JPS5932558B2 - カチオン電着塗装方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、カチオン電着塗装方法、特に薄い塗膜を形成
するためのカチオン電着塗装方法に関する。

電着塗装は、水系塗料が水中において塗料分子が正また
は負に帯電していることを利用して電気泳動させ、被塗
物上に塗料を析出させる方法であり、得られる塗膜の耐
食性が優れているので、自動車の車体ならびに部品、電
気冷蔵庫、電気洗濯機等の各種工業製品の塗装に広く使
用されている。

電着塗装法には、アニオン型とカチオン型とがあり、従
来は塗料が安価であり、またつき廻り性が比較的良好で
あるので、主としてアニオン電着塗装法が使用されてき
た。しかしながら、アニオン電着塗装法は、被塗物から
金属または化成皮膜の溶出があるという欠点があるため
、最近カチオン電着塗装法が使用されるようになつてき
た。すなわち、同法によれば、被塗物に対する塗膜の密
着性がよく、さらに得られる塗膜の耐食性がアニオン電
着塗膜に比して優れているという利点がある。しかして
、従来のカチオン電着塗装方法としては、例えば第５図
に示すような方法がある。

すなわち、搬送用レール１にハンガー２により懸吊した
被塗物３は、ブース入口４を通過したのち、予備脱脂工
程Ａにおいてタンク５からの液温６５℃のアルカリ水溶
液を脱脂剤噴霧装置６より６０秒間噴霧して脱脂処理を
行なう。ついで、脱脂工程Ｂにおいて、脱脂槽Ｔ中のア
ルカリ液中に液温６５℃で１２０秒間浸漬して脱脂処理
を行なつたのち、第１水洗工程Ｃにおいて、水槽９より
供給される工業用水を水噴霧装置８より常温で３０秒間
噴霧して洗浄し、さらに第２水洗工程Ｄにおいて水槽９
中の常温の工業用水中に３０秒間浸漬して洗浄処理を行
なう。さらに、表面調整工程Ｆにおいて、タンク１０内
の常温の表面調整剤を表面調整剤噴霧装置１１より３０
秒間噴霧して表面調整を行なう。

ついで、化成処理工程Ｇにおいて化成処理槽１２内のリ
ン酸亜鉛水溶液等の化成処理液中に５０℃で１５０秒間
浸漬して被塗物表面に化成皮膜を形成させる。ついで、
第３水洗工程Ｈにおいて、水槽１４から供給される工業
用水を水噴霧装置１３より常温で３０秒間噴霧して洗浄
したのち、第４水洗工程１において水槽１５から供給さ
れる工業用水を貯蔵した水槽１４中に常温で３０秒間浸
漬して洗浄を行なう。さらに、循環純水洗工程，Ｔにお
いては、次工程Ｋにおける洗浄水を貯蔵した水槽１５中
から水噴霧装置１６より常温で循環噴霧して洗浄したの
ち、新鮮純水洗工程Ｋにおいて給水管１７より純水ない
しイオン交換水を供給しながら水噴霧装置１８より常温
で噴霧して洗浄を行なう。水洗を終了した被塗物３は、
ついで、水切乾燥工程Ｌにおいて、給気口１９より熱風
を給気しかつ排気口２０より排気させてなる直火型熱風
循環式の水切乾燥装置２１内で１００℃の雰囲気温度で
１０分間水切乾燥装置２１内で１００℃の雰囲気温度で
１０分間水切乾燥を行なつたのち、強制空冷工程Ｍにお
いて給気口２２より冷風を供給しかつ排気口２３より排
気させてなる強制空冷装置２４内で図示しない吹付け口
より冷風を５分間吹付けて被塗物を４０℃以下に強制冷
却する。冷却した被塗物３はカチオン電着工程Ｎにおい
て、電着槽２５内のカチオン電着塗料浴液中に浴温２７
℃で浸漬して３分間通電してカチオン電着塗装を行なつ
たのち、オーバーフロー槽２６上で塗料切りを行なう。
ついで、第５水洗工程０において、第６水槽２９からの
常温の第６水洗水を水噴霧装置２８より噴霧して洗浄を
行なつたのち、第６水洗工程Ｐにおいて、水槽３１から
の常温の炉液水洗水を水噴霧装置３０より噴霧して洗浄
を行ない、さらに炉液水洗工程Ｑにおいて、限外濾過装
置３３から供給される常温の限外濾液を水噴霧装置３２
より噴霧して洗浄を行なう。なお、第５図において３４
はフイルタ、３５は熱交換器、３６はタンク、Ｐはポン
プである。このようにしてカチオン電着塗料を施した被
塗物３は、ついで焼付工程Ｓにおいて、給気口３７より
熱風と給気しかつ排気口３８より排気させてなる直火型
熱風循環式の焼付乾燥炉３９内で１８５℃の雰囲気温度
３０分間焼付乾燥を行なうことにより所定の製品を得て
いる。

しかしながら、このような従来のカチオン電着塗装方法
においては、電着塗料は浸漬塗料やアニオン電着塗料に
比して高価であるうえに、袋状をした被塗物内面へのつ
き廻り性を考慮して平均２０Ｐｍの塗膜厚で使用されて
いるので高価となる。

また、前記のごとき従来のカチオン電着塗装方法におい
ては、被塗物に対する電着塗膜の密着性を向上させるた
めにアルカリ水溶性により被塗物の脱脂処理を行なつて
表面を脱脂しかつエツチングしているが、前記カチオン
電着塗装は酸性であるため、アルカリ脱脂液の電着槽へ
の持込みを恐れる理由から、カチオン電着を行なう前に
化成処理を行なうとともに、その後数多くの水洗を繰返
している。したがつて、化成処理工程において薬品を使
用するので、その分だけコスト高となるだけでなく、こ
の化成処理は前記のように約６０℃の温度で行なうので
その分だけ燃料費を要する。また、この場合、化成処理
により処理槽内にスラツジが発生するので内部加熱はで
きないので、外部加熱を行なう必要があり、その分だけ
装置費が上昇するという欠点があつた。さらに、化成処
理を行なえば、該工程における排液処理に多大の費用を
要するだけでなく、引続いて行なわれる水洗工程につい
て洗浄廃水の処理の問題が生じていた。また、水洗工程
の後には、水切工程および乾燥工程を必要とするので、
その設備費およびユーテイリテイの点からもコスト高を
免れ得なかつた。またカチオン電着塗装においては塗料
のつき廻り性が良いため被塗物の全面に厚い塗膜が形成
でき、さらに耐食性が向上するという利点がある。した
がつて、被塗物の耐食性は格段に向上することになるが
被塗物によつてはそれはどの耐食性を要求されないもの
もあり、品質過剰となることがあつた。このため塗膜の
膜厚を薄くしてコストダウンをはかりつつ被塗物の品質
を維持することが考えられるが前記したようにカチオン
電着塗装においては塗料のつき廻り性が良いので、薄く
塗膜を形成することが難しいと考えられてきた。本発明
者らは、要求される品質を維持しつつコストダウンをは
かるという目的のため、従来のカチオン電着塗装の概念
にとられれることなく、鋭意、研究、実験を繰り返して
本発明にいたつた。本発明は、被塗物を塗料浴温度２４
〜２６゜Ｃ１有機溶剤濃度４〜５％のカチオン電着塗料
浴中で１８０〜２５０の電圧を印加しつつ２．５〜４分
間通電し、水洗したのち焼付乾燥処理を施すことにより
乾燥膜厚４〜１３μｍの塗膜を形成することを特徴とす
るカチオン電着塗装方法である。以下、本発明を図面に
基づいて説明する。第１図は、本発明の一実施例を示す
図である。すなわち、本発明は、第１図に示すように、
オーバーヘツドコンベア１に塗装ハンガ−２により懸吊
した被塗物３はブース入口４を通過したのち、予備脱脂
工程Ａにおいてタンク５からの液温５０〜７５℃のリン
酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム等の
アルカ１八界面活性剤および表面調整剤を主成分とする
脱脂剤を脱脂剤噴霧装置６より３０〜９０秒、例えば約
６０秒間噴霧して被塗物の予備脱脂を行なう。

この予備脱脂工程Ａにおいては、アルカリ脱脂剤の脱脂
力と噴霧圧により主として被塗物の表面に付着している
プレス加工油、塵等が除去される。ついで、脱脂工程Ｂ
において、脱脂槽７中のリン酸ナトリウム、炭酸ナトリ
ウム、ケイ酸ナトリウム、水酸化ナトリウム等のアルカ
リ、界面活性剤および必要により配合される表面調整剤
を主成分とする脱，脂剤に液温５０〜７５℃で９０〜１
８０秒、例えば約１２０秒間浸漬して脱脂処理を行なう
。

この脱脂工程Ｂにおいては、アルカリ脱脂剤の脱脂力と
攪拌による液の流れにより被塗物の内側表面（例えば袋
状物の場合、その内側表面）に付着したプレス加工油、
塵等を除去し、かつ被塗物の全表面のエツチングを行な
い、後述するカチオン電着塗膜の密着性を増大させる。
このようにして脱脂処理した被塗物は、ついで第１水洗
工程Ｃにおいて、水槽９ａより供給される工業用水を水
噴霧装置８ａより常温で２０〜４０秒、例えば約３０秒
間噴霧して洗浄し、さらに第２水洗工程Ｃ′において、
水槽１４より供給される常温の工業用水を水噴霧装置８
ｂより常温で２０〜４０秒、例えば約３０秒間噴霧して
洗浄し、さらに第３水洗工程１′において水槽１５ａか
ら供給される水槽１４内の工業用水中に常温で２０〜４
０秒、例えば約３０秒間浸漬して洗浄を行なう。

このようにして水洗処理した被塗物は、さらに第４水洗
工程Ｊ′において供給管１６ｃより供給される工業用水
を水噴霧装置１６ａより常温で２０〜４０秒、例えば約
３０秒間噴霧して洗浄したのち、循環純水洗工程Ｊ″に
おいて、次工程Ｋ′における洗浄水を貯蔵した水槽１５
ｂから水噴霧装置１６ｂより常温で循環噴霧して洗浄す
る。この場合、この循環水中に少量の酢酸、プロピオン
才、ギ酸等、例えば酢酸を添加することもできる。さら
に、新鮮水洗工程Ｋ′において給水管１７より純水ない
しイオン交換水を供給しながら水噴霧装置１９より常温
で噴霧して洗浄を行なう。この第１〜４水洗工程は、水
による噴霧および浸漬の各処理が組合わされており、被
塗物表面付着した余剰のアルカリ、浮上油等を順次希釈
し、除去するもので、本実施例の方法においてはアルカ
リ脱脂剤のカチオン電着槽への持込みを防ぐために第２
水洗工程Ｃ′および第４水洗工程Ｊ′が追加されている
。また、循環純水洗工程Ｊ２および新鮮純水洗工程Ｋ′
においては、被塗物表面になお極く微量残つている雑イ
オンを純水に置換して電着槽への雑イオンの持込みを防
止するものである。この場合、循環純水中に少量の弱酸
を添加しておけばアルカリ性の雑イオンが中和されて除
去できるので、さらに優れた結果が得られる。水洗を終
了した被塗物３は、ついで特に水切乾燥処理および強制
空冷処理を必要としないのでそのまま、あるいは必要に
よりこれらの処理を施したのち、カチオン電着塗装する
。すなわち、カチオン電着工程Ｎにおいて、塗装ハンガ
−２に懸吊された被塗物３をオーバーヘツドコンベア１
により連続的に電着槽２５のカチオン電着塗料浴中に浴
温２４〜２６℃で浸漬し、コンベアサイドに付設された
集電バーより・・ンガ−２に取付けられた図示しない集
電子にてハンガ−２および被塗物３に負の電圧を、また
電着槽２５内両側に付設された図示しない対極に正の電
圧を１８０〜２５０Ｖ，例えば約２００Ｖを印加しつつ
２５〜４分間、例えば約３分間通電することにより正の
電荷をもつ塗料は負に帯電している被塗物に向つて泳動
し、被塗物表面に膜厚（乾燥膜厚基準（以下に同じ））
４〜１３μｍの塗膜が形成させられる。この場合、使用
する塗料中の有機溶剤濃度は４〜５％であり、攪拌回数
（１時間のポンプ吐出量（トン）／電着槽内塗料総トン
数）４〜３０回／時であり、袋状物であつても裏面の膜
厚は４μｍ以上となる。しかして、裏面の膜厚が４μｍ
以上であれば充分な耐食性が得られる。ここで、塗料浴
温度を２４〜２６℃としたのは、２４℃未満では塗膜が
付きにくく、このため充分な耐食性が得られないからで
あり、一方、２６℃を越えると、塗膜が付きすぎて過剰
品質となり、得られる製品が高価となるからである。

また、印加電圧を１８０〜２５０としたのは、１８０Ｖ
未満では塗料の内面へのつき廻り性が低下して、例えば
袋状物の場合には、充分な腐蝕性が得られず、一方、２
５０Ｖを越えると、塗膜が付きすぎて過剰品質となり、
コスト高となるだけでなく、３５０を越えるとと塗膜が
異常電着される恐れがあるからである。さらに、通電時
間を２．５〜４分間としたのは、２．５分未満では塗膜
の付着が悪いので前記異常電圧付近まで電圧を上げる必
要があり、危険性を伴なうからであり、一方、４分を越
える場合には電着電圧を下げる必要があり、このため塗
料のつき廻り性が低下する。また、膜厚を４〜１３μｍ
としたのは、第４図から明らかなように、１０Ｐｍ前後
の膜厚を境に耐食性が低下しはじめるので、目標平均膜
厚を１０μｍとすると、第１表から明らかなように、１
３μｍあれば充分であり、一方、つき廻り性に左右され
る内面を考慮すると、４μｍがほぼ限界であります。オ
ーバーフロー槽２６上で塗料切りを行なつた被塗物は、
第５水洗工程０において水槽２７ａから供給される常温
の洗浄用水を水噴霧装置２８より噴霧して洗浄を行なつ
たのち、第６水洗工程０′において、第７水洗工程ｐ′
における水槽２９から供給される水槽２７ｂ内の常温の
洗浄用水中に浸漬して洗浄を行なう。さらに第７水洗工
程Ｐ′において、済液水洗工程Ｑにおける水槽３１から
供給される洗浄用水を水噴霧装置３０より噴霧して洗浄
を行なう。ついで済液水洗工程Ｑにおいて、限外ろ過装
置３３から供給される常温の限外済液を水噴霧装置３２
より噴霧して洗浄を行なう。なお、３４はフイルタ、３
５は熱交換器、３６は済液タンク、２７ｂは水槽、Ｐは
ポンプである。第５〜７および炉液水洗工程は、被塗物
に電着以外で物理的に付着した過剰の塗料を限外炉液を
用いて噴霧および浸漬により洗流すとともに、洗浄水は
導管４０によりオーバーフロー槽２６に導き一部を限外
ろ過装置３３に導いて淵過し、回収するものである。こ
のようにしてカチオン電着塗装を施した被塗物３は、つ
いで焼付乾燥工程Ｒにおいて、給気口３７より熱風を給
気しかつ排気口３８より排気させてなる直火型熱風循環
式の焼付乾燥炉３９内で１７０〜１９０℃、例えば約１
８５℃で２０〜４０分間、例えば約３０分間焼付乾燥を
行ない所定の製品を得る。

この焼付乾燥工程は、塗料の主成分であるエポキシ樹脂
等の塗膜形成樹脂を熱により硬化させるのである。なお
、本実施例の方法においては前記のように化成皮膜処理
工程を必要とはしないが、要すれば該工程を追加するこ
ともできる。

つぎに、具体例を挙げて本発明方法をさらに詳細に説明
する。

実施例 第２〜３図に示すような乗用車のトランスバースリンク
Ｓに対して、つぎのごときカチオン電着塗装を施した。

第２図に示すような塗装装置において、前記トランスバ
ースリンクＳを被塗物３として、予備樹脂工程Ａにおい
てタンク５からの液温約６５℃の脱脂剤（日本ペイント
株式会社製リドリンＳＤ−２５０）を脱脂剤噴霧装置６
より約６０秒間噴霧して予備脱脂を行なつたのち、脱脂
工程Ｂにおいて脱脂槽７中のアルカリ脱脂剤（リドリン
ＳＤ−２５０）に液温約６５℃で１２０秒間浸漬して脱
脂処理を施した。ついで、この被塗物を第１水洗工程Ｃ
において水槽２ａより供給される工業用水を水噴霧装置
８ａより常温で約３０秒間噴霧したのち、第２水洗工程
Ｃ′において水槽１４より供給された常温の工業用水を
水噴霧装置８ｂより常温で約３０秒間噴霧し、さらに第
３水洗工程１′において水槽１５ａから供給された水槽
１４内の工業用水中に常温で約３０秒間浸漬して洗浄を
行なつた。

さらに、第４水洗工程Ｊ′において工業用水を水噴霧装
置１６ａより常温で約３０秒間噴霧して洗浄したのち、
循環純水洗工程Ｊ″において水槽１５ｂからの洗浄水を
水噴霧装置１６ｂより常温で循環噴霧して洗浄した。つ
いで、新鮮純水洗工程Ｋ′においてイオン交換水を水噴
霧装置１８より常温で噴霧して洗浄した。その後、被塗
物をカチオン電着工程Ｎにおいて、エポキシ系カチオン
電着塗料（「パワートツプＵ−３０」（日本ペイント株
式会社製、固形分１９重量％、有機溶剤〔ブチルセロソ
ルブとエチルセロソルブとの１：１混合物（重量比）〕
濃度４〜５％、ＰＨ６．３）中に２５±１℃で浸漬し、
２００Ｖの電圧を印加しつつ約３分間通電して電着塗装
を行なつた。

このときの攪拌回数は６回／時間であつた。ついで、被
塗物を第５水洗工程０において水槽２７ａから供給され
る常温の洗浄用水を水噴霧装置より噴霧して洗浄したの
ち、第６水洗工程０′において水槽２７ｂ内の常温の洗
浄用水中に浸漬して洗浄した。

ついで、第７水洗工程Ｐ′において水槽３１から供給さ
れる洗浄用水を水噴霧装置３０より噴霧して洗浄し、さ
らに済液水洗工程Ｑにおいて限外ろ過装置３３から供給
された常温の限外済液を水噴霧装置３２より噴霧して洗
浄を行なつた。ついで、被塗物を焼付乾燥工程Ｒにおい
て約１８５℃の温度で約３０分間焼付乾燥を行つて塗装
を完了した。このようにして得られた塗装膜厚の分布状
態は第１表のとおりであつた。

なお、各測定部位は第２〜３図に示すとおりである。ま
た、前記力法において、表面ｘの平均塗装膜厚を種々変
えたときに得られる７２時間の塩水噴霧（直線Ａ）、２
４０時間の塩水噴霧（直線Ｂ）および１０００時間の塩
水噴霧（曲線Ｃ）の結果を第４図に示す。比較例具体例
と同様な方法において、第５図に示すような塗装装置を
用い、水洗後に表面調整工程ＦにおいてフイキソジンＳ
Ｎ−５を噴霧したのち、化成処理工程Ｇにおいてリン酸
亜鉛系化成処理液（グラノジンＤＰ３ＯＯＯおよびトー
ナ一◆３０Ｈ）中に浸漬して化成皮膜処理した。

ついで、工程Ｈ−Ｋにおいて水洗したのち、水切乾燥お
よび冷却を行ない、具体例と同様なカチオン電着塗料〔
ブチルセロソルブとエチルセロソルブとの混合物１：１
（重量比）濃度４〜５％）を用いて液温２８℃で２８０
Ｖの電圧を印加しつつ２分間通電して電着塗装を行なつ
た。このときの攪拌回数は４回／時間であつた。ついで
、被塗物を第５図に示すような装置において第５〜６水
洗工程０，Ｐおよび濾液水洗工程Ｑで水洗を行なつたの
ち、焼付乾燥工程Ｒにおいて約１８５℃の温度で約３０
分間焼付乾燥を行なつて塗装を完了した。前記方法にお
いて、表面Ｘの平均塗装膜厚を種種変えたときに得られ
る７２時間の塩水噴霧（直線Ａ●および２４０時間の塩
水噴霧（直線Ｂ′）の結果を第４図に示す。

このようにして得られた塗装膜厚の分布状態は第１表の
とおりであつた。

なお、各測定部位は第３〜４図に示すとおりであつた。
以上述べたように、本発明によるカチオン電着塗装方法
は、前処理を施した被塗物を水洗したのち、化成処理を
施すことなく塗料浴温度２４〜２６℃、有機溶剤濃度４
〜５（！）のカチオン電着塗料浴中で１８０〜２５０の
電圧を印加しつつ２５〜４分間通電し、水洗したのち焼
付乾燥処理を施すことにより乾燥膜厚４〜１３μｍの塗
膜を形成するものであるから、従来法に比し低温でしか
も低い電圧で長い時間電着塗装するので、充分なつき廻
り性があり必要最低限の膜厚を裏面にも形成でき、また
全体の塗装膜厚を薄くすることができ、それにもかかわ
らず充分な耐食性が保障でき品質を維持しつつ大幅なコ
ストダウンをはかることができる。

また、表面調整工程、化成及膜？理工程および水切乾燥
工程が省略できるので、設備費が安価となるだけでなく
ユーテイリテ一も低下する。

さらに、前記工程で使用されていた薬品が不要となるの
で、その分だけコスト安となるだけでなく、前記各工程
で必要とされていた廃液処理の必要もなくなるという利
点がある。また、水洗を充分行なうので化成処理を行な
わなくてもアルカリ脱脂剤のカチオン電着槽への持込み
は防止さ八また塗装膜厚が薄くても充分な防錆効果が得
られるという利点がある。さらに低電圧で塗装を行なう
ために、塗装用ハンガーへの塗料の付着も少なく、ハン
ガーの洗浄用期が延び、また電圧の変更により膜厚の変
更が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるカチオン電着塗装力法を行なうた
めの装置の概略図、第２図は本発明方法の試験片の斜視
図、第３図は第２図の試験片の断面の概念図であり、ま
た第４図は本発明方法により得られる塗装膜の塩水噴霧
試験における塗装膜厚と赤錆発生面積との関係を示すグ
ラフであり、さらに第５図は従来法によるカチオン電着
塗装方法を行なうための装置の概略図である。 １・・・・・・コンベア、２・・・・・・ハンガ− ３
・・・・・・被塗物、５・・・・・・タンク、６・・・
・・・脱脂剤噴霧装置、７・・・・・・脱脂槽、８ａ，
８ｂ，１６ａ，１６ｂ，１９，２８，３０，３２・・・
・・・水噴霧装置、９ａ，１４，１５ａ，１５ｂ，２７
ａ，２７ｂ，２９，３１・・・・・・水槽、２５・・・
・・・カチオン電着槽、２６・・・・・・オーバーフロ
ー槽、３９・・・・・・焼付乾燥炉、Ａ・・・・・・予
備脱脂工程、Ｂ・・・・・脱脂工程、Ｃ・・・・・・第
１水洗工程、Ｃ′・・・・・・第２水洗工程、Ｉ′・・
・・・・第３水洗工程、Ｊ′・・・・・・第４水洗工程
、，］″−・・・・・循環純水洗工程、Ｋ′・・・・・
・新鮮純水洗工程、Ｎ・・・・・・カチオン電着工程、
０・・・・・・第５水洗工程、０′・・・・・・第６水
洗工程、Ｐ′・・・・・・第７水洗工程、Ｑ・・・・・
・淵液水洗工程、Ｒ・・・・・焼付乾燥工程。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 前処理を施した被塗物を水洗したのち、化成処理を
   施すことなく塗料浴温度２４〜２６℃、有機溶剤濃度４
   〜５％のカチオン電着塗料浴中で１８０〜２５０Ｖの電
   圧を印加しつつ２．５〜４分間通電し、水洗したのち焼
   付乾燥処理を施すことにより乾燥膜厚４〜１３μｍの塗
   膜を形成することを特徴とするカチオン電着塗装方法。