WO2010070795A1 - 錫を粒状に析出させた表面処理鋼板及び樹脂被覆鋼板 - Google Patents

錫を粒状に析出させた表面処理鋼板及び樹脂被覆鋼板 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a surface-treated steel sheet for a resin-coated steel sheet having excellent work adhesion and a resin-coated resin-coated steel sheet in which the surface-treated steel sheet is coated with a resin.
  • a can body is manufactured by winding a top plate on a can body in which a can body portion and a can bottom portion are integrally formed.
  • excellent adhesion of the resin to the steel sheet is required so that the coating resin does not peel or break during or after the severe forming process. Therefore, a resin-coated chromate-treated steel sheet in which an organic resin is coated on a chromate-treated steel sheet such as tin-free steel having a chromate film excellent in processing adhesion formed on the surface has been used as a material for these cans.
  • the plated steel sheet used for beverage cans mainly has tinplate (tin-plated steel sheet) and TFS (electrolytic chromium-plated steel sheet), but the filling of highly corrosive contents can utilize the sacrificial anticorrosive action of tin.
  • the tinplate has better corrosion resistance than TFS.
  • Tinplate has a tin oxide film (inhibits adhesion to the organic resin film) and is difficult to coat above the melting point of tin (232 ° C) (tin melts and becomes fluid and adheres to heating equipment) Therefore, it is difficult to cover at the melting point of tin or higher, and the film adhesion after canning is inferior to TFS.
  • Patent Document 1 discloses a tin plating of a no-reflow tin-plated steel sheet (tin-plated steel sheet not subjected to tin fusion treatment) or a reflow tin-plated steel sheet (tin-plated steel sheet subjected to tin fusion treatment).
  • a resin-coated tin-plated steel sheet in which a silane coupling agent coating layer is provided on a layer and an organic resin film is further laminated is described.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a resin-coated steel sheet having excellent resin work adhesion even during severe forming.
  • Another object of the present invention is to provide a surface-treated steel sheet in which tin as a substrate of a resin-coated steel sheet is precipitated in a granular form. Furthermore, the other object of this invention is to provide the manufacturing method of a surface treatment steel plate.
  • the surface-treated steel sheet in which tin of the present invention is precipitated in a granular form is a surface-treated steel sheet in which metallic tin is discontinuously dispersed on the steel sheet surface and a part of iron on the steel sheet surface is exposed.
  • the granular metal tin dispersed on the steel sheet surface is The tin area ratio on the steel plate surface is 5 to 95%, The tin content is 0.1-13 g / m 2 , The average tin particle size of the granular metal tin is 0.5 to 50 ⁇ m.
  • a method for producing a surface-treated steel sheet in which tin of the present invention is precipitated in a granular form is a method for producing the surface-treated steel sheet according to (1), wherein the metal tin is deposited using a tin sulfate plating bath. It is characterized by performing.
  • the method for producing the surface-treated steel sheet according to (2) it is preferable to perform tin melting treatment after depositing tin in a granular form.
  • the resin-coated steel sheet of the present invention is characterized in that a resin layer is laminated on the surface-treated steel sheet of (1).
  • the resin-coated steel sheet according to the present invention is provided with a resin-coated steel sheet that exhibits better work adhesion than before because tin plating is performed so that granular metallic tin is deposited on the steel sheet and a resin layer is laminated thereon. can do.
  • the resin layer adheres to the iron surface with good adhesion, and at the same time, the anchor effect by the unevenness greatly improves the adhesion to the resin layer compared to the conventional flat surface tin-plated steel sheet To do.
  • the surface-treated steel sheet in which tin is precipitated in a granular form can be coated at a temperature equal to or higher than the melting point of tin (232 ° C.), and the adhesiveness of the resin layer after canning shows excellent adhesiveness comparable to TFS. .
  • the molten tin has a fluidity and the appearance is uneven.
  • the manufacturing method of the surface-treated steel sheet in which tin is precipitated in a granular form of the present invention can use a tin sulfate plating bath, which is a PSA (phenol sulfonic acid) as a conventional ferrostantin plating bath component.
  • a tin sulfate plating bath which is a PSA (phenol sulfonic acid) as a conventional ferrostantin plating bath component.
  • PSA phenol sulfonic acid
  • the steel sheet used as the original sheet of the surface-treated steel sheet of the present invention is a sheet thickness of 0.15 to 0.3 mm after annealing a low carbon aluminum killed hot rolled sheet generally used for cans.
  • a cold-rolled steel sheet, a cold-rolled steel sheet that has been further cold-rolled after annealing to increase its strength, and the like are used depending on the application.
  • a cold-rolled steel sheet manufactured from non-aging ultra-low carbon steel added with niobium and titanium is also applicable. After these cold-rolled steel sheets are electrolytically degreased and pickled, a tin-plated layer is formed on the steel sheets to obtain surface-treated steel sheets.
  • a tin sulfate plating bath can be used for the surface-treated steel sheet.
  • Sulfuric acid concentration: 10-100 g / L Sulfuric acid concentration: 10-100 g / L
  • Tin sulfate concentration 10 to 200 g / L
  • Additive (surfactant) 10 to 200 cc / L
  • the surfactant those of alphatic type can be preferably used, and examples thereof include Technistan Additive (Tecnic, manufactured by JPKK).
  • Additive (antioxidant) 1 to 200 cc / L
  • As the antioxidant hydroquinone-based hydroxyquinone, dihydroxynaphthalene and the like can be preferably used, and examples thereof include Technistan Antioxidant (Tecnic, manufactured by JPKK).
  • As plating conditions plating current density: 2 to 30 A / dm 2 , electric quantity: 5 to 100 C / dm 2 , plating bath temperature: 20 to 60 ° C. are preferable.
  • the surface tin area ratio The area occupied by the granular metal tin dispersed and deposited on the steel sheet on the steel sheet, that is, the surface tin area ratio, is 5 to 95%. Preferably, the content is 20 to 80%. If the surface tin area ratio is less than 5%, the corrosion resistance and workability are remarkably deteriorated, so a tin area ratio of at least 5% is required. When the surface tin area ratio exceeds 95%, the exposed area of iron is reduced and does not contribute to the improvement of the adhesion of the resin layer. This is because at least 5% or more of the exposed area of iron is required to improve the adhesion with the resin layer.
  • the surface tin area ratio on this steel sheet is the one observed by the electron microscope, the first image, the granular tin dispersed and present on the steel sheet surface was chemically removed, and then observed again by the electron micrograph Can be obtained by comparing the two obtained images by computer image processing.
  • the tin plating amount of the granular metal tin on the steel plate surface be in the range of 0.1 to 13 g / m 2 . Preferably, it is 0.5 to 5.6 g / m 2 . If the tin plating amount is less than 0.1 g / m 2 , the corrosion resistance is insufficient, which is not preferable. In particular, when tin melting (reflow) treatment is performed, all of the plated tin becomes an Fe—Sn alloy, and not only corrosion resistance but also workability is remarkably deteriorated.
  • a tin plating amount of at least 0.1 g / m 2 or more is required. I need. On the other hand, when it exceeds 13 g / m 2 , iron is not exposed to the surface, and does not contribute to the improvement of the adhesion of the resin layer.
  • the reason why the tin plated on the steel plate becomes granular is not well understood, but when a small amount of tin is plated on the iron surface on which the oxide film is formed, the wettability of the tin may be part of the iron oxide film. Therefore, it is considered that a tin plating layer having a uniform thickness is difficult to form.
  • the average particle size (average particle size as viewed from the plane) of the granular metal tin is set to 0.5 to 50 ⁇ m.
  • the thickness is 2 to 20 ⁇ m.
  • the particle size is less than 0.5 ⁇ m, the particle size is too small, and the anchor effect of the resin layer due to the unevenness cannot be sufficiently obtained, which does not contribute to the improvement of the adhesion of the resin layer.
  • the average particle size exceeds 50 ⁇ m, it is difficult to deposit tin due to restrictions on electrolytic treatment.
  • a tin melting treatment After the above-mentioned granular metallic tin is formed, a tin melting treatment in which the surface-treated steel sheet is heated to a temperature higher than the melting point of tin can be performed. In order to ensure excellent corrosion resistance even with a small amount of uniformly plated tin, the tin melting treatment increases the area ratio of granular metal tin on the surface-treated steel sheet and a dense iron-tin alloy. An object is to form a main alloy layer.
  • a resistance heating method and an induction heating method that are generally used for manufacturing tinplate can be used alone or in combination.
  • the resin-coated surface-treated steel sheet of the present invention can be obtained by laminating a resin film serving as a resin layer on one side or both sides of the surface-treated steel sheet obtained as described above.
  • a thermoplastic resin excellent in processability after heating is preferable, such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, ethylene terephthalate / ethylene isophthalate copolymer, butylene terephthalate / butylene isophthalate copolymer, etc.
  • Polyester resin or a blend of two or more of these polyester resins, polyethylene, polypropylene, ethylene / propylene copolymer, and those modified with maleic acid, ethylene / vinyl acetate copolymer, ethylene / acrylic acid copolymer
  • Polyolefin resins such as polymers, polyamide resins such as 6-nylon, 6,6-nylon, and 6,10-nylon, polycarbonate, polymethylpentene, and polyester resins described above Resin layer of a single layer consisting of a blend of ionomer, and a further resin layer of the multi-layer consisting of two or more kinds of these resins.
  • the thickness of the resin layer includes the ease of laminating the resin layer, the adhesion strength of the resin layer to the surface-treated steel sheet in a molded body (such as a can) after the resin-coated surface-treated steel sheet is formed, corrosion resistance, and economic efficiency. From the viewpoint of the above, it is preferably 10 to 100 ⁇ m.
  • These resin layers are obtained by heating and melting resin pellets and extruding them from a T-die of an extruder to form a film of a desired thickness on a surface-treated steel sheet on which granular metal tin is formed. It is formed by doing.
  • a method for laminating the resin layer for example, a thermal bonding method is used.
  • the resin film is brought into contact with a surface-treated steel sheet heated to a predetermined temperature range, and sandwiched from both sides with a pair of pressure rolls. Press to join.
  • a surface-treated steel sheet heated to a predetermined temperature range, and sandwiched from both sides with a pair of pressure rolls. Press to join.
  • the manufacturing method of this invention even if it is the resin film which gave the film processing resin film the extending
  • Tin sulfate plating composition Sulfuric acid concentration: 52 g / L (20 cc / L) Tin sulfate concentration: 90 g / L (50 g / L as Sn) Additive for tin sulfate plating (surfactant): 50cc / L (Technistan Additive.
  • FIG. 1 is a surface observation photograph (SEM image) of a surface-treated steel sheet in which granular metal tin of the present invention is deposited
  • FIG. 2 is a surface observation photograph of normal tinting.
  • the tin plating amount was 2.8 g / m 2 for both.
  • FIG. 1 it can be seen that granular metallic tin having an average particle diameter of 10 ⁇ m is discontinuously dispersed and deposited on a steel sheet partially exposed to iron base.
  • small metal tin particles are deposited on the steel plate and the iron base is not exposed.
  • FIG. 1 is a surface observation photograph (SEM image) of a surface-treated steel sheet in which granular metal tin of the present invention is deposited
  • FIG. 2 is a surface observation photograph of normal tinting.
  • the tin plating amount was 2.8 g / m 2 for both.
  • FIG. 1 it can be seen that granular metallic tin having an average particle diameter of 10 ⁇ m is discontinuously
  • FIG. 3 is a surface observation photograph (SEM image) of the surface-treated steel sheet in a state where the surface-treated steel sheet of FIG.
  • FIG. 4 is a photograph of the surface observed after the melting process of the normal tinplate.
  • SEM image surface observation photograph
  • FIG. 3 when the melting treatment is performed, the granular metal tin expands its area, but metal tin cannot be present on the oxidized iron base, and a part of the iron base remains exposed, It can be seen that the granular metallic tin is discontinuously dispersed on the steel plate.
  • a transparent unstretched film having a thickness of 28 ⁇ m of ethylene terephthalate / ethylene isophthalate copolymer (PETI) is laminated on one side of the surface-treated steel sheet (the side that becomes the inner surface of the can), and the other side (can Tables 1 to 4 show white unstretched films having a thickness of 16 ⁇ m and containing 20% by mass of a titanium-based white pigment in an ethylene terephthalate / ethylene isophthalate copolymer (PETI) on the outer surface side.
  • Lamination was performed under the lamination temperature condition, and immediately after the lamination of the resin film, the resin-coated steel sheet was prepared by cooling.
  • 1st cup means what was manufactured by squeezing a board
  • B / M can is a thing formed by further squeezing and squeezing the 1st cup to form a can with a small can diameter and a high side wall height.
  • CHS cans are manufactured by trimming, flange, and necking B / M cans.
  • the S peel strength of the 1st cup was 0.2 kg / 15 mm or more in the 1st cup, and the processing adhesion of the resin film during can molding was excellent. In addition, no cup tip delamination was observed in the 1st cup, B / M can and CHS can.
  • Comparative Examples 1 to 4, 7 to 10, and 13 to 16 when the 1st cup was molded, the resin film at the tip of the cup and the surface-treated steel sheet had poor adhesion, and the tip of the cup Delami occurred.
  • the factors for improving the adhesion are considered as follows.
  • the S peel strength of the 1st cup has a 40-fold significant difference (see Table 5).
  • the appearances of the surface-treated steel sheets after tin plating in FIG. 1 and FIG. 2 corresponding to each other are compared, there is a difference in the electrodeposition form of tin.
  • the normal tinplate of Comparative Example 9 has a surface tin area ratio of 100% and average tin particles It can be seen that the size is 0.3 ⁇ m, and the surface has little unevenness. The same applies to the other examples and comparative examples.
  • the can wall of the 1st cup in which there is a large difference in the adhesion (S peel strength) of the resin film between Example 22 and Comparative Example 9.
  • S peel strength the adhesion of the resin film between Example 22 and Comparative Example 9.
  • the surface-treated steel sheet surface after the test was observed, and the surface-treated steel sheet surface that had been subjected to granular tin plating was adhered to the plating recess (the part where there was no tin electrodeposition and the iron surface was exposed). It is observed that the traces are shrink-shaped (see FIG. 5).
  • Example 38 the tin plating amount was 2.8 g / m 2
  • the laminating temperature was 250 ° C.
  • the resin films were laminated under the same conditions.
  • Comparative Example 15 showed uneven melting of tin when observed from the resin film side, resulting in a non-uniform appearance.
  • the adhesiveness of the resin film in each B / M can and a CHS can also showed the tendency for the direction of an Example to be remarkably excellent.
  • the resin-coated surface-treated steel sheet according to the present invention is a resin film at the time of molding, regardless of whether it is drawn, further stretched after drawing, or further ironed after drawing. Is stable without peeling, and the resin film does not peel off and is stable and stable even during can body forming processing that is combined with stretch processing and ironing after more severe drawing It shows work adhesion.
  • the T peel strength was measured in the state of a flat plate before processing, but it is considered that the processing adhesion is not necessarily accurately reflected.
  • Adopted S peel strength as peel strength.
  • the adhesiveness (working adhesion) during and after processing is accurate when strict forming processing is performed, such as drawing and drawing together with the ironing process after drawing.
  • S peel strength was adopted as an evaluation method to be reflected. The S peel strength is obtained by drawing a resin-coated surface-treated steel sheet into a cup, forming it into a cup, cutting out a specimen from the side wall of the cup, and evaluating the processing adhesion strength by the peel strength of the resin film of the specimen. .
  • a specific method for measuring the S peel strength is shown below.
  • a blank having a diameter of 154 mm is punched from a resin-coated surface-treated steel sheet, and a first drawing process is performed at a drawing ratio of 1.64 to form a drawn cup having a diameter of 96 mm and a height of 42 mm.
  • a cup height direction 30 mm
  • a cup circumferential direction 120 mm
  • the test piece 71 is punched out using a press die.
  • the S peel strength measured as described above is preferably 0.2 kg / 15 mm or more when the width of the specimen is 15 mm. If the S peel strength is less than 0.2 kg / 15 mm, stable and good work adhesion cannot be obtained in severe molding processes such as a can-making process using a stretch process and an ironing process after drawing.
  • the resin-coated surface-treated steel sheet of the present invention is improved in corrosion resistance without reducing workability by improving adhesion, which is a drawback of conventional resin-coated steel sheets, and simple.
  • the method enables continuous production, can stably provide a resin-coated steel sheet having excellent characteristics, and has an extremely great industrial value.
  • FIG. 2 is a surface observation photograph (SEM image) of the surface-treated steel sheet in a state where the surface-treated steel sheet of FIG. 1 is heated to 232 ° C. or higher and subjected to a melting treatment of tin plating. It is the surface observation photograph (SEM image) after the melting process of a normal tin. It is the surface observation photograph (SEM image) which observed the can wall (surface-treated steel plate surface after S peel strength test) of the 1st cup.
  • Specimen 71a One end 71b of the specimen: The other end 72 of the specimen: Cut 73: Score 74: Specimen holder 74a: Specimen insertion part 74b: Upper part of the specimen holder

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Abstract

【課題】厳しい成形加工時においても、樹脂の加工密着性に優れた樹脂被覆鋼板を提供すること。 【解決手段】 鋼板表面に金属錫が不連続に粒状に分散し、鋼板表面の鉄の一部が露出している表面処理鋼板であって、前記鋼板表面に分散する粒状金属錫は、鋼板表面上に占める錫面積率が5~95%であり、錫量が0.1~13g/mであり、粒状金属錫の平均錫粒子サイズが0.5~50μmであることを特徴とする。 また、この表面処理鋼板上に、樹脂層を積層することを特徴とする。

Description

錫を粒状に析出させた表面処理鋼板及び樹脂被覆鋼板
 本発明は、加工密着性に優れた樹脂被覆鋼板用の表面処理鋼板及びその表面処理鋼板に樹脂を被覆した樹脂被覆樹脂被覆鋼板に関する。
 近年、樹脂を被覆してなる鋼板を絞り加工や絞り加工後のさらなるストレッチ加工、絞り加工後のさらなるしごき加工、絞り加工後のさらなるストレッチ加工としごき加工を併用する加工、などの厳しい加工を施してなる缶胴部と、缶底部とが一体で加工成形された缶体に天板を巻締めた缶が製造されている。これらの缶体においては、厳しい成形加工中および成形加工後に被覆樹脂が剥離もしくは破断することがないように、鋼板に対する樹脂の優れた密着性が要求される。そのため、これらの缶体用の素材として、加工密着性に優れるクロメート皮膜を表面に形成させたティンフリースチールなどのクロメート処理鋼板に有機樹脂を被覆した樹脂被覆クロメート処理鋼板が用いられていた。
 しかし、樹脂被覆クロメート処理鋼板を用いた缶体においては、樹脂層に鋼板面に達する微細な孔や亀裂が生じた場合、クロメート処理鋼板が耐食性に乏しいために、特に酸性度の大きな内容物を充填した場合に、鋼板の腐食が急速に進行しやすいという問題点があった。
 そのため、酸性度の大きな内容物を缶に充填した場合においても、優れた耐食性を示す錫めっき鋼板に樹脂を被覆してなる樹脂被覆錫めっき鋼板の適用が試みられたが、錫めっき層に対する樹脂の密着性、特に缶体加工時におけるフィルム加工密着性に乏しく、上記のような厳しい加工用途であってもフィルム加工密着性に優れた材料の開発が求められていた。特に、ぶりきは錫酸化膜と被覆温度が低い影響でTFSよりもフィルム密着性に劣るという問題点もあった。
 一般に、飲料缶に使用するめっき鋼板には主としてぶりき(錫めっき鋼板)とTFS(電解クロムめっき鋼板)が有るが、腐食性の高い内容物の充填には錫の犠牲防食作用を利用できる、ぶりきの方がTFSよりも耐食性に優れている。ぶりきは錫酸化膜の存在(有機樹脂フィルムとの密着性を阻害する)と、錫の融点(232℃)以上での被覆が困難(錫が溶融して流動性を帯び、加熱設備に付着する)であるため、錫の融点以上での被覆が困難であり、製缶後のフィルム密着性はTFSに劣るのが現状である。
 一方、TFSは耐食性においてはぶりきに劣るが、表層にはフィルム密着性に優れるクロムオキサイド皮膜が存在すると共に、232℃以上の温度での被覆が可能であり(クロムの融点=約1800℃)製缶後のフィルム密着性はぶりきよりも優れる。
 上記のような問題点を解決するため、特許文献1には、ノーリフロー錫めっき鋼板(錫溶融処理をしない錫めっき鋼板)またはリフロー錫めっき鋼板(錫溶融処理をした錫めっき鋼板)の錫めっき層上にシランカップリング剤塗布層を設け、さらに有機樹脂皮膜を積層してなる樹脂被覆錫めっき鋼板が記載されている。
特開2002-285354号公報
 しかし、特許文献1の樹脂被覆錫めっき鋼板の処理は新たな付加処理となるため、ぶりきの製造コストは高くなるだけでなく、絞り加工後にさらにストレッチ加工としごき加工を併用して缶体に成形加工した場合、成形加工途中で缶体の上部で樹脂が剥離することがあり、缶体加工時における樹脂の加工密着性に問題があった。
 本発明は、上記の問題点を解決し、厳しい成形加工時においても、樹脂の加工密着性に優れた樹脂被覆鋼板を提供することを目的とする。
 また、本発明の他の目的は、樹脂被覆鋼板の基板としての錫を粒状に析出させた表面処理鋼板を提供することである。
 さらに、本発明の他の目的は、表面処理鋼板の製造方法を提供することである。
(1)本発明の錫を粒状に析出させた表面処理鋼板は、鋼板表面に金属錫が不連続に粒状に分散し、鋼板表面の鉄の一部が露出している表面処理鋼板であって、
前記鋼板表面に分散する粒状金属錫は、
鋼板表面上に占める錫面積率が5~95%であり、
錫量が0.1~13g/mであり、
粒状金属錫の平均錫粒子サイズが0.5~50μmであることを特徴とする。
(2)本発明の錫を粒状に析出させた表面処理鋼板の製造方法は、前記(1)の表面処理鋼板を製造する方法であって、硫酸錫めっき浴を用いて前記金属錫の析出を行うことを特徴とする。
(3)前記(2)の表面処理鋼板を製造する方法においては、錫を粒状に析出させた後、錫溶融処理をすることが好ましい。
(4)本発明の樹脂被覆鋼板は、前記(1)の表面処理鋼板上に樹脂層を積層することを特徴とする。
 本発明の樹脂被覆鋼板は、鋼板上に粒状の金属錫を析出するように錫めっきを施し、その上に樹脂層を積層するので、従来よりも優れた加工密着性を示す樹脂被覆鋼板を提供することができる。
 また、錫が粒状であるため、樹脂層は密着性の良好な鉄面と接着すると同時に、凹凸によるアンカー効果で従来のフラットな表面の錫めっき鋼板よりも樹脂層との密着性が大幅に向上する。
 また、錫を粒状に析出させた表面処理鋼板は錫の融点(232℃)以上の温度での被覆が可能であり、製缶後の樹脂層の密着性もTFS並の優れた密着性を示す。すなわち、従来の錫めっき鋼板はその表面全面に錫の結晶粒が存在するため、錫の融点以上で被覆を行うと、錫溶融処理時に溶融した錫が流動性を有し、外観が不均一になると同時に、被覆時に加熱設備に錫が付着するなどの弊害が生じるため錫の融点以上の被覆は困難であるが、本発明の表面処理鋼板上の粒状錫は、錫の融点以上の温度に加熱しても、溶融した錫粒子同士が結合せず流動性を有しないため、錫の融点以上での被覆が可能となる。
 さらに、本発明の、錫を粒状に析出させた表面処理鋼板の製造方法は、硫酸錫めっき浴を用いることができ、この浴は、従来のフェロスタン錫めっき浴成分のPSA(フェノールスルフォン酸)ではなく、安価な硫酸を用いるため、めっき浴のコストダウン、およびCODの低減にも繋がる。
 以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[鋼板]
 本発明の表面処理鋼板の原板として用いる鋼板としては、一般的に缶用に用いられている低炭素アルミキルド熱間圧延板を焼鈍した後、調質圧延した板厚=0.15~0.3mmの冷延鋼板や、焼鈍後さらに冷間圧延を施して強度を増加させた冷延鋼板等が、用途に応じて用いられる。また、ニオブ、チタンを添加した非時効性極低炭素鋼から製造した冷延鋼板も適用可能である。これらの冷延鋼板を電解脱脂し酸洗した後、鋼板上に錫めっき層を形成させて表面処理鋼板とする。
[めっき浴]
 表面処理鋼板は、本発明においては、硫酸錫めっき浴を用いることができる。
 硫酸錫めっき浴の組成としては、
硫酸濃度:10~100g/L、
硫酸錫濃度:10~200g/L、
添加剤(界面活性剤):10~200cc/L、
界面活性剤としては、アルファティックタイプのものを好ましく用いることができ、例えば、テクニスタン・アディティブ(Tecnic,JPKK社製)が挙げられる。
 添加剤(酸化防止剤):1~200cc/L、
酸化防止剤としては、ヒドロキノン系のヒドロキシキノン、ジヒドロキシナフタレンなどを好ましく用いることができ、例えば、テクニスタン・アンチオキシダント(Tecnic,JPKK社製)が挙げられる。
 めっき条件としては、めっき電流密度:2~30A/dm、電気量:5~100C/dm、めっき浴温度:20~60℃、の範囲が好適である。
[表面錫面積率]
 鋼板上に分散して析出させる粒状金属錫の鋼板上で占める面積、すなわち表面錫面積率は、5~95%とする。好ましくは、20~80%とする。表面錫面積率が5%未満では、耐食性や加工性が著しく悪くなるので、少なくとも5%以上の錫面積率が必要である。
 表面錫面積率が95%を超えると、鉄の露出面積が少なくなり、樹脂層の密着性向上に寄与しない。樹脂層との密着性向上のためには、少なくとも鉄の露出面積が5%以上必要であるからである。
 この鋼板上の表面錫面積率は、表面を電子顕微鏡で観察したものを第1画像とし、鋼板表面上に分散し存在する粒状錫を化学的に除去した後、再度電子顕微鏡写真で観察したものを第2画像とし、得られた両画像をコンピュータ画像処理によって比較することによって求めることができる。
[粒状金属錫の錫めっき量]
 鋼板表面上の粒状金属錫の錫めっき量は、5%以上の面積で鉄表面を露出させる観点から、0.1~13g/mの範囲とすることが必要である。好ましくは、0.5~5.6g/mである。錫めっき量が0.1g/m未満では、耐食性が不足するので好ましくない。特に、錫溶融(リフロー)処理を行うと、めっきした錫の全てがFe-Sn合金化し、耐食性だけでなく、加工性も著しく悪くなるので、少なくとも0.1g/m以上の錫めっき量を必要とする。一方、13g/mを超えると、鉄が表面に露出されなくなり、樹脂層の密着性向上に寄与しない。
[粒状錫]
 鋼板上にめっきした錫が粒状になる理由はよく解明されていないが、酸化膜が形成された鉄表面上に、少量の錫めっきをした場合、錫の濡れ性が、鉄酸化膜の部分部分で異なるため一様な厚みの錫めっき層が形成されにくいものと考えられる。
 また、粒状金属錫の平均粒子サイズ(平面からみた粒子径の平均径)は、0.5~50μmとする。好ましくは、2~20μmとする。0.5μm未満では粒子サイズが小さすぎて、凹凸による樹脂層のアンカー効果が充分得られず、樹脂層の密着性向上に寄与しない。一方、平均粒子サイズが50μmを超える場合は、電解処理上の制約から錫の電着が困難となる。
[錫溶融処理]
 上記の粒状金属錫を形成させた後に、表面処理鋼板を錫の融点温度以上に加熱する錫溶融処理を施すことができる。錫溶融処理は、均一にめっきされた少ない錫めっき量においても、優れた耐腐食性を確保するため、表面処理鋼板上における粒状金属錫の面積率を拡大するとともに、緻密な鉄-錫合金を主体とする合金層を形成させることを目的とする。錫溶融処理には、一般的にぶりきの製造に用いられている抵抗加熱法、誘導加熱法を単独で、あるいは併用する方法等が適用できる。
[樹脂層の積層]
 本発明の樹脂被覆表面処理鋼板は、上記のようにして得られた表面処理鋼板の片面または両面に、樹脂層となる樹脂フィルムを積層することにより得られる。樹脂層としては、加熱後も加工性に優れる熱可塑性樹脂が好ましく、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、エチレンテレフタレート・エチレンイソフタレート共重合体、ブチレンテレフタレート・ブチレンイソフタレート共重合体などのポリエステル樹脂、あるいはこれらのポリエステル樹脂の2種類以上をブレンドした樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体、およびそれらをマレイン酸変性したもの、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸共重合体などのポリオレフィン樹脂、6-ナイロン、6,6-ナイロン、6,10-ナイロンなどのポリアミド樹脂、ポリカーボネート、ポリメチルペンテン、さらに上記のポリエステル樹脂とアイオノマーをブレンドしたものからなる単層の樹脂層、さらにこれらの樹脂の2種類以上からなる複層の樹脂層などが挙げられる。
 樹脂層の厚さとしては、樹脂層積層作業のしやすさ、樹脂被覆表面処理鋼板の成形加工した後の成形体(缶など)における樹脂層の表面処理鋼板との密着強度、耐食性および経済性等の観点から10~100μmであることが好ましい。
 これらの樹脂層は、樹脂ペレットを加熱溶融し、それを押出機のTダイから押し出して所望の厚さのフィルムに製膜したものを、粒状金属錫が形成されている表面処理鋼板上に積層することによって形成される。
 この樹脂層の積層方法としては例えば熱接着法が挙げられ、樹脂フィルムを、所定の温度範囲に加熱した表面処理鋼板に樹脂フィルムを当接するとともに、1対の加圧ロールで両面から挟み付けて加圧して接合する。
 なお、本発明の製造方法によれば、製膜した樹脂フィルムを延伸加工を施して二軸配向とした樹脂フィルムであっても、錫の融点温度より高い温度(例えば250℃)で熱接着することができる。
 以下、本発明を、実施例1~64及び比較例1~23を用いて具体的に説明する。
[表面処理鋼板の作成]
 表1の「板厚」の欄に示す低炭素冷延鋼板を用い、アルカリ水溶液中で電解脱脂-水洗、硫酸酸洗-水洗した後、硫酸錫浴を用い、下記に示す錫めっき条件及び表1~4に示す条件で粒状金属錫を形成し、錫溶融処理を施さないものと施したものとを作成した。次いで、樹脂を積層する基板である表面処理鋼板を、200℃、220℃、250℃の3段階に加熱し、粒状金属錫上に樹脂層を積層した。
<錫めっき条件>
 硫酸錫めっき組成
  硫酸濃度:52g/L(20cc/L)
  硫酸錫濃度:90g/L(Snとして50g/L)
  硫酸錫めっき用添加剤(界面活性剤):50cc/L
   (テクニスタン・アディティブ.Tecnic,JPKK社製)
  硫酸錫めっき用添加剤(酸化防止剤):20cc/L
   (テクニスタン・アンチオキシダント.Tecnic,JPKK社製)
 一方、比較例では、錫めっき条件として、通常ぶりきめっき浴組成(フェロスタン浴)を用いた。
 PSA(フェノールスルフォン酸)濃度:60g/L
 硫酸錫濃度:54g/L(Snとして30g/L)
 添加剤A(エトキシ化-α-ナフトール):3g/L
 添加剤B(エトキシナフトールスルフォン酸):3g/L
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
[表面観察]
 図1は、本発明の粒状金属錫を析出させた状態の表面処理鋼板の表面観察写真(SEM像)であり、図2は、通常ぶりきの表面観察写真である。錫めっき量は、共に2.8g/mとした。
 図1に示すように、平均粒子径10μmの粒状金属錫が、鉄素地が一部露出した鋼板上に不連続に粒状に分散析出していることが分かる。
 一方、通常ぶりきでは、小さな金属錫粒子が鋼板上にべったりと析出しており、鉄素地は露出していない。
 また、図3は、図1の表面処理鋼板を232℃以上に加熱し、錫めっきの溶融処理を行った状態の表面処理鋼板の表面観察写真(SEM像)である。
 図4は、通常ぶりきの溶融処理後の表面観察写真である。
 図3に示すように、溶融処理を行うと粒状金属錫はその面積を広げるが、酸化した鉄素地の上には金属錫が存在できず鉄素地の一部は露出した状態のままであり、粒状金属錫は鋼板上に不連続に粒状に分散していることが分かる。
[樹脂被覆鋼板の作成]
 次に、上記表面処理鋼板の片面(缶内面側になる面)に、エチレンテレフタレート・エチレンイソフタレート共重合体(PETI)の厚さ28μmの透明無延伸フィルムを積層するとともに、他の片面(缶外面側になる面)に、エチレンテレフタレート・エチレンイソフタレート共重合体(PETI)にチタン系白色顔料を20質量%含有させた白色の厚さ16μmのホワイト無延伸フィルムを、表1~4に示すラミネート温度条件で積層し、樹脂フィルムの積層終了後は直ちに冷却して樹脂被覆鋼板を作成した。
[1stカップの製造]
 次に、表1~4に示す実施例1~64及び比較例1~23の樹脂被覆表面処理鋼板を、直径:151mmのブランクに打ち抜いた後、透明無延伸フィルム被覆面がカップ内面側となるようにして(ホワイト無延伸フィルムを被覆した面が缶の外面となる)、絞り比:1.64の1段絞り加工を施して絞り、1stカップ、B/M缶、CHS缶を作成し、透明無延伸フィルム被覆面が測定面となるようにして、密着性評価用の試片を作成した。
これらの試片を引張試験機にかけてSピール強度を測定した。
 また、1stカップ、B/M缶、CHS缶のカップ先端デラミ(フイルム剥離)の有無を観察した。
 さらに、樹脂被覆表面処理鋼板自体(表には平板と記載)についても、Sピール強度を測定するとともに、ラミネート後の外観を目視で確認した。
 なお、ここで、1stカップは板を絞り加工して製造したものをいい、B/M缶は1stカップをさらに絞り、しごき加工して缶径が小さく側壁高さの高い缶に成形したものをいい、CHS缶はB/M缶をさらにトリム、フランジ、ネック加工して製造したものをいう。
 上記評価結果を表5~8に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 実施例1~64のカップは、1stカップにおいて、Sピール強度は、1stカップで0.2kg/15mm以上の値を示し、缶成形加工時の際の樹脂フィルムの加工密着性に優れていた。さらに、1stカップ、B/M缶及びCHS缶のカップ先端デラミは観察されなかった。
 これに対し、比較例1~4、7~10、13~16は、1stカップに成形加工を行った際に、カップ先端部の樹脂フイルムと表面処理鋼板とが密着性不良となり、カップ先端部にデラミが発生した。
 本発明において、密着性向上の要因は、以下のように考えられる。
表面処理鋼板の状態での評価としては、例えば、実施例22と比較例9とで比較すると、錫めっき量(Sn=2.8g/m)、被覆時の表面処理鋼板加熱温度(ラミネート温度=220℃)は同じであるが(表2参照)、1stカップのSピール強度は40倍の有意差が有る(表5参照)。
 また、対応する図1と図2の錫めっき後の表面処理鋼板の外観を比較すると、錫の電着形態に差が有り、実施例22の粒状金属錫を形成した表面処理鋼板は、表層錫面積率が50%、平均錫粒子サイズが5μmで、錫粒子が大きく凹凸の多い表面となっているのに対し、比較例9の通常ぶりきは、表層錫面積率が100%、平均錫粒子サイズが0.3μmで、凹凸の少ない表面となっていることが分かる。同様のことは、その他の実施例、比較例についても言えることである。
 また、1stカップの状態での密着性評価としては、例えば、実施例22と比較例9とにおいて樹脂フィルムの密着性(Sピール強度)に大きく差が見られる1stカップの缶壁(Sピール強度試験後の表面処理鋼板表面)を観察すると、粒状錫めっきを施した表面処理鋼板表面は、めっき凹部(錫の電着が無く、鉄表面が露出している部分)に接着していた樹脂フィルムの跡がシュリンク状になっていることが観察される(図5参照)。
 また、樹脂フィルム側の剥離面を観察すると、凝集破壊した樹脂フィルムが観察され、密着力が高いことを示している(図6参照)。
 これに対し、従来の通常ぶりきの剥離界面を観察したところ、表面処理鋼板側(図7:参照)と樹脂フィルム側(図8参照)とで、その差が見られず、いずれも密着性の低い界面剥離として観察される。
 なお、これらは、他の実施例、比較例(例えば、錫めっき量が1.4g/mの錫めっき量の場合)や錫溶融処理を施した場合の試料を比較しても同様の傾向が見られる。
 次に、被覆時の表面処理鋼板加熱温度(ラミネート温度)を高くした場合の実施例について考察する。例えば、実施例38と比較例15は、錫めっき量が2.8g/m、ラミネート温度が250℃で、同じ条件で樹脂フィルムを積層したものであるが、積層後の樹脂フィルムの外観に差が有り、粒状金属錫が形成されている実施例38はその外観が良好であるが、比較例15は樹脂フィルム側から観察すると錫の溶融ムラが見られ、不均一な外観となった。また、各B/M缶、CHS缶における樹脂フィルムの密着性も実施例の方が著しく優れる傾向を示した。
 以上説明したように、本発明の樹脂被覆表面処理鋼板は、絞り加工、絞り加工後のさらなるストレッチ加工、絞り加工後のさらなるしごき加工、のいずれの加工を施しても、成形加工時において樹脂フィルムが剥離することなく、安定した、また、より過酷な絞り加工後にさらにストレッチ加工としごき加工を併用する加工を施す缶体成形加工時においても、樹脂フィルムが剥離することがなく、安定して優れた加工密着性を示す。
 なお、従来、被覆樹脂の密着性の評価法として、加工前の平板の状態でTピール強度を測定していたが、加工密着性を必ずしも正確に反映していないと考えられるので、本発明においては、剥離強度としてのSピール強度を採用した。すなわち、絞り加工後さらにストレッチ加工としごき加工を併用して加工して缶体に成形するような厳しい成形加工を施した場合の、加工中および加工後の密着性(加工密着性)を正確に反映する評価法としてSピール強度を採用した。
 Sピール強度とは、樹脂被覆表面処理鋼板を絞り加工を施してカップに成形加工し、カップ側壁から試片を切り出し、その試片の樹脂膜の剥離強度で加工密着強度を評価するものである。
 Sピール強度の具体的な測定方法を以下に示す。
まず、樹脂被覆表面処理鋼板から、直径154mmのブランクを打ち抜き、絞り比:1.64で第一段の絞り加工を施して、径:96mm、高さ:42mmの絞りカップを成形する。このカップから、カップ高さ方向:30mm、カップ周方向:120mmの大きさで絞りカップの側壁部を切り出して平板状に曲げ戻した後、図9の平面図に示すようなサイズのT字形状の試片71をプレス金型を用いて打ち抜く。
 次いで、図10に示すように、カッターナイフを用いて試片71の一方(右)の端部71aの密着強度測定面(図示では手前の面)と反対の側の被覆樹脂(図示では裏側の面)に、表面処理鋼板面に達するように切れ目72を入れる。
 さらに、図11および図12に示すように、スコア加工用ダイセットを用いて、密着強度測定面と反対の側(切れ目72を入れた面)にスコア73を入れた後、スコア部を折り曲げて表面処理鋼板のみを切断する。この時、密着強度測定面においては、被覆樹脂は切断されることなく、切断分離された表面処理鋼板の両側に繋がったまま残っている。
 次いで、図13に示すように、試片ホルダー74の試片挿入部74aに片端部71aを挿入して、試片71を試片ホルダー74に固定した後、試片ホルダー74の上部74bと試片71の他方の端部71bとを、引張試験機の両チャック部で挟んで引張り、被覆樹脂を表面処理鋼板から強制剥離して引張強度を測定し、この値をSピール強度とした。
 上記のようにして測定されるSピール強度は、試片の巾15mmにおいて、0.2kg/15mm以上であることが好ましい。Sピール強度が0.2kg/15mm未満であると、絞り加工後さらにストレッチ加工としごき加工を併用した製缶加工などの厳しい成形加工において安定した良好な加工密着性が得られない。
 本発明の樹脂被覆表面処理鋼板は、従来の樹脂被覆鋼板の欠点である密着性を改善することによって、加工性を低下させずに、耐腐食性を向上さたものであり、かつ、簡易な方法で連続製造が可能であり、優れた特性を有する樹脂被覆鋼板を安定して提供することができ、工業的な価値は極めて大である。
本発明の粒状金属錫を析出させた状態の表面処理鋼板の表面観察写真(SEM像)である。 通常ぶりきの表面観察写真(SEM像)である。 図1の表面処理鋼板を232℃以上に加熱し、錫めっきの溶融処理を行った状態の表面処理鋼板の表面観察写真(SEM像)である。 通常ぶりきの溶融処理後の表面観察写真(SEM像)である。 1stカップの缶壁(Sピール強度試験後の表面処理鋼板表面)を観察した表面観察写真(SEM像)である。 1stカップの缶壁(Sピール強度試験後の樹脂フィルム側表面)を観察した表面観察写真(SEM像)である。 従来の通常ぶりきの表面処理鋼板側の剥離界面を観察した表面観察写真(SEM像)である。 従来の通常ぶりきの樹脂フィルム側の剥離界面を観察した表面観察写真(SEM像)である。 Sピール強度測定用の試片の形状を示す平面図である。 Sピール強度測定用の試片の被覆樹脂フィルム面に切れ目を入れた状態を示す平面図である。 Sピール強度測定用の試片にスコアを入れた状態を示す平面図である。 スコアを入れた部分の形状を示すSピール強度測定用の試片の部分断面図である。 Sピール強度測定用の試片を試片ホルダーに入れて強度測定をする状態を示す概略斜視図である。
71:試片
71a:試片の一方の端部
71b:試片の他方の端部
72:切れ目
73:スコア
74:試片ホルダー
74a:試片挿入部
74b:試片ホルダー上部

Claims (4)

  1. 鋼板表面に金属錫が不連続に粒状に分散し、鋼板表面の鉄の一部が露出している表面処理鋼板であって、
    前記鋼板表面に分散する粒状金属錫は、
    鋼板表面上に占める錫面積率が5~95%であり、
    錫量が0.1~13g/mであり、
    粒状金属錫の平均錫粒子サイズが0.5~50μmであることを特徴とする、錫を粒状に析出させた表面処理鋼板。
  2. 請求項1の表面処理鋼板を製造する方法であって、硫酸錫めっき浴を用いて、前記金属錫の析出を行うことを特徴とする錫を粒状に析出させた表面処理鋼板の製造方法。
  3. 錫を粒状に析出させた後、錫溶融処理をする請求項2の表面処理鋼板の製造方法。
  4. 請求項1の表面処理鋼板上に、樹脂層を積層することを特徴とする樹脂被覆鋼板。
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