JPS5823471B2 - ステンレス鋼の前処理法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はステンレス鋼に対する被覆物の付着性を向上せ
しめたステンレス鋼の前処理法に関し、とくにリン酸塩
処理を施した後シランカップリング剤を塗布することに
より付着力を向上せしめたステンレス鋼の前処理法に関
する。

ステンレス鋼は最近建材、車両、機器、厨房用品など多
岐にわたって使用され、ステンレス鋼の持つ高耐食性、
美麗さ、清潔感、高級感から好評を得ているが、裸のま
まで使用した場合、ハロゲンイオンを含有する環境下に
おいては孔食を起しやすく、また鉄粉などの粉じんが飛
来する環境下においてはいわゆる「もらいサビ」を生じ
、外観を損ねるという欠点を有している。

またステンレス鋼の外観は特有の金属光沢を有するため
、用途によっては異和感を与えるとともに、単一金属色
のため、多彩な色調あるいは模様による意匠性に乏しい
という欠点を有している。

このため、上記欠点を解消するため、従来よりステンレ
ス鋼に塗装を施したり、有機フィルムをラミネートする
被覆法が行われているが、被覆物を被覆する際のステン
レス鋼に対する適当なる表面調整法または前処理法がな
いのが現状である。

すなわち、現在性なわれている前処理法の代表的なもの
としては溶剤洗浄、アルカリ洗浄、フッ硝酸処理がある
が、これらの前処理法には次のような問題がある。

（１） 溶剤洗浄は油脂類や汚物を単に除去するだけ
で、被覆物の付着力を根本的に向上させるものでなく、
油脂や汚物による被覆物の付着力低下を阻止するにすぎ
ない。

（２）アルカリ洗浄も前記溶剤洗浄と同様油脂や汚物の
除去に効果はあるが、洗浄後ステンレス鋼表面に付着し
たアルカリ剤は水洗では十分除去できず、このため、被
覆物の付着性および性能を劣化させる。

（３）フッ硝酸処理は被覆物の付着力を向上させるのに
は有効であるが、被覆物の被覆は従来より既存の塗装設
備を利用して行っているため、新たにフッ硝酸設備を設
けなければならず、多大の設備投資を必要とする。

またフッ硝酸処理のみでは経時変化による付着力の低下
をまぬがれないばかりか、耐湿、耐水性に乏しく、多湿
環境や水に浸漬させると付着力が急激に低下する。

一方フツ硝酸処理設備としては、ステンレス鋼板等の製
造設備に設けられている酸洗設備を利用することも可能
であるが、フッ硝酸によるステンレス鋼表面の活性化は
処理後数日でその効果が減退し、被覆物被覆時には付着
力向上はほとんど期待できない。

以上の如く、現在の前処理法では被覆物の初期付着力が
弱いばかりでなく、経時劣化も激しく、外装建材に使用
した場合などは２〜３年で被覆物が剥離し、ステンレス
鋼を裸のままで使用した場合よりかえって美感を損ね、
耐食性にも悪影響を与えるものである。

本発明は上記問題を一挙に解決するとともに、現在の工
業的規模の塗装設備で容易にしかも安価に処理できる塗
装または有機フィルムのラミネートに好適なるステンレ
ス鋼の前処理法を提供するものである。

本発明によれば、被覆物とステンレス鋼との初期付着力
が向上するとともに、耐湿、耐水性は今までに見られな
い程向上する。

本発明の方法は基本的には２通りあり、第１の方法は従
来より亜鉛めっき鋼板などの塗装前処理として行われて
いるリン酸塩処理を施した後シランカップリング剤（シ
ラン誘導体）を塗布する方法であり、また第２の方法は
前記同様のリン酸塩処理を施した後固形分に対して、シ
ランカップリング剤（シラン誘導体）を添加した下塗り
塗料または接着剤を塗布する方法であり、いずれの方法
によっても所期の目的を達することができる。

以下本明細書においてシランカップリング剤を塗布する
ことおよびシランカップリング剤を添加した下塗り塗料
または接着剤を塗布することを総称してシラン処理と称
する。

次に本発明を詳細に述べる。

本発明の第１の方法におけるリン酸塩処理は亜鉛めっき
鋼板などの塗装前処理として従来より広く行われている
リン酸塩処理法をそのまま流用するもので、リン酸塩処
理液としては一般に市販されているグラノジン４６Ｎ−
６１（日本ペイント）等、一般にフッ素イオン、硝酸イ
オンおよびリン酸イオンを含み、５ＵＳ３０４やＳＵＳ
４３０系ステンレス鋼に対して適度のエツチング作用
を有するものを用い、それらの標準処理条件で処理すれ
ばよい。

とくにこれらのリン酸塩処理液の５ＵＳ４３０系ステン
レス鋼に対するエツチング作用は顕著で、処理時間、温
度および濃度により変動はあるものの通常の亜鉛めっき
鋼板に実施するような処理条件下ではステンレス鋼の減
量は０．４ｇ／ｍに達し、エツチング量はかなり多い。

リン酸塩処理条件は従来より一般に行われている標準処
理条件でも本発明の目的を達することができるが、さら
に本発明者らが先に出願した特開昭第５０−１３０６５
３号によるリン酸塩処理方法が最も効果的である。

この方法はステンレス鋼をあらかじめ６０〜１５０℃の
温度に加熱してステンレス鋼の温度をリン酸塩処理液の
温度以上に保持し、その状態で通常のリン酸塩処理を施
す方法である。

この方法においてはステンレス鋼の温度がリン酸塩処理
液の温度より高いため、鋼と液との界面での平衡定数の
変化により、リン酸第１塩の溶解度が減少し、第３リン
酸塩がステンレス鋼の表面に沈着する。

このようにしてステンレス鋼表面にリン酸塩皮膜が形成
されると、被覆物の付着力はきわめて向上する。

第１図にリン酸塩処理をした場合のリンの沈着状態を示
す。

先に述べた如く、フッ硝酸処理では活性化されたステン
レス鋼表面は時間の経過とともに不活性化し、被覆物の
付着力は低下したが、リン酸塩処理の場合被覆物の付着
力は第２図に示すように経時変化により低下しないとい
う特徴がある。

この付着力の持続はおそらくステンレス鋼表面に数λ単
位のリン酸鉄−亜鉛系の皮膜が形成あるいは少くともリ
ン酸イオンの吸着があり、それに起因しているものと考
えられる。

本発明においては、リン酸塩処理後シラン処理を行うの
であるが、シラン処理に使用するシランカップリング剤
は本質的には一般式Ｒ１５ｔ Ｒｊで示される。

ここでＲ１は塩素原子、ビニル基、メタクロキシ基、環
状エポキシ基、グリシドキシ基、メルカプト基、アミノ
基、ジアミノ基、ウレイド基、置換もしくは非置換プロ
ピル基を示し、またＲ２はメトキシ基、エトキシ基、塩
素原子よりなる群より選ばれた１個以上の基または原子
を示す。

シランカップリング剤の塗布は同側を適当なる溶剤で希
釈し、乾燥塗布膜厚が０．０５〜３μになるように塗布
するのが好ましい。

乾燥塗布膜厚が０．０５μ未満であると被覆物の付着力
および耐水、耐湿性が乏しい。

また３μを超えると、塗布量を増してもほとんど付着力
の向上が期待できず、かつ経済的でないばかりか、付着
力にばらつきが生じる。

第２の方法は第１の方法と同様にリン酸塩処理を行った
後シラン処理を行うのであるが、この方法の場合のシラ
ン処理は塗料の下塗り塗料またはラミネート用の接着剤
に前記シランカップリング剤を添加したものを塗布する
。

シランカップリング剤の添加量としては下塗り塗料また
は接着剤の固形分に対して、０．１〜５重量重量部加が
最も望ましい。

すなわち添加量が０．１重量係未満であると、シラン処
理による効果がきわめて乏しく、また５重量係を超える
と、添加量増加による効果が期待されないばかりでなく
、付着力にばらつきが生じたりして好ましくない。

第１の方法、第２の方法におけるシラン処理条件は塗布
量の管理以外、一般におこなわれている塗布方法と同要
領で十分である。

たとえば塗布方法についてはロールコート法、カーテン
フローコート法、浸漬法などいずれの方法でもよい。

また焼付乾燥においては溶剤が揮散し、シランカップリ
ング剤がカップリングするのに十分な温度であれば十分
である。

本発明の特徴はステンレス鋼に対してリン酸塩処理をし
た後直接シランカップリング剤を塗布するか、あるいは
シランカップリング剤を下塗り塗料または接着剤に添加
したものを塗布する点にあり、リン酸塩処理単独あるい
はシラン処理単独ではそれ程大きな効果が期待できない
ばかりか、ステンレス鋼に直接シラン処理を行った場合
にはかえって付着力が低下する場合すらある。

逆にリン酸塩処理単独では、初期の付着力はかなり期待
できるが、潜水試験などを行うと、耐水性の点ではほと
んど効果が認められない。

本発明の前処理法が被覆物の付着性能を向上させる機構
については、現時点では明確ではないが、おそらくリン
酸塩処理することにより、ステンレス鋼の表面に析出し
たリン酸塩と、ステンレス鋼表面のＦｅ２Ｏ３、Ｃｒ２
Ｏ３、ＮｉＯなどの酸化皮膜とよりステンレス鋼素地と
極めて密着性の優れた化合物であるリン酸鉄、リン酸ク
ロム、リン酸ニッケル等が形成され、この化合物が次工
程のシラン処理によって強固にＳｉと結合することによ
りステンレス鋼表面に無機有機化合物からなる強固な層
が形成され、さらにこの層のシランカップリング剤の有
機部分および官能基がその上に塗布される下塗り塗料ま
たは接着剤と反応および相溶またはブレンドすることに
よって最終的には下式のようになり、単独では得られな
い相剰的効果を発揮するためであろうと考えられる。

（注） ＭはＮｉ、 Ｃｒ１Ｆｅなどの金属を示す。

なお、塗装の場合、下塗り塗装を行わない場合にはシラ
ンカップリング剤を上塗り塗料に添加することも可能で
ある。

次に実施例により本発明を説明する。

実施例： 板厚０．５ ｍｍのステンレス鋼板（ＢＡ仕上）を供試
材として表１に示す前処理条件で処理した後塗装または
塩化ビニルフィルムのラミネートを行って確性試験片と
した。

塗装試験片については一次密着性試験と二次密着性試験
を行ない、ラミネート試験片については、ばくり試験に
よる接着強度を調べた。

それらの結果を表２、表３にそれぞれ示す。

牲１） 塩化ビニルラミネート試験片はポリエステル
系接着剤をバーコーターで乾燥塗膜厚が７μ程度になる
ように塗布し、２１０℃で４０秒間乾燥し、直後にゴム
ローラで塩化ビニルフィルムを貼付けた。

註２） 常態におけるＴはくり試験はＪ Ｉ ５Ｋ６
７４４のポリ塩化ビニル金属積層板の試験法に準じて行
った。

＠３） 沸騰水後のＴはくり試験は１００°Ｃの沸騰
水中に２時間浸漬後、２４時間２０°Ｃ１６５％ＲＨの
室内に放置した後、はぐり試験を行った。

以上の如く、本発明はステンレス鋼にリン酸塩処理とシ
ラン処理からなる前処理を施すことにより、これまで解
決し得なかった被覆物、とくに有機塗膜および有機フィ
ルムとステンレス鋼の付着力不足を一挙に解決したもの
である。

とくに耐水、゛耐湿性に乏しいため、経時変化のはげし
かった従来のステンレス鋼塗装製品−またはラミネート
製品に対して耐水、耐湿性を向上させるのに極めて有効
な方法であり、かつ低コストで前処理できるばかりでな
く、実施にあたっては、従来工業的に広く行われている
普通鋼亜鉛めっきまたはアルミニウムめっき製品あるい
はアルミニウムの塗装設備をそのまま使用できるという
利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はリン酸塩処理後のステンレス鋼表面のＸ線回折
によるリンの特性Ｘ線強度を示し、また第２図はステン
レス鋼にフッ硝酸処理を施した場合とリン酸塩処理を施
した場合の活性化持続効果の比較図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ステンレス鋼にあらかじめリン酸塩処理を施した後
   、シランカップリング剤を単独塗布するか、あるいは塗
   料または接着剤にシランカップリング。 剤を添加したものを塗布することを特徴とするステンレ
   ス鋼の前処理法。 ２ リン酸塩処理を施す前にステンレス鋼を６０〜１５
   ０℃に予熱することにより、ステンレス鋼温度をリン酸
   塩処理液の温度以上に保持してリン酸塩処理を施すこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のステンレス鋼
   の前処理法。 ３ 乾燥塗布膜厚にて０．０５〜３μになるようにシラ
   ンカップリング剤を単独塗布することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のステンレス鋼の前処理法。 ４ 塗料または接着剤の固形分に対して、シランカップ
   リング剤を０．１〜５重量係添加したものを塗布するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のステンレス
   鋼の前処理法。 ５ シランカップリング剤を下塗り塗料に添加すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項または第４項記載の
   ステンレス鋼の前処理法。 ６ シランカップリング剤として、一般式Ｒ１−３ｉＲ
   ｉ（但しＲ１は塩素原子、ビニル基、メタクロキシ基、
   環状エポキシ基、グリシドキシ基、メルカプト基、アミ
   ノ基、ジアミノ基、ウレイド基、置換もしくは非置換プ
   ロピル基を示し、またＲ２はメトキシ基、エトキシ基、
   塩素原子よりなる群より選ばれた少くとも１個以上の基
   または原子を示す）で示されるシラン誘導体を使用する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のステンレ
   ス鋼の前処理法。