JPH09169078A - 電着塗装性およびプレス成形性に優れた樹脂塗装鋼板 - Google Patents
電着塗装性およびプレス成形性に優れた樹脂塗装鋼板Info
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Abstract
ることができ、かつプレス成形性にも優れている樹脂塗
装鋼板を提供する。 【解決手段】 樹脂皮膜によって被覆された樹脂塗装鋼
板であって、樹脂皮膜は、ウレタン系樹脂、潤滑剤、無
機コロイド化合物と共に、シランカップリング剤を固形
分で1.0〜20重量%含むものであり、かつ樹脂皮膜
の付着量が0.1〜1.5g/m2 である。
Description
建材、家具、自動車用部材等に使用される電着塗装性お
よびプレス成形性に優れた樹脂塗装鋼板に関するもので
ある。
鉛または亜鉛系めっき鋼板の耐食性等を改善するために
鋼板表面に樹脂皮膜を形成させた樹脂塗装鋼板が広く用
いられている。しかし、これらの樹脂塗装鋼板は、電着
塗装を施すとピンホールや凹凸等の欠陥が生じて商品の
価値が著しく低下するといった問題が従来から指摘され
てきた。すなわち樹脂皮膜は導電性が低く電気抵抗が高
いので、電着塗装中は、樹脂皮膜の欠陥部といった電気
抵抗の小さい部分に電流が集中してスパークが発生し、
このスパークの発熱が電着塗膜を変質させるため、平滑
な電着塗膜が得られないのである。
脂あるいは有機・無機複合型樹脂を樹脂皮膜用組成物と
して用いた樹脂塗装鋼板が提案されている。例えば皮膜
用組成物として、ウレタン化エポキシ樹脂、親水性ポリ
アミド樹脂、シリカ粒子等を含むもの(特公平3−32
638号)、ポリアミド、ポリアミン、ポリイミン樹脂
の少なくとも1種とシリカの凝集粒子をバインダーであ
るエポキシ樹脂に配合したもの(特開平7−76785
号)等が挙げられる。これらの提案によって、電着塗装
後に中塗りや上塗り塗装が行われるため比較的薄い電着
塗膜を形成するだけで良いエポキシ系カチオン電着塗装
工程においては、ピンホールや表面凹凸等の欠陥発生は
ある程度抑えられる様になってきた。しかし、耐候性等
の特性が良くワンコート(電着塗装のみ)で厚い塗膜を
形成するために用いられるアクリル系カチオン電着塗料
の場合、ピンホールの発生は抑えられず、ユーザーが満
足できる塗装後外観は依然として得られていない。
くても良好なプレス加工性が発揮できるため、プレス加
工の際のプレス油飛散による環境悪化を改善する目的
で、特に強加工される製品や加工後に脱脂を省略する製
品に適用されている。このようなプレス加工性を重視し
た樹脂皮膜の素材としては、本願発明と同一出願人によ
って、ウレタン変成ポリオレフィン樹脂に固体潤滑剤と
してフッ素系樹脂粒子とシリカ粒子を添加したもの(特
開平03−17189号)、ウレタン系樹脂に球状ワッ
クス粒子とシリカ粒子を添加したもの(特開平6−29
2859号)、ウレタン系樹脂に球状ワックス粒子と鎖
状シリカを添加したもの(特開平7−171498号)
等が提案されており、これらの樹脂を被覆した樹脂塗装
鋼板が広く用いられている。しかしこれらの樹脂塗装鋼
板に電着塗装を施すと、やはりピンホール等の塗膜欠陥
や塗料のはじき等の問題が発生するため、改善が強く要
望されていた。
装後の外観に優れた電着塗膜を形成することができ、か
つプレス成形性にも優れている樹脂塗装鋼板を提供する
ことを課題とするものである。
びプレス成形性に優れた樹脂塗装鋼板は、樹脂皮膜によ
って被覆された樹脂塗装鋼板であって、その樹脂皮膜
は、ウレタン系樹脂、潤滑剤、無機コロイド化合物と共
に、シランカップリング剤を固形分で1.0〜20重量
%含むものであり、かつ樹脂皮膜の付着量が0.1〜
1.5g/m2 であるところに要旨を有する。
クリロイル基、ビニル基、アミノ基、エポキシ基よりな
る群から選択される1個以上の官能基を有する基と、S
i原子に直結する3個のアルコキシ基を有する化合物を
1種、または2種以上用いることが、電着塗装性向上の
ための本発明の好ましい実施態様である。
は0.5〜20重量%、また無機コロイド化合物は1〜
30重量%含まれていると、より優れたプレス成形性を
得ることができる。潤滑剤としては、ポリエチレンワッ
クス、パラフィンワックス等のワックス類;フッ素樹
脂、塩化ビニル樹脂等の潤滑性樹脂;ステアリン酸亜
鉛、ステアリン酸カルシウム等の金属石けん類;黒鉛、
二硫化モリブデン、窒化ホウ素、メラミン・シアヌル酸
付加物(例えば、三菱油化製「MCA」)等の劈開性を
有する固体潤滑剤等を1種または2種以上使用すること
が推奨される。無機コロイド化合物としては、シリカゾ
ル、アルミナゾル、チタニアゾル、ジルコニウムゾル等
の1種または2種以上の使用が好適である。
性およびプレス成形性に優れた樹脂塗装鋼板は、樹脂皮
膜として、ウレタン系樹脂とシランカップリング剤を組
み合わせたものを選択し、さらにこの樹脂皮膜の最適付
着量を見出したところに最大のポイントを有する。本発
明ではこの構成の採用によって、プレス油を使わずにプ
レス加工ができ、脱脂やりん酸塩処理電着塗装前処理も
不要で、しかも電着塗装後の外観に優れるという高性能
な樹脂塗装鋼板を提供することに成功した。以下本発明
を詳細に説明する。
体となる樹脂成分としてウレタン系樹脂を使用する。ア
クリル樹脂やポリエステル樹脂に比べ、得られる樹脂皮
膜の物性(密着性、耐衝撃性、加工性)等に優れるから
である。ウレタン系樹脂としては特に限定されず、ウレ
タン系塗料として市販されているもの、イソシアネート
モノマーと種々のポリオールによって合成されるもの
等、いずれも用いることができ、特に、得られる樹脂皮
膜のショアーD硬度(JIS−K7215により測定)
が30〜70であり、鉛筆硬度がH以上となるものがプ
レス加工性および耐食性の点から好ましく使用できる。
なお、ウレタン系樹脂成分としては、プレス加工性およ
び耐食性を損なわない範囲で、各種の変成が行われたも
のでもよい。
によって、樹脂塗装鋼板の電着塗装性が飛躍的に向上す
ることが見出されたため、樹脂皮膜中にシランカップリ
ング剤が1〜20重量%含まれていることを必須要件と
した。シランカップリング剤の添加によって、電着塗膜
と樹脂皮膜の密着性そして樹脂皮膜と鋼板の密着性が向
上し得られる塗装鋼板は高性能なものとなる。これは、
シランカップリング剤中の有機官能基によって、ウレタ
ン系樹脂と鋼板表面が化学的に結合して密着性を向上さ
せる作用と、シランカップリング剤の官能基が架橋剤的
に働くことにより緻密な皮膜が形成される作用と、水の
存在下でシランカップリング剤が加水分解して生成する
親水性のシラノール基によって水系の電着塗料との親和
性が高まり、樹脂皮膜表面と電着塗料との濡れ性が向上
する作用等の相乗効果によるものと考えられる。
て、電着塗膜の外観が非常に美麗なものとなるが、これ
は、シランカップリング剤の添加によって樹脂皮膜の表
面に微細な凹凸が生成し、この凹部が通電点となり得る
ためであると推測される。
ては、アルコキシ基か塩素といった加水分解性基と、官
能基を有するシラン化合物であれば特に限定されず使用
することができる。中でも本発明で好ましく利用できる
のは、官能基自身の反応性や、ウレタン系樹脂中の官能
基(例えばカルボキシル基やヒドロキシル基)との反応
性に優れた(メタ)アクリロイル基、ビニル基、アミノ
基、エポキシ基よりなる群から選択される1個以上の官
能基を有する基と、Si原子に直結した3個のアルコキ
シ基(メトキシ基および/またはエトキシ基)を有する
化合物である。ウレタン系樹脂との相溶性が良く、しか
も液安定性の良い最も好ましいシランカップリング剤の
具体例としては、γ−(メタクリロキシプロピル)トリ
メトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシ
ル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエト
キシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメ
トキシシラン等であり、これらの1種または2種以上を
使用することができる。
1.0〜20重量%含まれるべきである。1.0重量%
より少ない場合は、樹脂皮膜の通電点が確保できず、電
着塗料の樹脂皮膜への浸透性が不充分となって電着塗装
性が改善されない。また、樹脂皮膜が緻密に形成されな
いため、耐食性および加工時の耐疵付き性が劣ったもの
となる。一方、20重量%を超えると、樹脂皮膜表面の
凹凸が大きくなり過ぎて電着塗膜の外観を損ない、また
耐食性が劣化する。より好ましいシランカップリング剤
の量は5〜20重量%である。
ンカップリング剤の他に、潤滑剤と無機コロイド化合物
も必須的に樹脂皮膜中に含まれる。潤滑剤はプレス成形
性向上のために必要な成分である。プレス成形の際、樹
脂塗装鋼板は金型との間で厳しい摺動を受けるが、ウレ
タン系樹脂とシランカップリング剤のみからなる樹脂皮
膜では表面の摩擦が大き過ぎる。このため金型と鋼板と
の摺動部では局部的に200℃を超える高温になり、皮
膜の一部が軟化・分解して、疵付きが発生する。潤滑剤
を加えることにより、樹脂皮膜表面の摩擦係数が低下し
て潤滑性が向上するので、耐疵付き性、プレス成形性は
良好になる。
エチレンワックス、パラフィンワックス等のワックス
類;フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂等の潤滑性樹脂;ステ
アリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の金属石けん
類;黒鉛、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、メラミン・
シアヌル酸付加物(例えば、三菱油化製「MCA」)等
の劈開性を有する固体潤滑剤等を1種または2種以上用
いることが推奨される。
0重量%(固形分)であることが好ましい。潤滑剤が
0.5重量%よりも少ないときには、得られる樹脂皮膜
の潤滑性やプレス成形性の充分な向上が望めず、一方2
0重量%を超えると、潤滑性能の点では特に問題がない
ものの、得られる樹脂皮膜と鋼板との密着性が悪くな
り、プレス加工時に皮膜が剥離して金型に付着すること
による黒化現象が起こるため好ましくない。より好まし
い潤滑剤の含有量は、1〜10重量%である。
ド化合物について述べる。無機コロイド化合物として
は、シリカゾル、アルミナゾル、チタニアゾル、ジルコ
ニウムゾルの1種もしくは2種以上用いることができ
る。無機コロイド化合物を樹脂皮膜に含有させることに
より、シランカップリング剤の加水分解基と反応し、よ
り緻密な皮膜が形成するので、耐食性が向上する上、プ
レス成形時の樹脂皮膜の疵付きを抑制する。
0重量%(固形分)含有させることが好ましい。1重量
%より少ないと、得られる皮膜の耐食性およびプレス成
形時の耐疵付き性が不充分となり、30重量%を超える
と、無機コロイド化合物が増摩剤として作用するように
なり、皮膜の摩擦係数を高めて潤滑性を低下させ、その
結果加工後の外観を劣化させることがある。特に無機コ
ロイド化合物の効果を最大限に発揮させるには、含有量
を5〜20重量%の範囲にすることが推奨される。
樹脂皮膜を鋼板表面に設けるに当たり、各種成分の作用
を効果的に発現させるために、樹脂皮膜の付着量を0.
1〜1.5g/m2 とする必要がある。鋼板への付着量
が0.1g/m2 よりも少ない場合、目的とする潤滑効
果を得ることができず、プレス加工時の塗膜の疵付きが
大きい。また、耐食性も充分とは言えない。一方、付着
量が1.5g/m2 より多いと、プレス加工性・耐食性
は良好となるものの、電着塗装時にピンホールが発生し
外観を損ない、電着塗膜の密着性が低下する。従って、
電着塗装性、プレス成形性、耐食性を全ての特性をバラ
ンス良く発揮させるために、樹脂皮膜の付着量は0.1
〜1.5g/m2 と定めた。
特に限定されない。好適には、例えば溶融めっき法、電
気めっき法、蒸着めっき法等の製造方法によって作製さ
れた亜鉛系めっき鋼板(純Znめっき、Zn−Niめっ
き、Zn−Feめっき、Zn−Crめっき等)、あるい
はこれらにクロメート処理等の表面処理が施されたもの
が挙げられる。
ついて説明する。樹脂塗装鋼板は、ウレタン系樹脂、潤
滑剤、無機コロイド化合物およびシランカップリング剤
を必須成分として含む塗布液を、任意の塗布方法で、原
板鋼板(亜鉛系めっき鋼板やクロメート処理した亜鉛系
めっき鋼板等)の表面に塗布し、乾燥させることによっ
て製造すればよい。塗布方法には一切制限がなく、例え
ば、表面を清浄化し、あるいはクロメート処理を施した
亜鉛系めっき鋼板表面に、ロールコーター法、スプレー
法、カーテンフローコーター法等を用いて塗布する方法
が挙げられる。塗膜厚さの均一性や処理コスト、塗布効
率等を総合的に考慮して、最も実用上好ましいのは、ロ
ールコーターで塗布する方法である。なお、本発明の樹
脂塗装鋼板には、鋼板の片面のみ、または両面に樹脂皮
膜が形成されたもののいずれも含まれる。
プのいずれも使用可能であり、ウレタン系樹脂の樹脂塗
装鋼板の電着塗装性およびプレス成形性を大きく変化さ
せない範囲で、顔料、部分架橋剤、希釈溶媒、界面活性
剤、消泡剤、浸透剤、造膜助剤、増粘剤等の各種添加剤
を加えてもよい。
が、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・
後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全て
本発明の技術範囲に包含される。
を行った。樹脂塗布用の原板として、電気亜鉛めっき鋼
板(亜鉛付着量:20g/m2 )にクロメート処理(C
r付着量:20mg/m2 )を施したものを用いた。一
方、樹脂皮膜形成用組成物(樹脂塗布液)に使用するベ
ース樹脂としては、ショアーD硬度51のウレタン系樹
脂(第一工業製薬社製スーパーフレックス)、アクリル
樹脂(大日本インキ化学社製ボンコート)、ポリエステ
ル樹脂(三井東圧化学社製アルマテックス)を選択し
た。それぞれの樹脂塗布液には、シランカップリング剤
としてγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン:
10重量%、潤滑剤としてポリエチレンワックス:10
重量%、無機コロイド化合物としてコロイダルシリカを
SiO2 として10重量%を配合した。樹脂塗布液を良
く撹拌して均一に混合・分散させた後、原板表面に絞り
ロールを用いて、乾燥後付着量1g/m2 となるように
塗布した。これを80℃で乾燥させて樹脂皮膜を形成さ
せ、樹脂塗装鋼板を得た。
レス性能(疵付き、黒化)および耐食性の評価用供試材
と、電着塗装工程用の供試材に分けた。電着塗装条件は
以下の通りである。 電着塗料:日本油脂社製アクリルカチオン電着塗料「ア
クア4800」 浴温度 :28℃ 通電時間:2分間 通電電圧:160〜230V 塗膜膜厚:25μm 通電方法:ドカン法 水洗 :上水スプレー水洗 焼付条件:180℃×20分間
の評価を行った。樹脂塗装鋼板と、樹脂・電着塗装鋼板
の各性能評価結果を表1に示した。なお測定・評価方法
は以下の通りである。 (1)動摩擦係数の測定 樹脂塗装鋼板に対して、摺動試験装置を用いて加圧力1
50kgにおける摺動を行い、その荷重から動摩擦係数
を求めた。動摩擦係数は両面同時に測定し、測定結果は
両面の平均で表示した。 (2)プレス性能(疵付き、黒化) 単発プレス試験機を用いて樹脂塗装鋼板をプレス成形し
た後、成形品の摺動面の疵付きおよび黒化を評価した。
装鋼板の塩水噴霧試験を行い、耐食性について調べた。
測定結果は平板裸材のSST白錆1%発生時間を示す。 (4)電着塗膜の外観 電着塗装後の塗膜の外観について、ゆず肌状であるか否
か、またピンホールの発生があるかないかを、目視によ
って総合的に評価した。
碁盤目を設け、セロハンテープによる剥離試験を行っ
て、塗膜の剥離状況を目視評価した。 ・エリクセン試験 エリクセン試験装置を用いて、電着塗装後の鋼板を4.
5mm押し出した後、塗膜のクラックの発生状況を目視
評価した。
1/2インチの衝撃子を高さ300mmから落下させる
衝撃試験を行って、塗膜のクラック発生状況、またセロ
ハンテープ貼着後の塗膜の剥離状態を評価した。
脂を使用すると、アクリル樹脂やポリエステル樹脂に比
べ、プレス性能、耐食性、電着塗装性に優れていること
が明らかである。
についての検討 次にシランカップリング剤の添加量を検討した。実施例
1で用いたウレタン系樹脂塗布液において、ポリエチレ
ンワックスとコロイダルシリカは種類、量とも変えず、
シランカップリング剤(γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン)の量を表2に示した様に0〜20重量
%の範囲で変化させた。各樹脂塗布液を、実施例1と同
じ原板の表面に、絞りロールによって乾燥後付着量が1
g/m2となる様に塗布し、80℃で乾燥させて樹脂皮
膜を形成させ、樹脂塗装鋼板を得た。実施例1と同じ条
件で電着塗装も行い、樹脂塗装鋼板と樹脂・電着塗装鋼
板について実施例1と同様にして性能評価を行い、表2
にその結果を示した。表2から、シランカップリング剤
が1.0〜20.0重量%であれば、良好なプレス性能
と電着塗装性が得られることが確認された。
タン系樹脂塗布液において、シランカップリング剤(γ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)とコロイ
ダルシリカは種類、量とも変えず、潤滑剤の種類と量を
表3および4に示した様に変化させた。各樹脂塗布液
を、実施例1と同じ原板の表面に、絞りロールによって
乾燥後付着量が1g/m2 となる様に塗布し、80℃で
乾燥させて樹脂皮膜を形成させ、樹脂塗装鋼板を得た。
また実施例1と同条件で電着塗装も行った。得られた樹
脂塗装鋼板と樹脂・電着塗装鋼板について実施例1と同
様にして性能評価を行い、結果を表3および4に示し
た。
ないとプレス性能が悪く、また多過ぎると電着塗装性が
悪化する傾向にあることがわかる。本発明例は、どの潤
滑剤においても優れたプレス特性と電着塗装性が得られ
た。
ついての検討 次に無機コロイド化合物の添加量を検討した。実施例1
で用いたウレタン系樹脂塗布液において、シランカップ
リング剤とポリエチレンワックスは種類、量とも変え
ず、無機コロイド化合物の種類と量を表5および6に示
した様に変化させた。各樹脂塗布液を、実施例1と同じ
原板の表面に、絞りロールによって乾燥後付着量が1g
/m2 となる様に塗布し、80℃で乾燥させて樹脂皮膜
を形成させ、樹脂塗装鋼板を得た。また実施例1と同条
件で電着塗装も行った。得られた樹脂塗装鋼板と樹脂・
電着塗装鋼板について実施例1と同様にして性能評価を
行い、結果を表5および6に示した。
が含まれていなくても、また多過ぎてもプレス性能と耐
食性が悪いことがわかる。本発明例は、どの無機コロイ
ド化合物においても優れたプレス特性と電着塗装性が得
られた。
じ原板の表面に、乾燥後付着量が0.05〜2.0g/
m2 となる様に変化させて、絞りロールで塗布した。8
0℃で乾燥させて樹脂皮膜を形成させ、樹脂塗装鋼板を
製造した。実施例1と同条件の電着塗装(アクリル系)
と、下記条件でのエポキシ系電着塗装を行った。得られ
た樹脂塗装鋼板と樹脂・電着塗装鋼板について実施例1
と同様にして性能評価を行い、結果を表7に示した。 電着塗料:日本ペイント社製エポキシカチオン電着塗料
「U−100」 浴温度 :28℃ 通電時間:3分間 通電電圧:250V 塗膜膜厚:20μm 通電方法:ドカン法 水洗 :上水スプレー水洗 焼付条件:170℃×20分間、30秒間立ち上がり制
御
1.5g/m2 とすることによって、プレス性能と電着
塗装性の両立が図れることが確認された。また、エポキ
シ系電着塗装ではアクリル系電着塗装より優れた結果が
得られた。一方、比較例7は、樹脂皮膜の効果が発現せ
ず、電着塗装後の外観のみが良好で、それ以外の項目は
全て劣る結果となった。比較例8では樹脂皮膜が厚いた
め、エポキシ系電着塗装(20μm)では特に問題はな
かったが、アクリル系電着塗装(25μm)では電着塗
膜にピンホールが発生し、外観や密着性が悪化した。
脂とシランカップリング剤、さらに潤滑剤および無機コ
ロイド化合物を含有する皮膜を鋼板表面に形成させたも
のであり、樹脂皮膜が被覆されたままで、外観や密着性
に優れた電着塗膜を形成することができる。また本発明
の樹脂塗装鋼板はプレス成形性にも優れており、プレス
成形時の塗油および脱脂作業や、電着塗装前処理(リン
酸塩処理等)が省略できるため、作業環境が改善される
と共に、省工程による生産性向上およびコストダウンが
可能になった。この樹脂塗装鋼板は優れた耐食性もあわ
せ持つので、例えばオーディオのシャーシ類に塗装無し
で使用する等、広範な用途展開が可能である。
Claims (4)
- 【請求項1】 樹脂皮膜によって被覆された樹脂塗装鋼
板であって、樹脂皮膜は、ウレタン系樹脂、潤滑剤、無
機コロイド化合物と共に、シランカップリング剤を固形
分で1.0〜20重量%含むものであり、かつ樹脂皮膜
の付着量が0.1〜1.5g/m2 であることを特徴と
する電着塗装性およびプレス成形性に優れた樹脂塗装鋼
板。 - 【請求項2】 シランカップリング剤が、(メタ)アク
リロイル基、ビニル基、アミノ基、エポキシ基よりなる
群から選択される1個以上の官能基を有する基と、Si
原子に直結する3個のアルコキシ基を有する化合物の1
種または2種以上である請求項1に記載の樹脂塗装鋼
板。 - 【請求項3】 潤滑剤が樹脂皮膜中に固形分換算で0.
5〜20重量%含まれている請求項1または2に記載の
樹脂塗装鋼板。 - 【請求項4】 無機コロイド化合物が樹脂皮膜中に固形
分換算で1〜30重量%含まれている請求項1〜3のい
ずれかに記載の樹脂塗装鋼板。
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