KR20180132747A - 화성처리 금속판, 표면처리 금속판, 복합 부재, 및 화성처리 금속판의 제조 방법 - Google Patents

화성처리 금속판, 표면처리 금속판, 복합 부재, 및 화성처리 금속판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 국면은, 금속 기판과, 상기 금속 기판의 적어도 한쪽 면에 적층된 화성처리 피막을 구비하고, 상기 화성처리 피막이, 수용성 수지, 및 탄소-산소 결합을 갖는 윤활제를 포함하며, 상기 화성처리 피막의 막 두께는 0.2∼1μm이고, 상기 윤활제는, 상기 탄소-산소 결합을 구성하는 탄소 원자를, 상기 윤활제에 포함되는 탄소 원자에 대해서 1원자% 이상 포함하는 화성처리 금속판이다.

Description

화성처리 금속판, 표면처리 금속판, 복합 부재, 및 화성처리 금속판의 제조 방법
본 발명은 화성처리 금속판, 표면처리 금속판, 복합 부재, 및 상기 화성처리 금속판의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은, 프레스 성형성이 우수한 화성처리 금속판으로서, 접착성이 우수한 복합 부재로 하기 위한 소재로서 유용한 화성처리 금속판에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 화성처리 금속판, 상기 화성처리 금속판을 구비하는 표면처리 금속판, 상기 표면처리 금속판을 구비하는 복합 부재, 및 상기 화성처리 금속판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
자동차, 가전 제품, 및 OA(office automation) 기기 등에는, 금속판을 비롯한 많은 금속 부품이 사용되고 있다. 이와 같은 금속 부품은, 많은 경우, 금속판이 프레스 성형되어 소정의 형상이 부여된 후, 다른 금속 부품이나 플라스틱 부품과 용접이나 나사 고정 등에 의해 접합되어 사용되고 있다.
한편, 금속판의 표면에 플라스틱과의 접착성을 부여할 수 있으면, 그 금속판을 프레스 성형한 후, 플라스틱의 성형 금형에 세팅하고, 용융 플라스틱을 주입하여 냉각 고화하는 것만으로, 금속 부품과 플라스틱 부품 등의 수지 성형품이 접착한 금속판 복합 수지 성형품(이하, 복합 부재라고 한다)을 형성할 수 있어, 부재 제조 공정의 효율화 및 부재의 경량화로 이어진다. 금속판의 표면에 대해서 플라스틱과의 접착성을 부여하는 방법으로서, 본 출원인은, 특허문헌 1에 의해, 화성처리된 합금화 용융 아연도금 금속판의 화성처리 피막 표면의 일부 또는 전면(全面)에 접착제층이 설치되어 있는 표면처리 금속판으로서, 화성처리 피막이 수용성 수지와 콜로이달 실리카를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리 금속판을 제안하고 있다.
또한, 상기와 같은 화성처리 피막을 구비하는 금속판인 화성처리 금속판은, 그 표면 상에 접착제층 및 수지 성형품을 설치하여, 적합한 복합 부재를 얻기 위해서, 프레스 성형성이 우수할 것이 요구되고 있다. 프레스 성형성을 향상시키는 방법으로서는, 예를 들면, 특허문헌 2와 같이, 화성처리 피막에 폴리에틸렌 왁스를 첨가하는 것이 생각된다.
일본 특허공개 2015-196878호 공보 일본 특허공개 2001-271173호 공보
본 발명은, 프레스 성형성이 우수한 화성처리 금속판으로서, 접착성이 우수한 복합 부재로 하기 위한 소재로서 유용한 화성처리 금속판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 국면은, 금속 기판과, 상기 금속 기판의 적어도 한쪽 면에 적층된 화성처리 피막을 구비하고, 상기 화성처리 피막이, 수용성 수지, 및 탄소-산소 결합을 갖는 윤활제를 포함하며, 상기 화성처리 피막의 막 두께는 0.2∼1μm이고, 상기 윤활제는, 상기 탄소-산소 결합을 구성하는 탄소 원자를, 상기 윤활제에 포함되는 탄소 원자에 대해서 1원자% 이상 포함하는 화성처리 금속판이다.
상기 및 그 밖의 본 발명의 목적, 특징 및 이점은 이하의 상세한 기재로부터 분명해질 것이다.
특허문헌 1에 기재된 표면처리 금속판은 내식성이 우수하고, 합금화 용융 아연도금 강판 및 수지층에 대한 접착성도 우수하다. 한편으로, 이와 같은 표면처리 금속판에 있어서의 화성처리 금속판은, 프레스 성형성이 뒤떨어지면, 화성처리 금속판을 프레스 성형하고, 그 후에 접착제층 및 수지 성형품을 설치하여 복합 부재로 하는 것은 어려운 경향이 있다. 본 발명자들의 검토에 의하면, 종래의 화성처리 금속판은, 동마찰 계수가 높은 것이, 목적으로 하는 형상으로 프레스 성형하기 어려워지는 원인이 될 수 있는 것을 발견했다. 이들 점에서, 프레스 성형성이 보다 우수한 화성처리 금속판이 요구된다.
또한, 본 발명자들의 검토에 의하면, 프레스 성형성을 향상시키는 방법으로서 생각되는, 화성처리 피막에 폴리에틸렌 왁스를 첨가하는 방법은, 프레스 성형성은 향상되지만, 표면처리 금속판과 수지 성형품의 접착성(이하, 간단히 접착성이라고 하는 경우가 있다)이 저하되어 버리는 것을 발견했다.
그래서, 본 발명자들은, 상기 제 사정을 고려하여, 프레스 성형성 및 접착성이 우수한 화성처리 금속판을 제공하기 위해서 여러 가지 검토하여, 이하의 본 발명에 상도하기에 이르렀다.
이하, 본 발명에 따른 실시형태에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
본 실시형태에 따른 화성처리 금속판은, 금속 기판 상에, 소정의 막 두께의 화성처리 피막이 적층되어 있고, 상기 화성처리 피막은 수용성 수지 및 소정의 윤활제를 포함하고 있다.
[금속 기판]
상기 금속 기판으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 비도금 냉연 강판, 용융 아연도금 강판(GI), 합금화 용융 아연도금 강판(GA), 전기 아연도금 강판(EG) 등의 강판 외, 알루미늄판, 및 타이타늄판 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 용융 아연도금 강판(GI), 전기 아연도금 강판(EG), 알루미늄판, 및 타이타늄판이 바람직하고, 합금화 용융 아연도금 강판(GA)이 보다 바람직하다. 상기 금속 기판의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 최종 제품의 경량화를 위해서는, 0.3∼3.2mm 정도가 바람직하다.
<화성처리 피막>
상기 화성처리 피막은 화성처리 피막 형성용 도공액을 이용하여 제작할 수 있다. 상기 화성처리 피막은 수용성 수지를 필수적으로 함유한다. 즉, 상기 화성처리 피막 형성용 도공액에는, 수용성 수지가 포함되어 있다.
[수용성 수지]
상기 수용성 수지를 이용하는 것에 의해, 상기 화성처리 피막을, 금속 기판의 표면에 균일한 연속 피막으로서 덮을 수 있기 때문에, 금속 기판에 화성처리 피막을 구비했을 뿐임에도 불구하고, 상기 화성처리 금속판은 높은 내식성을 실현할 수 있다. 이것은, 상기 수용성 수지는 물에 용해 가능하기 때문이라고 생각된다. 즉, 상기 수용성 수지가 용해된 화성처리 피막 형성용 도공액을 도포하는 것에 의해, 상기 화성처리 피막을 금속 기판의 표면에 균일한 연속 피막으로 덮을 수 있기 때문이다. 한편, 본 명세서에서 말하는 수용성 수지란, 25℃의 물에 1질량% 이상 용해되는 것, 보다 바람직하게는 5질량% 이상 용해되는 것을 가리킨다. 또한, pH를 5∼9로 알칼리 등으로 조제함으로써, 육안으로 균일한 투명 용액이 되는 것과 같은 것도, 수용성 수지에 포함되는 것으로 한다.
상기 수용성 수지로서는, 수용성 유레테인 수지 및 수용성 아크릴 수지 중 적어도 한쪽인 것이 바람직하고, 수용성 유레테인 수지인 것이 보다 바람직하다. 상기 수용성 유레테인 수지로서는, 블록 아이소사이아네이트기를 갖는 자기 가교형의 수용성 유레테인 수지가 바람직하다. 이와 같은 수용성 유레테인 수지로서는, 다이이치공업제약사제의 「엘라스트론(등록상표)」 시리즈를 들 수 있고, 그 중에서도, 「엘라스트론(등록상표) MF-25K」가 특히 바람직하다.
또한, 전술한 대로, 상기 수용성 수지로서 수용성 아크릴 수지를 이용해도 된다. 이와 같은 수용성 아크릴 수지로서는, 스미토모세이카사제의 「AQUPEC(등록상표)」 시리즈를 들 수 있고, 그 중에서도, 「AQUPEC(등록상표) HV-501」이 특히 바람직하다.
상기 수용성 수지의 양은, 상기 화성처리 피막 형성용 도공액 중의 수지 100질량부 중, 5질량부 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10질량부 이상, 더 바람직하게는 20질량부 이상이며, 특히 바람직하게는 30질량부 이상이다. 상한에 대해서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 80질량부 이하이고, 바람직하게는 70질량부 이하이고, 보다 바람직하게는 60질량부 이하이다.
또한, 상기 수용성 수지의 양은, 상기 화성처리 피막 형성용 도공액의 고형분 100질량부 중, 5질량부 이상인 것이 바람직하고, 10질량부 이상인 것이 보다 바람직하고, 20질량부 이상인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 수용성 수지의 양은, 상기 화성처리 피막 형성용 도공액의 고형분 100질량부 중, 50질량부 이하인 것이 바람직하고, 40질량부 이하인 것이 보다 바람직하고, 30질량부 이하인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 수용성 수지의 함유량은, 상기 화성처리 피막에 대해서, 5질량% 이상인 것이 바람직하고, 10질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 20질량% 이상인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 수용성 수지의 함유량은, 상기 화성처리 피막에 대해서, 50질량% 이하인 것이 바람직하고, 40질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 30질량% 이하인 것이 더 바람직하다.
상기 수용성 수지가 지나치게 적으면, 내식성이 저하되는 경향이 있다. 또한, 상기 수용성 수지가 지나치게 많으면, 내수성이 저하되는 경향이 있다.
[수성 수지]
상기 화성처리 피막에는, 상기 수용성 수지와는 상이한 수성 수지를 추가로 포함해도 된다. 상기 수성 수지를 함유시키는 것에 의해, 내수성이 향상된다.
상기 수성 수지로서는, 성능의 점에서 수성 유레테인 수지가 바람직하고, 유레테인 수지의 수분산체(에멀션)가, 상기 수용성 수지와의 혼합이 용이하여 적합하다. 유레테인 수지의 수분산체로서는, 다이이치공업제약사제의 「슈퍼플렉스(등록상표)」 시리즈를 들 수 있고, 그 중에서도, 「슈퍼플렉스(등록상표) 170」을 바람직한 것으로서 들 수 있다. 유레테인 수지의 수분산체는 수용성 유레테인 수지와 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 수성 수지로서, 수성 아크릴 수지인 도아합성사제의 「주리마(등록상표)」 시리즈도 바람직한 것으로서 들 수 있다.
상기 수성 수지의 양은, 상기 화성처리 피막 형성용 도공액 중의 수지 100질량부 중, 95질량부 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 90질량부 이하, 더 바람직하게는 80질량부 이하이며, 특히 바람직하게는 70질량부 이하이다. 하한에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 20질량부 이상이고, 바람직하게는 30질량부 이상이고, 보다 바람직하게는 40질량부 이상이다.
또한, 상기 수성 수지의 양은, 상기 화성처리 피막 형성용 도공액의 고형분 100질량부 중, 5질량부 이상인 것이 바람직하고, 10질량부 이상인 것이 보다 바람직하고, 20질량부 이상인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 수성 수지의 양은, 상기 화성처리 피막 형성용 도공액의 고형분 100질량부 중, 50질량부 이하인 것이 바람직하고, 40질량부 이하인 것이 보다 바람직하고, 30질량부 이하인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 수성 수지의 함유량은, 상기 화성처리 피막에 대해서, 5질량% 이상인 것이 바람직하고, 10질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 20질량% 이상인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 수성 수지의 함유량은, 상기 화성처리 피막에 대해서, 50질량% 이하인 것이 바람직하고, 40질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 30질량% 이하인 것이 더 바람직하다.
상기 수성 수지가 지나치게 적으면, 내수성이 저하되는 경향이 있다. 또한, 상기 수성 수지가 지나치게 많으면, 내식성이 저하되는 경향이 있다.
[윤활제]
상기 화성처리 피막에는, 전술한 바와 같이, 소정의 윤활제가 포함되어 있다. 상기 윤활제로서는, 탄소-산소 결합을 갖고, 상기 탄소-산소 결합을 구성하는 탄소 원자가, 상기 윤활제에 포함되는 탄소 원자에 대해서 1원자% 이상인 윤활제이면 된다. 이와 같은 탄소-산소 결합을 갖는 윤활제는, 예를 들면, 탄소 원자를 포함하는 윤활제를 플라즈마 처리하는 것에 의해 얻어지는, 탄소-산소 결합을 갖는 윤활제 등을 들 수 있다.
상기 탄소 원자를 포함하는 윤활제로서는, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 폴리에틸렌, 산화 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 왁스; 파라핀 왁스 등이 사용 가능하다. 이들 중에서도, 폴리올레핀계 왁스가 바람직하고, 탄소 원자수 2∼20의 α-올레핀의 중합체 또는 공중합체로 이루어지는 폴리올레핀계 왁스가 보다 바람직하고, 폴리에틸렌 왁스가 더 바람직하다. 상기 화성처리 금속판의 주된 용도는 산 변성 폴리올레핀계 접착제를 개재하여 폴리올레핀계 수지와 접합시키는 것에 있다. 폴리올레핀계 왁스를 이용하는 것에 의해, 산 변성 폴리올레핀계 접착제와의 밀착성을 기대할 수 있다.
상기 윤활제의 양은, 화성처리 피막 형성용 도공액의 고형분 100질량부 중, 0.5질량부 이상인 것이 바람직하고, 1질량부 이상인 것이 보다 바람직하고, 1.5질량부 이상인 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 윤활제의 양은, 상기 화성처리 피막 형성용 도공액의 고형분 100질량부 중, 10질량부 이하인 것이 바람직하고, 5질량부 이하인 것이 보다 바람직하고, 3질량부 이하인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 윤활제의 함유량은, 상기 화성처리 피막에 대해서, 0.5질량% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1질량% 이상, 더 바람직하게는 1.5질량% 이상이다. 상기 윤활제의 함유량은, 상기 화성처리 피막에 대해서, 10질량% 이하이고, 바람직하게는 5질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 3질량% 이하이다.
상기 윤활제가 지나치게 적으면, 윤활성, 또한 그것에 의해 실현되는 가공성이 저하되는 경향이 있다. 또한, 상기 윤활제가 지나치게 많으면, 접착제와의 밀착성이 저하되는 경향이 있다.
상기 폴리에틸렌 왁스로서는, 시판품을 이용할 수도 있고, 예를 들면, 미쓰이화학사제 하이왁스(등록상표) 800P, 400P, 200P, 100P 등의 고밀도 폴리에틸렌 왁스; 미쓰이화학사제 하이왁스(등록상표) 720P, 420P, 320P 등의 저밀도 폴리에틸렌 왁스; 등을 예시할 수 있으며, 고밀도 폴리에틸렌 왁스인 것이 바람직하다. 고밀도이고 또한 고결정성인 고밀도 폴리에틸렌 왁스는, 경도가 낮고, 융점 및 연화점이 높기 때문에, 프레스 성형성을 보다 높일 수 있다. 한편, 「고밀도 폴리에틸렌」이란, JIS K 7112(1999)에 기초하여 측정한 밀도가 960kg/m3 이상인 폴리에틸렌이고, 970kg/m3 이상인 폴리에틸렌인 것이 바람직하다.
상기 윤활제는, 전술한 바와 같이, 탄소-산소 결합을 갖는 윤활제이다. 그리고, 상기 윤활제는, 상기 탄소-산소 결합을 구성하는 탄소 원자가, 상기 윤활제에 포함되는 탄소 원자에 대해서 1원자% 이상이다. 또한, 상기 탄소 원자를 포함하는 윤활제를 플라즈마 처리하는 것에 의해, 탄소-산소 결합을 갖는 윤활제로 할 수 있다. 이와 같은 탄소-산소 결합을 갖는 윤활제를 포함하는 화성처리 피막을 구비한 화성처리 금속판으로 하는 것에 의해, 접착성이 우수한 복합 부재를 얻을 수 있다. 또한, 상기 윤활제에 포함되는 탄소 원자에 대한, 상기 탄소-산소 결합을 구성하는 탄소 원자의 비율(탄소-산소 결합을 구성하는 탄소 원자/윤활제에 포함되는 탄소 원자)은, 1원자% 이상이며, 3원자% 이상인 것이 바람직하고, 5원자% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 비율은 20원자% 이하인 것이 바람직하고, 10원자% 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 비율이 지나치게 낮으면, 접착제와의 밀착성이 저하되는 경향이 있다. 또한, 상기 비율이 지나치게 높으면, 윤활성이 저하되는 경향이 있다. 한편, 상기 비율(탄소-산소 결합을 구성하는 탄소 원자/윤활제에 포함되는 탄소 원자)의 측정 방법에 대해서는, 후술한다.
상기 플라즈마 처리란, 공지의 플라즈마 처리 방법에 의해, 상기 탄소 원자를 포함하는 윤활제를 처리하는 방법이다. 구체적으로는, 아르곤과 산소의 혼합 가스 또는 산소만으로 이루어지는 분위기하에 있어서 방전을 행하는 것에 의해, 산소 플라즈마를 발생시켜, 발생시킨 산소 플라즈마로 상기 탄소 원자를 포함하는 윤활제를 처리하는 방법이다. 상기 플라즈마 처리의 처리 시간으로서는, 방전 전력에도 따르지만, 30초간∼5분간 정도로 처리 가능하다.
[콜로이달 실리카]
상기 화성처리 피막에는, 콜로이달 실리카가 포함되는 것이 바람직하다. 내식성을 높이는 효과를 갖기 때문이다. 상기 콜로이달 실리카로서는, 「스노텍스(등록상표)」 시리즈(닛산화학공업사제의 콜로이달 실리카)의 「XS」, 「SS」, 「40」, 「N」, 「UP」 등이 적합하게 이용된다. 특히, 표면적 평균 입자경이 10∼20nm 정도인 「스노텍스(등록상표) 40」이 적합하게 이용된다.
상기 콜로이달 실리카의 양은, 상기 화성처리 피막 형성용 도공액의 고형분 100질량부 중, 30∼60질량부인 것이 바람직하고, 35∼55질량부인 것이 보다 바람직하고, 40∼50질량부인 것이 더 바람직하다. 상기 콜로이달 실리카의 함유량은, 상기 화성처리 피막에 대해서, 30∼60질량%인 것이 바람직하고, 35∼55질량%인 것이 보다 바람직하고, 40∼50질량%인 것이 더 바람직하다.
[실레인 커플링제]
상기 화성처리 피막 형성용 도공액에는, 실레인 커플링제를 배합해 두는 것이 바람직하다. 실레인 커플링제가 함유되어 있으면, 상기 화성처리 피막은 금속 기판에 대한 밀착성을 향상시킬 수 있다. 상기 실레인 커플링제로서는, 구체적으로는, γ-아미노프로필트라이메톡시실레인, γ-아미노프로필트라이에톡시실레인, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필트라이메톡시실레인, N-(β-아미노에틸)-γ-아미노프로필메틸다이메톡시실레인 등의 아미노기 함유 실레인 커플링제; γ-글라이시독시프로필트라이메톡시실레인, γ-글라이시독시프로필메틸다이메톡시실레인, γ-글라이시독시프로필트라이에톡시실레인, γ-글라이시독시메틸다이메톡시실레인 등의 글라이시독시기 함유 실레인 커플링제; 바이닐트라이메톡시실레인, 바이닐트라이에톡시실레인, 바이닐트리스(β-메톡시에톡시)실레인 등의 바이닐기 함유 실레인 커플링제; γ-메타크릴옥시프로필트라이메톡시실레인 등의 메타크릴옥시기 함유 실레인 커플링제; γ-머캅토프로필트라이메톡시실레인, γ-머캅토프로필메틸다이메톡시실레인 등의 머캅토기 함유 실레인 커플링제; γ-클로로프로필메톡시실레인, γ-클로로프로필트라이메톡시실레인 등의 할로젠기 함유 실레인 커플링제 등을 들 수 있고, 그 중에서도, 아미노기 함유 실레인 커플링제인 것이 바람직하다. 이들 실레인 커플링제는 단독으로 이용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 이들 중에서는, 최종적으로 얻어지는 후술의 복합 부재에 있어서의 표면처리 금속판과 수지층의 접합 강도가 양호해지는 점에서, 아미노기 함유 실레인 커플링제나 글라이시독시기 함유 실레인 커플링제가 바람직하고, 아미노기 함유 실레인 커플링제가 보다 바람직하다.
상기 실레인 커플링제의 양은, 화성처리 피막 형성용 도공액의 고형분 100질량부 중, 1∼20질량부인 것이 바람직하고, 3∼15질량부인 것이 보다 바람직하고, 5∼10질량부인 것이 더 바람직하다.
상기 실레인 커플링제로서는, 시판품을 이용할 수도 있고, 예를 들면, 신에쓰실리콘사제 KBM-903(3-아미노프로필트라이메톡시실레인), 도레이·다우코닝사제 Z-6011(3-아미노프로필트라이에톡시실레인), 도레이·다우코닝사제 Z-6020(3-(2-아미노에틸)아미노프로필트라이메톡시실레인) 등이 적합하게 이용된다.
[화성처리 피막의 형성 방법]
화성처리 피막 형성 시에는, 상기 화성처리 피막 형성용 도공액 중에, 그 밖의 공지의 첨가제를 가해도 된다. 상기 금속 기판 상에 상기 화성처리 피막을 형성하는 방법은, 특별히 한정되지 않고, 종래 공지의 도포 방법을 채용할 수 있으며, 예를 들면, 상기 화성처리 피막용 도공액을, 롤 코터법, 스프레이법, 커튼 플로 코터법 등을 이용하여 금속 기판 표면의 편면 혹은 양면에 도포하고, 가열 건조하면 된다. 가열 건조 온도는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 화성처리 피막 형성용의 도공액은 수성이기 때문에, 물이 증발하는 100℃ 전후에서 수십초간∼수분간 정도 가열하면 된다.
상기 화성처리 금속판은, 프레스 성형성이 우수한 화성처리 금속판으로서, 접착성이 우수한 복합 부재로 하기 위한 소재로서 유용한 화성처리 금속판이다.
상기 화성처리 피막은 건조 막 두께로 0.2μm 이상(바람직하게는 0.25μm 이상, 보다 바람직하게는 0.4μm 이상)이고, 1.0μm 이하(바람직하게는 0.8μm 이하, 보다 바람직하게는 0.7μm 이하)이다. 화성처리 피막의 막 두께가 0.2μm 미만이면, 내식성이 불충분해지거나, 동마찰 계수가 높아져 프레스 성형성이 저하되거나 할 우려가 있다. 또한, 화성처리 피막의 막 두께가 1.0μm를 초과하면, 용접성이 저하될 우려가 있다. 상기 화성처리 피막은 1층만이어도 복수층 적층한 것이어도 되고, 화성처리 피막이 복수층 적층된 경우에는, 상기 건조 막 두께는 모든 화성처리 피막의 합계 막 두께를 가리킨다.
상기 화성처리 금속판의 동마찰 계수는 0.25 이하이고, 보다 바람직하게는 0.2 이하, 더 바람직하게는 0.15 이하이다. 동마찰 계수가 0.25를 초과하면, 프레스 성형성이 저하될 우려가 있다. 한편, 화성처리 금속판 표면의 동마찰 계수의 측정 방법에 대해서는 후술한다.
<표면처리 금속판>
상기 화성처리 금속판은, 상기 화성처리 금속판에 구비되는 화성처리 피막의 표면 상에 접착제층을 설치하는 것에 의해, 표면처리 금속판으로 할 수 있다. 즉, 상기 표면처리 금속판은, 상기 화성처리 금속판과, 상기 화성처리 금속판에 있어서의 상기 화성처리 피막의 표면에 설치된 접착제층을 구비한다. 상기 접착제층은 상기 화성처리 피막 표면의 전면에 설치해도 되고, 상기 화성처리 피막 표면의 일부의 필요한 장소에만 설치해도 된다. 상기 화성처리 피막 표면의 일부에 상기 접착제층을 설치하는 경우, 상기 접착제층을, 예를 들면, 몇 개의 라인상이나 도트상으로 설치해도 된다. 이와 같은 표면처리 피막은 상기 화성처리 금속판을 구비하고 있으므로, 프레스 성형성이 우수한 표면처리 금속판으로서, 접착성이 우수한 복합 부재로 하기 위한 소재로서 유용한 표면처리 금속판이다.
상기 접착제층에 포함되는 접착제로서는, 상기 표면처리 금속판과 복합하는 후술의 수지 성형품과의 접착성이 우수한 것이 바람직하다. 상기 접착제는, 예를 들면, 나일론과 복합한다면(상기 표면처리 금속판과 복합하는 수지 성형품이 나일론이라면), 나일론용의 접착제가 바람직하고, 폴리프로필렌 수지와 복합한다면(상기 표면처리 금속판과 복합하는 수지 성형품이 폴리프로필렌 수지라면), 폴리프로필렌용의 접착제가 바람직하다. 구체적으로는, 핫멜트형 유레테인계 접착제 및 핫멜트형 나일론계 접착제 유레테인 변성 나일론계 접착제, 유레테인 변성 올레핀계 접착제, 산 변성 폴리프로필렌계 접착제, 염소화 폴리프로필렌계 접착제, 폴리에스터계 접착제 등의 핫멜트형 접착제가 적합하다.
핫멜트형 접착제는 분말의 상태로 화성처리 금속판에 도포할 수 있다. 상기 핫멜트형 접착제로서는, 예를 들면, 다이셀·에보닉사제의 핫멜트형 나일론계 접착제 「베스타멜트(등록상표)」 시리즈나 미쓰이화학사제의 산 변성 폴리프로필렌계 접착제 「유니스톨(등록상표)」 시리즈 등을 사용할 수 있다. 또한, 접착제를 유기 용제에 용해시킨 용액이나, 물에 분산시킨 수분산액을, 상기 화성처리 금속판에 도포해도 된다. 접착제 도포 후에는, 접착제의 종류에 알맞은 온도(예를 들면, 180∼230℃ 정도)에서, 1∼3분간 정도 가열한다.
상기 접착제층의 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 건조 후의 두께로 5∼40μm 정도가 바람직하고, 10∼30μm가 보다 바람직하다. 접착제층이 5μm보다 얇으면, 수지 성형품과의 접착 강도가 낮아질 우려가 있으며, 40μm를 초과해도 접착 강도가 향상되는 것은 특별하게는 인정되지 않고, 오히려 고비용이 되어 바람직하지 않다.
<복합 부재>
상기 표면처리 금속판은, 수지 성형품(수지층)과 복합하여 이용하는 것에 의해, 상기 표면처리 금속판에 있어서의 상기 접착제층 상에 상기 수지층이 설치된 복합 부재가 얻어진다. 즉, 상기 복합 부재는, 상기 표면처리 금속판과, 상기 표면처리 금속판에 있어서의 상기 접착제층 상에 설치된 수지층을 구비한다. 이때, 상기 복합 부재에 가공이 필요한 경우는, 화성처리 금속판을 목적으로 하는 형상으로 프레스 성형한 후에 접착제층을 설치한 표면처리 금속판을 이용해도 되고, 화성처리 금속판에 접착제층을 설치한 표면처리 금속판을 목적으로 하는 형상으로 프레스 성형한 것을 이용해도 된다. 그리고, 상기 표면처리 금속판을, 사출 성형기의 금형 중에 장입하고, 형체(型締)하여, 용융 수지를 형 내에 사출하고, 수지가 냉각 고화되면, 복합 부재가 얻어진다. 물론, 상기 표면처리 금속판은 프레스 성형법으로 수지와 복합해도 되지만, 사출 성형의 단시간·고효율이라는 메리트를 살리기 위해서는, 사출 성형법을 채용하는 것이 바람직하다.
사출 성형의 조건은, 성형품을 구성하는 수지의 종류에 따라서 적절히 변경하면 되고, 성형품용 수지가 나일론 6인 경우의 일례를 들면, 실린더 온도를 240∼250℃, 금형 온도를 70∼80℃, 사출 유지 시간을 5∼8초간, 냉각 시간을 20∼30초간 정도로 할 수 있다. 또한, 성형품용 수지가 폴리프로필렌 수지인 경우의 일례를 들면, 실린더 온도를 230∼250℃, 금형 온도를 45∼55℃, 사출 유지 시간을 5∼8초간, 냉각 시간을 20∼30초간 정도로 할 수 있다. 이들 조건에서 사출 성형을 행하면, 상기 수지층과 상기 표면처리 금속판이 강고하게 접착한 복합 부재가 얻어진다.
상기 수지층으로서는, 공지의 성형품용 수지이면 모두 사용할 수 있고, 특별히 한정되지 않지만, 각종 나일론이나 폴리프로필렌 수지 등이 바람직하고, 폴리프로필렌 수지가 보다 바람직하다. 폴리프로필렌 수지는, 경량(저비중)이고, 강도가 높고, 저비용이기 때문에, 흔히 이용되고 있다. 복합 부재의 강도를 높이기 위해서, 수지층 중에 유리 섬유나 탄소 섬유 등의 강화 섬유가 5∼60질량% 정도 포함되어 있어도 된다. 또한, 각종 안료나 염료, 난연제, 항균제, 산화 방지제, 가소제, 활제 등의 공지의 첨가제를 가해도 된다.
이와 같이 하여 얻어진 복합 부재는 상기 표면처리 피막을 구비하므로, 프레스 성형성 및 접착성이 우수하다.
본 명세서는, 전술한 바와 같이, 다앙한 태양의 기술을 개시하고 있지만, 그 중 주된 기술을 이하에 정리한다.
본 발명의 일 국면은, 금속 기판과, 상기 금속 기판의 적어도 한쪽 면에 적층된 화성처리 피막을 구비하고, 상기 화성처리 피막이, 수용성 수지, 및 탄소-산소 결합을 갖는 윤활제를 포함하며, 상기 화성처리 피막의 막 두께는 0.2∼1μm이고, 상기 윤활제는, 상기 탄소-산소 결합을 구성하는 탄소 원자를, 상기 윤활제에 포함되는 탄소 원자에 대해서 1원자% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 화성처리 금속판이다.
또한, 상기 화성처리 금속판에 있어서, 상기 윤활제는 폴리올레핀계 왁스인 것이 바람직하다.
또한, 상기 화성처리 금속판에 있어서, 상기 수용성 수지가 수용성 유레테인 수지 및 수용성 아크릴 수지 중 적어도 한쪽인 것이 바람직하다.
또한, 상기 화성처리 금속판에 있어서, 상기 화성처리 피막이, 상기 수용성 수지와는 상이한 수성 수지를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 일 국면은, 상기 화성처리 금속판과, 상기 화성처리 금속판에 있어서의 상기 화성처리 피막 표면의 일부 또는 전면에 설치된 접착제층을 구비하는 표면처리 금속판이다.
또한, 본 발명의 다른 일 국면은, 상기 표면처리 금속판과, 상기 표면처리 금속판에 있어서의 상기 접착제층 상에 설치된 수지층을 구비하는 복합 부재이다.
또한, 상기 복합 부재에 있어서, 상기 수지층이 폴리프로필렌 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 일 국면은, 상기 화성처리 금속판을 제조하는 방법으로서, 상기 수용성 수지 및 상기 윤활제를 포함하는 화성처리 피막 형성용 도공액을 상기 금속 기판의 적어도 한쪽 면에 도포하는 것에 의해, 상기 화성처리 피막을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 화성처리 금속판의 제조 방법이다.
본 발명에 의하면, 탄소-산소 결합을 갖는 윤활제를 포함하는 화성처리 피막을 이용하는 것에 의해, 프레스 성형성이 우수한 화성처리 금속판으로서, 접착성이 우수한 복합 부재로 하기 위한 소재로서 유용한 화성처리 금속판으로 할 수 있다. 즉, 이 화성처리 금속판을 이용하여 복합 부재를 제조하면, 접착성이 우수한 복합 부재를 얻을 수 있다. 또한, 이 복합 부재는, 상기 화성처리 금속판을 가공하는 것에 의해, 원하는 형상으로 할 수 있다. 따라서, 상기 화성처리 금속판은, 자동차나 가정 전기 제품의 하우징이나 내장·외장 부품, 강제 가구 등의 외판재나 건축 재료 등에 이용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 화성처리 금속판의 표면 상에 접착제층을 구비한 표면처리 금속판이 제공된다. 그리고, 이 표면처리 금속판을 이용하여, 수지층과 복합 일체화된 복합 부재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 표면처리 금속판을 이용하여, 수지층과 복합화하는 것에 의해, 접착성이 우수한 복합 부재가 제공된다. 따라서, 상기 복합 부재는 자동차 부품, 가전 제품, 건축 재료, OA 기기 등, 각종 용도에 유용하다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 제한하는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 변경 실시하는 것은 모두 본 발명에 포함된다. 한편, 특별히 언급하지 않는 한, 「부」는 질량부를 의미하고, 「%」는 질량%를 의미한다.
우선, 실시예에서 이용한 측정·평가 방법에 대하여, 이하 설명한다.
(내식성(염수 분무 시험))
후술의 제조 방법으로 얻어지는 화성처리 금속판으로부터 시험편을 잘라내어, 단면(단면)을 테이프로 실링하고, JIS Z 2371(2015)에 준거한 염수 분무 시험(SST)을 500시간 행하여, 백청 발생률을 구했다. 결과를 표 1에 나타냈다.
(프레스 성형성(동마찰 계수))
동마찰 계수 측정기(신토과학사제 헤이돈(등록상표) 14D)를 이용하여, 후술의 제조 방법으로 얻어지는 화성처리 금속판의 동마찰 계수를 측정했다. 구체적으로는, 하기의 조건에서, 동일 샘플(화성처리 금속판)에 대해, 측정 장소가 상이한 합계 5점을 측정하고, 최대치 및 최소치를 제외한 합계 3점의 평균치를 동마찰 계수로 했다.
접동면: 10mmφ 강구
접동 속도: 100mm/분
접동 거리: 50mm
(용접성)
용접은 휴대용 스폿 용접기(다이도고교제 UNI-PROD 10 DIGITAL DELUXE)를 이용하여 행했다. 전극의 재질은 양극, 음극 모두 크로뮴 구리 합금이고, 전극의 선단은 4mmφ의 곡면이다. 용접은, 비도장 금속판과 후술의 제조 방법으로 얻어지는 화성처리 금속판을 부분적으로 겹쳐 행했다. 구체적으로는, 화성처리 금속판이 상기 비도장 금속판의 표면의 일부와 접하도록 겹쳐져 있고, 한쪽 전극에 30∼50kg의 하중을 가하고, 상기 비도장 금속판을 화성처리 금속판측으로 밀어 넣으면서 용접을 행했다. 용접 시의 용접 전류는 3kA, 통전 시간은 0.25초로 했다. 한편, 다른 쪽 전극에는, 화성처리 금속판으로부터 다른 쪽 전극이 떨어지지 않을 정도의 하중을 가하고 있다. 평가 결과를 표 1에 나타냈다.
(접착성(접착 강도))
후술의 제조 방법으로 얻어지는 복합 부재에 있어서, 표면처리 금속판의 긴 방향 단부와 수지층의 긴 방향 단부를, 25℃의 분위기하에서, 인장 시험기의 척으로 쥐고, 10mm/분의 인장 속도로 인장하여, 수지층이 표면처리 금속판으로부터 박리되었을 때의 인장 강도를 측정하고, 그 값을 접착 강도로 했다. 단, 표면처리 금속판의 긴 방향 단부란, 수지층으로 덮여 있지 않은 쪽의 단부이고, 수지층의 긴 방향 단부란, 표면처리 금속판이 접착되어 있지 않은 쪽의 단부이다.
(실시예 1∼3, 및 비교예 1∼5)
[화성처리 금속판]
두께 1.0mm의 합금화 용융 아연도금 강판의 표면에, 화성처리 피막 형성용 도공액을 바 코터로 건조 후의 막 두께가 표 1에 기재된 막 두께가 되도록 도포하고, 100℃에서 1분간 가열하여, 화성처리 피막을 구비한 화성처리 금속판을 얻었다. 화성처리 피막 형성용 도공액의 조성(첨가량은 고형분이다)을 표 1에 나타낸다. 수용성 수지로서 다이이치공업제약사제 엘라스트론(등록상표) MF-25K를 이용하고, 수성 수지로서 다이이치공업제약사제 슈퍼플렉스(등록상표) 170을 이용하고, 콜로이달 실리카로서 닛산화학공업사제 스노텍스(등록상표) 40(표면적 평균 입경 10∼20nm)을 이용하고, 실레인 커플링제로서 신에쓰화학공업사제 KBM903(γ-아미노프로필트라이메톡시실레인)을 이용했다. 윤활제로서는, 실시예 1∼3 및 비교예 1, 2, 5에서는, 후술의 플라즈마 처리를 행한 폴리에틸렌 왁스(미쓰이화학사제 하이왁스(등록상표) 800P800PF)를 이용하고, 비교예 4에서는, 플라즈마 처리를 행하고 있지 않은 폴리에틸렌 왁스(미쓰이화학사제 하이왁스(등록상표) 800PF)를 이용했다. 한편, 비교예 3에서는, 화성처리 피막 형성용 도공액에 윤활제를 포함하고 있지 않고, 비교예 5에서는, 화성처리 피막 형성용 도공액에 수용성 수지를 포함하고 있지 않았다.
<윤활제의 플라즈마 처리>
윤활제의 플라즈마 처리는 반응성 이온 에칭 장치(아넬바사제 DEM-451T)를 이용하여 행했다. 상기 장치 내에 산소 가스를 도입하여 13Pa의 압력으로 하고, 출력 200W, 13.56MHz의 고주파 전원을 사용하여 글로 방전을 일으켜, 윤활제에 대해서 3분간 플라즈마 처리를 실시한 처리를 행했다. 다음으로, 상기 처리를 행한 윤활제를 증류수에 1시간 침지시키고, 그 후, 건조시켰다.
푸리에 변환형 적외 분광 광도계를 이용하여, 탄소-산소 결합에서 유래하는 1750cm-1 근방의 흡수 및 탄소-수소 결합에서 유래하는 2950cm-1 근방의 흡수로부터, 윤활제에 포함되는 탄소 원자에 대한, 탄소-산소 결합을 구성하는 탄소 원자의 비율(윤활제 중의 탄소에 대한 탄소-산소 결합을 갖는 탄소의 비율)을 측정했다. 상기 플라즈마 처리 후에 있어서의 윤활제는 상기 비율이 6원자%였다. 한편, 상기 플라즈마 처리 전의 상기 윤활제는 탄소-산소 결합을 갖고 있지 않았다. 즉, 상기 플라즈마 처리 전의 상기 윤활제는 상기 비율이 0원자%였다.
[표면처리 금속판 및 복합 부재]
상기 각 화성처리 금속판의 화성처리 피막 상에, 산 변성 폴리프로필렌계 접착제인 미쓰이화학사제 유니스톨(등록상표) R-300을 바 코터로 막 두께 20μm가 되도록 도포한 후, 220℃에서 2분간 가열하여, 접착제층을 구비한 표면처리 금속판을 얻었다.
다음으로, 사출 성형기(닛세이수지공업사제 PNX60)를 이용하여 사출 성형을 행했다. 우선, 상기 표면처리 금속판을 100mm×25mm로 커트하고, 금형에 넣었다. 그 후, 유리 섬유가 20질량% 포함된 폴리프로필렌 수지인 프라임폴리머사제 프라임폴리프로(등록상표) V7000을 용융시키고, 접착제층의 표면을 덮도록 사출하여, 100mm 길이×25mm 폭×3mm 두께인 수지층을 구비한 복합 부재를 얻었다. 수지층과 표면처리 금속판은 12.5mm 길이×25mm 폭으로 겹치도록 접착시켰다. 사출 조건은 표 2에 나타냈다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 1로부터, 이하와 같이 고찰할 수 있다.
본 발명의 구성 요건을 만족시키는 실시예 1∼3에 따른 화성처리 금속판은, 용접성, 내식성 및 프레스 성형성이 우수했다. 더욱이, 실시예 1∼3에 따른 화성처리 금속판을 이용하여 제조된 복합 부재는, 접착성도 우수했다. 따라서, 실시예 1∼3에 따른 화성처리 금속판은, 프레스 성형성이 우수한 화성처리 금속판으로서, 접착성이 우수한 복합 부재로 하기 위한 소재로서 유용한 화성처리 금속판이었다.
이에 비해, 상기 이외의 금속판은, 하기에 상술하는 대로, 본 발명의 구성 요건을 만족시키지 않아, 원하는 특성이 얻어지지 않았다.
막 두께가 지나치게 두꺼운 비교예 1에 따른 화성처리 금속판에서는, 용접성이 뒤떨어지고 있었다. 한편, 막 두께가 지나치게 얇은 비교예 2에 따른 화성처리 금속판에서는, 내식성 및 프레스 성형성이 뒤떨어지고 있었다.
윤활제를 포함하지 않는 비교예 3에 따른 화성처리 금속판에서는, 프레스 성형성이 뒤떨어지고 있었다. 한편, 플라즈마 처리를 행하고 있지 않은 윤활제를 포함하는 비교예 4에 따른 화성처리 금속판에서는, 비교예 4의 화성처리 금속판을 이용하여 제조된 복합 부재의 접착성이 뒤떨어지고 있었다.
수용성 수지를 포함하지 않는 비교예 5에 따른 화성처리 금속판에서는, 내식성이 뒤떨어지고 있었다.
이 출원은 2016년 3월 31일에 출원된 일본 특허출원 특원2016-069931을 기초로 하는 것이고, 그 내용은 본원에 포함되는 것이다.
본 발명을 표현하기 위해서, 전술에 있어서 실시형태를 통해 본 발명을 적절하고 충분하게 설명했지만, 당업자이면 전술의 실시형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 할 수 있음을 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구범위에 기재된 청구항의 권리범위를 이탈하는 수준의 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는 당해 청구항의 권리범위에 포괄된다고 해석된다.
본 발명에 의하면, 프레스 성형성이 우수한 화성처리 금속판으로서, 접착성이 우수한 복합 부재로 하기 위한 소재로서 유용한 화성처리 금속판이 제공된다. 또한, 상기 화성처리 금속판을 이용하는 것에 의해, 수지 성형품과 복합화시킬 때에 유용한 표면처리 금속판이 제공된다. 또한, 상기 표면처리 금속판을 이용하는 것에 의해, 즉, 상기 화성처리 금속판을 이용하여 복합 부재를 제조하면, 접착성이 우수한 복합 부재가 제공된다.

Claims (8)

  1. 금속 기판과, 상기 금속 기판의 적어도 한쪽 면에 적층된 화성처리 피막을 구비하고,
    상기 화성처리 피막이, 수용성 수지, 및 탄소-산소 결합을 갖는 윤활제를 포함하며,
    상기 화성처리 피막의 막 두께는 0.2∼1μm이고,
    상기 윤활제는, 상기 탄소-산소 결합을 구성하는 탄소 원자를, 상기 윤활제에 포함되는 탄소 원자에 대해서 1원자% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 화성처리 금속판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 윤활제는 폴리올레핀계 왁스인 화성처리 금속판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용성 수지가 수용성 유레테인 수지 및 수용성 아크릴 수지 중 적어도 한쪽인 화성처리 금속판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화성처리 피막이, 상기 수용성 수지와는 상이한 수성 수지를 추가로 포함하는 화성처리 금속판.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 화성처리 금속판과, 상기 화성처리 금속판에 있어서의 상기 화성처리 피막 표면의 일부 또는 전면에 설치된 접착제층을 구비하는 것을 특징으로 하는 표면처리 금속판.
  6. 제 5 항에 기재된 표면처리 금속판과, 상기 표면처리 금속판에 있어서의 상기 접착제층 상에 설치된 수지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 복합 부재.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 수지층이 폴리프로필렌 수지를 포함하는 복합 부재.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 화성처리 금속판을 제조하는 방법으로서,
    상기 수용성 수지 및 상기 윤활제를 포함하는 화성처리 피막 형성용 도공액을 상기 금속 기판의 적어도 한쪽 면에 도포하는 것에 의해, 상기 화성처리 피막을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 화성처리 금속판의 제조 방법.
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