7mm押出し加工してから、JIS−Z−2371に基づいた塩水噴霧120時間後の白錆発生面積率により次のように評価した。
◎ :5%未満
○ :5%以上、10%未満
△ :10%以上、50%未満
× :50%以上
(5) Processed part corrosion resistance Using an unprocessed surface-treated metal material test piece, Erichsen 7 mm extrusion was performed, and then the white rust generation area rate after 120 hours of salt spraying based on JIS-Z-2371 It was evaluated as follows.
◎: Less than 5% ○: 5% or more, less than 10% △: 10% or more, less than 50% ×: 50% or more

(6)加熱後耐食性
無加工の表面処理金属材料の試験片を用いて、300℃で20分間加熱してから、JIS−Z−2371に基づいた塩水噴霧120時間後の白錆発生面積率により次のように評価した。
◎ :5%未満
○ :5%以上、10%未満
△ :10%以上、50%未満
× :50%以上
(6) Corrosion resistance after heating After heating for 20 minutes at 300 ° C. using a test piece of unprocessed surface-treated metal material, the area ratio of white rust generated after 120 hours of salt spraying based on JIS-Z-2371 Evaluation was performed as follows.
◎: Less than 5% ○: 5% or more, less than 10% △: 10% or more, less than 50% ×: 50% or more

(7)耐黒カス性
高速深絞り試験にて、絞り比2.0で加工した場合の黒カス発生度合いを試験前後のL値からΔL値を算出して、次のように評価した。
○ :1.0未満
△ :1.0以上、2.0未満
× :2.0以上
(7) Black residue resistance In the high-speed deep drawing test, the degree of black residue when processed at a drawing ratio of 2.0 was calculated from the L value before and after the test, and evaluated as follows.
○: Less than 1.0 Δ: 1.0 or more, less than 2.0 ×: 2.0 or more

(8)貯蔵安定性
金属表面処理剤を40℃の雰囲気で静置した場合にゲル化、沈殿が発生するまでの期間で貯蔵安定性を次のように評価した。
○:1ヶ月以上
×:1ヶ月未満
(8) Storage stability Storage stability was evaluated as follows in the period until gelatinization and precipitation generate | occur | produce when a metal surface treating agent was left still at 40 degreeC atmosphere.
○: More than 1 month ×: Less than 1 month

第1表に評価結果を示す。なお、第1表の各実施例の評価結果において、○または◎であることが実用上好ましい。
第1表に示す評価結果から、実施例1〜24は、耐熱性、導電性、耐食性、加工時の耐黒カス性、貯蔵安定性に優れていることが分かった。
Table 1 shows the evaluation results. In addition, in the evaluation result of each Example of Table 1, it is practically preferable that it is (circle) or (double-circle).
From the evaluation results shown in Table 1, it was found that Examples 1 to 24 were excellent in heat resistance, conductivity, corrosion resistance, black residue resistance during processing, and storage stability.

また、実施例1〜6を見ると、質量比(WA/WB)が0.005〜0.05である実施例1〜3は耐熱性により優れ、質量比(WA/WB)が0.50〜5.0である実施例4〜6は導電性により優れることが分かった。
また、実施例7〜10を見ると、処理剤の広範囲なpH領域において、優れた効果が得られることが分かった。
また、実施例11〜14を見ると、種々の皮膜質量において、優れた効果が得られることが分かった。
Also, looking at the Examples 1-6, the weight ratio (W A / W B) is Example 1-3 is 0.005 to 0.05 is more excellent heat resistance, the mass ratio (W A / W B) It turned out that Examples 4-6 which are 0.50-5.0 are excellent by electroconductivity.
Moreover, when Example 7-10 was seen, it turned out that the outstanding effect is acquired in the wide pH range of a processing agent.
Moreover, when Examples 11-14 were seen, it turned out that the outstanding effect is acquired in various film | membrane masses.

また、実施例15〜24を見ると、B2(シリカゾル)、B3(酸化チタンゾル)、B5(酸化ジルコニウムゾル)を用いた実施例16、17、19が、耐熱性、導電性、耐食性により優れることが分かった。   In addition, when Examples 15 to 24 are viewed, Examples 16, 17, and 19 using B2 (silica sol), B3 (titanium oxide sol), and B5 (zirconium oxide sol) are superior in heat resistance, conductivity, and corrosion resistance. I understood.

これに対し、第1表に示す評価結果から、バナジウムアルコキシドを含有しない比較例1は、皮膜のバリア性およびホッピング伝導効果が得られず、耐食性および導電性が両方ともに劣ることが分かった。
また、質量比(WA/WB)が本発明の範囲(0.005〜5.0)の下限値未満である比較例2は、耐食性に劣り、さらに、ホッピング伝導の効果が小さくなるため導電性が劣ることが分かった。
また、質量比(WA/WB)が本発明の範囲(0.005〜5.0)の上限値を超えた比較例3は、耐熱性、耐黒カス性、貯蔵安定性および耐食性に劣ることが分かった。
また、金属酸化物コロイド(B)を含有しない比較例4は、耐熱性、耐食性、耐黒カス性に劣ることが分かった。
また、バナジウムアルコキシドが、A3(メタバナジン酸アンモニウム)、A4(バナジウムオキシアセチルアセトネート)、または、A5(バナジウムジイソプロポキシビス(アセチルアセトネート))である比較例5〜7は、皮膜のバリア性およびホッピング伝導効果が得られず、導電性、耐食性、および耐黒カス性が劣ることが分かった。
なお、比較例1および比較例4の結果から分かるように、バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)、または、金属酸化物コロイド(B)を単独で含む場合は、共に耐食性に劣る。一方、両者を併用すると、耐食性に優れ、相乗作用があることが分かった。
On the other hand, from the evaluation results shown in Table 1, it was found that Comparative Example 1 containing no vanadium alkoxide could not obtain the barrier property and hopping conduction effect of the film, and both the corrosion resistance and conductivity were inferior.
The mass ratio (W A / W B) is Comparative Example 2 is less than the lower limit of the scope of the present invention (0.005-5.0) are inferior in corrosion resistance, furthermore, the effect of hopping conduction is reduced It was found that the conductivity was inferior.
Further, Comparative Example 3 in which the mass ratio (W A / W B ) exceeded the upper limit of the range (0.005 to 5.0) of the present invention is excellent in heat resistance, black residue resistance, storage stability and corrosion resistance. I found it inferior.
Moreover, it turned out that the comparative example 4 which does not contain a metal oxide colloid (B) is inferior to heat resistance, corrosion resistance, and black residue resistance.
In Comparative Examples 5 to 7, where the vanadium alkoxide is A3 (ammonium metavanadate), A4 (vanadium oxyacetylacetonate), or A5 (vanadium diisopropoxybis (acetylacetonate)), the barrier properties of the film It was also found that the hopping conduction effect was not obtained and the conductivity, corrosion resistance, and black residue resistance were inferior.
As can be seen from the results of Comparative Examples 1 and 4, when the hydrolyzate of vanadium alkoxide and / or its condensate (A) or the metal oxide colloid (B) is contained alone, both are corrosion resistant. Inferior to On the other hand, it was found that when both were used in combination, the corrosion resistance was excellent and there was a synergistic effect.

Figure 0005528924
Figure 0005528924

Claims (8)

一般式VO(OR)3(Rは、それぞれ独立にアルキル基を表す。)で表されるバナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)と、
Al、Si、Ti、Y、Zr、Nb、Sn、La、CeおよびNdからなる群より選ばれる金属元素の酸化物を含む金属酸化物コロイド(B)とを含有し、
前記バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)の金属V換算質量(WA)と、前記金属酸化物コロイド(B)の質量(WB)との質量比(WA/WB)が0.005〜5.0である、金属表面処理剤。
A hydrolyzate of vanadium alkoxide and / or a condensate thereof (A) represented by the general formula VO (OR) 3 (R each independently represents an alkyl group);
A metal oxide colloid (B) containing an oxide of a metal element selected from the group consisting of Al, Si, Ti, Y, Zr, Nb, Sn, La, Ce and Nd,
The mass ratio of the mass (W B) of the vanadium alkoxide hydrolyzate and / or condensate and metal V converted mass of (A) (W A), the metal oxide colloid (B) (W A / W Metal surface treatment agent whose B ) is 0.005-5.0.
バナジウムアルコキシドの加水分解物および/またはその縮合物(A)の重量平均分子量が100〜3000である、請求項1に記載の金属表面処理剤。   The metal surface treating agent according to claim 1, wherein the hydrolyzate of vanadium alkoxide and / or the condensate thereof (A) has a weight average molecular weight of 100 to 3,000. pHが2〜11である、請求項1または2に記載の金属表面処理剤。   The metal surface treating agent according to claim 1 or 2, wherein the pH is 2-11. 金属材料と、前記金属材料の表面上に塗布された請求項1〜3のいずれかに記載の金属表面処理剤を加熱乾燥して得られた皮膜と、を備える表面処理金属材料。   A surface-treated metal material comprising: a metal material; and a film obtained by heating and drying the metal surface treatment agent according to any one of claims 1 to 3 applied on the surface of the metal material. 前記金属材料が、亜鉛系めっき鋼板である、請求項4に記載の表面処理金属材料。   The surface-treated metal material according to claim 4, wherein the metal material is a zinc-based plated steel sheet. 前記加熱乾燥して得られた皮膜の質量が、0.05〜3g/m2である、請求項4または5に記載の表面処理金属材料。 The mass of the heat dried coating obtained is a 0.05 to 3 g / m 2, the surface treated metal material according to claim 4 or 5. 請求項1〜3のいずれかに記載の金属表面処理剤を金属材料の表面上に塗布する塗布工程と、前記金属材料の表面上に塗布された前記金属表面処理剤を加熱乾燥して皮膜を得る加熱乾燥工程と、を備える金属表面処理方法。   An application step of applying the metal surface treatment agent according to any one of claims 1 to 3 on the surface of the metal material; and heating and drying the metal surface treatment agent applied on the surface of the metal material to form a film. A metal surface treatment method comprising: a heat drying step to obtain. 前記加熱乾燥工程における加熱乾燥温度が、50〜200℃である、請求項7に記載の金属表面処理方法。   The metal surface treatment method of Claim 7 whose heat drying temperature in the said heat drying process is 50-200 degreeC.
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