JPH0635666B2 - 金属材の塗装前処理方法 - Google Patents

金属材の塗装前処理方法

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JPH0635666B2
JPH0635666B2 JP867884A JP867884A JPH0635666B2 JP H0635666 B2 JPH0635666 B2 JP H0635666B2 JP 867884 A JP867884 A JP 867884A JP 867884 A JP867884 A JP 867884A JP H0635666 B2 JPH0635666 B2 JP H0635666B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属材の塗装前処理方法に係り、さらに詳しく
は亜鉛、鉄、アルミニウム系金属基材に耐食性塗膜、特
に経時劣化のない耐食性塗膜を形成しうる金属材の塗装
前処理方法に関するものである。
亜鉛、鉄、アルミニウム系金属は美観その他各種機能の
付与を目的として塗装され、また塗膜密着性、耐食性を
良好ならしめるため屡々前処理される。こういった前処
理としてはリン酸塩処理、クロメート処理、陽極酸化処
理等があげられ、就中クロメート処理法が高耐食性塗膜
の形成に有用と考えられている。このクロメート処理技
術に関し、従来より塗膜耐食性、密着性改善を目的とし
た各種提案がなされてきた。すなわちクロメート液組成
の全クロムに対する6価クロム量を規制し難溶性皮膜を
形成せしめる技術(例えば特公昭39−18217号、同54−3
7567号等)、塗布型クロメートとしてクロム付着量を高
めるためコロイダルシリカ、水分散性シリカをバインダ
として使用する技術(例えば特開昭52−10834号、同53
−92339号等)、同様に水溶性樹脂あるいは水分散性樹
脂を使用する技術(例えば特開昭52−30235号、同53−4
9029号等)、反応促進剤としてリン酸や弗素塩を添加す
る技術(例えば特公昭44−26525号、同52−42135号
等)、皮膜改質剤としてNi、Co、Mn、Zn、Ba等の金属塩
を添加する技術(例えば特開昭56−105486号、同58−34
178号等)、あるいは反応促進剤を含むクロメート液で
処理し、つづいて有機高分子水溶液を乾燥膜厚0.2〜1
μとなるように塗布乾燥せしめる処理技術(特開昭56−
156779号)等が提案された。しかしながらこれらはいづ
れも初期耐食性能を向上せしめるものではあるが、熱変
質に起因する耐食性の劣化、あるいはクロメート皮膜の
活性クロムと塗膜成分との反応に由来する耐食性の経時
劣化というクロメート系皮膜の本質的な問題点を何ら解
決するものではなかった。
他方、高耐食性の要求せられる塗料中に溶解度の比較的
低い固形のクロメート顔料、鉛顔料等の防錆顔料を配合
することも屡々行なわれているが、塗膜からクロム、鉛
等が溶出せられる傾向があり、経時的な耐食性劣化がや
はり問題とされていた。また水溶性クロム化合物程でな
いがやはり塗料成分とこういったクロメート顔料が反応
するため、顔料を加え得ない塗料があり、又、添加可能
としても使用クロメート顔料に制限があったり、耐食機
能を付与するためには比較的多量の顔料を必要とした
り、さらにまた顔料と塗料の適当な組合せの選択が複雑
且つ困難であるという問題も有していた。
そこで、金属表面に充分な保護膜機能を有し、耐熱性に
優れ、塗膜樹脂と反応せず、長期防食能を発揮するクロ
ム化合物を固定することができ、さらにまた任意の塗料
を適用しうる技術が確立されれば、業界に益するところ
極めて大といわねばならない。如上に鑑み鋭意研究の結
果、本発明者らは特定範囲内の溶解度をもつ6価クロム
含有クロム化合物とある種バインダの組合せ、ならびに
該組合せに水溶性クロム化合物を配合した塗装前処理剤
を用いることさらに該処理剤の適用に先だち金属材を水
溶性クロム化合物と水性シリカおよび/または水性樹脂
を含むクロメート液で処理することにより前出の問題点
の全てが解決されるだけでなく、より優れた耐食塗膜の
得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明の第1の目的は亜鉛、鉄、アルミニウム
系金属基材上に耐食性、塗膜密着性に優れ、特に熱変質
および/または塗料樹脂との反応に由来する耐食性の経
時劣化がない耐食性塗膜を形成せしめる為の金属材の塗
装前処理方法を提供することであり、第2の目的は亜
鉛、鉄、アルミニウム系金属にクロム化合物を含まぬ塗
料を塗装してもなをかつ高度の塗膜密着性、塗膜耐食性
が得られる金属材の塗装前処理方法を提供するにある。
本発明のこれら諸目的は基本的には、金属材を溶解度が
20より大なる水溶性クロム化合物と水性シリカおよび/
または水性樹脂を含むクロメート液に接液し、乾燥した
のち溶解度20〜10-5の6価クロム含有クロム化合物と水
性シリカおよび/または水性樹脂を含むクロメート液に
接液し、水洗せずに乾燥せしめることを特徴とする金属
材の塗装前処理方法で達成できる。
本発明で使用せられる溶解度が20より大きい水溶性クロ
ム化合物は、通常クロメート処理に用いられるもの、例
えばCrO3,Cr(NO3).9H2O、Cr2(SO4)318H2O、CrPO46H2O
その他各種のクロム酸塩または重クロム酸塩があげら
れ、それらの1種あるいは組合せが好適に使用せられ
る。該水溶性クロム化合物は金属クロム換算で10-1〜10
0g/の範囲内で(6価クロムが水溶性全クロムの10
重量%以上が好ましい)用いられる。
本発明に於ては上記クロム化合物がクロムと相溶性のあ
るバインダと組合せて用いられる。かかるバインダとし
ては水性シリカあるいは水性樹脂が代表的なものであ
る。
水性シリカは粒子径100mμ以下のコロイダルシリカある
いは水分散性シリカが代表的なもので、こういったコロ
イダルシリカの具体例はスノーテックス0(コロイダル
シリカ、日産化学社製商品名 固形分20% 平均粒度20
mμ、pH3.0)、スノーテックスN(同、pH9)、スノー
テックスOL(同、粒子径40〜50mμ、pH3)であり、また
水分散性シリカとしては日本アエロジル社製商品名のア
エロジル300(粒子径約7mμ以下アエロジルTT−60
0(デグザ社製品、粒子径40mμ)、イムシルA108(粒子
径5μ,イリノイスミネラル社製商品名)等が好ましく
用いられる。又、水性樹脂にはクロムと相溶性のある水
溶性樹脂および水分散性樹脂が包含され、水溶性樹脂の
具体例はポリビニルアルコール、アルキルヒドロキシア
ルキルセルロース、ポリアクリル酸およびその誘導体、
ポリアクリルアミドおよびその誘導体、ポリビニルピロ
リドン、ポリビニルメチル 無水マレイン酸とビニルあ
るいはアクリル化合物との反応体等であり、また水分散
性樹脂の具体例はアルキド樹脂、フェノール樹脂、アミ
ノ樹脂、酢酸ビニル系エマルションポリマー、スチレ
ン、ブタジエン系合成ラテックスポリマー、アクリル系
エマルションポリマー、天然および合成ゴム系エマルシ
ョンポリマーなどがあげられる。
これらバインダは1種あるいは2種以上の組合せで用い
ることができ、上記クロム化合物を金属表面に密着固定
せしめるのに有効である。
バインダ成分は固形分換算で10-2〜500g/の範囲内
で選定せられる。特に水性シリカの場合は10-2〜500g
/から選択され、10-2g/未満では本発明の充分な
効果が得られず、また500g/をこえてもそれ以上増
量する何ら格別の効果も期待されない。また水性樹脂の
場合は10-1〜50g/から選択され、10-1g/未満で
は充分な本発明効果が得られず、又、50g/をこえる
と組成物の安定性が悪くなる傾向がある。
本発明においては先づ上記の水溶性クロム化合物と水性
シリカおよび/または水性樹脂からなるクロメート液が
金属材に適用せられる。すなわち脱脂等清浄化された金
属材が上記クロメート液に接液せしめられる。接液方法
は通常の例えばスプレー法、浸漬法が採用されてよい。
塗布量は金属クロム皮膜量に換算して通常10〜250mg/m2
の範囲で選定する。10mg/m2未満では充分なる本発明の
効果を得られず、250mg/m2をこえると皮膜密着性が低下
する。
かかるクロメート処理における処理浴温は通常室温〜50
℃の範囲で選定し、また処理時間は上述の適正な金属ク
ロム皮膜量が得られる範囲で通常1〜30秒が採用されて
よい。次いで乾燥せしめられる。通常板温で50〜100℃
の範囲から選択される。
このようにクロメート処理された金属材は次いで溶解度
20〜10-5の6価クロムを含むクロム化合物と水性シリカ
および/または水性樹脂を含むクロメート液で処理され
る。
本発明において使用せられる溶解度20〜10-5の6価クロ
ム含有クロム化合物は具体的には溶解度20〜10で代表的
なクロム酸カルシウム、溶解度10〜10-1で代表的なクロ
ム酸亜鉛、クロム酸ストロンチウム、溶解度10-1〜10-5
で代表的なクロム酸バリウム、クロム酸鉛等である。
又、6価クロム化合物とその他の金属との混合物あるい
は有機物との反応物であって溶解度が20〜10-5の化合物
をも包含する。
溶解度が20をこえる化合物は塗膜樹脂との反応が活性に
すぎるため、塗膜の経時耐食性を充分に向上せしめない
し他方溶解度10-5未満のクロム化合物は防食性が充分で
なく本発明の効果を発揮しない。尚、溶解度20〜10で代
表されるクロム酸カルシウムは適用素材が活性であった
り塗膜の腐蝕環境が低湿度の場合、特に塗膜高耐食性を
付与するのに有用であるが、やや耐食性向上の持続性に
欠ける傾向がある。溶解度10-1〜10-5での代表的なクロ
ム酸鉛は高湿度の腐蝕環境下で高耐食性を付与するが、
低湿度下ではやや防食能が劣る。これに対し溶解度10-1
〜10での代表的なクロム酸亜鉛、クロム酸ストロンチウ
ムは適切な溶解度を有するためあらゆる腐蝕環境下で高
度の耐食性を付与する特に有用なクロム化合物である。
これらクロム化合物は素材、塗膜種、要求される塗膜性
能により1種あるいは2種以上の組合せで適宜選択使用
せられる。
前記クロム化合物の本発明の後段クロメート液中の濃度
は金属クロム換算で10-1〜100g/の範囲内であるこ
とが必要である。というのは10-1g/未満では本発明
目的に対し、希薄すぎて通常の使用量、使用方法では発
明効果を達成し得ず、他方100g/をこえると前処理
剤自体の安定性が悪くなるからである。
本発明に於てはかかるクロム化合物が前段クロメート液
に用いられたと同様の水性シリカおよび/または水性樹
脂バインダーと組合せ、後段クロメート液として用いら
れる。
前記クロム化合物の本発明の後段クロメート液中の濃度
は金属クロム換算で10-1〜100g/の範囲内であるこ
とが必要である。というのは10-1g/未満では本発明
目的に対し、希薄すぎて通常の使用量、使用方法では発
明効果を達成し得ず、他方100g/をこえると前処理
剤自体の安定性が悪くなるからである。
また水性シリカおよび/または水性樹脂は固形分換算で
10-2〜500g/の範囲内で選定され、その臨界特性に
関しては既に述べた前段クロメート液の場合と同様であ
る。
本発明の後段クロメート液のpHは1〜10の範囲内に調整
されることが好ましい。というのはpH1より低いと皮膜
形成時に金属の過度の溶解がおこり好ましくないし、ま
た10をこえても金属のアルカリ腐蝕を起し本発明の効果
を充分に発揮せしめ得るからである。後段クロメート液
のpH調整のためには通常の各種無機酸あるいは有機酸、
アンモニア水、アミン等の揮発性塩基が用いられる。
本発明の後段クロメート液は前段のクロメート処理され
た亜鉛、鉄、アルミニウム系金属表面に常法、例えば浸
漬法、スプレー法、ロール塗布法で適用され、水洗せず
にそのまま乾燥せしめられる。乾燥条件は金属表面の最
高到達温度60〜200℃の条件下で適宜選択されてよい。
後段クロメート液による乾燥皮膜の重量は通常0.05〜5g
/m2で、これより少ないと保護膜機能が不充分で充分な
耐食性を期待できず、又5g/m2をこえても増量による格
段の効果は期待できない。尚、金属クロム量としては0.
01g〜1g/m2となることが好ましい。かくして得られる保
護皮膜は熱劣化に安定で優れた耐食性を示し、クリヤー
あるいは上塗塗料の樹脂成分と反応することなく長期に
わたり優れた耐食性を与える。
本発明者らはさらに本発明の後段クロメート液に前段ク
ロメート液で用いられたと同様の水溶性クロム化合物を
金属クロム換算で10-1〜100g/添加することにより
一段と優れた相剰的な初期耐食性ならびに経時耐食性の
得られることも見出した。従って本発明の好ましい実施
態様に従えば、水溶性クロム化合物と水性シリカおよび
/または水性樹脂を含むクロメート処理剤に接液したの
ち乾燥し、次いで溶解度20〜10-5の6価クロムを含むク
ロム化合物と水溶性クロム化合物と水性シリカおよび/
または水性樹脂を含むクロメート液に接液し、水洗せず
に乾燥することを特徴とする金属材の塗装前処理方法が
提供せられる。尚、水溶性クロム化合物は溶解度が20よ
り大、好ましくは40より大なる水溶性のクロム化合物を
意味する。
既に述べた如く水溶性クロム化合物は前段クロメート液
に使用されている任意の水溶性クロム化合物で、例えば
CrO3,Cr(NO3)9H2O、Cr2(SO4)3・18H2O、CrPO4・6H2Oその
他各種のクロム酸塩または重クロム酸塩があげられ、そ
れらの1種あるいは組合せが好適に使用せられる。
本発明ではこれら水溶性クロム化合物が金属クロム換算
で10-1〜100g/の範囲内で(6価クロムが水溶性ク
ロムの10重量%以上となあることが好ましい)用いられ
る。というのは10-1g/未満では水溶性クロム化合物
の相剰効果を期待できず、又、100g/をこえてもそ
れ以上特段の効果は認められぬからである。
後段クロメート液の適用方法、適用割合すなわち乾燥皮
膜重量などは前述の通りである。なお、水溶性クロム化
合物を含む後段クロメート液を使用する場合、皮膜中の
水溶性化合物含量は金属クロム換算で0.01〜0.5g/m2
範囲であることがクロメート皮膜の保護膜機能を充分に
発揮させ塗膜密着性を特に良好ならしめるうえで望まし
い。
本発明に係る後段クロメート液にはさらに所望により反
応促進剤としてリン酸、弗酸、硅弗酸、硼弗酸、ジルコ
ニウム弗酸、チタニウム弗酸およびそれらの塩の1種あ
るいは2種以上を加え、クロメート皮膜の保護膜機能を
向上させ耐食性を一段と改善せしめることができる。反
応促進剤の量は例えばリン酸(リン酸塩)の場合5〜20
g/程度、弗酸、錯弗酸(塩)の場合0.03〜10g/
程度であることがその効果を充分に発揮せしめるうえで
好ましいことも認められている。本発明の後段クロメー
ト液で処理された金属材は次いでクリヤーをも含めクロ
メート顔料を実質上含まない各種塗料が適用され、それ
らは水系、溶剤系、粉体塗料のいづれであってもかまわ
ず、又、静電塗装、電着塗装を行なうことも可能であ
る。かかる塗料はクロメート顔料を実質上含まないた
め、適用塗料において塗料樹脂その他成分を任意に選択
しうるし、又水溶性クロム化合物を含む後段クロメート
液を用いた場合、例えば塗料樹脂等と該クロム化合物が
反応することがあってもより反応性の小さい、溶解度の
低いクロム化合物を必須成分として含み、それにより耐
食性が充分期待され、又、塗装膜からかかるクロムが溶
出することがないので経時耐食性に優れた特徴を発揮す
ることができる。
以下実施例により本発明を説明する。
実施例 1 電気亜鉛メッキ鋼板を別表1に示す前段クロメート液(a
1)を塗布量4ml/m2になるようにバーコーター塗布し、水
洗せずに乾燥した。(最高到達温度100℃1分乾燥)次
いで後段クロメート液(b1)で前段処理と同様に塗布し、
乾燥した。次いで、エポキシ系クリャー塗料を乾燥膜厚
2μになるように塗装した。
なお耐食性はソルトスプレー方法で白サビ発生までの時
間により、塗装直後および室温で2ケ月保持したものに
ついて評価した。これら試験結果を別表第2表に示す。
実施例2、比較例1,2 それぞれ別表第1〜2表に示す前段クロメート液、後段
クロメート液を用いるほかは実施例1と同様の処理、塗
装をした。
クロム溶出性については、前記塗装鋼板を裏面、エッジ
部シールのあとイオン交換水40℃に72時間浸漬し、塗面
クロム付着量を螢光X線分析法で測定し、クロム溶出量
を求め判定した。本願実施例、比較例においては溶出せ
ず。
実施例、比較例で使用されるクロム酸亜鉛の溶解度6〜
8、ストロンチウムクロメートの溶解度10-1のものを使
用した。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属材を、溶解度が20より大ななる水溶性
    クロム化合物と水性シリカおよび/または水性樹脂を含
    むクロメート液に接液し、乾燥したのち溶解度20〜10-5
    の6価クロム含有クロム化合物と水性シリカおよび/ま
    たは水性樹脂を含むクロメート液に接液し、水洗せずに
    乾燥せしめることを特徴とする金属材の塗装前処理方
    法。
  2. 【請求項2】前記後段クロメート液に溶解度20より大な
    る水溶性クロム化合物をさらに含有せしめる特許請求の
    範囲第1項記載の方法。
  3. 【請求項3】各クロメート液のクロム化合物含量が金属
    クロムとして10-1〜100g/であり、水性シリカおよ
    び/または水性樹脂分が不揮発分として10-2〜500g
    /である特許請求の範囲第2項記載の方法。
  4. 【請求項4】後段クロメート液中にさらに加えられる水
    溶性クロム化合物量が金属クロムとして10-1〜100g/
    である特許請求の範囲第2項記載の方法。
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