JPH06134925A - 樹脂被覆金属材とその製造方法 - Google Patents

樹脂被覆金属材とその製造方法

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JPH06134925A
JPH06134925A JP28592192A JP28592192A JPH06134925A JP H06134925 A JPH06134925 A JP H06134925A JP 28592192 A JP28592192 A JP 28592192A JP 28592192 A JP28592192 A JP 28592192A JP H06134925 A JPH06134925 A JP H06134925A
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JP
Japan
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resin
metal material
coated metal
surface roughness
water repellency
Prior art date
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Pending
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JP28592192A
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English (en)
Inventor
Kiwamu Yoshida
究 吉田
Akihiro Yanai
昭博 八内
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】撥水性、耐汚染性および外観性に優れた樹脂被
覆金属材を提供すること。 【構成】金属材表面の最上層にフッ素原子を30at.%
以上含み、その表面粗さがJIS-B0601 で規定されている
中心線平均粗さRaで0.3 ≦Ra<0.85μmで、かつ抽
出曲線の平均線からの高さ0.2 μmを閾値とする1イン
チ当たりの山頂数として表した表面粗さパラメータPP
Iが300 以上である樹脂層を形成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、撥水性、耐汚染性およ
び外観性に優れた樹脂被覆金属材に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、工程の省略、コストダウン、また
公害問題のために、アルミ、冷延鋼板、めっき鋼板の表
面に工場であらかじめ塗装をし、組立、加工後に塗装を
しなくても良い樹脂被覆金属材の利用が盛んになってき
ている。
【0003】このように、樹脂被覆金属材は塗装後に組
立、加工を行うものであるから、その塗膜に高度の加工
度が要求される事は勿論、その利用の拡大に伴い、他に
も多種多様の機能が要求されるようになった。
【0004】そのような機能のうち、特に重要なものと
して、撥水性、耐汚染性が挙げられる。例えば、建材、
屋外で使用されるエアコンの室外機等では使用する金属
材に耐食性が要求されるが、かかる場合、樹脂被覆金属
層に撥水性を付与すれば金属板への水の侵入を防ぎ耐食
性を向上できる。また家電製品の場合には、製品の美観
の観点からマジック、辛子、タバコ等による汚れが重大
な問題となっており、耐汚染性の優れた製品を提供する
ことは、樹脂被覆金属材の利用拡大のために必要不可欠
である。この場合の耐汚染性とは、汚れが付着しないと
いう意味ではなく、汚れが付着してもその汚れを拭き取
ることでその汚れを除去できる性質を意味する。
【0005】金属板の撥水性や耐汚染性の改善を意図し
たものとしては、特開昭61-248734号公報記載の材料が
ある。この材料は塗膜表面部にプラズマ処理を施し、フ
ッ素原子を導入することにより、その耐食性、耐傷つき
性を改善した塗装金属材料である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
特開昭61-24873号公報記載の塗装金属材では、塗装金属
表面に単にフッ素を導入するという方法であり、表面の
粗さに関しては何ら検討されていないと共に、その表面
粗さをコントロールする事について考慮が全く無く、そ
の表面粗さと撥水性および耐汚染性との相関についての
示唆もなく、さらに表面のフッ素原子の導入量について
も考慮されていない。
【0007】そこで本発明者等は、樹脂被覆金属材の表
面改質について鋭意研究を重ねたところ、樹脂にフッ素
を含ませるのみでは必ずしも撥水性や耐汚染性が満足な
程度にまで向上するものではなく、このフッ素を含む樹
脂の表面粗さを増大させることにより、撥水性、耐汚染
性が飛躍的に向上することを見出した。ただし、フッ素
を含有する樹脂の表面粗さをあまり増大させ過ぎると、
樹脂被覆金属材の外観が著しく損なわれることも、本発
明者等は知見している。
【0008】そのため本発明者等は、より効果的な表面
改質についてさらに鋭意研究を重ねた結果、撥水性は樹
脂被覆層の表面エネルギーのみならず、その3次元形状
にも依存し、特に抽出曲線の平均線からのある高さを閾
値とする1インチ当たりの山頂数として表した表面粗さ
パラメータPPIが非常に大きな影響を与える事を見出
した。
【0009】そこで、本発明の課題は、撥水性、耐汚染
性および外観性に優れた樹脂被覆金属材を提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、最上層に
フッ素原子を30at.%以上含み、その表面粗さがJIS-
B0601 で規定されている中心線平均粗さRaで0.3 ≦R
a<0.85μmで、かつ抽出曲線の平均線からの高さ0.2
μmを閾値とする1インチ当たりの山頂数として表した
表面粗さパラメータPPIが300 以上である樹脂層を形
成させることで解決できる。
【0011】この場合、金属材表面の最上層に樹脂材料
を塗布し、非重合性の含フッ素プラズマを照射して前記
樹脂層を形成することができる。
【0012】
【作用】本発明において、樹脂の種類として、熱硬化性
樹脂および熱可塑性樹脂を用いることができ、一般に使
用されているポリエステル系、エポキシ系、メラミン
系、ウレタン系、アクリル系、塩化ビニル系などの種々
の樹脂を用いることができる。
【0013】一般に有機フッ素化合物は表面エネルギー
の小さい材料として知られている。
【0014】これは、フッ素が全ての元素の中で最も電
気陰性度が大きく、水素原子に比べて原子半径が大きい
ために炭素原子の廻りを遮蔽する効果が大きいためであ
る。このため、表面にフッ素を含む樹脂層を用いること
で表面エネルギーの小さい、すなわち撥水性の高い表面
層を形成することができる。
【0015】そこで、撥水性の高いポリテトラフルオロ
エチレン以上の撥水性を得るために様々な検討を行った
結果、樹脂層の表面粗さをどのように変化させてもX線
光電子分光による分析でフッ素原子量が30at.%未満
ではポリテトラフルオロエチレン以上の撥水性を得るこ
とはできなかった。これは、樹脂被覆層の撥水性を向上
させるためには、表面に一定量のフッ素が必要であるこ
とを意味し、この結果、最上層のフッ素量を30at.%
以上と限定した。
【0016】また、本発明は、フッ素原子量とともに、
フッ素を含有する樹脂層の表面粗さを規定する。この表
面粗さとしては、微視的表面粗さが重要であることを本
発明者らは知見した。すなわち、閾値を0.2 μm として
カウントされるPPI、すなわちきわめて小さい凹凸が
多いほど、かつ中心線平均粗さRaが大きいほど、撥水
性が向上する。
【0017】この理由は、以下のように考えられる。本
来撥水性の高いフッ素を含む樹脂層上に水滴を滴下した
場合、水滴は樹脂よりも空気との方が親和性が高いため
にそれ以上拡がろうとしない。つまり、水滴の外表面と
樹脂表面とが接触する点における水滴の接線と樹脂表面
とのなす角、水滴接触角が大きい。このように樹脂層の
表面粗さが増大すると、樹脂の凹凸の凹部では水滴と樹
脂層の間に空気の層ができ、この層により水滴と樹脂層
の接触面積は平滑な状態よりも減少する。そのために樹
脂層の見かけの表面エネルギーは低下し、撥水性が向上
すると考えられる。
【0018】しかし、中心線平均粗さRaが大きいほ
ど、撥水性が向上するものの、逆に外観性が低下する。
そこで、本発明では、小さい中心線平均粗さRaでも、
PPIを増加させることによって、高い撥水性が得られ
る。これによって、高い撥水性と良好な外観性とを両立
させることができる。
【0019】樹脂層の表面粗さがJIS-B0601 で規定され
ている中心線平均粗さRaで0.3 μm未満であるか、抽
出曲線の平均線からの高さ0.2 μmを閾値とする1イン
チ当たりの山頂数として表した表面粗さパラメータPP
Iが300 未満では、上記水滴接触角がポリテトラフルオ
ロエチレンのそれ(112度)を超えない。一方、中心
線平均粗さRaが0.85μm以上であると、撥水性、耐汚
染性は飽和傾向にあるとともに、表面粗さの増大により
外観が損なわれるため、Raを0.3 ≦Ra<0.85μm、
PPIを300 以上と限定した。
【0020】一方、上記の樹脂層を得るには、金属材表
面の最上層に樹脂材料を塗布し、基本的には、ガラス転
移温度よりも高く軟化点よりも低い温度で加熱しながら
含フッ素プラズマを樹脂被覆金属材表面に照射すること
により製造することができる。
【0021】プラズマを誘起する方法は一般的に内部電
極型と外部電極型の反応器があり、いずれの装置を用い
てもかまわないが、広幅の金属板へ均一な処理を行うた
めにはグロー放電を誘起させることが望ましい。また、
プラズマを誘起する際に使用する高周波電源の周波数
は、工業的に使用される周波数域であればよい。なお、
グロー放電を誘起させる場合には、たとえば特開平2-1
5171号公報に記載されているような大気圧下でのグロー
放電でもよいし、通常の低圧グロー放電でもよい。
【0022】プラズマ処理に使用するガスの種類は、含
フッ素化合物のガスまたは蒸気でも重合性があれば樹脂
被覆層上に薄膜が堆積し、表面の粗さを損なってしまう
ため、CF4 、C2 6 、SF6 、NF3 等通常の条件
下では重合せずかつフッ素を含有する化合物のガスまた
は蒸気とし、用いる材料により適当なガスまたは蒸気を
使用する。必要に応じてキャリヤーガスを使用しても良
いが、酸化性のガスを使用すると、樹脂被覆金属板の撥
水性が改善されにくくなるので酸化性のガスは望ましく
ない。さらに、水素を含有するガスを多量に使用すると
プラズマ中のフッ素ラジカル量が減少し重合が促進され
るようになる。したがって、キャリヤーガスとしては、
水素を含まず非酸化性であるAr、He、N2 が望まし
い。
【0023】また、しぼ付ロールを通すあるいはレーザ
ー加工を行うことなどにより、プラズマ処理を樹脂表面
のフッ素原子を多くすることのみの手段としてのみ用い
ることができる。したがって、しぼ付ロールを通すある
いはレーザー加工を行う場合には、プラズマ処理の際加
熱処理は必須ではないが、加熱処理を行うことでプラズ
マ処理の時間を短縮できるので、この場合にも加熱処理
は有効な手段である。
【0024】プラズマ照射により導入されるフッ素原子
の定量は、X線光電子分光法によって行うことができ
る。この際の光電子取出し角は30度とする。
【0025】なお、本発明は好適には、被被覆材料とし
て鋼板が好適であるが、他の金属材または他の鋼材であ
ってもよい。
【0026】次に、数例の実施例より本発明の効果を明
らかにする。 (実施例1)化成処理を施した溶融亜鉛めっき鋼板上
に、ポリエステル樹脂45wt%とイミノ型メラミン10
wt%、顔料のTiO2 をシクロヘキサノン中に混合した
塗料を塗布し、PMT(最高到達鋼材温度)で210 ℃ま
で加熱して焼付硬化させ樹脂被覆層を形成させた後、プ
ラズマ処理を行った。この場合、本発明例については、
80℃に加熱しながらプラズマ照射を行い、一方従来例、
比較例については、加熱することなくプラズマ照射を行
った。なお、前記樹脂のガラス転移点温度を熱機械的分
析(TMA)により測定した結果60℃であった。ま
た、プラズマ照射条件は以下の通りである。 プラズマガス:CF4 10%−Ar90%の混合ガス ガス流量:600cm3 (STP)/min 圧力:0.9Torr 印加電力:300W 放電時間:90秒 各供試材の水滴接触角、耐汚染性および外観性を評価し
た結果を下記の表1に示す。なお、水滴接触角は、マイ
クロシリンジにて樹脂上に8マイクロリットルの水滴を
滴下し、1分間放置した後ゴニオメータを用いて測定し
た。一方、耐汚染性を評価するために、内田洋行社製の
赤マジックを樹脂層に塗った後1時間放置し、その後エ
タノールをしみこませたガーゼで拭き取り、目視観察に
て汚れの残り具合で評価した。この場合の評価はそれぞ
れ次の通りである(表2、表3も同様)。 ◎:エタノールをしみこませたガーゼで完全に除去でき
る ○:ほとんど除去できる △:若干汚れが残る ×:ほとんどとれない 他方、外観性は、目視観察により次の3段階で評価した
(表2、表3も同様)。 ◎:極めて良好 ○:良好 △:若干汚い ×:汚い また、プラズマ照射後の供試材の表面粗さは、東京精密
社製「サーフコム550A」を用いて測定した。
【0027】
【表1】
【0028】(実施例2)化成処理を施した電気亜鉛め
っき鋼板上に、塩化ビニルフィルムをラミネートした樹
脂被覆鋼板をプラズマ処理したものを供試材とた。な
お、前記フィルムのガラス転移点温度はTMA分析の結
果76℃であった。この樹脂被覆板を90℃に加熱しな
がら、プラズマを照射した。プラズマ照射条件は実施例
1と同様である。プラズマ処理後の各供試材の性能を表
2に示す。
【0029】
【表2】
【0030】(実施例3)化成処理を施した溶融亜鉛め
っき鋼板上に熱硬化性ポリエステル樹脂塗料を塗布焼付
したものを供試材、塩化ビニル樹脂フィルムをラミネ
ートしたものを供試材とした。これらの供試材に3種
類の粗さのしぼ付ロールでエンボス加工し、その後プラ
ズマ処理を行った。プラズマ処理条件は、放電時間を12
0 秒とした以外は実施例1と同一である。
【0031】プラズマ処理後の各供試材の性能を表3に
示す。
【0032】
【表3】
【0033】表3に示すように、エンボス加工により本
発明に係る表面粗さを付与した後プラズマ処理すること
で、被覆樹脂層の撥水性、耐汚染性が向上した。
【0034】(考察)以上のように、本発明例の全てに
おいて、高い撥水性、耐汚染性および良好な外観性を得
ることができた。
【0035】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
により、フッ素化合物を含むプラズマを用いて樹脂層表
面にフッ素を導入しかつ樹脂層の表面粗さを制御するこ
とで、従来にない優れた撥水性、耐汚染性を備え、しか
も外観性の良好な樹脂被覆金属材を得ることができる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】最上層にフッ素原子を30at.%以上含
    み、その表面粗さがJIS-B0601 で規定されている中心線
    平均粗さRaで0.3 ≦Ra<0.85μmで、かつ抽出曲線
    の平均線からの高さ0.2 μmを閾値とする1インチ当た
    りの山頂数として表した表面粗さパラメータPPIが30
    0 以上である樹脂層を形成させることを特徴とする撥水
    性、耐汚染性および外観性に優れた樹脂被覆金属材。
  2. 【請求項2】金属材表面の最上層に樹脂材料を塗布し、
    非重合性の含フッ素プラズマを照射して請求項1記載の
    樹脂層を形成することを特徴とする樹脂被覆金属材の製
    造方法。
JP28592192A 1992-10-23 1992-10-23 樹脂被覆金属材とその製造方法 Pending JPH06134925A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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