JPWO2019088123A1 - 塗装金属板及び塗装金属板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2017年10月30日に、日本に出願された特願2017−209460号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
例えば、以下の特許文献1には、溶剤可溶型フッ素樹脂を主成分とする塗料を塗装する金属板の塗装方法技術が開示されている。
かかる知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
(2)上記(1)に記載の塗装金属板は、前記第一塗膜の表面から0.2μmの深さ位置におけるN濃度N1の、前記第一塗膜と前記金属板との界面から前記第一塗膜側に0.2μmの深さ位置におけるN濃度N2に対する比率であるN1/N2が1.2以上であってもよい。
(3)上記(1)又は(2)に記載の塗装金属板は、前記第一塗膜が、複数の前記濃化型第二部位を有してもよい。
(4)上記(1)〜(3)の何れか一態様に係る塗装金属板は、前記第一塗膜と前記金属板との間に第二塗膜を更に備え、前記第二塗膜のガラス転移温度は、前記第一塗膜のガラス転移温度以下であってもよい。
(5)上記(4)に記載の塗装金属板では、前記第二塗膜が、樹脂を含有し、かつ、ウレタン結合骨格を有してもよい。
(6)上記(4)又は(5)に記載の塗装金属板では、前記第二塗膜が、樹脂を含有し、かつ、エポキシ基を有してもよい。
(7)上記(4)〜(6)の何れか一態様に係る塗装金属板では、前記第二塗膜が、樹脂を含有し、かつ、シロキサン結合を有してもよい。
(8)上記(4)〜(7)の何れか一態様に係る塗装金属板では、前記第二塗膜に、P、V、Ti、Si及びZrからなる群より選択される何れか1種以上の元素が含まれてもよい。
(9)上記(4)〜(8)の何れか一態様に係る塗装金属板では、前記第一塗膜のガラス転移温度が、前記第二塗膜のガラス転移温度よりも5℃以上高くてもよい。
(10)上記(4)〜(9)の何れか一態様に係る塗装金属板では、前記第二塗膜の膜厚が、0.5μm以上15μm以下であってもよい。
(11)上記(1)〜(10)の何れか一態様に係る塗装金属板では、前記第一塗膜の膜厚が、0.5μm以上15μm以下であってもよい。
(12)上記(4)〜(11)の何れか一態様に係る塗装金属板では、前記第一塗膜及び前記第二塗膜の少なくとも何れか一方が、着色剤を含有してもよい。
(13)上記(4)〜(12)の何れか一態様に係る塗装金属板では、前記第二塗膜が着色剤として黒色顔料を含有してもよい。
(14)上記(1)〜(13)の何れか一態様に係る塗装金属板では、前記金属板の少なくとも一方の表面に、テクスチャが形成されていてもよい。
(16)上記(15)に記載の塗装金属板の製造方法では、前記トリアジン環含有水溶性硬化剤(b)が、イミノ基を含むメラミン樹脂であってもよい。
(17)上記(15)又は(16)に記載の塗装金属板の製造方法では、前記第一塗料は、全固形分に対する前記ポリウレタン樹脂(a)の含有量(Wa)と、全固形分に対する前記トリアジン環含有水溶性硬化剤(b)の含有量(Wb)と、の合計含有量(Wa)+(Wb)が、下記の式(I)を満足し、かつ、前記全固形分に対する前記ポリウレタン樹脂(a)の含有量(Wa)と、前記全固形分に対する前記トリアジン環含有水溶性硬化剤(b)の含有量(Wb)と、の比率(Wb)/(Wa)が、下記の式(II)を満足してもよい。
90質量%≦(Wa)+(Wb)≦100質量% ・・・式(I)
0<(Wb)/(Wa)≦1 ・・・式(II)
(18)上記(15)〜(17)の何れか一態様に係る塗装金属板の製造方法は、前記金属板と前記第一塗膜との間に所定の第二塗膜を更に有する塗装金属板の製造方法であって、前記第一塗料の塗装に先立ち、ガラス転移温度が前記ポリウレタン樹脂(a)のガラス転移温度以下であるポリウレタン樹脂(c)と、エポキシ樹脂(d)、シランカップリング剤(e)、並びに、P、V、Ti、Si及びZrからなる群より選択される何れか1種以上の元素を含有する防錆剤(f)の少なくとも何れかと、水系溶媒と、を含有する第二塗料を、前記金属板の少なくとも片面上に塗装し、当該第二塗料の塗布された前記金属板を加熱することで前記第二塗膜を形成してもよい。
(19)上記(18)に記載の塗装金属板の製造方法では、前記ポリウレタン樹脂(c)のガラス転移温度は、前記ポリウレタン樹脂(a)のガラス転移温度よりも5℃以上低くてもよい。
(20)上記(15)〜(19)の何れか一態様に係る塗装金属板の製造方法では、前記第一塗膜を形成する際に、前記第一塗料の塗布された金属板の加熱開始から最高到達温度までの加熱時間が1秒以上30秒以下となるように、前記第一塗料の塗布された金属板を加熱し、前記最高到達温度から30℃までの冷却時間が0.1秒以上5秒以下となるように、前記第一塗料の塗布された金属板を冷却してもよい。
(21)上記(20)に記載の塗装金属板の製造方法では、前記加熱において、40〜100℃の温度で1〜20秒保持した後、1〜10秒の前記加熱時間で200℃超まで加熱してもよい。
まず、図1A〜図3を参照しながら、本発明の実施形態に係る塗装金属板の全体構成について説明する。図1A及び図1Bは、本実施形態に係る塗装金属板の構造の一例を模式的に示した説明図であり、図2A及び図2Bは、本実施形態に係る塗装金属板の構造の他の一例を模式的に示した説明図である。図3は、本実施形態に係る塗装金属板の上層塗膜について説明するための説明図である。
更に、図3に模式的に示したように、トリアジン環骨格を有する第二部位は、酸化オスミウムで染色し、透過型電子顕微鏡を用いて10万倍の倍率で観察すると、個数平均粒径5nm以上の粒子が分散している分散型第二部位(図3における符号101)と、上層塗膜13の表面から深さ15nmまでの位置に存在し、個数平均粒径5nm以上の粒子が観察されない濃化型第二部位(図3における符号103)との双方が存在している。
本実施形態に係る塗装金属板1において、金属板11としては、一般に公知の各種の金属板を用いることができる。具体的には、かかる金属板11として、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミ板、アルミ合金板、チタン板、銅板等といった、各種の金属板や合金板を挙げることができる。本実施形態に係る塗装金属板1において、金属板11の表面には、各種のめっき(図示せず。)が施されていてもよい。めっきの種類としては、特に限定されるものではないが、例えば、亜鉛めっき、アルミめっき、銅めっき、ニッケルめっき、これらの合金めっき等が挙げられる。
本実施形態に係る塗装金属板1が有する上層塗膜13は、先だって言及したように、ウレタン部位(ウレタン結合骨格を有する第一部位)と、トリアジン部位(トリアジン環骨格を有する第二部位)と、を含む樹脂塗膜である。
上層塗膜13中のウレタン部位が有するウレタン結合骨格は、フーリエ変換赤外分光法により上層塗膜13を分析して、ウレタン結合に帰属される振動ピークを検出することで、確認することができる。
なお、「トリアジン部位が上層塗膜13の表層に濃化している」とは、金属板11との界面とは反対側の上層塗膜13の表面側に、粒状のトリアジン部位(すなわち、トリアジン粒状物101)が層状に偏在していることを示す。つまり、層状に偏在した粒状のトリアジン部位の領域が、上層塗膜13の表層を構成していることを示す。
ここで、「トリアジン部位が層状に偏在して濃化部103を形成している」とは、トリアジン部位が偏在している領域におけるトリアジン部位の平均濃度(平均含有量)が、偏在部分以外の領域におけるトリアジン部位の平均濃度の1.2倍以上となっていることをいう。
N1/N2を1.2以上とすることで、より確実に、金属外観及び耐溶剤性を向上させることが可能となる。N1/N2は、より好ましくは、1.5以上10以下である。
まず、分析対象である上層塗膜13を、酸化オスミウムで染色する。これにより、上層塗膜13中のトリアジン部位が、選択的に染色される。次に、ミクロトーム、集束イオンビーム加工装置等を利用して、酸化オスミウムで染色した塗膜を膜厚方向に沿って切断し、断面が観察できる塗膜試料を作製する。続いて、透過型電子顕微鏡を用いて薄膜試料を倍率10万倍で観察する。この観察において、薄膜試料中におけるトリアジン部位は、STEM−BF(明視野)画像では黒く観察され、STEM−HAADF(暗視野)画像では白く観察される。
深さ方向の元素分析は、公知の方法で調べることができ、例えば、高周波グロー放電分光分析(GD−OES:Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy)、オージェ電子分光法(AES:AugerElectron Spectroscopy)等を用いて実施可能である。
上層塗膜13のガラス転移温度は、85℃以上170以下である。上層塗膜13のガラス転移点温度が85℃未満である場合には、塗装金属板1の耐薬品浸透性が低下する。一方、上層塗膜13のガラス転移点温度が170℃を超える場合には、塗装金属板1の加工性が低下する。塗装金属板1の加工性が低下すると、上層塗膜13に割れ等が生じ、耐薬品浸透性及び耐溶剤性も低下することとなる。上層塗膜13のガラス転移温度は、耐薬品浸透性及び耐溶剤性の観点(特に耐薬品浸透性の観点)から、好ましくは、100℃以上170℃以下であり、より好ましくは、110℃以上165℃以下である。
同様の理由から、上層塗膜13は亜鉛、アルミニウム及びチタンから選ばれる少なくとも1種の金属錯化合物を有さないことが好ましい。ここで、亜鉛、アルミニウム及びチタンから選ばれる少なくとも1種の金属錯化合物としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、グルコン酸亜鉛、ピコリン酸亜鉛、クエン酸亜鉛、亜鉛アセチルアセトネート、酢酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、アルミニウムエチレート、アルミニウムイソプロピレート、アルミニウムトリイソポロキシド、アルミニウムエチルアセトアセテートジ゛イソプロピレート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムトリス(アセチルアセテート)、アルミニウムオキサイドイソプロポキサイドトリマー、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラノルマルブトキシド、チタンブトキシドダイマー、チタンテトラー2−エチルヘキソキシド、チタンジイソプロポキシビス(アセチルアセトネート)、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンジオクチロキシビス(オクチレングリコレート)、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)、チタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)、チタンラクテートアンモニウム塩、チタンラクテート、ポリヒドロキシチタンステアレート等が挙げられる。
本実施形態に係る塗装金属板1において、下層塗膜15は、特に制限はなく、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アルキド系樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂等といった、周知の樹脂塗膜を適用することができる。また、かかる樹脂塗膜を形成する際に、シランカップリング剤等の公知の添加剤を用いることも可能である。
ウレタン部位が有していると好ましいアニオン性官能基としては、例えば、カルボン酸基(カルボキシ基)、スルホン酸基(スルホ基)等を挙げることができる。一方、ウレタン部位のウレタン結合骨格は、ポリウレタン樹脂に由来する骨格である。すなわち、ウレタン部位は、ポリウレタン樹脂に由来する部位であり、更に、アニオン性官能基を有しうる部位と言える。
下層塗膜15のガラス転移温度は、上層塗膜13のガラス転移温度以下であることが好ましい。下層塗膜15のガラス転移温度は、より好ましくは、80℃以上170以下の範囲内であり、かつ、上層塗膜13のガラス転移温度以下である。下層塗膜15のガラス転移点温度が80℃未満である場合には、耐薬品浸透性が低下することがある。一方、下層塗膜15のガラス転移点温度が170℃を超える場合には、加工性が低下することがある。加工性が低下すると、下層塗膜15に割れ等が生じ、耐薬品浸透性及び耐溶剤性も低下することがある。下層塗膜15のガラス転移温度は、耐薬品浸透性及び耐溶剤性の観点(特に耐薬品浸透性の観点)から、より好ましくは、上層塗膜13のガラス転移温度以下であり、かつ、100℃以上170℃以下の範囲内である。
本実施形態に係る塗装金属板1において、上記のような上層塗膜13の膜厚は、0.5μm以上15μm以下であることが好ましい。上層塗膜13の膜厚が0.5μm未満である場合には、塗装金属板1の耐薬品浸透性が低下することがある。一方、上層塗膜13の膜厚が15μmを超える場合には、上層塗膜13の透明性が低下して、金属外観が低下することがある。上層塗膜13の膜厚は、金属外観及び耐薬品浸透性の観点から、より好ましくは、1μm以上10μm以下である。
本実施形態に係る塗装金属板1において、上記のような上層塗膜13及び/又は下層塗膜15は、着色剤を含有してもよい。上層塗膜13及び/又は下層塗膜15に対して着色剤を含有させることによって、製品の色調を調整でき、多種多様な用途に適用することが可能となる。
本実施形態に係る塗装金属板1において、上層塗膜13は、具体的には、ガラス転移温度が75℃以上160℃以下であるポリウレタン樹脂(a)と、トリアジン環含有水溶性硬化剤である水溶性メラミン樹脂(b)と、水系溶媒と、を含有する上層塗料を硬化した樹脂塗膜(例えば、ポリウレタン樹脂と水溶性メラミン樹脂との架橋物を含む樹脂塗膜)であることがよい。かかる上層塗料から形成された樹脂塗膜は、全体として、ガラス転移温度が85℃以上170℃以下となる。この際、水溶性メラミン樹脂(b)は、上層塗膜13中に粒状に分散しているものと、上層塗膜13の表面側に濃化しているものと、が存在する。また、上層塗膜13と金属板11との間に、更に下層塗膜15が設けられる場合、上記ポリウレタン樹脂(a)のガラス転移温度は、下記のような下層塗膜15が含有するポリウレタン樹脂(c)のガラス転移温度以上であることが好ましい。
以上説明したような、実施形態に係る塗装金属板1は、自動車用、家電用、建材用、土木用、機械用、家具用、容器用等に利用することが可能である。
続いて、図4を参照しながら、本実施形態に係る塗装金属板の製造方法について、詳細に説明する。図4は、本実施形態に係る塗装金属板の製造方法の流れの一例を示した流れ図である。
少なくとも上層塗膜13を有する塗装金属板1の製造方法である。この塗装金属板の製造方法は、図4に一例を示したように、必要に応じて金属板11の表面に所定のテクスチャを形成するテクスチャ形成工程(ステップS101)と、必要に応じて金属板11上に下層塗膜15を形成する下層塗膜形成工程(ステップS103)と、金属板11又は下層塗膜15上に上層塗膜13を形成する上層塗膜形成工程(ステップS105)と、を有する。
図4に示した流れとは逆になるが、以下では、まず、上層塗膜形成工程について詳細に説明する。
上層塗膜形成工程では、まず、第一塗料の一例である上層塗料を準備する。上層塗料は、ポリウレタン樹脂(a)と、トリアジン環含有水溶性硬化剤である水溶性メラミン樹脂(b)と、水系溶媒と、を含有する。
ポリウレタン樹脂(a)は、アニオン性官能基を含み、かつ、ガラス転移温度が75℃以上160℃以下であるポリウレタン樹脂である。また、本実施形態に係る塗装金属板において、上層塗膜13だけでなく下層塗膜15を形成する場合には、ポリウレタン樹脂(a)のガラス転移温度は、下層塗膜15に用いられるポリウレタン樹脂(c)のガラス転移温度以上であることが好ましい。
ポリエーテルポリオールは、例えば、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール及びこれらの共重合体がある。
また、ポリエステルポリオールは、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸等の二塩基酸又は二塩基酸のジアルキルエステルと、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサングリコール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、3,3’−ジメチロ−ルヘプタン、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等のグリコール類と、を反応させることで、得ることができる。
また、ポリエステルポリオールは、例えば、ポリカプロラクトン、ポリバレロラクトン、ポリ(β−メチル−γ−バレロラクトン)等のラクトン類を開環重合することで、得ることができる。
トリアジン環含有水溶性硬化剤である水溶性メラミン樹脂(b)としては、一般に公知の水溶性メラミン樹脂(イミノ型メラミン樹脂、メチロール型メラミン樹脂、完全アルキルエーテル化メラミン樹脂等)を使用することができる。市販の水溶性メラミン樹脂としては、例えば、日本カーバイド社製、オルネクス社製、DIC社製等の水溶性メラミン樹脂が挙げられる。
上記のような成分を含有する上層塗料に分散される着色剤としては、特に限定されるものではなく、公知のものを適宜使用することが可能である。このような着色剤として、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、アルミニウム、酸化鉄、銅・クロム複合酸化物、カーボンブラック等の各種の無機顔料や、シアニン、キナクリドン等の各種の有機顔料や、各種の染料等を用いることができる。
水系溶媒としては、水、又は、水と低級アルコールとの混合液等が挙げられる。かかる水系溶媒は、水を50質量%以上(好ましくは80質量%以上)含有することがよい。
溶媒として有機系溶剤に代表される溶剤を用いると、塗膜中でメラミン粒子が分散して存在するだけで、表面濃化しないため好ましくない。前述したように、溶剤系塗料を用いて形成された塗膜でメラミンを表層濃化させるためには、溶剤系塗料中にアミン化合物が含まれることが必要であるが、本実施形態では水系溶媒を用いているため、アミン化合物を用いずにメラミン粒子を表層濃化させることが可能となっている。
上記のような成分を含有する上層塗料において、全固形分に対するポリウレタン樹脂(a)の含有量(Wa,単位:質量%)と、全固形分に対する水溶性メラミン樹脂(b)の含有量(Wb,単位:質量%)と、の合計含有量(Wa)+(Wb)は、以下の式(11)を満足し、かつ、上記ポリウレタン樹脂(a)の含有量(Wa)と、上記水溶性メラミン樹脂(b)の含有量(Wb)と、の比率(Wb)/(Wa)は、以下の式(13)を満足することが好ましい。
90質量%≦(Wa)+(Wb)≦100質量% ・・・式(11)
0<(Wb)/(Wa)≦1 ・・・式(13)
95質量%≦(Wa)+(Wb)≦100質量% ・・・式(15)
0.1≦(Wb)/(Wa)≦0.3 ・・・式(17)
同様の理由から、上層塗料は亜鉛、アルミニウム及びチタンから選ばれる少なくとも1種の金属錯化合物を有さないことが好ましい。ここで、亜鉛、アルミニウム及びチタンから選ばれる少なくとも1種の金属錯化合物としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、グルコン酸亜鉛、ピコリン酸亜鉛、クエン酸亜鉛、亜鉛アセチルアセトネート、酢酸アルミニウム、ステアリン酸アルミニウム、アルミニウムエチレート、アルミニウムイソプロピレート、アルミニウムトリイソポロキシド、アルミニウムエチルアセトアセテートジ゛イソプロピレート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムトリス(アセチルアセテート)、アルミニウムオキサイドイソプロポキサイドトリマー、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラノルマルブトキシド、チタンブトキシドダイマー、チタンテトラー2−エチルヘキソキシド、チタンジイソプロポキシビス(アセチルアセトネート)、チタンテトラアセチルアセトネート、チタンジオクチロキシビス(オクチレングリコレート)、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)、チタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)、チタンラクテートアンモニウム塩、チタンラクテート、ポリヒドロキシチタンステアレート等が挙げられる。
上層塗膜形成工程において、金属板11又は下層塗膜15上に上層塗料を成膜(塗布)する方法は、特に制限されるものではなく、例えば、ロールコート法、リンガーロールコート法、エアースプレー法、エアーレススプレー法、浸漬法等の周知の成膜方法(塗布方法)を利用することができる。また、これらの周知の成膜方法(塗布方法)を実施する成膜装置(塗布装置)を完備した、コイルコーティングライン、シートコーティングラインと呼ばれる連続塗装ラインで成膜すると、塗装作業効率が良く大量生産が可能であるため、より好適である。
上層塗膜形成工程において、金属板11又は下層塗膜15上に上層塗料を成膜(塗布)した後、上層塗料の膜を加熱する方法は、特に制限されるものではないが、例えば、熱風オーブン、直火型オーブン、遠赤外線オーブン、誘導加熱型オーブン等といった、一般に公知の装置を利用することができる。上層塗料の膜を加熱することにより、上層塗料の膜中に存在する水系溶媒が乾燥し、その後、ポリウレタン樹脂(a)と水溶性メラミン樹脂(b)とが反応して、上層塗膜13が形成される。
続いて、本実施形態に係る塗装金属板の製造方法における、下層塗膜形成工程について説明する。
本実施形態に係る塗装金属板の製造方法において、下層塗膜形成工程については、特に制限はなく、周知の下層塗料を第二塗料の一例として使用して、周知の方法で下層塗膜15を形成することができる。
先だって言及しているように、ポリウレタン樹脂(c)のガラス転移温度は、ポリウレタン樹脂(a)のガラス転移温度以下であることが好ましい。ポリウレタン樹脂(c)のガラス転移温度がポリウレタン樹脂(a)のガラス転移温度以下であると、下層塗膜15と上層塗膜13との密着性が向上し、耐薬品浸透性がより一層向上し易くなる。
エポキシ樹脂(d)としては、例えば、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、脂肪族型エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらの樹脂の中でも、脂肪族型エポキシ樹脂が焼付により変色し難いため、エポキシ樹脂(d)として用いることが、特に好ましい。
シランカップリング剤(e)としては、特に制限されるものではなく、公知の各種のシランカップリング剤を用いることが可能である。このようなシランカップリング剤として、例えば、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、ビス(トリメトキシシリルプロピル)アミン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等を挙げることができる。かかるシランカップリング剤を下層塗料に含有させることで、下層塗膜15の耐薬品浸透性を更に向上させることが可能となる。
本実施形態に係る下層塗膜形成工程では、防錆剤(f)として、P、V、Ti、Si及びZrからなる群より選択される何れか1種以上の元素を含有する防錆剤を使用することが可能である。かかる防錆剤(f)を下層塗料に含有させることで、下層塗膜15の耐食性を向上させることが可能となる。
上記のような成分を含有する下層塗料に分散される着色剤としては、上層塗料と同様に、特に制限されるものではなく、公知のものを適宜使用することができる。このような着色剤として、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、硫酸バリウム、アルミニウム、酸化鉄、カーボンブラック等の各種の無機顔料や、シアニン、キナクリドン等の各種の有機顔料や、各種の染料等を用いることができる。
水系溶媒としては、上記上層塗料と同様に、水、又は、水と低級アルコールとの混合液等を用いることが可能である。かかる水系溶媒は、水を50質量%以上(好ましくは80質量%以上)含有することが好ましい。
以上説明したような、ポリウレタン樹脂(c)、エポキシ樹脂(d)、シランカップリング剤(e)及び防錆剤(f)の含有量については、特に制限されるものではなく、下層塗膜15に求める特性に応じて、各成分の含有量を適宜決定すればよい。例えば、ポリウレタン樹脂(c)の含有量は、30〜95質量%の範囲内とすることが可能であり、エポキシ樹脂(d)の含有量は、1〜5質量%の範囲内とすることが可能である。また、シランカップリング剤(e)の含有量は、例えば10〜40質量%の範囲内とすることが可能であり、防錆剤(f)の含有量は、例えば1〜15質量%の範囲内とすることが可能である。これらポリウレタン樹脂(c)、エポキシ樹脂(d)、シランカップリング剤(e)及び防錆剤(f)の合計含有量が100質量%となるように、上記範囲内から各成分の含有量を適宜決定すればよい。
下層塗膜形成工程において、金属板11の少なくとも片面上に下層塗料を成膜及び加熱した後冷却する方法については、特に制限はなく、例えば、上層塗膜形成工程で説明したような、各種の成膜方法(塗装方法)、加熱方法及び冷却方法を利用することができる。また、下層塗料を塗布した金属板11の最高到達温度、加熱時間、保持時間及び冷却時間についても、特に制限は無く、適宜設定すればよい。
本実施形態に係る塗装金属板の製造方法において、上層塗料及び下層塗料には、いずれも、ワックス、レベリング剤、消泡剤、増粘剤、分散剤等といった周知の添加剤を含有させてもよい。すなわち、本実施形態に係る塗装金属板において、上層塗膜11及び下層塗膜15は、いずれも、これら周知の添加剤を含有してもよい。
本実施形態に係る塗装金属板の製造方法では、上記のような上層塗料を塗布する金属板11の表面に、必要に応じて、梨地、荒らし、筋目(ヘアライン)、布目(サテン)、槌目(ハンマー)等といった、各種のテクスチャを形成してもよい。金属板11の表面に上記のようなテクスチャを予め形成することで、本実施形態に係る塗装金属板の意匠性を更に向上させることが可能となる。
新日鐵住金株式会社製の溶融亜鉛めっき鋼板「NSシルバージンク(登録商標)」(以降、「GI」と称する。)、新日鐵住金株式会社製の電気亜鉛めっき鋼板「NSジンコート(登録商標)」(以降、「EG」と称する。)、新日鐵住金株式会社製の亜鉛−ニッケル合金めっき鋼板「NSジンクライト(登録商標)」(以降、「ZL」と称する。)、亜鉛―鉄合金めっき「NSシルバーアロイ(登録商標)」(以降、「GA」と称する)、アルミニウム板「JIS3004」(以降、「Al」と称する。)、ステンレス鋼板「SUS430」(以降、「SUS」と称する。)、新日鐵住金株式会社製の亜鉛−アルミニウム−マグネシウム−シリコン合金めっき鋼板「スーパーダイマ(登録商標)」(以降、「SD」と称する。)、日新製鋼株式会社製の亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板「ZAM(登録商標)」(以降、「ZAM」と称する。)を、金属板(原板)として使用した。金属板の板厚は、それぞれ0.6mmであった。
本試験例では、上記のような金属板(原板)の片面上に、上層塗膜のみを有する図1Aに示したような1層構造、又は、下層塗膜及び上層塗膜を有する図1Bに示したような2層構造の塗装金属板を作製した。ここで、上層塗料及び下層塗料の調整に使用したポリウレタン樹脂を、以下の表1に示した。同様に、下層塗料の調整に使用したポリエステル樹脂、水溶性メラミン樹脂、シランカップリング剤、防錆剤、及び、着色剤を、それぞれ、以下の表2〜表7に示した。
1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン145g、ジメチロールプロピオン酸20g、ネオペンチルグリコール15g、分子量1000のポリカーボネートジオール75g、溶剤としてアセトニトリル64gを加え、窒素雰囲気下、75℃に昇温して、3時間攪拌した。所定のアミン当量に達したことを確認し、この反応液を40℃まで降温させた後、トリエチルアミン(沸点89℃)30gを加え、ポリウレタンプレポリマーのアセトニトリル溶液を得た。この溶液300gを、水700gにホモディスパーを用いて分散させエマルション化し、溶液を40℃に保持し、鎖伸長剤としてエチレンジアミンヒドラジン一水和物35.6gを添加することで鎖伸長反応させた。続いて、反応液を50℃、150mmHgの減圧下でポリウレタンプレポリマー合成時に使用したアセトニトリルを留去することにより、自作ポリウレタン樹脂Aを得た。
なお、原料として用いられたトリエチルアミンは、樹脂の精製工程で除去されている。
1,3−ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン145g、ジメチロールプロピオン酸20g、ネオペンチルグリコール15g、分子量1000のポリカーボネートジオール75g、溶剤としてアセトニトリル64gを加え、窒素雰囲気下、75℃に昇温して、3時間攪拌した。所定のアミン当量に達したことを確認し、この反応液を40℃まで降温させた後、トリエチルアミン(沸点89℃)20.00gを加え、ポリウレタンプレポリマーのアセトニトリル溶液を得た。この溶液300gを、水700.00gにホモディスパーを用いて分散させエマルション化し、溶液を40℃に保持し、鎖伸長剤としてγ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン21g、及びエチレンジアミンヒドラジン一水和物18gを添加することで鎖伸長反応させた。続いて、反応液を50℃、150mmHgの減圧下でポリウレタンプレポリマー合成時に使用したアセトニトリルを留去することにより、自作ポリウレタン樹脂Bを得た。
なお、原料として用いられたトリエチルアミンは、樹脂の精製工程で除去されている。
各種金属板を、FC−4336(日本パ−カライジング製)を2質量%含有する60℃温度の水溶液中に10秒間浸漬することで脱脂を行い、水洗後、乾燥させた。
製造したそれぞれの塗装金属板のサンプルについて、上層塗膜及び下層塗膜の構成を分析した。
具体的には、上層塗膜及び下層塗膜の構成部位(ウレタン結合骨格(UB)、トリアジン環骨格(TR)、エポキシ基(EP)、シランカップリング剤に由来するシロキサン結合(シラン)の有無については、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR、PerkinElmer社製Frontier)を用いて塗膜を分析し、以下に示す振動ピークが観測されるか否かに基づき判断した。各構造が検出された場合は、表中に「有」と記載した。
ウレタン結合骨格(UB):1540cm−1近傍に観測されるN−H変角振動の振動ピーク、及び、1730cm−1近傍に観測されるC=O伸縮振動の振動ピーク
トリアジン環骨格(TR):1550、1450、815cm−1近傍に観測されるトリアジン環由来の振動ピーク
エポキシ基(EP):910cm−1近傍に観測されるエポキシ基由来の振動ピーク
シロキサン結合:1050cm−1近傍に観測されるSi−O−Si伸縮振動の振動ピーク
また、表層濃化部を酸化オスミウムで染色し、透過型電子顕微鏡を用いて10万倍の倍率で観察したときに5nm以上のメラミン粒子が観察されるかどうか、及び、濃化部が複数形成されているかどうかを、既述の方法に従って判定した。
製造したそれぞれの塗装金属板について、以下に示す基準で評価を行った。
製造したそれぞれの塗装金属板について、CIELAB(JISZ8729)のL*,a*,b*表色系を、コニカミノルタ製CR−400分光測色計(光源10°D65、SCI方式)で測定し、(優)A、B、C、D(劣)の4段階で評価した。
A:L*が60以上、かつ、|a*|≦1
B:L*が60未満、かつ、|a*|≦1
C:L*が60未満、かつ、|a*|≧1
D:L*が60未満、|a*|≧1、かつ、|b*|≧6
製造したそれぞれの塗装金属板を幅5cmに切断し、端面をすべてニトフロン(登録商標)テープで保護したサンプルを、5%硫酸水と5%水酸化ナトリウム水に20℃×24時間浸漬し、変色の程度を(優)A、B、C、D(劣)の4段階で評価した。
A:変色なし
A―B:ごくわずかに変色あり
B:わずかに変色あり
C:多くの変色あり
D:多くの変色かつ塗膜剥離あり
製造したそれぞれの塗装金属板を幅5cmに切断し、JIS G3312に準じた試験方法により、20℃の雰囲気中で2T曲げを行った。具体的には、試験片と同一の塗板を2枚内側にはさみ、上層塗膜及び下層塗膜が形成されている表面を外側にして、180度密着曲げを行った。塗膜の亀裂を(優)A、B、C、D(劣)の4段階で評価した。
A:亀裂なし
B:わずかに亀裂あり
C:多くの亀裂あり
D:多くの亀裂かつ塗膜剥離あり
製造したそれぞれの塗装金属板に対して、マジックインキ(寺西化学工業株式会社)赤色を塗布し、24時間後にエタノールで拭き取り、インクの痕残りを(優)A、B、C、D(劣)の4段階で評価した。なお、痕残りが顕著なものについては、市販の分光測色計(光源10°D65、SCI方式)を用いて、試験前後でCIELAB(JISZ8729)の赤みを表すa*値を測定し、その差(Δa*)により、以下のとおり評価した。
A:痕残りなし
B:わずかに痕残りあり
C:Δa*≦3
D:Δa*>3
UB:ウレタン結合骨格
TR:トリアジン環骨格
EP:エポキシ基
シラン:シロキサン結合
防錆剤:防錆剤(f)
濃化深さ:表層に形成されている濃化部(表層濃化部と呼称する場合がある)の厚さ
粒径:トリアジン粒状物(水溶性メラミン樹脂)の個数平均粒径
Tg:各塗膜のガラス転移温度
Tg差:上層塗膜と下層塗膜とのガラス転移温度の差(上層塗膜のガラス転移温度−下層塗膜のガラス転移温度)
上層塗料が金属錯化合物を含む場合(比較例107,108,109)は、耐薬品浸透性が実施例よりも劣っていた。
新日鐵住金株式会社製の電気亜鉛めっき鋼板「NSジンコート(登録商標)」(以降、「EG」と称する。)を、金属板(原板)として使用した。EGのめっき付着量は、片面あたり20g/m2であった。
本試験例では、上記のような金属板(原板)の片面上に、上層塗膜のみを有する図1Aに示したような1層構造、又は、下層塗膜及び上層塗膜を有する図1Bに示したような2層構造の塗装金属板を作製した。
上層塗膜用ポリウレタン樹脂:試験例1におけるポリウレタン樹脂4
下層塗膜用ポリウレタン樹脂:試験例1におけるポリウレタン樹脂3
水溶性メラミン樹脂:試験例1におけるメラミン樹脂2
エポキシ樹脂:試験例1におけるエポキシ樹脂1
シランカップリング剤:試験例1におけるシランカップリング剤1
防錆剤:試験例1における防錆剤2
ワックス:ケミパールS100(三井化学社製)
各種金属板を、FC−4336(日本パ−カライジング製)を2質量%含有する60℃温度の水溶液中に10秒間浸漬することで脱脂を行い、水洗後、乾燥させた。
製造したそれぞれの塗装金属板のサンプルについて、既述の方法に従って、上層塗膜において、粒状のトリアジン部位(水溶性メラミン樹脂)が濃化している領域の位置(濃化深さ)、及び、粒状のトリアジン部位(水溶性メラミン樹脂)の個数平均粒径(粒径)を測定した。また、粒状のトリアジン部位(水溶性メラミン樹脂)が濃化している領域に存在しているトリアジン部位の濃化度合いについて、既述の方法に従って測定した。更に、製造したそれぞれの塗装金属板のサンプルについて、既述の方法に従って、各塗膜のガラス転移温度(Tg)を測定した。
また、表層濃化部を酸化オスミウムで染色し、透過型電子顕微鏡を用いて10万倍の倍率で観察したときに5nm以上のメラミン粒子が観察されるかどうか、及び、濃化部が複数形成されているかどうかを、既述の方法に従って判定した。
製造したそれぞれの塗装金属板について、金属外観、耐薬品浸透性試験、耐汚染性試験は試験例1と同様の評価を行った。加工性試験と加工部耐食性は以下の通り評価した。
製造したそれぞれの塗装金属板を幅5cmに切断し、JIS G3312に準じた試験方法により、20℃の雰囲気中で6T曲げを行った。具体的には、試験片と同一の塗板を6枚内側にはさみ、上層塗膜及び下層塗膜が形成されている表面を外側にして、180度密着曲げを行った。塗膜の亀裂を(優)A、B、C、D(劣)の4段階で評価した。
A:亀裂なし
B:わずかに亀裂あり
C:多くの亀裂あり
D:多くの亀裂かつ塗膜剥離あり
製造したそれぞれの塗装金属板を幅5cmに切断し、押し出し加工を行った。押し出し高さは、7mmとした。その後、JIS Z 2371に準じた塩水噴霧試験を240時間実施した。試験後、加工部の全体の面積における白錆発生面積率を、目視観察により求め、以下のとおり評価した。なお、白錆発生面積率とは、観察部位の面積に対する白錆発生部位の面積の百分率である。
A:白錆発生面積率10%未満
B:白錆発生面積率10%以上25%未満
C:白錆発生面積率25%以上50%未満
D:白錆発生面積率50%以上75%未満
E:白錆発生面積率75%以上
ただし、(Wa)+(Wb)、(Wb)/(Wa)については、以下の通りである。
(Wa)+(Wb):全固形分に対するポリウレタン樹脂(a)の含有量(Wa:単位、質量%)と、全固形分に対する水溶性メラミン樹脂(b)の含有量(Wb:単位、質量%)と、の合計含有量
(Wb)/(Wa):全固形分に対するポリウレタン樹脂(a)の含有量(Wa)と、全固形分に対する水溶性メラミン樹脂(b)の含有量(Wb)と、の比率
新日鐵住金株式会社製の電気亜鉛めっき鋼板「NSジンコート(登録商標)」(以降、「EG」と称する。)を、金属板(原板)として使用した。EGのめっき付着量は、片面あたり20g/m2であった。
本試験例では、上記のような金属板(原板)の片面上に、上層塗膜のみを有する図1Aに示したような1層構造、又は、下層塗膜及び上層塗膜を有する図1Bに示したような2層構造の塗装金属板を作製した。
各種金属板を、FC−4336(日本パ−カライジング製)を2質量%含有する60℃温度の水溶液中に10秒間浸漬することで脱脂を行い、水洗後、乾燥させた。
製造したそれぞれの塗装金属板のサンプルについて、既述の方法に従って、上層塗膜において、表層濃化部の厚さ(濃化深さ)、及び、粒状のトリアジン部位(水溶性メラミン樹脂)の個数平均粒径(粒径)を測定した。また、第一塗膜の表面から0.2μmの深さ位置におけるN濃度N1と第一塗膜と金属板との界面から第一塗膜側に0.2μmの深さ位置におけるN濃度N2との比率であるN1/N2について、既述の方法に従って測定した。更に、製造したそれぞれの塗装金属板のサンプルについて、既述の方法に従って、各塗膜のガラス転移温度(Tg)を測定した。
また、表層濃化部を酸化オスミウムで染色し、透過型電子顕微鏡を用いて10万倍の倍率で観察したときに5nm以上のメラミン粒子が観察されるかどうか、及び、濃化部が複数形成されているかどうかを、既述の方法に従って判定した。
製造したそれぞれの塗装金属板について、試験例1と同様の評価を行った。
また、40〜100℃の温度で1〜20秒保持し、次に、200℃超まで1〜10秒で加熱し、その後冷却する方法で製造された第一塗膜では、濃化層が複数形成されていた(実施例315,316,317)。第一塗膜に濃化層が複数形成されていると、金属外観、耐薬品浸透性、加工性及び耐溶剤性の全てが優れていた。
11 金属板
13 上層塗膜(第一塗膜)
15 下層塗膜(第二塗膜)
101 トリアジン粒状物(分散型第二部位)
103 濃化部(濃化型第二部位)
Claims (21)
- 金属板と;
前記金属板の少なくとも片面上に位置し、樹脂を含有する第一塗膜と;
を備え、
前記第一塗膜は:
ウレタン結合骨格を有する第一部位と;
トリアジン環骨格を有する第二部位と;
を有し、
前記第一塗膜のガラス転移温度は、85℃以上170℃以下であり、
前記第二部位を酸化オスミウムで染色し、透過型電子顕微鏡を用いて10万倍の倍率で観察すると:
個数平均粒径5〜20nmの粒子が分散している分散型第二部位と;
前記第一塗膜の表面から深さ15nmまでの位置に存在し、個数平均粒径5nm以上の粒子が観察されない濃化型第二部位と:
が観察される
ことを特徴とする、塗装金属板。 - 前記第一塗膜の表面から0.2μmの深さ位置におけるN濃度N1の、前記第一塗膜と前記金属板との界面から前記第一塗膜側に0.2μmの深さ位置におけるN濃度N2に対する比率であるN1/N2が1.2以上である
ことを特徴とする、請求項1に記載の塗装金属板。 - 前記第一塗膜が、複数の前記濃化型第二部位を有する
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の塗装金属板。 - 前記第一塗膜と前記金属板との間に第二塗膜を更に備え、
前記第二塗膜のガラス転移温度は、前記第一塗膜のガラス転移温度以下である
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の塗装金属板。 - 前記第二塗膜は、樹脂を含有し、かつ、ウレタン結合骨格を有する
ことを特徴とする、請求項4に記載の塗装金属板。 - 前記第二塗膜は、樹脂を含有し、かつ、エポキシ基を有する
ことを特徴とする、請求項4又は5に記載の塗装金属板。 - 前記第二塗膜は、樹脂を含有し、かつ、シロキサン結合を有する
ことを特徴とする、請求項4〜6の何れか1項に記載の塗装金属板。 - 前記第二塗膜には、P、V、Ti、Si及びZrからなる群より選択される何れか1種以上の元素が含まれる
ことを特徴とする、請求項4〜7の何れか1項に記載の塗装金属板。 - 前記第一塗膜のガラス転移温度は、前記第二塗膜のガラス転移温度よりも5℃以上高い
ことを特徴とする、請求項4〜8の何れか1項に記載の塗装金属板。 - 前記第二塗膜の膜厚は、0.5μm以上15μm以下である
ことを特徴とする、請求項4〜9の何れか1項に記載の塗装金属板。 - 前記第一塗膜の膜厚は、0.5μm以上15μm以下である
ことを特徴とする、請求項1〜10の何れか1項に記載の塗装金属板。 - 前記第一塗膜及び前記第二塗膜の少なくとも何れか一方は、着色剤を含有する
ことを特徴とする、請求項4〜11の何れか1項に記載の塗装金属板。 - 前記第二塗膜が着色剤として黒色顔料を含有する
ことを特徴とする、請求項4〜12の何れか1項に記載の塗装金属板。 - 前記金属板の少なくとも一方の表面に、テクスチャが形成されている
ことを特徴とする、請求項1〜13の何れか1項に記載の塗装金属板。 - 金属板の少なくとも片面上に所定の第一塗膜を有する塗装金属板の製造方法であって、
前記金属板の少なくとも片面上に、アニオン性官能基を含みガラス転移温度が75℃以上160℃以下であるポリウレタン樹脂(a)と、トリアジン環含有水溶性硬化剤(b)と、水系溶媒と、を含有する第一塗料を塗装し、前記第一塗料の塗布された前記金属板を加熱することで前記第一塗膜を形成する
ことを特徴とする、塗装金属板の製造方法。 - 前記トリアジン環含有水溶性硬化剤(b)が、イミノ基を含むメラミン樹脂である
ことを特徴とする、請求項15に記載の塗装金属板の製造方法。 - 前記第一塗料は、
全固形分に対する前記ポリウレタン樹脂(a)の含有量(Wa)と、全固形分に対する前記トリアジン環含有水溶性硬化剤(b)の含有量(Wb)と、の合計含有量(Wa)+(Wb)が、下記の式(I)を満足し、かつ、
前記全固形分に対する前記ポリウレタン樹脂(a)の含有量(Wa)と、前記全固形分に対する前記トリアジン環含有水溶性硬化剤(b)の含有量(Wb)と、の比率(Wb)/(Wa)が、下記の式(II)を満足する
ことを特徴とする、請求項15又は16に記載の塗装金属板の製造方法。
90質量%≦(Wa)+(Wb)≦100質量% ・・・式(I)
0<(Wb)/(Wa)≦1 ・・・式(II) - 前記金属板と前記第一塗膜との間に所定の第二塗膜を更に有する塗装金属板の製造方法であって、
前記第一塗料の塗装に先立ち、ガラス転移温度が前記ポリウレタン樹脂(a)のガラス転移温度以下であるポリウレタン樹脂(c)と、エポキシ樹脂(d)、シランカップリング剤(e)、並びに、P、V、Ti、Si及びZrからなる群より選択される何れか1種以上の元素を含有する防錆剤(f)の少なくとも何れかと、水系溶媒と、を含有する第二塗料を、前記金属板の少なくとも片面上に塗装し、当該第二塗料の塗布された前記金属板を加熱することで前記第二塗膜を形成する
ことを特徴とする、請求項15〜17の何れか1項に記載の塗装金属板の製造方法。 - 前記ポリウレタン樹脂(c)のガラス転移温度は、前記ポリウレタン樹脂(a)のガラス転移温度よりも5℃以上低い
ことを特徴とする、請求項18に記載の塗装金属板の製造方法。 - 前記第一塗膜を形成する際に、
前記第一塗料の塗布された金属板の加熱開始から最高到達温度までの加熱時間が1秒以上30秒以下となるように、前記第一塗料の塗布された金属板を加熱し、
前記最高到達温度から30℃までの冷却時間が0.1秒以上5秒以下となるように、前記第一塗料の塗布された金属板を冷却する
ことを特徴とする、請求項15〜19の何れか1項に記載の塗装金属板の製造方法。 - 前記加熱において、40〜100℃の温度で1〜20秒保持した後、1〜10秒の前記加熱時間で200℃超まで加熱する
ことを特徴とする、請求項20に記載の塗装金属板の製造方法。
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