JPH06344505A - フッ素樹脂フィルムを金属表面に被覆する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルム密着性に優れたフッ素樹脂フィルム
被覆鋼板を製造するための新規なフィルム被覆の方法を
提案する。 【構成】 必要に応じてプライマーの塗布などの下地処
理をした金属を、 250〜450 ℃の温度に加熱し、その表
面にフッ素樹脂フィルムをロール加圧などによって仮圧
着し、その後フッ素樹脂フィルムとその下地金属表面と
の界面温度が 280℃以上の温度になるように再加熱す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、金属表面に、フッ素
原子を含有するフッ素樹脂フィルムを被覆する方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、フッ素樹脂フィルムは、耐食性
や耐汚染性、耐付着性、耐熱性、不燃性等の性質に優れ
ていることから、もしステンレス鋼板などに強固にラミ
ネートできれば、該フィルムのかかる特性をステンレス
鋼板のもつ優れた強度や加工性に付加することができる
ので、機能性に優れたラミネート鋼板が得られる。この
ようなラミネート鋼板があれば、パンやケーキ、菓子な
どを焼くために用いる焼型、食品調理器具および食品加
工器具、あるいは電子レンジ内板、炊飯器の内釜やガス
テーブルの天板のような加熱調理器具、さらにはレンジ
フード用素材のような厨房用品用材料等にも広く利用で
き、このような鋼材を工業的に製造する技術の確立が望
まれていた。

【０００３】これに対して、従来、特開昭61−137534号
公報、特開昭61−138567号公報あるいは特公昭63-11147
号公報などに見られる、いわゆるステンレス鋼板やめっ
き鋼板にフッ素樹脂を被覆した材料、特公昭59-16836号
公報や特公昭59-16837号公報などで提案している、いわ
ゆるAlめっき鋼板にフッ素樹脂を被覆した材料、あるい
は特公昭54-24434号公報、特公昭59-10304号公報、特開
昭63−126728号公報などで提案している、いわゆるAlま
たはAl合金材にフッ素樹脂フィルムをラミネートした材
料の開発などが既に提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、フッ
素樹脂フィルムを熱融着してなる鋼板は、耐食性、耐汚
染性、耐付着性、耐熱性、耐摩耗性や加工性が優れてい
る。しかしながら、フッ素樹脂フィルムは一般に、表面
張力が小さくかつ、強い非接着性を示すために、接着剤
によるラミネートが難しいという難点があった。特に４
フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル
共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プ
ロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）、４フッ化エチレン−エ
チレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）のように、１分子単位内
に２原子以上のフッ素原子を含むフッ素樹脂フィルム
は、今までのところ、金属表面への適当な接着方法は開
発されておらず、実用化が遅れているのが実情である。

【０００５】この点、本発明者らは、先に、アルミニウ
ム系めっき鋼板、亜鉛合金系めっき鋼板、およびステン
レス鋼板にフッ素樹脂と耐熱性樹脂の混合物を塗布し、
その上に同種樹脂のフィルムを貼ってロール圧下し、こ
のロール圧下時にフィルム−金属（鋼板）界面をフィル
ムの融点直上の温度に加熱して下地樹脂層と融着する方
法を見いだし、特願平３−327744号として提案したが、
さらなる改良が望まれていたのである。すなわち、本発
明の目的は、耐熱性・耐久性・密着性に優れると共に、
耐食性、耐汚染性、耐付着性、耐摩耗性、加工性および
素材の剛性などの各種の特性に優れるフッ素樹脂フィル
ム被覆鋼板を製造するための新規なフィルム被覆の方法
を提案することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題解決の手段とし
て本発明では、必要に応じてリン酸塩処理、塗布型クロ
メート処理、フッ素樹脂と耐熱樹脂を含有するプライマ
ー塗布のいずれかもしくはこれらを組み合わせた処理を
施したZnめっき鋼材、Zn−Al合金めっき鋼材、Zn−Fe合
金めっき鋼材、Zn−Ni合金めっき鋼材、Alめっき鋼材、
Al−Si合金めっき鋼材、55％Al−Zn合金めっき鋼材ある
いは、ステンレス鋼材等の金属表面を加熱し、この金属
表面の温度が 250〜450 ℃の温度の時に、ＰＦＡ，ＦＥ
Ｐ，ＥＴＦＥなどのように１分子単位内に２原子以上の
フッ素原子を含む接着性の悪いフッ素樹脂フィルムを、
ロール圧下によって仮圧着させる工程と、フッ素樹脂フ
ィルムを仮圧着した金属表面と、該フッ素樹脂フィルム
層との界面温度が 280℃以上の温度になるように再加熱
することによって、フッ素樹脂フィルムを金属表面に高
い密着力をもって被覆する有利な方法を提案する。

【０００７】

【作用】本発明は、第１に、加熱したフッ素樹脂フィル
ムを、ロール圧下によって金属（以下、「鋼板」の例で
述べる）表面に仮圧着させることが必要である。この仮
圧着の工程では、フッ素樹脂フィルムを鋼板表面にロー
ル加圧するとき、予め該鋼板表面またはプライマー処理
面の表面温度が 250〜450 ℃になるように、加熱しなけ
ればならない。なお、このときの鋼板等の表面温度を上
記の範囲においてどの程度にするかは、フィルムの種類
や厚さ、圧着ロールの表面温度等によって制御する。例
えば、熱処理鋼板またはプライマー処理鋼板をトンネル
炉に通板して加熱し、その後炉から出してフィルムのロ
ール圧下を行うような場合には、予め温度降下分だけよ
り高温に加熱することが必要である。経験によれば、温
度降下分は板厚、通板速度、炉と圧下ロールの間の距離
等の因子により影響されるが、普通は10〜50℃であり、
この分は余分に加熱することが肝要である。

【０００８】鋼板の温度を上記の範囲に限定する理由
は、フィルム被着面の温度が 250℃に満たない場合、フ
ッ素樹脂フィルムの接着面が溶融しないためにフィルム
と鋼板表面または、フィルムとプライマーとの接着が不
十分となるからである。一方、前記表面温度が 450℃を
越える場合、フィルム自体が圧着時に融解して切断する
ことになるためである。

【０００９】鋼板の加熱には一般的な熱風式のトンネル
炉が用いられる。その他、電磁誘導加熱炉を用いてもよ
い。むしろ、電磁誘導加熱の方が好ましい。この理由
は、電磁誘導加熱においては、鋼板を発熱させるため
の、仮圧着工程においてプライマーを用いた場合には、
プライマーが内側（鋼板側）から加熱されるため溶剤の
残存が少なくなるからである。また、後述の再加熱工程
においても、鋼板とフィルムの界面を十分に加熱するこ
とができるためにフィルムの密着性が向上することによ
る。

【００１０】さて、本発明者らの研究では、単に上記し
た仮圧着の工程を経て接着したフィルムの密着性につい
て検査したところ、実用上はなお不十分であることが判
った。そこで、フィルムの密着性をさらに向上させる方
法を鋭意研究した結果、上記の工程を経て仮圧着を終え
たフィルム被覆鋼板を、さらに 280℃以上の温度に再加
熱することにより、接着強度が大幅に増加することを見
出し、本発明を完成した。

【００１１】すなわち、かかる再加熱工程において、仮
圧着したフッ素樹脂フィルムと鋼板との界面を 280℃以
上の温度に再加熱すると、上述したようにフィルムの接
着強度が飛躍的に増大するのである。この再加熱によっ
てフィルムの接着強度が向上する理由は、加熱した鋼板
面にフィルムをロール圧着した際に、ロールとフィルム
への熱伝達により界面がフィルムの融点より低温にまで
冷却されるが、その界面を再加熱することによって、界
面では再び溶融状態となり、今度は拡散接着作用が進行
するようになり、このことが両者の接着力を向上させる
ものと推定される。なお、この再加熱の温度は 280℃以
下では接着力の向上効果はほとんどなく、一方、上限は
特に限定しないが、貼るフッ素樹脂フィルムが熱分解し
ない温度が上限となる。例えば、耐熱性の比較的高いＰ
ＦＡフィルムでは約450 ℃となる。また、プライマーを
用いた場合は 450℃を超えるとプライマー樹脂の熱分解
による密着性低下も懸念されるので、自ら限界がある。

【００１２】なお、上記再加熱の処理は、仮圧着工程の
後、一旦室温まで冷却してから行ってもよく、また、フ
ィルムをロール圧下の直後に引き続いてトンネル炉内を
通過させることによって加熱するだけでも良い。さらに
圧着効果をより向上させるためには、該再加熱の直後に
該再加熱フィルム圧着板をロール加圧しても良い。その
後、フィルム圧着した鋼板の再加熱後の処理は、放冷に
よる徐冷あるいは水冷等の急冷を行うが、いずれの方法
によって冷却しても接着強度への影響は無視てきる程度
である。

【００１３】本発明において、処理対象となる基材金属
としては、上掲の鋼板, 例えば、亜鉛めっき鋼材、亜鉛
−アルミニウム合金めっき鋼材、亜鉛−鉄合金めっき鋼
材、亜鉛−ニッケル合金めっき鋼材、アルミニウムめっ
き鋼材、アルミニウム−シリコンめっき鋼材、55％アル
ミニウム亜鉛合金めっき鋼材あるいはステンレス鋼材な
どが好適に用いられる。これらの金属のうちそれが鋼板
の場合、厚さは 0.2〜1.6 mm程度のものが好ましい
が、特に限定されるものではない。例えば、ガスコンロ
天板のように耐熱要求の高い用途では、アルミニウムめ
っき鋼板やステンレス鋼板が適している。また、ＰＦＡ
のように高融点のフッ素樹脂フィルムで高いフィルム密
着性を得るには、再加熱も 400℃前後の高温となるた
め、そのような要求には亜鉛めっき鋼板等では、めっき
層が溶解してしまい製造ができない。

【００１４】次に本発明において、上記金属素材の上に
被覆するフッ素樹脂フィルムとしては、特に接着性の悪
い１分子単位内に２原子以上のフッ素原子を含むフッ素
樹脂フィルム, 例えば、４フッ化エチレン−パーフルオ
ロアルコキシエチレン共重合樹脂（ＰＦＡ）フィルム、
４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合樹脂（Ｆ
ＥＰ）、４フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（ＥＴ
ＦＥ）の如き熱可塑性樹脂フィルムを使用するときに効
果がある。このフッ素樹脂フィルムの厚さは、特に限定
するものではないが、10〜100 μｍの厚さのものが好ま
しい。なお、これらのフィルムは元来無色透明である
が、着色のために顔料粉末が配合されたものや機能性付
与のために添加物を含有したり、何らかの処理をされた
ものでも同様に利用できる。

【００１５】また、本発明においては、フィルムの仮圧
着工程の前に、必要に応じ下地処理を行う。この下地処
理は、プライマーの塗布によって行う。また、この下地
処理としてプライマーの塗布をしない場合、その他の前
処理方法として、ショットブラストやワイヤーブラッシ
ング等で研磨した後に、酸洗または電解エッチングを施
す一般的な方法、あるいは塗布型クロメート処理を行っ
てもよい。また、ステンレス鋼板の場合には、単にプラ
イマー処理するだけではなく、塗布型クロメート処理を
してからプライマーを処理するとフィルム接着強度、耐
熱性, 耐久性が格段に向上する。

【００１６】次に、基地鋼板の下地処理のためのプライ
マーとしては、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、４
フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル
共重合樹脂（ＰＦＡ）、４フッ化エチレン−６フッ化プ
ロピレン共重合樹脂（ＦＥＰ）、４フッ化エチレン−エ
チレン共重合樹脂（ＥＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオ
ロエチレン、ポリビニリデンフルオライドなどから選択
されるフッ素樹脂粉末と、ポリエーテルサルホン（ＰＥ
Ｓ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイ
ミド、ポリアミドイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹
脂、フェノール樹脂などから選択された耐熱性樹脂、と
の混合樹脂の水溶媒系または有機溶媒系のプライマーが
好適に用いられる。かかるフッ素樹脂と耐熱性樹脂との
混合割合は、重量比で１：99〜95：５の範囲とすること
が好ましい。

【００１７】プライマーの膜厚としては、乾燥後で３〜
15 g/m² が好適であり、３ g/m² 以下ではプライマーと
しての接着強度の改善効果が乏しく、15 g/m² 以上は効
果が飽和する上、加工時のフィルム密着性低下やプライ
マー中残留ガスによるワキ発生等から好ましくない。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明の実施例を比較例と対比して
説明する。 実施例１〜10 ＰＦＡとＰＥＳおよびＰＰＳが１：２：１の混合樹脂を
含有するプライマーを設けてなる各種鋼板に、フッ素樹
脂フィルムを熱融着して製品を得た。 実施例11〜12 ＦＥＰとＰＥＳが１：２の混合樹脂を含有するプライマ
ーを設けてなる各種鋼板に、フッ素樹脂フィルムを熱融
着して製品を得た。 実施例13〜16 塗布型クロメート処理による下地処理を施してなる各種
鋼板に、フッ素樹脂フィルムを熱融着して製品を得た。 比較例１〜５ 上記実施例の比較として比較例１〜５の各種鋼板に、フ
ッ素樹脂フィルムを熱融着して製品を得た。それぞれの
製造条件を表１にあわせて示す。また、各製品の一時密
着性、耐摩耗性、耐熱・耐久性および耐食性についての
性能試験結果を表２に示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】なお、上記実施例１〜16、比較例１〜５の
フッ素樹脂フィルム熱圧着条件において圧着ロール温度
は 150℃、ロール線圧は 0.3 kg/cmとした。また塗布型
クロメートの処理条件は、クロム付着量30 mg/m²とし、
150℃×30秒の乾燥をおこなった。

【００２２】また、上掲の例における試験項目と試験方
法および判定方法は、次の条件で行った。 密着性試験 JIS Z 6744の井型エリクセン試験法に準じて行う。井型
エリクセン試験法に用いる試験片は、前もって沸騰水中
に１時間および２時間浸漬後、30分自然乾燥したものと
沸騰水中に浸漬しない３種類を用意し、井型を入れた部
分をエリクセン試験機で６mm押し出した後、押し出し部
のフィルム切り口をナイフで浮かし、ピンセットでつか
み強制的にフィルムを剥離する。評価基準は表３に示す
とおりであり、３種類ともフィルムを浮かすことができ
ない場合を評価点５とした。

【００２３】

【表３】

【００２４】耐熱・耐久性試験 実施例、比較例の方法で得られた鋼板に、JIS Z 6744の
井型エリクセン試験法に準じて試験片を調整し、エリク
セン試験機で６mm押し出した後、 250℃の雰囲気で加熱
し、試験時間 100時間までは、10時間毎に、押し出し部
のフィルムの切り口をナイフで浮かし、ピンセットでつ
かみ強制的にフィルムを剥離する。評価はフィルム密着
性が劣化してフィルムが剥離するまでの時間で評価し
た。試験 100時間以上では同様に50時間毎に評価し、 5
00時間まで試験を行った。

【００２５】耐食性試験 実施例、比較例の方法で得られた鋼板を、70×150 mmの
試験片とし、試験片の切り口端面および裏面をシール
し、平面部に素地に達するまでのクロスカットを入れ、
JIS Z 6744の塩水噴霧試験に準じて試験した。評価は、
200時間試験後の試験片の状態を以下の基準で行った。 ○：錆、ブリスター、被膜剥離なし △：ブリスターまたは被膜剥離、もしくはクロスカット
部に錆が発生 ×：ブリスターまたは被膜剥離、クロスカット部に錆が
発生

【００２６】以上述べた各試験の結果から、本発明方法
に従ってまずフッ素樹脂フィルムを加熱し、仮圧着した
鋼板をさらに 280℃以上の温度に再加熱してなる製品に
ついては接着強度が大きく、特にフッ素樹脂と耐熱樹脂
との混合樹脂によるプライマー下地処理を施した鋼板の
表面に熱融着したフッ素樹脂フィルムを再加熱して得た
フッ素樹脂被覆鋼板の場合はフィルム密着性、耐食性の
みならず、耐熱・耐久性および耐付着性のいずれもが優
れた製品となった。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかるフ
ッ素樹脂フィルム被覆鋼板によれば、フィルム密着性、
耐食性、耐熱・耐久性および耐付着性がともに優れる
他、鋼板の特性である剛性にも優れるために、調理加工
器具用素材、厨房設備用素材、電子レンジの内板、ガス
テーブルの天板等の用途の他、電子部品用素材、プリン
ト基板等の分野などへも適用でき、広い用途に適合する
安価で優れた素材を供給することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 250〜450 ℃の温度に加熱した金属表面
   にフッ素樹脂フィルムを仮圧着する工程と、フッ素樹脂
   フィルムとその下地金属表面との界面温度が280℃以上
   の温度になるように再加熱する工程、とを経ることを特
   徴とするフッ素樹脂フィルムを金属表面に被覆する方
   法。
2. 【請求項２】 鋼板へのフッ素樹脂フィルムの仮圧着に
   先立ち、その鋼板表面にフッ素樹脂と耐熱性樹脂との混
   合樹脂からなるプライマーを、乾燥後の重量で３〜15 g
   /m² の厚さに予め塗布することを特徴とする請求項１に
   記載のフッ素樹脂フィルムを金属表面に被覆する方法。
3. 【請求項３】 金属表面の加熱もしくはプライマー塗布
   後の加熱またはフィルム圧着後の加熱の少なくともいず
   れか１つの加熱を誘導加熱することを特徴とする請求項
   １または２に記載のフッ素樹脂フィルムを金属表面に被
   覆する方法。