JP3219002B2

JP3219002B2 - セメント含有材料との密着性に優れた表面処理鋼板

Info

Publication number: JP3219002B2
Application number: JP00389897A
Authority: JP
Inventors: 正規辻; 久雄吉森
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 2001-10-15
Anticipated expiration: 2017-01-13
Also published as: JPH10204651A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モルタル、コンク
リートなどのセメント含有材料との密着性に優れた表面
処理鋼板に関する。本発明の表面処理鋼板は、近年需要
が拡大しているインテリジェントビル等で床材として使
われるフリーアクセスフロアー材として好適である。

【０００２】フリーアクセスフロアーとは、下部に配線
を通す空間をあけてパネル化した床材を敷きつめた構造
の床であり、配線を変更する必要のある部分のパネルだ
けを取り出して工事することにより配線の変更を容易に
実行できるので、近年のＯＡ化の進展に伴って急速に普
及している。

【０００３】フリーアクセスフロアー用の床材（以下、
フリーアクセスフロアー材という）には各種の構造のも
のがあり、例えば、鋼の厚板そのものも利用されている
が、重量が重くなることから、鋼の薄板（鋼板）から中
空のフロアーパネルセグメントを作成し、床のたわみ強
度を確保するために、その内部にモルタル（セメントと
砂）を注入して床材としたものが知られている。この鋼
板の中空パネルの内部にモルタルを注入したフリーアク
セスフロアーの場合、たわみ易い鋼板にモルタルが堅固
に密着すれば (即ち、鋼板とモルタルとの密着性が高け
れば) 、床のたわみ強度が大きく向上するので、鋼板に
はセメント含有材料との優れた密着性が望まれる。

【０００４】

【従来の技術】従来より、建材分野においては、コンク
リート（セメントと砂と砂利）と鋼材との密着性確保の
試みがなされてきた。例えば、予め引張力が負荷されて
使用されるプレストレストコンクリート (ＰＣ) 用鉄筋
においては、コンクリートとの密着性を向上させるため
に、丸棒ではなく、突起、溝、凹み等を設けた形状の棒
材が使用されている。

【０００５】また、鉄筋の耐食性を改善するため、鉄筋
にめっき、特に亜鉛系めっきを施すことが行われている
が、ＰＣ用鉄筋では、鉄筋の変形時に亜鉛系めっき層が
追随できず、めっき層が鉄筋から剥離し、この剥離が原
因で鉄筋とコンクリートとの密着性も著しく低下すると
いう問題があり、特開平３−144048号公報では、亜鉛系
めっきの代わりに、Pb、Sn、In、Bi等の塑性流動性の高
い (従って、鉄筋の伸縮に追随できる) 低融点金属の１
種もしくは２種以上をＰＣ用鉄筋の表面に被覆すること
で、コンクリートとの密着性の向上を図っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
したようなモルタルやコンクリートといったセメント含
有材料と密着させる用途に使用するのに適した、セメン
ト含有材料との密着性に優れた表面処理鋼板を提供する
ことである。

【０００７】本発明のより具体的な目的は、前述した中
空パネル形状の鋼板の内部にモルタルを注入したフリー
アクセスフロアーに使用するのに適した、内部に注入す
るモルタル（従って、セメント）との密着性が高く、床
のたわみ強度を改善することができる表面処理鋼板を提
供することである。

【０００８】セメント含有材料との鋼板の密着性と高め
る手段として、特開平３−144048号公報に記載の手段を
採用することが考えられる。しかし、Pb、Sn、In、Bi等
の金属を鋼板表面に被覆しても、鋼板に対しての犠牲防
食効果が無く、傷等の発生で鋼板の腐食が起こる。ま
た、Pb、Sn、In、Bi等の金属それ自体も腐食するため、
床材のように外観が問題となる用途には不適当である。
即ち、この手段は鉄筋には適していても、外観が問題と
なり、耐食性が必要な鋼板製の建材には適していない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上記目的を達成するために検討を重ねた結果、耐食性に
優れた亜鉛系またはアルミニウム系めっき鋼板を使用
し、これをシリカと有機樹脂を含有するクロメート処理
液で処理すると、シリカとの共存によって比較的多量の
樹脂が処理液中によく分散すること、得られたクロメー
ト皮膜は樹脂の接着作用によりモルタルやコンクリート
との高い密着性を示し、かつ樹脂とシリカの共存により
耐食性も一段と向上することを見出し、本発明に到達し
た。

【００１０】ここに、本発明は、亜鉛系もしくはアルミ
ニウム系めっき鋼板のめっき面上に、シリカ／Crの重量
比＝ 0.1〜20、樹脂固形分／Crの重量比＝ 0.1〜20、か
つ樹脂固形分／シリカの重量比≦１となるようにシリカ
および有機樹脂を含有するクロメート皮膜を、Cr換算で
５〜120 mg/m²の付着量で有することを特徴とする、セ
メント含有材料と密着させる用途に使用される表面処理
鋼板である。

【００１１】好適態様においては、前記樹脂はアクリル
系、エポキシ系、ニトリルゴム系、塩化ビニル系、およ
びウレタン系樹脂から選ばれる。本発明によれば、上記
表面処理鋼板からなるセメント含有材料との密着用途に
使用する建材、ならびに中空パネル形状の前記表面処理
鋼板からなる、内部にモルタルを注入して使用するフリ
ーアクセスフロアー材、も提供される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の表面処理鋼板は、図１に
模式的に説明するように、母材鋼板の表面に亜鉛系またはアルミニウム系めっき層とクロメート
層という２層皮膜を有している。この２層皮膜は、図示
のように、鋼板の両面に有することが好ましいが、場合
によっては、セメント含有材料 (モルタル、コンクリー
ト等) と密着させる側の片面だけに設けてもよい。

【００１３】めっき鋼板母材鋼板の鋼種は特に限定されず、炭素鋼でも合金鋼で
もよい。母材鋼板は、通常は冷延鋼板であり、特に高張
力冷延鋼板が好ましい。この鋼板に、めっき処理とクロ
メート処理とを行う。この２種類の処理は、同じ処理ラ
インで鋼板の帯板に連続的に実施してもよく、或いは別
個の処理設備で実施してもよい。例えば、市販の亜鉛系
またはアルミニウム系めっき鋼板にクロメート処理を施
して、本発明によるクロメート皮膜を持った表面処理鋼
板を製造してもよい。

【００１４】亜鉛系またはアルミニウム系めっきのめっ
き種は、亜鉛またはアルミニウムを主成分とする限り、
特に制限されない。亜鉛系めっきの例としては、純Znめ
っき、ZnとNi、Co、Al、Fe、Ｗ、Cr、Mo、Si、Pb、Sb、
Mn等の１種もしくは２種以上の金属との合金めっき、さ
らにはZnまたはZn合金と炭素および／もしくは金属酸化
物等との共析めっき、合金化溶融亜鉛めっき等が挙げら
れる。アルミニウム系めっきの例としては、純Alめっ
き、AlとZn、AlとZnとSiなどの合金めっきが挙げられ
る。好ましいめっき種は、純Zn、純Al、Zn−Ni、Zn−Al
(特に5%Alもしくは55%Al)、Zn−Fe (合金化溶融亜鉛め
っきを含む) などである。

【００１５】めっき方法も特に限定されず、電気めっ
き、溶融めっき、蒸着めっき、溶融塩電解めっきなど、
めっき種やめっき付着量に応じて適当な方法を選択すれ
ばよい。めっき付着量は、片面当たりで５〜150 g/m²の
範囲内が好ましく、より好ましくは10〜100 g/m²であ
る。めっき付着量が少なすぎると耐食性が不足し、多す
ぎると、不経済である上、加工性が低下して、加工時等
にめっき皮膜が剥離することがある。

【００１６】なお、めっき層は１層で十分であるが、２
層以上のめっき層を持つ複層めっき鋼板とすることもで
きる。その場合には、少なくとも最上層が亜鉛系または
アルミニウム系めっきであればよい。

【００１７】クロメート皮膜本発明により亜鉛系またはアルミニウム系めっき鋼板の
めっき面の上に形成するクロメート皮膜は、シリカと有
機樹脂とを含有する。このようなクロメート皮膜は、シ
リカと有機樹脂を分散させたクロメート処理液から形成
することができる。

【００１８】基本となるクロメート処理液は、クロム酸
の水溶液を使用することが好ましく、適当な還元剤
(例、グリコール等の多価アルコール、ジカルボン酸類
など) で予め部分還元した部分還元クロメート処理液で
もよい。クロメート処理液のCr含有量は特に制限されな
いが、CrO₃換算で10〜100 g/L の範囲内が好ましい。

【００１９】クロメート処理液にシリカを添加すると、
形成されたクロメート皮膜中でシリカが三次元網目構造
を形成して分布するため、皮膜が緻密になり、耐食性向
上、塗装密着性向上、耐指紋性向上といった効果があ
る。

【００２０】これ以外のシリカ添加の効果として、シリ
カのもつシラノール基による処理液中の他成分に対する
水和効果がある。即ち、シリカは、そのシラノール基が
樹脂中の官能基との間で水素結合を生じることにより、
樹脂を吸着することができ、この吸着によって、比較的
多量の樹脂をクロメート処理液中に分散させることが可
能となる。

【００２１】本発明では、この樹脂の分散効果と耐食性
向上の効果を得るために、シリカをクロメート処理液に
添加する。シリカとしては、気相法で製造されたコロイ
ド状シリカ (ヒュームドシリカ、乾式シリカ等とも呼ば
れる) より、湿式法で製造されたコロイド状シリカ (コ
ロイダルシリカ、湿式シリカ、水性シリカ等とも呼ばれ
る) の方が、クロメート処理液中での分散性に優れてい
ることから好ましい。シリカの平均粒径は、10〜100 nm
の範囲内がよい。

【００２２】クロメート処理液中のシリカの含有量は、
シリカ／Crの重量比が 0.1〜20の範囲内となるようにす
る。シリカ添加量がシリカ／Crの重量比で0.1 未満と少
なくなると、耐食性向上への効果が減少し、後述する必
要な量の樹脂をクロメート処理液中に分散させることも
困難となる。一方、シリカ／Crの重量比が20を越える
と、クロメート処理液の安定性が劣化し、ゲル化し易く
なる。好ましいシリカの添加量はシリカ／Crの重量比が
0.25〜10、より好ましくは３〜７である。

【００２３】クロメート処理液に、シリカに加えて、有
機樹脂を添加すると、樹脂が示す接着性により、セメン
ト含有材料との密着性が高まる上、セメント中に含まれ
るアルカリ成分がセメント含有材料から浸出してきた時
にアルカリ成分を樹脂が捕捉して、下地のめっき皮膜が
アルカリにより腐食するのを防止し、めっき皮膜を健全
に保持する効果が得られる。

【００２４】有機樹脂としては、シリカを含有するクロ
メート処理液中に分散可能であって、分子中に多くの極
性基を有するものが好ましい。一般にエマルジョン樹脂
と呼ばれる、水分散性の樹脂が好適である。本発明で使
用するのに適した樹脂としては、アクリル系、エポキシ
系、ニトリルゴム系、塩化ビニル系、ウレタン系等があ
り、１種もしくは２種以上を使用しうる。これらの樹脂
系は、すべて接着剤として使用されているものであり、
分子中に多くの極性基を有しているので、シリカの助け
を借りてクロメート処理液中に分散させることができ、
かつクロメート皮膜中でその接着効果とアルカリ分捕捉
効果を大いに発揮することができる。

【００２５】クロメート処理液中の有機樹脂の含有量
は、樹脂固形分／Crの重量比が 0.1〜20、かつ樹脂固形
分／シリカの重量比が１以下となる量とする。即ち、樹
脂固形分の含有量は、シリカの含有量を越えないよう
に、シリカの含有量と同じか、それより少なくする。こ
の重量比の下限は特に制限されないが、好ましくは0.08
以上であり、さらに好ましくは0.15以上である。

【００２６】発明者の実験によると、樹脂／シリカの重
量比が１を超えると、樹脂分の沈降、凝集が発生する。
その原因は明確ではないが、樹脂とシリカの重量比が
１：１で前記の吸着が起こるため、過剰の樹脂分が存在
すると沈降するものと考えられる。

【００２７】一方、樹脂固形分／Crの重量比が0.1 より
小さいと、樹脂成分が鋼板のめっき表面を完全に被覆す
ることが不可能となり、樹脂が発揮するセメント含有材
料への密着性の向上効果とセメントより流出するアルカ
リ分捕捉効果が不十分となる。この重量比が20を超える
と、樹脂含有量がシリカ含有量より多くなるか、或いは
シリカもシリカ／Crの重量比が20を超えるように多量に
添加することになり、前者では樹脂が凝集し易くなり、
後者では液のゲル化が起こり易くなり、いずれの場合も
クロメート処理液の安定性が著しく低下する。好ましい
樹脂含有量は、樹脂固形分／Crの重量比で0.25〜10、よ
り好ましくは３〜７である。

【００２８】クロメート処理液には、上記成分以外に、
耐食性向上等の目的で、リン化合物(例、リン酸、次亜
リン酸) およびフッ素化合物 (例、フッ酸、ケイフッ
酸) の１種もしくは２種以上を添加することができる。
その場合の添加量は、添加化合物／Crの重量比が、リン
酸の場合で H₃PO₄／Cr＝ 0.2〜1.2 、ケイフッ酸の場合
でH₂SiF₆／Cr＝0.05〜0.3 の範囲内となる量とすること
が好ましい。また、樹脂の分散を助ける分散剤 (界面活
性剤) を添加することもできる。

【００２９】クロメート処理は、塗布型クロメート処理
に準じて実施すればよい。即ち、クロメート処理液をス
プレー、ロール塗布、浸漬等の手法で、亜鉛またはアル
ミニウム系めっき鋼板のめっき面上に塗布した後、加熱
して塗膜を乾燥させると、シリカと有機樹脂とを含有す
るクロメート皮膜がめっき面上に形成される。乾燥温度
は、50〜200 ℃の範囲が好ましい。

【００３０】クロメート皮膜はCr換算の付着量が５〜12
0 mg/m²となるように形成する。一般的なクロメート処
理の目的は、下地めっき層の防錆にあるが、本発明で
は、さらにクロメート皮膜中に含有する樹脂によるセメ
ント含有材料への密着性向上効果とアルカリ捕捉効果を
得ることが加わる。これらの効果を十分に得るには、Cr
換算で５mg/m²以上の付着量が必要となる。一方、付着
量がCr換算で120 mg/m²を超えると、クロメート皮膜が
厚くなりすぎ、応力が加わった時に、モルタルやコンク
リートなどのセメント含有材料との界面ではなく、クロ
メート皮膜内で凝集破壊が優先的に生ずるようになり、
セメント含有材料との密着性が劣化する。好ましい付着
量はCr換算で８〜80 mg/m²、より好ましくは10〜50 mg/
m²である。

【００３１】本発明の表面処理鋼板は、シリカを含むク
ロメート皮膜を有するめっき鋼板に固有の良好な耐食性
に加えて、セメント含有材料との優れた密着性を示す。
しかも、セメント含有材料と密着させて使用した時に、
セメントからアルカリ分が流出してきても、クロメート
皮膜中の樹脂がアルカリ分を捕捉することで、めっき層
を健全に保持することができるので、長期的に耐食性が
確保される。

【００３２】これらの性能により、本発明の表面処理鋼
板は、セメント含有材料と密着させて使用する建材に好
適である。このような建材の例は床材である。重量が加
わる床材では鋼板だけでは撓んでしまうので、モルタル
等の剛性材料と組合わせる必要がある。その際に、鋼板
がモルタルと密着していると、たわみ強度が向上し、高
強度の床材となる。

【００３３】例えば、前述したフリーアクセスフロアー
に適用する場合には、本発明の表面処理鋼板から中空の
フロアーパネルセグメント (例、縦横が30〜50 cm で厚
みが３〜７cm程度の中空パネルで、モルタルの注入口を
有する）を、プレス成形により作製してフリーアクセス
フロアー材として利用する。接合部は溶接、かしめ、接
着などにより接合する。このフリーアクセスフロアー材
の中空部にモルタルを注入し、放置してモルタルを硬化
させ、インテリジェントビルやＯＡフロアの床材として
利用する。

【００３４】

【実施例】表１に示すめっき種と付着量 (片面当たりの
量) を持つめっき鋼板の片面のめっき面上に、表１に示
す組成のクロメート皮膜を形成した。クロメート処理液
は、部分還元クロム酸水溶液 (全Cr含有量はCrO₃として
12 g/L )に、表１に示す量でシリカ (スノーテックス
Ｏ、日産化学製の湿式シリカ、平均粒径20 nm)と有機樹
脂を添加し、攪拌機で十分に攪拌してシリカと樹脂を分
散させた後、場合によりリン酸もしくはフッ酸を添加す
ることにより調製した。

【００３５】使用した樹脂は、次の通りであり、いずれ
もエマルジョン樹脂であった。アクリル樹脂：モビニールDM774(ヘキスト合成製) エポキシ樹脂：EA12 (カネボウNSC 製) ニトリルゴム：タフチックF(東洋紡製) 塩化ビニル樹脂：ビニブラン386(日信化学工業製) ウレタン樹脂：AP-20(第日本インキ製) 。

【００３６】クロメート処理液は常温で24時間放置して
から使用した。この間に、比較例の一部のクロメート処
理液は、シリカ量が多すぎたためにゲル化したり、或い
はシリカより樹脂の量が多くなるか、シリカを添加しな
かったために、樹脂が凝集し、使用することができなか
った。

【００３７】残りのクロメート処理液をめっき面上にロ
ール塗布し、最高到達板温120 ℃で５分間乾燥させてク
ロメート皮膜を形成した。得られた表面処理鋼板の試験
片を用いてモルタル (即ち、セメント含有材料) との密
着性および耐食性を下記の要領で調べた。これらの試験
結果も、表１に一緒に示す。

【００３８】セメント含有材料密着性小野田セメント製ポルトランドセメントと骨材の砂と水
とを、骨材：セメント：水＝１：１：0.5 の割合でよく
混合してモルタルを調製した。このモルタルを20×20 c
m の試験片のクロメート皮膜の上に平らに塗工し、戸外
の日陰にて３週間自然乾燥することにより、モルタルと
密着させた試験片を作成した。

【００３９】セメント含有材料密着性は、試験片の鋼板
を変形させることにより、その上に塗工したモルタルを
鋼板から引き剥がし、鋼板上のモルタル残存面積率で評
価した。つまり、鋼板のモルタルへの密着性が高けれ
ば、引き剥がし時にはモルタル−鋼板界面での剥離は生
じないので、残存面積率が高いほど、セメント含有材料
密着性が高いことになる。試験結果は次の基準で判定し
た。評点１と２だけが合格である。

【００４０】１：モルタル残存面積率が95％以上、２：モルタル残存面積率が70％以上、95％未満、３：モルタル残存面積率が30％以上、70％未満、４：モルタル残存面積率が10％以上、30％未満、５：モルタル残存面積率が10％未満。

【００４１】耐食性 JIS Z-2371に準ずる塩水噴霧試験を72時間実施し、クロ
メート皮膜上の白錆発生面積率により、下記基準で判定
した。評点１だけが合格である。１：白錆発生面積率０％、２：白錆発生面積率10％未満、３：白錆発生面積率10％以上。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１からわかるように、本発明例の表面処
理鋼板はモルタルとの密着性と耐食性の両方ともが合格
であり、優れた水準にあった。しかし、比較例に示すよ
うに、クロメート皮膜のCr付着量が５mg/m² を下回る
か、クロメート皮膜にシリカを添加しないと、耐食性が
低下し、シリカおよび／または有機樹脂の添加量が不適
切であるか、クロメート皮膜のCr付着量が120 mg/m²を
超えると、モルタルとの密着性が低下した。

【００４４】

【発明の効果】本発明の表面処理鋼板は、シリカを含有
するクロメート皮膜で被覆しためっき鋼板に固有の非常
に優れた耐食性に加えて、モルタル、コンクリートなど
のセメント含有材料との密着性にも優れており、さらに
樹脂がアルカリを捕捉することによって高い耐アルカリ
性を示すため、アルカリを含んでいるセメント含有材料
と密着させてセメントからアルカリ分が流出してきて
も、下地のめっき皮膜までアルカリが到達せず、めっき
皮膜を健全に保持することができる。

【００４５】従って、本発明の表面処理鋼板は、モルタ
ルやコンクリートと密着させて使用する建材用途に適し
ており、それによりたわみ強度が改善された建材を得る
ことができる。中でも、フリーアクセスフロアーの施工
に利用される、内部にモルタルを注入して使用するため
の中空パネル形状のフリーアクセスフロアー材の製造に
使用するのに適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面処理鋼板の断面構造の説明図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−188614（ＪＰ，Ａ) 特開平８−333688（ＪＰ，Ａ) 特開平３−100180（ＪＰ，Ａ) 特開平２−243772（ＪＰ，Ａ) 特開平３−215681（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−103082（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 22/00 - 22/86 C23C 28/00 E04F 15/024 601

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】亜鉛系もしくはアルミニウム系めっき鋼
板のめっき面上に、シリカ／Crの重量比＝ 0.1〜20、樹
脂固形分／Crの重量比＝ 0.1〜20、かつ樹脂固形分／シ
リカの重量比≦１となるようにシリカおよび有機樹脂を
含有するクロメート皮膜を、Cr換算で５〜120 mg/m²の
付着量で有することを特徴とする、セメント含有材料と
密着させる用途に使用される表面処理鋼板。
【請求項２】前記樹脂が、アクリル系、エポキシ系、
ニトリルゴム系、塩化ビニル系、およびウレタン系樹脂
から選ばれたものである、請求項１記載の表面処理鋼
板。
【請求項３】請求項１または２記載の表面処理鋼板か
らなる、セメント含有材料との密着用途に使用する建
材。
【請求項４】請求項１または２記載の中空パネル形状
の表面処理鋼板からなる、内部にモルタルを注入して使
用するフリーアクセスフロアー材。