JP6594678B2 - 表面処理剤、表面処理方法及び表面処理済み金属材料 - Google Patents
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Description
(1)金属材料の表面処理剤であって、水溶性のエチレングリコールモノアルキルエーテルを含有する、表面処理剤。
(2)水溶性バナジウム化合物、水溶性チタン化合物、水溶性ジルコニウム化合物および水溶性ハフニウム化合物から選ばれる少なくとも1種の金属化合物をさらに含有する、上記(1)に記載の表面処理剤。
(3)フッ素イオン捕捉剤をさらに含有する、上記(2)に記載の表面処理剤。
(4)pHが3〜5の範囲内である、上記(2)又は(3)に記載の表面処理剤。
(5)前記表面処理剤が、水および1又は2種以上の水溶性のエチレングリコールモノアルキルエーテルのみからなる、上記(1)に記載の表面処理剤。
(6)前記表面処理剤が、水と、1又は2種以上の水溶性のエチレングリコールモノアルキルエーテルと、水溶性バナジウム化合物、水溶性チタン化合物、水溶性ジルコニウム化合物および水溶性ハフニウム化合物から選ばれる少なくとも1種の金属化合物と、任意に添加されるpH調整剤と、のみからなり、pHが3〜5の範囲内である、上記(4)に記載の表面処理剤。
(7)前記表面処理剤が、水と、1又は2種以上の水溶性のエチレングリコールモノアルキルエーテルと、水溶性バナジウム化合物、水溶性チタン化合物、水溶性ジルコニウム化合物および水溶性ハフニウム化合物から選ばれる少なくとも1種の金属化合物と、フッ素イオン捕捉剤と、任意に添加されるpH調整剤と、のみからなり、pHが3〜5の範囲内である、上記(4)に記載の表面処理剤。
(8)金属材料の表面処理方法であって、前記金属材料の表面に形成された化成処理皮膜及び/又は前記金属材料の表面と、上記(1)〜(7)のいずれか1つに記載の表面処理剤と、を接触させる工程Xを含む、表面処理方法。
(9)前記化成処理皮膜が、前記金属材料の表面にリン酸塩を含む化成処理剤を前記金属材料の表面に接触させて形成されたものである、上記(8)に記載の表面処理方法。
(10)前記工程X後、前記金属材料の表面上に電着塗装を実施する工程Yをさらに含む、上記(8)又は(9)に記載の表面処理方法。
(11)上記(8)〜(10)のいずれか1つに記載の表面処理方法によって表面処理が施された、表面処理済み金属材料。
本発明の表面処理剤は、金属材料の表面処理剤であって、水溶性のエチレングリコールモノアルキルエーテルを含有する。本発明の表面処理剤によれば、水溶性のエチレングリコールモノアルキルエーテルを含有する表面処理剤を用いることで、金属材料(特にリン酸塩を含む処理剤によって化成処理が施された金属材料)上に、優れた塗膜密着性及び耐食性を付与することができる。
本発明の表面処理剤は、水溶性のエチレングリコールモノアルキルエーテルを含有する。上記エチレングリコールモノアルキルエーテルにおけるアルキル基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよい。該アルキル基としては、C1−8のアルキル基が好ましく、C1−6のアルキル基がより好ましく、C1−4のアルキル基が特に好ましい。具体的に、水溶性のエチレングリコールモノアルキルエーテルとしては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ヘキシルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノ−tert−ブチルエーテルなどが挙げられるが、これらに制限されるものではない。好ましい水溶性のエチレングリコールモノアルキルエーテルとしては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノ−tert−ブチルエーテルなどが挙げられる。水溶性のエチレングリコールモノアルキルエーテルは、1種単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。なお、「水に対する溶解性(水溶性)」とは、1気圧において、温度20℃でエチレングリコールモノアルキルエーテルと同容量の純水とを緩やかにかき混ぜた場合に、流動がおさまった後も混合液が均一な外観を維持するものであることを意味する。
本発明の表面処理剤は、水溶性バナジウム化合物、水溶性チタン化合物、水溶性ジルコニウム化合物および水溶性ハフニウム化合物から選ばれる少なくとも1種の金属化合物を含有してもよい。なお、本明細書において、これらの金属化合物を「特定金属化合物」という。特定金属化合物は、1種単独で使用してもよいし2種以上併用してもよい。
本発明の表面処理剤は、フッ素イオン捕捉剤を含有してもよい。フッ素イオン捕捉剤は、表面処理剤中に含まれる成分(例えば上述した特定金属化合物)に由来する余剰なフッ素イオン(フッ化物イオン)を捕捉する目的で使用される。このフッ素イオン(遊離フッ素イオン)の濃度が高すぎると金属材料に対するエッチングが過多となり、耐食性や塗装密着性の向上効果が得られない場合がある。それゆえ、表面処理に使用される、特定金属化合物を含む表面処理剤におけるフッ素イオン濃度が高い場合には、該表面処理剤にフッ素イオン捕捉剤を予め添加してもよい。一方、該表面処理剤におけるフッ素イオン濃度が低い場合には、該表面処理剤にフッ素イオン捕捉剤を添加する必要はない。また、表面処理に使用されている表面処理剤におけるフッ素イオン濃度に応じて、フッ素イオン捕捉剤を適宜添加してもよい。
本発明の表面処理剤は、水を含有する。水は、上述した各成分を溶解させる及び/又は分散させるための溶媒である。水としては、例えば、イオン交換水、限外濾過水、逆浸透水、蒸留水等の純水または超純水のようなイオン性不純物を極力除去したものを使用することができる。
本発明の表面処理剤が特定金属化合物を含有する場合には、pHは3〜5の範囲内である。pHの調整が必要な場合には、pH調整剤を添加してもよい。pH調整剤としては、特に限定されず、酸性成分またはアルカリ成分等が挙げられる。酸性成分としては、例えば、リン酸、塩酸、硫酸、硝酸、ギ酸、酢酸、フッ化水素酸等の無機酸;酢酸、タンニン酸、シュウ酸等の有機酸;などが挙げられる。アルカリ成分としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、第一級〜第三級アミンなどが挙げられる。
本発明の表面処理剤の調製方法は、制限されず、公知の方法を採用でき、例えばエチレングリコールモノアルキルエーテル、および、必要に応じて、所定の任意成分(例えば、特定金属化合物、フッ素イオン捕捉剤、pH調整剤など)を、水に加えて表面処理剤を調製する方法が挙げられる。
本発明の表面処理剤が特定金属化合物を含有する場合には、pHが3〜5の範囲内であればよいが、好ましくは3.5〜4.5の範囲内である。表面処理剤のpHがこの範囲内にあることで、金属材料の表面上に形成される上記複合層の耐食性や塗装密着性をより向上させることができる。このような効果は、金属材料の表面にリン酸塩皮膜が形成されている場合に、より発揮される。すなわち、金属材料の表面にリン酸塩皮膜を形成した際に、ビルドアップ結晶や二次結晶と呼ばれる結晶が形成されることがあり、これらの結晶が耐食性や塗装密着性を低下させることがある。このような場合、表面処理剤のpHが3〜5の範囲内であると、これらの結晶をより効果的に溶解除去することができるので、上記耐食性および塗装密着性がより優れたものになる。
本発明の表面処理剤は、金属材料の表面処理に用いられる。処理が施される金属材料としては、例えば、鋼板(電気亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、冷延鋼板、熱延鋼板)、アルミニウム板等の金属板が挙げられる。特に、本発明の表面処理剤は、リン酸亜鉛、リン酸鉄などのリン酸塩処理を施した金属材料(リン酸塩処理材)に好適に使用される。その他、リン酸塩処理以外の上記化成処理を施した金属材料であってもよい。なお、リン酸塩処理材は、リン酸塩処理により形成されるリン酸塩皮膜を金属材料の表面上に有する。
本発明の表面処理剤を用いる表面処理方法は、特に制限されないが、金属材料の表面及び/又は該表面に形成された化成処理皮膜と、上記表面処理剤と、を接触させる工程を含むことが好ましい。これにより、表面処理済み金属材料が得られる。特に、表面処理方法の好適態様の一つとしては、上記金属材料の表面に形成された化成処理皮膜と、上記表面処理剤と、を接触させる工程Xを含む表面処理方法が挙げられる。
上記工程Xの後、塗装工程を実施してもよい。工程Xと塗装工程との間において、本発明の表面処理剤を接触させた、化成処理皮膜を有する金属材料の表面を乾燥させる工程(以下、「乾燥工程」と称する。)を行ってもよいし、該乾燥工程を行わなくてもよい。また、工程Xの後、水洗工程を行ってもよい。
(1)供試材(金属材料)
以下の市販の金属材料を供試材として使用した。なお、供試材のサイズは70mm×150mmである。
(i)冷延鋼板(SPC材):板厚0.8mm
(ii)合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA材):板厚0.8mm、亜鉛目付量40g/m2(両面とも)
(iii)溶融亜鉛めっき鋼板(GI材):板厚0.8mm、亜鉛目付量70g/m2(両面とも)
(iv)アルミニウム板(アルミニウム材、材質6000番):板厚0.4mm
各供試材に対して以下のリン酸塩処理を行い、各リン酸塩処理材を作製した。
SPC材をアルカリ脱脂液(日本パーカライジング(株)製FC−E2085を20g/Lで希釈し、45℃に加温したもの)に2分間浸漬させて表面を清浄し、続いて水洗した。
SPC材の代わりにGA材を用いる他は、(I)と同じ条件でリン酸亜鉛処理を行い、乾燥質量が2.8g/m2のリン酸亜鉛皮膜を有するリン酸亜鉛処理材を作製した。
SPC材の代わりにGI材を用いる他は、(I)と同じ条件でリン酸亜鉛処理を行い、乾燥質量が2.5g/m2のリン酸亜鉛皮膜を有するリン酸亜鉛処理材を作製した。
SPC材の代わりにアルミニウム材を用いる他は、(I)と同じ条件でリン酸亜鉛処理を行い、乾燥質量が2.5g/m2のリン酸亜鉛皮膜を有するリン酸亜鉛処理材を作製した。
第1表に示すモル濃度となるように各成分を純水に配合した後、NaOH水溶液(pH調整剤)でpHを適宜調整し、実施例1〜13及び比較例1〜4の試験板を作製するために用いる表面処理剤を調製した。なお、実施例1では、pH調整を行わなかった。リン酸亜鉛処理液でリン酸塩処理を行った後、水洗した各リン酸塩処理材を乾燥することなく、上記各表面処理剤に室温で30秒間浸漬し、続いて水洗することにより、各表面処理材を作製した。また、表面処理剤として純水を用いて同様に処理し、比較例5の試験板作製用の表面処理材を作製した。
なお、第1表に記載の表面処理剤に含まれる成分の概要は、以下の通りである。
(エチレングリコールモノアルキルエーテル)
・エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル(ブチルセロソルブ,東京化成工業株式会社製)
・エチレングリコールモノエチルエーテル(セロソルブ,東京化成工業株式会社製)
・エチレングリコールモノ−n−ヘキシルエーテル(日本乳化剤株式会社社製)
(特定金属化合物)
・チタンフッ化水素酸(森田化学工業株式会社製社製)
・ジルコンフッ化水素酸(森田化学工業株式会社製社製)
各表面処理剤又は純水で表面処理を行った後、水洗した各表面処理材を乾燥することなく、電着塗装を実施した。電着塗装は、電着塗料[関西ペイント(株)社製:GT−10HT]を用い、ステンレス鋼板(SUS304)を陽極として、180秒間、定電圧陰極電解して塗膜を上記各表面処理材の全表面に析出させた後、水洗し、170℃で20分間焼付けることにより行った。なお、電着塗装による塗膜厚は、電圧を制御することにより20μmに調整した。このようにして、以下の塗装後耐食性試験及び塗装密着性試験に供する各試験板を作製した。
実施例1〜13及び比較例1〜5の試験板にクロスカットを施し、塩水噴霧試験(JIS Z2371)を1000時間実施した。クロスカット部の片側膨れ幅を測定し、以下の評価基準に従い、耐食性を評価した。その結果を第1表に示す。
<評価基準>
◎:2mm未満
○:2mm以上4mm未満
△:4mm以上6mm未満
×:6mm以上
(1)一次塗装密着性試験
実施例1〜13及び比較例1〜5の試験板に1mm幅で100の碁盤目を施し、この中心部をエリクセン試験機で4mm押し出した。その後、押し出した部位に対して、セロハン粘着テープ[ニチバン株式会社製 セロテープ(登録商標)No.405−1P]を用いたテープ剥離試験を行い、剥離した面積率を測定した。測定結果を以下の評価基準に従い、一次塗装密着性を評価した。その結果を第1表に示す。
<評価基準>
○: 10%未満
△: 10%以上30%未満
×: 30%以上
上記一次塗装密着性試験において、碁盤目を施す前に各試験板を沸騰水に1時間浸漬する他は、一次塗装密着性試験と同じ手法で二次塗装密着性を評価した。その結果を第1表に示す。
Claims (7)
- 金属材料の化成処理の後処理であって、電着塗装の前処理に用いる表面処理剤であって、
水溶性のエチレングリコールモノアルキルエーテルを含有する、表面処理剤。 - 水溶性バナジウム化合物、水溶性チタン化合物、水溶性ジルコニウム化合物および水溶性ハフニウム化合物から選ばれる少なくとも1種の金属化合物をさらに含有する、請求項1に記載の表面処理剤。
- フッ素イオン捕捉剤をさらに含有する、請求項2に記載の表面処理剤。
- pHが3〜5の範囲内である、請求項2又は3に記載の表面処理剤。
- 金属材料の表面処理方法であって、
前記金属材料の表面に形成された化成処理皮膜と、請求項1〜4のいずれか1項に記載の表面処理剤と、を接触させる工程Xと、
前記工程X後、前記金属材料の表面上に電着塗装を実施する工程Yと、を含む、表面処理方法。 - 前記化成処理皮膜が、リン酸塩を含む化成処理剤を前記金属材料の表面に接触させて形成されたものである、請求項5に記載の表面処理方法。
- 請求項5または6に記載の表面処理方法によって表面処理が施された表面処理済み金属材料。
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