JP7205959B1 - 防錆皮膜形成用液状組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】金属材料表面に、低い処理温度で、リン酸塩処理皮膜に比べ長期間防錆力および潤滑剤引き込み能力も確保できる防錆皮膜を容易に形成することができるとともに、メンテナンスを簡略化でき、かつ、処理時間を短縮することができる防錆皮膜形成用液状組成物を提供することを目的としている。【解決手段】防錆皮膜を金属材料表面に形成する防錆皮膜形成用液状組成物であって、pH７以上であり、珪藻土粉末と、珪酸ナトリウム、メタ硼酸ナトリウム、トリエタノールアミン、水溶性ウレタン樹脂、鉱物油、亜硝酸ナトリウムなどの防錆性付与成分を含むことを特徴としている。【選択図】 なし

Description

本発明は、金属材料を浸漬することによって、金属材料の表面に、防錆皮膜を形成できる防錆皮膜形成用液状組成物に関する。

たとえば、伸線するなどのような金属材料に冷間加工を施す前に、金属材料表面に錆が発生しないように、防錆性能を備えるとともに、少なくとも冷間加工時に潤滑剤の引き込み性能を付与できる防錆皮膜を金属材料表面に施す防錆皮膜処理が従来から行われている。 鋼線の防錆皮膜処理としては、リン酸塩皮膜処理が古くから行なわれている。

特許6249929号公報

しかし、上記リン酸塩皮膜処理の場合、つぎのような問題がある。
（１）徹底した液管理/成分バランス調整が必要で、液管理が面倒である。
（２）処理液の定期的な入れ替えが必要で産廃処分コストが嵩む。
（３）スラッジが発生し、処理槽内に堆積するため、このスラッジを定期的に除去しなければならないため、処理作業が煩雑になるとともに、スラッジの産廃処分コストが嵩む。
（４）反応型であるため、反応が完了するまで金属材料を皮膜処理液に浸漬する必要があり、長い処理時間が必要である。また、インライン処理においては、処理時間を確保するために長い処理槽が必要になる。
（５）処理液が酸性のため、皮膜処理後にワークを中和処理する中和槽を別途設ける必要があり、皮膜処理槽を含め処理施設の専有面積が大きくなる。特に、インライン処理においては、特に長い処理施設となってしまう。
（６）適正な処理液温度が80℃程度であり、エネルギーコストに問題がある。
（７）リン、亜鉛などを含むスラッジが発生し、処理槽中に発生し、定期的にスラッジの除去作業が必要であり、メンテナンスに時間がかかる上、除去したスラッジの処理コストがかかる。
（８）得られる皮膜に吸湿性が若干あり、周囲の環境によっては皮膜による防錆力を長時間維持することができない。

本発明は、上記事情に鑑みて、金属材料表面に、低い処理温度で、リン酸塩処理皮膜に比べ長期間防錆力および潤滑剤引き込み能力も確保できる防錆皮膜を容易に形成することができるとともに、メンテナンスを簡略化でき、かつ、処理時間を短縮することができる防錆皮膜形成用液状組成物を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の水系防錆皮膜形成用液状組成物（以下、「本発明の組成物」と記す）は、pH7以上であり、珪藻土粉末と、珪酸ナトリウムと、潤滑油と、水溶性ウレタン樹脂と、水を含み、前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれることを特徴としている。
また、本発明の組成物は、防錆皮膜を金属材料表面に形成する防錆皮膜形成用液状組成物であって、pH７以上であり、珪藻土粉末と、珪酸ナトリウムと、イソヘキサデカン酸と、ステアリン酸カルシウムと、水溶性ウレタン樹脂と、水を含み、前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれることを特徴としている。
また、本発明の組成物は、防錆皮膜を金属材料表面に形成する防錆皮膜形成用液状組成物であって、pH７以上であり、珪藻土粉末と、珪酸ナトリウムと、硫酸ナトリウムと、二硫化モリブデンと、ポリプロピレンワクッスと、水溶性ウレタン樹脂と、水を含み、前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれることを特徴としている。
また、本発明の組成物は、防錆皮膜を金属材料表面に形成する防錆皮膜形成用液状組成物であって、pH７以上であり、珪藻土粉末と、メタ硼酸ナトリウムと、ステアリン酸亜鉛と、水酸化カルシウムと、スルホン酸ナトリウムと、トリエタノールアミンと、水を含み、前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれることを特徴としている。

本発明の組成物は、高濃度で含まれる原液組成物を作製し、この原液組成物を、少なくとも珪藻土粉末および防錆性付与成分が処理に適した濃度となるように、水などの希釈溶媒で希釈して得られる場合や、珪藻土粉末を含む原液組成物Ａと、防錆性付与成分を含む原液組成物Ｂを建浴時に混合する場合もある。また、使用により成分濃度が低くなった場合、上記の原液組成物、あるいは、原液組成物Ａおよび原液組成物Ｂを継ぎ足すようにしても構わない。
本発明の組成物は、十分な防錆性を確保するために、pH7以上にされるが、pH10～12が好ましい。

上記珪藻土粉末の粒径は、特に限定されないが、レーザー回折法で測定したときに、平均粒径で15μｍ以下が好ましい。
すなわち、珪藻土粉末の粒径が大きすぎると、液中における分散性が悪くなり、成分が沈殿するため、成分の均等性に問題が生じるおそれがある。また、防錆成分や密着成分の表面積が小さくなることから、防錆性能や密着性能の低下をもたらす可能性がある。

潤滑油としては、たとえば。鉱物油、オリーブ油などの植物油、ロート油などが挙げられ、少なくとも鉱物油が好ましく、これらが複合して用いられるようにしても構わない。

鉱物油としては、たとえば、芳香族系炭化水素、パラフィン系炭化水素、ナフテン（シクロアルカン）系炭化水素が挙げられる。
また、上記珪酸ナトリウム、水溶性樹脂は、防錆性付与以外に、珪藻土の金属材料表面への密着性を向上させることから好適である。

上記水溶性樹脂としては、特に限定されないが、水溶性ウレタン樹脂、水溶性アクリル樹脂などが挙げられ、水溶性ウレタン樹脂が好ましい。
上記水溶性ウレタン樹脂としては、特に限定されないが、25℃の粘度が500ｍPa～1500ｍPa程度の低粘度で、ポリエステル系のものを用いることが好ましい。
上記水溶性ウレタン樹脂の配合割合としては、組成物中、0.5重量％～1.5重量％が好ましい。
すなわち、水溶性ウレタン樹脂の配合割合が、0.5重量％未満の場合、皮膜の耐吸湿性や密着性が不十分になるおそれがあり、1.5重量％を超えると、皮膜の乾燥性が悪くなり、密着性を阻害するおそれがある。

因みに、潤滑油として鉱物油を用いる場合、その配合割合は、組成物中、0.5重量％～1.5重量とすることが好ましい。
すなわち、鉱物油の配合割合が、0.5重量％未満であれば、皮膜の防錆性に問題が生じるおそれがあり、1.5重量％を超えると、皮膜の金属材料表面への密着性に問題が生じるおそれがある。

上記ワックスとしては、たとえば、ポリプロピレンワックスなどのパラフィン系ワックスが好ましい。
なお、上記トリエタノールアミンおよびワックスは、防錆性付与成分として以外に潤滑性付与成分としても作用する。

本発明の組成物は、上記以外に、潤滑性付与剤、密着性付与剤、キレート剤を別途配合するようにしても構わない。
上記潤滑性付与剤としては、たとえば、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ラウリン酸カルシウム、イソヘキサデカン酸ナトリウムなどの金属セッケン、二硫化モリブデン、水酸化カリウム、水酸化カルシウムが挙げられ、これらが、単独で用いられても、複合して用いられても構わない。

上記密着性付与剤としては、たとえば、珪酸カリウム、珪酸カルシウム、メタ硼酸ナトリウムなどが挙げられる。
因みに、珪酸カルシウムを用いる場合、その配合量は、組成物中、５重量％～８．７５重量％の割合で含まれることが好ましい。

本発明の組成物は、上記した成分以外に、必要に応じて、界面活性剤、消泡剤、防腐剤、ｐＨ調整剤などの他の添加剤を配合するようにしても構わない。

本発明の組成物は、上記のように、珪酸ナトリウムと、潤滑油と、水溶性ウレタン樹脂と、水を含み、前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれることを特徴としている。
また、本発明の組成物は、防錆皮膜を金属材料表面に形成する防錆皮膜形成用液状組成物であって、pH7以上であり、珪藻土粉末と、珪酸ナトリウムと、イソヘキサデカン酸と、ステアリン酸カルシウムと、水溶性ウレタン樹脂と、水を含み、前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれることを特徴としている。
また、本発明の組成物は、防錆皮膜を金属材料表面に形成する防錆皮膜形成用液状組成物であって、pH７以上であり、珪藻土粉末と、珪酸ナトリウムと、硫酸ナトリウムと、二硫化モリブデンと、ポリプロピレンワクッスと、水溶性ウレタン樹脂と、水を含み、前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれることを特徴としている。
また、本発明の組成物は、防錆皮膜を金属材料表面に形成する防錆皮膜形成用液状組成物であって、pH７以上であり、珪藻土粉末と、メタ硼酸ナトリウムと、ステアリン酸亜鉛と、水酸化カルシウムと、スルホン酸ナトリウムと、トリエタノールアミンと、水を含み、前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれることを特徴としている。
従って、以下のような優れた効果を備えている。
（１）金属材料を組成物中に浸漬するだけで、金属材料表面に珪藻土の層が付着形成されるとともに、防錆性成分が珪藻土層の表面を覆うだけでなく珪藻土の小孔内に入り込むため、防錆力の高い皮膜を形成することができる。
（２）リン酸塩皮膜のように、金属材料表面と皮膜剤とを反応させるものではなく、珪藻土を金属材料表面に付着させるだけであるので、短い浸漬時間で、皮膜形成を行うことができるとともに、スラッジの発生がなく、スラッジ除去などの煩雑な作業が不要で、メンテナンス性に優れている。
（３）常温で処理することができ、リン酸塩皮膜処理に比べ、エネルギーコストが低減できる。
（４）リン酸塩皮膜処理のような中和処理が不要で、中和処理槽を設ける必要がなく、設備コストを低減できるとともに、中和処理剤のコストおよび処理コストも低減できる。
（５）珪藻土とともに、他の成分が、反応することなく金属材料表面に付着するだけであるので、水を除き、濃縮状態された原液組成物を付着して持ち出される量だけ、補給するだけでよく、浴管理が容易である。
（６）上記のように濃縮状態された原液組成物を補給するだけでよいので、液の入れ替え頻度を極力減らすことができる。
（７）前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれるので、皮膜層の厚みが十分なものとなり、必要な防錆性、密着性を確保できる。

以下に、本発明を、実施例を参考にしつつ詳しく説明する。

（実験１）
以下の表1に示す配合割合の液状組成物A1～A5を作製した。

なお、表１中、ウレタン樹脂は、ポリエステル系の25℃の粘度1000ｍＰａのものを用いた。

上記組成物A1～A5およびリン酸塩皮膜処理剤（日本パーカライジング社製パルボンド）をそれぞれ用いて以下のようにして皮膜処理を行い、皮膜の防錆性および強度を以下のようにして調べ、その結果を表２に示した。

〔組成物A1～A5による皮膜処理〕
SS400黒皮材（80mm×20mm×1.6mm）を20重量％塩酸浴中に室温（25℃）で5分間静置浸漬したのち、塩酸浴から取り出し、水洗後、アセトンに浸漬処理して皮膜処理用テストピースを得た。
常温（25℃）の各組成物A1～A5からなる処理浴をスターラーで攪拌しながら得られた皮膜処理用テストピースを、5分間浸漬したのち、処理浴から取り出し自然乾燥して皮膜処理済みテストピースを得た。

〔上記リン酸塩皮膜処理剤による皮膜処理、「以下、化成皮膜処理」〕
上記皮膜処理用テストピースを、80℃に加温した上記リン酸塩皮膜処理剤浴中にスターラーで攪拌しながら5分間浸漬したのち、処理浴から取り出し、水洗し、その後85℃の中和液（日本パーカライジグ社製プレバン）に1分間静置浸漬し、取り出して自然乾燥して化成皮膜処理済みテストピース（以下、「ピースＸ」と記す）を得た。

〔皮膜の防錆性試験〕
密閉容器の底に3.5重量％の塩酸を含浸した紙製ウエス（商品名キムワイプ）を敷き、その上に高さ2cmの樹脂製ラックを置き、この樹脂製ラック上に上記のようにして得られた皮膜処理済みテストピースをそれぞれウエスに接触しないように、載置し、錆が発生するまでの時間を目視により確認した。

〔皮膜の強度試験〕
鉛筆硬度試験機に9H（三菱鉛筆社製ＵＮＩ）の鉛筆をセットし、鉛筆に250ｇの荷重をかけた状態で、鉛筆先端を皮膜処理済みテストピースに押し当て、鉛筆硬度試験機を水平移動させ、皮膜が目視で剥離していると確認されるまでのひっかき回数を調べた。

なお、表２中、ピースA1は、上記組成物A1を、ピースA2は、上記組成物A2を、ピースA3は、上記組成物A3を、ピースA4は、上記組成物A4を、ピースA5は、組成物A5を用いてられた皮膜処理済みテストピースをそれぞれあらわす。

表２から、本発明のように、珪藻土と、防錆性成分を含む配合の組成物が、従来のリン酸塩皮膜処理剤の処理温度より低温の処理温度としても、リン酸塩皮膜処理とほぼ同等あるいはそれ以上の防錆性を備えるとともに、強い皮膜が得られることがよくわかる。

（実験２）
比較のため、以下の表３に示すように、珪藻土に代えて多孔質材としてのモンモリロナイト、タルク、ゼオライトを用いた以外、上記液状組成物A3と同様の配合割合の液状組成物Ｂ～Dを作製した。

上記組成物Ｂ～Ｄを用いた以外は、上記組成物Ａ１～Ａ５と同様にして、皮膜処理済みテストピースＢ～Ｄ（以下、ピースＢ，ピースＣ，ピースＤ）をそれぞれ得た。
そして、ピースＢ、ピースＣ，ピースＤのそれぞれについて、上記と同様にして皮膜の防錆試験、皮膜の強度試験を実施し、その結果を、ピースA3，ピースＸと対比して、表４に示した。

上記表４から、珪藻土に代えて他の多孔質材を用いた場合、他の成分が同じであっても防錆皮膜としての機能が得られないことがわかる。

（実験３）
以下の表５に示す配合割合の液状組成物E1～E3を作製した。

上記組成物E1～E3を用いた以外は、上記組成物A1～A5と同様にして、皮膜処理済みテストピースE1～E3（以下、ピースE1，ピースE2，ピースE3）をそれぞれ得た。
そして、ピースE1，ピースE2，ピースE3のそれぞれについて、上記と同様にして皮膜の防錆試験、皮膜の強度試験を実施し、その結果を、表６に示した。

（実験４）
以下の表７に示す配合割合の液状組成物F1～F3を作製した。

上記組成物F1～F3を用いた以外は、上記組成物A1～A5と同様にして、皮膜処理済みテストピースF1～F3（以下、ピースF1，ピースF2，ピースF3）をそれぞれ得た。
そして、ピースF1，ピースF2，ピースF3のそれぞれについて、上記と同様にして皮膜の防錆試験、皮膜の強度試験を実施し、その結果を、表８に示した。

（実験５）
以下の表9に示す配合割合の液状組成物G1～G3を作製した。

上記組成物G1～G3を用いた以外は、上記組成物Ａ１～Ａ５と同様にして、皮膜処理済みテストピースG1～G3（以下、ピースG1，ピースG2，ピースG3）をそれぞれ得た。
そして、ピースG1，ピースG2，ピースG3のそれぞれについて、上記と同様にして皮膜の防錆試験、皮膜の強度試験を実施し、その結果を、表１０に示した。

上記実験３～実験５から珪酸ナトリウムやメタ硼酸ナトリウムのような防錆性付与成分と珪藻土とを含む組成物が、防錆性および皮膜強度の優れた皮膜を形成できることがよくわかる。

本発明は、上記の実施例に限定されない。たとえば、上記の実験では、本発明の組成物の処理温度を25℃としていたが、乾燥速度を上げるために、25℃よりも高くしても構わない。

Claims (8)

1. 防錆皮膜を金属材料表面に形成する防錆皮膜形成用液状組成物であって、
   pH7以上であり、珪藻土粉末と、珪酸ナトリウムと、潤滑油と、水溶性ウレタン樹脂と、水を含み、前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれることを特徴とする防錆皮膜形成用液状組成物。
2. 前記組成物中、前記珪酸ナトリウムが6.25重量％、珪酸カルシウムが6.875重量％、水酸化カリウムが0.375重量％、水溶性ウレタン樹脂が2.0重量％、鉱物油が1.0重量％、オリーブ油が1.0重量％、トリエタノールアミンが1.25重量％、亜硝酸ナトリウムが0.05重量％、エチレングリコールが0.1375重量％、前記珪藻土粉末が0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれ、残部が水である請求項１に記載の防錆皮膜形成用液状組成物。
3. 防錆皮膜を金属材料表面に形成する防錆皮膜形成用液状組成物であって、
   pH7以上であり、珪藻土粉末と、珪酸ナトリウムと、イソヘキサデカン酸と、ステアリン酸カルシウムと、水溶性ウレタン樹脂と、水を含み、前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれることを特徴とする防錆皮膜形成用液状組成物。
4. 前記組成物中、前記珪酸ナトリウムが22.5重量％、前記イソヘキサデカン酸が7.5重量％、前記ステアリン酸カルシウムが3.5重量％、水溶性ウレタン樹脂が0.75重量％、前記珪藻土粉末が0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれ、残部が水である請求項３に記載の防錆皮膜形成用液状組成物。
5. 防錆皮膜を金属材料表面に形成する防錆皮膜形成用液状組成物であって、
   pH７以上であり、珪藻土粉末と、珪酸ナトリウムと、硫酸ナトリウムと、二硫化モリブデンと、ポリプロピレンワクッスと、水溶性ウレタン樹脂と、水を含み、前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれることを特徴とする防錆皮膜形成用液状組成物。
6. 前記組成物中、前記珪酸ナトリウムが15重量％、前記硫酸ナトリウムが4.5重量％と、前記二硫化モリブデンが3重量％、、前記ポリプロピレンワクッスが0.75重量％、前記珪藻土粉末が0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれ、残部が水である請求項５に記載の防錆皮膜形成用液状組成物。
7. 防錆皮膜を金属材料表面に形成する防錆皮膜形成用液状組成物であって、
   pH７以上であり、珪藻土粉末と、メタ硼酸ナトリウムと、ステアリン酸亜鉛と、水酸化カルシウムと、スルホン酸ナトリウムと、トリエタノールアミンと、水を含み、前記珪藻土粉末が、組成物中、0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれることを特徴とする防錆皮膜形成用液状組成物。
8. 前記組成物中、前記メタ硼酸ナトリウムが4重量％、前記ステアリン酸亜鉛が5.5重量％、前記水酸化カルシウムが15重量％、前記スルホン酸ナトリウムが4重量％、前記トリエタノールアミンが4重量％、前記珪藻土粉末が0.5重量％～1.5重量％の割合で含まれ、残部が水である請求項７に記載の防錆皮膜形成用液状組成物。