JPH10121293A

JPH10121293A - アルミニウム又はアルミニウム合金の着色体

Info

Publication number: JPH10121293A
Application number: JP26822997A
Authority: JP
Inventors: Seishiro Ito; 征司郎伊藤; Hatsuo Hirono; 初男広野; Norio Nakada; 紀夫中田; Hideo Fukui; 英夫福井
Original assignee: YKK Corp
Current assignee: YKK Corp
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 1998-05-12
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JP2937963B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久性に優れ、顔料の離脱もなく、堅牢で鮮
やかなアルミニウム又はアルミニウム合金の着色体を得
る。【解決手段】３〜１５０ｎｍの大きさに微細化した有
機顔料又はカーボンブラックの水分散体を用いること、
アルミニウム又はアルミニウム合金表面に通常の細孔径
より大きい５０〜２００ｎｍの細孔径を有する陽極酸化
皮膜を形成させること、及び該皮膜の細孔中に電気泳動
法によって上記有機顔料又はカーボンブラックを泳動・
析出させることによって、優れた性質を有する着色酸化
皮膜を形成する。得られる着色体は、形成された細孔径
５０〜２００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜の細孔の開口部
から孔底にかけて粒子径３〜１５０ｎｍの有機顔料又は
カーボンブラックが析着されてなる着色酸化皮膜を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム又はアル
ミニウム合金（以下、アルミニウムと称する）の着色体
に関し、さらに詳しくは、アルミニウムの陽極酸化皮膜
の細孔深くに有機顔料やカーボンブラックを析着させ
て、堅牢で鮮やかな着色酸化皮膜を形成する技術に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アルミニウム陽極酸化皮膜の着色
方法としては、各種金属塩の浴を用いての電解着色法を
中心に、無機化合物の浴あるいは有機染料の浴を用いて
の浸漬着色法等、多くの方法が知られている。しかしな
がら、電解着色法では所望の色を容易に得がたく、色の
種類が限定され、また染色法では着色操作は可能ではあ
るが、得られる着色酸化皮膜の耐久性が低いなど、従来
の技術において、建築外装材等に要求される諸耐久性も
満たすような仕様の鮮やかな原色性の着色酸化皮膜を得
ることは、非常に困難とされている。

【０００３】このような問題を解決するための一つの方
策として、特公昭５２−５０１０号公報及び特公昭５１
−３５１７７号公報には、アルミニウムをリン酸水溶液
中で陽極酸化し、これを水性有機顔料微分散体浴中に浸
漬処理またはさらに通電処理することにより着色する方
法が提案されている。ところで、上記各公報には顔料粒
子のサイズが約１μ（１０００ｎｍ）前後、好ましくは
０．５μ（５００ｎｍ）以下の顔料微分散体を用いると
記載されている。また、現在市販されているものは平均
粒子径が２００〜３００ｎｍ位である顔料水分散体であ
る。一方、これを適用する陽極酸化皮膜は、一般に細孔
径が５０ｎｍ以下位である。したがって、殆どの顔料粒
子が細孔径より大きいため、アルミニウムの着色におい
て、顔料は陽極酸化皮膜の細孔口及び皮膜表面に層状に
吸着積層した形で着色する。そのため、着色・封孔体の
摩擦堅牢性が低く、また顔料の脱離が生じ易いという問
題があり、さらに、上記各公報に記載されているような
樹脂被覆なくしては堅牢な着色体にできないという欠点
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、前記したような従来技術の問題を解決し、アル
ミニウムの多孔質陽極酸化皮膜の細孔深くに顔料を析着
・充填させ、建築外装材等に要求される諸耐久性を満た
すと共に、変・褪色もなく、堅牢で色鮮やかな所望の色
相の着色酸化皮膜を有するアルミニウム着色体を提供す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、前記目
的を達成するために、アルミニウムに形成された細孔径
５０〜２００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜の細孔の開口部
から孔底にかけて粒子径３〜１５０ｎｍの有機顔料又は
カーボンブラックが析着されてなる着色酸化皮膜を有す
るアルミニウム着色体が提供される。このようなアルミ
ニウム着色体は、本発明によれば、第一の方法として、
アルミニウムを鉱酸又は有機酸の１種又は２種以上の酸
水溶液中で高電圧で陽極酸化し、該アルミニウムの表面
に通常の５０ｎｍ以下程度の細孔径より大きい細孔径の
多孔質陽極酸化皮膜を形成させた後、該皮膜の細孔中に
３〜１５０ｎｍの大きさに微細化した有機顔料又はカー
ボンブラックの水分散体中から電気泳動法によって有機
顔料又はカーボンブラックを泳動・析出させる方法によ
り得られる。さらに第二の方法として、アルミニウムを
鉱酸又は有機酸の１種又は２種以上の酸水溶液中で陽極
酸化し、該アルミニウムの表面に多孔質陽極酸化皮膜を
形成させた後、リン酸、硫酸、蓚酸、スルファミン酸の
１種又は２種以上の酸水溶液に浸漬する処理、又は浸漬
と交流電解を一定サイクルで繰り返す処理により、上記
多孔質陽極酸化皮膜の細孔の拡大処理を行い、細孔径を
５０〜２００ｎｍとした後、該皮膜の細孔中に３〜１５
０ｎｍの大きさに微細化した有機顔料又はカーボンブラ
ックの水分散体中から電気泳動法によって有機顔料又は
カーボンブラックを泳動・析出させる方法によって得ら
れる。

【０００６】

【発明の作用及び態様】本発明者らは、耐光性、耐侯
性、耐熱性等の諸特性に優れ、顔料の離脱もなく、堅牢
で色鮮やかなアルミニウムの着色酸化皮膜を得るために
は、顔料が多孔質陽極酸化皮膜の細孔内に出来るだけ深
く析着されることが必要であると考え、顔料粒子の微細
化及び水分散化、顔料を析出・充填できる陽極酸化皮膜
細孔の生成調整（細孔径拡大処理）、及び該細孔奥深く
にまで顔料を析着する方法等の研究を進め、本発明の着
色体を得るに至ったものである。すなわち、本発明によ
れば、３〜１５０ｎｍの大きさに微細化した有機顔料又
はカーボンブラックの水分散体を用いること、アルミニ
ウム表面に通常の細孔径より大きい細孔径を有する陽極
酸化皮膜を形成させること、及び該皮膜の細孔中に電気
泳動法によって上記有機顔料又はカーボンブラックを泳
動・析出させることによって、前記のような優れた性質
を有するアルミニウム着色酸化皮膜を得るものである。
ここで、上記のように通常の細孔径より大きい細孔径を
有する陽極酸化皮膜を形成させる方法は、第一の方法に
おいては、アルミニウムを鉱酸又は有機酸の１種又は２
種以上の酸水溶液中で高電圧で陽極酸化処理することに
より行われ、一方、第二の方法においては、アルミニウ
ムの表面に多孔質陽極酸化皮膜を形成させた後、リン
酸、硫酸、蓚酸、スルファミン酸の１種又は２種以上の
酸水溶液に浸漬する処理又は浸漬と交流電解を一定サイ
クルで繰り返す処理により、上記多孔質陽極酸化皮膜の
細孔を拡大処理することによって行われる。なお、陽極
酸化皮膜の細孔径の拡大は、その強度等の特性上問題と
ならない程度に止めるべきである。

【０００７】以下、本発明について詳細に説明する。ま
ず、着色剤として使用する高級有機顔料は、近年進歩著
しい顔料で、着色性及び耐光性、耐候性、耐熱性、耐溶
剤性等の耐久性に優れた高品位の顔料である。この部類
に属するものには、縮合アゾ系顔料、フタロシアニン系
顔料、及びペリレン系、ペリノン系、キナクリドン系、
チオインジゴ系、ジオキサジン系、イソインドリノン
系、イソインドリン系、キノフタロン系、金属錯体系等
の縮合多環顔料等がある。これらの顔料粒子は、一般
に、１０〜５００ｎｍの大きさの一次粒子が集合して凝
集体を形成しており、この凝集体を元の一次粒子の大き
さにまで分散させることは非常にむつかしい。さらに、
これらの顔料は表面の極性が小さく、水を始めとする極
性溶媒中に安定な状態で分散させることは特に難しい。
また、これらの顔料の一次粒子の大きさは、通常の方法
で得られるアルミニウム陽極酸化皮膜の細孔径と同等以
上かもしくはそれよりもはるかに大きい。したがって、
これら顔料粒子の微細化と分散化を行う必要がある。

【０００８】顔料粒子の微細化と分散化については、分
散剤として陰イオン性の高分子活性剤、例えば、ナフタ
レンスルホン酸のホルマリン縮合物、ポリスチレンスル
ホン酸塩、ポリアクリル酸塩などを用いてサンドミルで
分散させると、安定な水分散体が得られることがわかっ
た。また、サンドミルで分散させる前に、前もって顔料
にプラズマ処理などの表面処理を施しておくと、より優
れた水分散体が得られる。さらに、これらの高級有機顔
料は濃硫酸に溶解するものが大部分であるので、それら
の顔料については、一度濃硫酸に溶解し、それを水中に
加えて、より微細な顔料粒子として析出させる方法も併
用出来る。このような方法によって、粒子径が３〜１５
０ｎｍ、好ましくは３〜１００ｎｍの顔料の安定な水分
散体を調整する。

【０００９】次に、顔料を析着出来る細孔径を有するア
ルミニウム陽極酸化皮膜としては、５０〜２００ｎｍ、
好ましくは５０〜１５０ｎｍの細孔径を有する陽極酸化
皮膜であることが必要である。陽極酸化処理浴として
は、鉱酸又は有機酸、例えば硫酸、リン酸、蓚酸、マロ
ン酸、マレイン酸の１種又は２種以上の酸水溶液を用い
ることが出来、好ましくは蓚酸水溶液を主体とした浴が
望ましい。本発明の第一の方法においては、アルミニウ
ムを前記鉱酸又は有機酸の１種又は２種以上の酸水溶液
中で約１３０Ｖ以上の高電圧で陽極酸化し、該アルミニ
ウムの表面に通常の細孔径より大きい多孔質陽極酸化皮
膜を形成させる。前記したように、通常の陽極酸化処理
によつて得られる陽極酸化皮膜の細孔径は５０ｎｍ以下
であるため、該細孔内に前記顔料を析着することは、顔
料の平均粒子径の大小にもよるが、一般に困難であるの
に対し、概してＤＣ１５０Ｖ〜２００Ｖの高電圧で陽極
酸化した場合、通常１２０ｎｍ以上の細孔径を有する陽
極酸化皮膜が得られるので、該細孔内に前記顔料の殆ど
を析着出来る。すなわち、陽極酸化処理の電圧が上記電
圧よりも低い場合、顔料の析着に十分な大きさの細孔が
得られにくいので好ましくなく、一方、２００Ｖを越え
ると陽極酸化皮膜の強度等の物性に悪影響を及ぼすので
好ましくない。

【００１０】本発明の第二の方法では、まずアルミニウ
ムを前記鉱酸又は有機酸の１種又は２種以上の酸水溶液
中で陽極酸化し、該アルミニウムの表面に多孔質陽極酸
化皮膜を形成させる。電解条件としては、３５Ｖ以上、
好ましくは５０〜１６０Ｖの高電圧電解により、セルサ
イズ及び細孔径の大きな陽極酸化皮膜を得る。次いで、
リン酸、硫酸、蓚酸、スルファミン酸の１種又は２種以
上の酸水溶液、好ましくはリン酸３〜１０Ｗ／Ｖ％の水
溶液に浸漬して皮膜細孔の拡大処理を行い、最終的には
５０〜２００ｎｍ、好ましくは５０〜１５０ｎｍの細孔
に調整して、本発明の着色に適する陽極酸化皮膜を得
る。また、皮膜細孔の拡大処理の時間を短縮するため
に、リン酸３〜１０Ｗ／Ｖ％の水溶液中で、浸漬と交流
電解の処理を交互に短時間間隔で繰り返すことにより、
該皮膜細孔の拡大処理を比較的短時間に行うことが出来
る。

【００１１】着色処理においては、高級有機顔料又はカ
ーボンブラックの水分散体中で上記陽極酸化皮膜を有す
るアルミニウム材を陽極とする電気泳動処理により、皮
膜細孔の深部にまで分散顔料が誘導析出され、鮮やかな
着色皮膜を得ることが出来る。電気泳動法としては、直
流電圧を低電圧より高電圧へ一定の昇圧速度で所望の色
になるまで走査する直流電圧走査法、及び定電圧で所望
の色になるまでの時間を電解する直流定電圧法等により
着色処理を行う。なお、このようにして得られたアルミ
ニウム着色体には、さらに必要に応じて封孔処理やクリ
ヤー塗装を施すことが出来る。

【００１２】

【発明の効果】本発明の方法により着色された酸化皮膜
中の着色顔料は、図１に示すＥＰＭＡによる線分析のカ
ーボン線から分かるように、酸化皮膜細孔の最深部にま
で析着されている。そのため、着色体の顔料が摩擦等に
より容易に脱離することがなく、堅牢で耐久性に優れた
鮮やかな着色皮膜を得ることが出来る。また、顔料を選
択することにより、赤、黒、青等の種々の所望の色に着
色出来、アルミニウムの多色化のニーズに十分に応える
ことが出来る。従来、顔料を用いたアルミニウムの着色
法は実用化されていないが、本発明はそれを可能とする
ものであり、実用上極めて大きな価値を有するものと言
える。

【００１３】

【実施例】以下、実施例を示して本発明について具体的
に説明する。実施例１工業用純アルミニウム板（ＪＩＳＡ１０５０Ｐ−Ｈ２
４，大きさ５０×２０ｍｍ）を常法に従って前処理した
後、３０℃、５％蓚酸浴中、ＤＣ１６０Ｖで定電圧電解
を５分間行って、皮膜厚さ１０μｍの陽極酸化皮膜を形
成させた。次いで、該アルミニウム板を陽極として、２
５℃の１０％カーボンブラック水分散体浴中でＤＣ６０
Ｖで電気泳動処理を１分間行い、黒色に鮮やかに着色し
たアルミニウム陽極酸化皮膜を生成させた。なお、陰極
としては同じ大きさの炭素電極を用いた。得られた着色
酸化皮膜は、堅牢で耐久性にも優れていた。なお、カー
ボンブラック水分散体は、ポリアクリル酸ソーダを分散
剤としてカーボンブラツク１００ｇに対して固形分量で
５ｇ添加した水１Ｌ溶液をサンドミルで５時間分散させ
たもので、その平均粒子径は６０ｎｍである。

【００１４】実施例２前記工業用純アルミニウム板を常法に従って前処理した
後、２０℃、０．３％蓚酸浴中、ＤＣ１５０Ｖで定電圧
電解を６分間行って、皮膜厚さ１０μｍの陽極酸化皮膜
を形成させた。次いで、このアルミニウム板を５％リン
酸溶液中に０〜３００分間浸漬して、皮膜孔径の拡大処
理を行った。その後、このアルミニウム板を陽極とし
て、前記実施例１で用いた２５℃の１０％カーボンブラ
ック水分散体浴中で電気泳動処理を行い、黒色に着色し
たアルミニウム陽極酸化皮膜を生成させた。なお、陰極
としては同じ大きさの炭素電極を用いた。結果を表１に
示す。また、上記皮膜孔径拡大浸漬処理を１００分行っ
た場合の着色酸化皮膜中のカーボンのＥＰＭＡによる線
分析図を図１に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】実施例３アルミニウム合金６３Ｓ板を常法に従って前処理した
後、２０℃の０．３％蓚酸浴中、ＤＣ１５０Ｖで６分
間、定電圧電解を行って、皮膜厚さ１０μｍの陽極酸化
皮膜を形成させた後、３０℃の５％リン酸水溶液中に１
２０分間浸漬して、皮膜孔径の拡大処理を行った。次い
で、これを２５℃の１０％ジオキサジンバイオレット水
分散体１Ｌ浴中で、該アルミニウム板を陽極として、８
０Ｖの定電圧で電気泳動処理して、紫色に着色した皮膜
を得た。ジオキサジンバイオレットの水分散体は、ジオ
キサジンバイオレット１００ｇに１％ポリスチレンスル
ホン酸ソーダ水溶液を加えて全量１Ｌとし、これをサン
ドミルを用いて１０時間分散させたもので、ジオキサジ
ンバイオレツトの平均粒子径は５５ｎｍである。

【００１７】実施例４アルミニウム合金６３Ｓ板を常法に従って前処理した
後、実施例２と同様の方法で陽極酸化皮膜の形成及び孔
径の拡大処理を行った。次いで、３０℃の５０ｇ／Ｌの
銅フタロシアニンブルーの水分散体中で、該アルミニウ
ム板を陽極として、ＤＣ８０Ｖの電圧で電気泳動処理し
て、青色に着色した陽極酸化皮膜を得た。陰極は炭素電
極とし、電気泳動時間は２分であった。なお、顔料の水
分散体は、銅フタロシアニンブルー５０ｇを９８％の硫
酸６００ｍＬに溶解し、攪拌しながら、これを０．５％
のポリアクリル酸ソーダ水溶液５Ｌに加えてフタロシア
ニン粒子を析出させ、硫酸根がなくなるまで水洗した
後、水酸化ナトリウムでｐＨ９に調整し、全量が１Ｌに
なるように０．５％アクリル酸ソーダ水溶液を加え、次
いで、これをサンドミルにかけて分散させ、粒子径５０
ｎｍの銅フタロシアニンブルーの水分散体を得た。

【００１８】実施例５アルミニウム合金６３Ｓ板を常法に従って前処理した
後、２０℃の０．３％蓚酸浴中、ＤＣ１５０Ｖで６分
間、定電圧電解を行って、皮膜厚さ１０μｍの陽極酸化
皮膜を形成させた後、２５℃の８％リン酸水溶液中でＡ
Ｃ８Ｖ電解１分とＡＣ０Ｖで２分の繰返し処理を３０分
間行い、皮膜細孔の拡大処理を行った。次いで、実施例
４の方法で作成した３０℃の５０ｇ／Ｌの銅フタロシア
ニンブルーの水分散体中で、該アルミニウム板を陽極と
し、陰極を炭素として、ＤＣ８０Ｖの定電圧で２分間電
気泳動処理して、青色に着色した陽極酸化皮膜を得た。

【００１９】実施例６アルミニウム合金６３Ｓ板を、実施例４の銅フタロシア
ニンブルーの代わりにキナクリドンレッド５０ｇ／Ｌを
用いて、実施例４と全く同様に処理して赤色の陽極酸化
皮膜を得た。キナクリドンレッド水分散体の平均粒子径
は７０ｎｍであった。

【００２０】実施例７アルミニウム合金６３Ｓ板を、実施例４の銅フタロシア
ニンブルーの代わりに高塩素化銅フタロシアニングリー
ンを、また分散剤のポリアクリル酸ソーダの代わりにナ
フタレンスルホン酸ナトリウムホルマリン縮合物を用い
て、実施例４と全く同様に処理して緑色の陽極酸化皮膜
を得た。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例２で得られた着色酸化皮膜中のカーボン
のＥＰＭＡによる線分析図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム又はアルミニウム合金に形
成された細孔径５０〜２００ｎｍの多孔質陽極酸化皮膜
の細孔の開口部から孔底にかけて粒子径３〜１５０ｎｍ
の有機顔料又はカーボンブラックが析着されてなる着色
酸化皮膜を有するアルミニウム又はアルミニウム合金の
着色体。