具体实施方式
以下一边参照附图,一边对于本发明的优选实施方式详细地说明。再者,在本说明书和附图中,通过对于实质上具有相同的功能构成的构成要素附带相同的标记而省略重复说明。
<涂装金属材料的构成>
首先,对于本发明的一实施方式涉及的涂装金属材料的构成进行说明。
本实施方式涉及的涂装金属材料,在成为基材的金属材料的表面的一部分或全部具有至少两层的被覆层。具体地讲,该被覆层具有至少包含以高浓度含有金红石型氧化钛的第1涂膜层(以下,称为「高浓度颜料层」)和层叠于第1涂膜层的表层侧的第2涂膜层(以下,称为「上涂层」)的叠层结构。另外,本实施方式涉及的涂装金属材料,作为被覆层,还可以在高浓度颜料层的内层侧、即金属材料和高浓度颜料层之间具有第3涂膜层(以下,称为「底涂层」),进而,还可以具有其他涂膜层(例如,层叠于上涂层的更表层侧的涂膜层)。以下,按高浓度颜料层、上涂层、底涂层的顺序,对于各涂膜层的构成详细地说明。
「高浓度颜料层」(概要)
本实施方式涉及的高浓度颜料层,是作为白色颜料含有按固体成分体积浓度计为35%~70%的金红石型氧化钛的层,位于上涂层的内层侧、即更接近作为基材的金属材料的一侧。但是,在被覆层是由底涂层、高浓度颜料层和上涂层构成的3层结构的情况下,高浓度颜料层成为位于与底涂层和上涂层接触而被夹持的部分的层。另外,在被覆层具有除了底涂层、高浓度颜料层和上涂层的3层以外还含有其他的1层以上的层的4层以上的多层结构的情况下,将位于上涂层和底涂层之间,并且,含有按固体成分体积浓度计为35%~70%的金红石型氧化钛的全部的层作为高浓度颜料层。此外,在被覆层中金红石型氧化钛的浓度连续地变化,各层的边界不明确的情况下,将满足金红石型氧化钛的固体成分体积浓度为35%~70%的条件的范围全部作为高浓度颜料层。
再者,在此所述的「金红石型氧化钛的固体成分体积浓度」,是指在高浓度颜料层的涂膜中的金红石型氧化钛所占的体积相对于含有树脂(粘合剂)成分和颜料成分的固体成分全体所占的体积的比例,是除了涂膜中的空隙所占的体积以外的比例(对于该「金红石型氧化钛的固体成分体积浓度」的测定方法以后叙述)。
本实施方式涉及的高浓度颜料层,通过在干燥、固化后的涂膜中,以高浓度含有金红石型氧化钛,使得金红石型氧化钛的粒子以成为最密填充以上的方式存在,由此形成于金红石型氧化钛粒子间的空隙的体积大于粘合剂树脂的体积。因此,本实施方式涉及的高浓度颜料层,不同于以成为低于最密填充的浓度含有颜料那样的涂膜,可以将不存在粘合剂树脂的部分作为空隙存在于涂膜中。在此,一般空气的折射率低于用作粘合剂的树脂的折射率,因此金红石型氧化钛和空隙的折射率差,比金红石型氧化钛和树脂的折射率差大。另外,本实施方式涉及的高浓度颜料层,在粘合剂树脂和空隙的界面也可以反射高浓度颜料层接受的光。这样,由于本实施方式涉及的高浓度颜料层,在反射光的界面的折射率差比以成为低于最密填充的浓度含有颜料的涂膜大,并且,可以反射光的界面的面积变大,因此能够得到高的全光线反射率。
以下,对于高浓度颜料层所含有的各成分详细地说明。
(金红石型氧化钛)
在本实施方式中,作为高浓度颜料层所含有的颜料,使用金红石型氧化钛。其原因是金红石型氧化钛的折射率比一般使用的其他白色颜料高,可以增大与作为粘合剂使用的树脂和存在于涂膜中的空隙中的空气的折射率差,因此能够更加提高在颜料和树脂的界面、以及颜料和空气的界面的全光线反射率。再者,锐钛矿型氧化钛也具有比较高的折射率,但光催化性较高,在受到荧光灯等的光时,有粘合剂树脂分解的可能性,因此不优选。
本实施方式涉及的涂装金属材料,以反射可见光为主要着眼点,因此人眼的敏感度高的波长区域的全光线反射率高变得重要。人眼虽然有个体差异,但可以感受380nm~780nm的波长的光,其敏感度的峰在555nm附近。因此,优选本实施方式涉及的涂装金属材料也强烈地反射以555nm为中心的波长的光,因此优选对于用于高浓度颜料层的颜料(金红石型氧化钛)的粒径也考虑此点进行选定。
作为颜料使用的金红石型氧化钛的平均粒径,由于其小时每单位体积的表面积变大,作为光反射面的树脂或空隙与颜料的界面的面积变大,因此全光线反射率也变高,但如果颜料的平均粒径过于变小,则长波长的光透射,因此全光线反射率降低。在此,一般已知在与波长相同水平的粒径范围存在光的散射大的所谓Mie散射区域,在粒径为波长的1/2前后光散射变得最高。由此,在本实施方式中,优选将作为颜料使用的金红石型氧化钛的平均粒径设为可见光波长的大约一半即200nm~400nm,更优选设为250nm~350nm。
再者,所谓在本实施方式中的金红石型氧化钛的平均粒径,是采用电子显微镜(SEM)在10,000倍下观察涂膜的想要确认的部分,在视场中显示出的金红石型氧化钛粒子之中,除去了从粒径小的一方开始按数量计相当于20%的部分和从粒径大的一方开始按数量计相当于5%的部分的粒子后剩下的金红石型氧化钛粒子的粒径的算术平均值。
<测定条件>
观察用试样的制作方法:将试样埋入树脂中,研磨试样的垂直截面,由此制作了试样。
观察的视场:预先通过500倍~1000倍左右的光学显微镜或电子显微镜(SEM)观察,选择相当于高浓度颜料层的层的任意的位置。
求算术平均值的金红石型氧化钛粒子的选择方法:拍摄通过电子显微镜(SEM)在10000倍的倍率下观察选择的视场的图像。对于在拍摄的图像中显示出的金红石型氧化钛全体粒子测定粒径。
各个金红石型氧化钛粒子的粒径的测定方法:在金红石型氧化钛粒子的粒径测定中,测定各粒子的最长直径和最短直径,1粒的金红石型氧化钛粒径=(最长直径+最短直径)/2。
算术平均值的平均(?):任意地选择3处上述「观察的视场」,将由这些视场分别得到的「算术平均值」再进行算术平均。
在本实施方式中使用的金红石型氧化钛粒子,只要满足上述的条件就可以没有特别限制地使用。另外,在本实施方式中使用的金红石型氧化钛粒子,可以是金红石型氧化钛的粒子单体,或者也可以是对金红石型氧化钛利用二氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化锌、氧化锑、各种有机物等实施了涂覆的粒子。作为用于金红石型氧化钛的涂覆的有机物,没有特别限定,可举出例如季戊四醇、三羟甲基丙烷等的多元醇系化合物、三乙醇胺、三羟甲基胺的有机酸盐等的烷醇胺系化合物、硅树脂、烷基氯硅烷等的有机硅系化合物等。
在本实施方式中,作为金红石型氧化钛,也可以使用市售品,例如,可以使用石原产业公司制「タイペ一ク(注册商标)」系列、富士钛公司制「TA」系列、テイカ公司制「TITANIX(注册商标)」系列等。
另外,如上述那样的金红石型氧化钛,在高浓度颜料层中的固体成分体积浓度为35%以上。如果金红石型氧化钛的固体成分体积浓度为35%以上,则如上述那样,在干燥、固化后的涂膜中,金红石型氧化钛的粒子以成为最密填充以上的方式存在,因此可以使涂膜中存在粘合剂树脂不存在的空隙。由此,可以提高高浓度颜料层的全光线反射率。在对涂装金属材料要求更高的反射性能的情况下,将上述的具有200nm~400nm的平均粒径的金红石型氧化钛设为按固体成分体积浓度计为50%以上。该情况下,涂膜中的金红石型氧化钛和空隙的界面、金红石型氧化钛和树脂的界面、以及树脂和空隙的界面高效地有助于全光线反射率,可以得到高的全反射率,因此优选。
另一方面,如果高浓度颜料层中的金红石型氧化钛的固体成分体积浓度超过70%,则涂膜中的金红石型氧化钛和空隙所占的比例过于变多,因此难以确保由粘合剂树脂引起的涂膜的连续性(保持膜的状态),高浓度颜料层本身变脆。因此,将高浓度颜料层中的金红石型氧化钛的固体成分体积浓度设为70%以下。从确保稳定的涂膜强度的观点来看,金红石型氧化钛的固体成分体积浓度的更优选范围为65%以下。
在此,对于在本实施方式中的被覆层中的固体成分体积浓度的测定方法进行说明。作为例子,对于被覆层是由上涂层、高浓度颜料层、底涂层构成的3层结构的情况的金红石型氧化钛的固体成分体积浓度的测定方法进行叙述。
(金红石型氧化钛的固体成分体积浓度的测定方法)
首先,从试样将成为测定对象的被覆层以上涂层、高浓度颜料层、底涂层的方式按各层进行削取,测定削取了的涂膜的面积A1和质量M1。接着,使用坩埚将削取了的涂膜在500℃加热1小时,使树脂成分分解。由于可以将未分解而残留的部分考虑为金红石型氧化钛,因此测定该残留的质量M2。
一般的金红石型氧化钛颜料的密度是3800~4200kg·m-3左右,因此将金红石型氧化钛颜料的密度假定为4000kg·m-3,另外,一般的聚酯树脂的密度是1150~1250kg·m-3左右,因此将聚酯树脂的密度假定为1200kg·m-3,作为V1=(M1-M2)/1200kg·m-3求出聚酯树脂的体积V1,作为V2=M2/4000kg·m-3求出金红石型氧化钛的体积V2。
可以从这样求出的聚酯树脂的体积V1、金红石型氧化钛的体积V2,作为C1=V2/(V1+V2)×100(体积%)求出金红石型氧化钛的体积浓度C1。
将上述C1的测定,对于1个测定对象(例如,高浓度颜料层)测定3次,求出其算术平均值。
(其他粒子的添加)
在本实施方式涉及的高浓度颜料层中,如果与金红石型氧化钛并用粒径比上述金红石型氧化钛大、并且具有低的折射率的粒子(以下,有时称为「低折射率粒子」),则能够更高效地提高全光线反射率,因此优选。通过向高浓度颜料层进一步添加粒径比金红石型氧化钛大的粒子,高浓度颜料层中的粒子间的空隙变大,可以含有更多的空隙,由此可以使全光线反射率提高。并且,与金红石型氧化钛并用的粒径大的粒子是低折射率的粒子,因此在该低折射率粒子和金红石型氧化钛粒子接触的部位的接触界面,由于金红石型氧化钛粒子和低折射率粒子的折射率差而可以反射光,从而可以有助于全光线反射率的提高。
在上述低折射率粒子的粒径相对于金红石型氧化钛的粒径过度大的情况下,难以发挥使高浓度颜料层中高效地含有空隙,进而高效地在低折射率粒子和氧化钛的接触界面得到光反射这样的效果。从这样的观点来看,低折射率粒子的平均粒径优选为1μm~10μm,更优选为3μm~8μm。
该低折射率粒子和金红石型氧化钛的算术平均粒径之比RL、即RL=(低折射率粒子的算术平均粒径)/(金红石型氧化钛的算术平均粒径)优选为1/40以上,更优选为1/40~12/40(特别优选是3/40~10/40)。
再者,所谓在本实施方式中的低折射率粒子的平均粒径,与金红石型氧化钛同样,是采用电子显微镜在10,000倍下观察涂膜的想要确认的部分,在视场中显示出的低折射率粒子之中,除去了从粒径小的一方开始按数量计相当于20%的部分和从粒径大的一方开始按数量计相当于5%的部分的粒子后剩下的低折射率粒子的粒径的算术平均值(即,低折射率粒子的粒径的算术平均值也可以与上述的「金红石型氧化钛」的情况同样地测定)。
作为上述低折射率粒子,只要是比金红石型氧化钛低的折射率的粒子就没有特别限定,但优选和金红石型氧化钛的折射率差为1以上,更优选没有相对于可见光区域的光的强烈吸收,在粉末状态下呈白色的粒子。具体地讲,作为上述低折射率粒子,例如可以使用二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、氧化锌等的无机粒子。另外,除此以外,作为上述低折射率粒子,也可以使用树脂粉末等。对于树脂粉末的种类没有特别限定,作为树脂粉末,例如可以使用丙烯酸树脂粉末、聚酯树脂粉末、PTFE(聚四氟乙烯)粉末等。
上述低折射率粒子的作用,如上述那样,可以在高浓度颜料层中高效地含有空隙,进而在低折射率颜料和氧化钛的接触界面反射光,从而得到高的反射率。因此,即使低折射率粒子的添加量为少量,也可以仅靠含有的部分发挥效果,因此对于低折射率粒子的下限浓度没有必要特别限定,但当(低折射率粒子的体积/金红石型氧化钛的体积)低于0.05时,添加低折射率粒子的全光线反射率的提高效果少。因此,作为低折射率粒子的下限浓度,优选为(低折射率颜料的体积/金红石型氧化钛的体积)变为0.05以上的浓度。
另一方面,对于低折射率粒子的上限浓度,在(低折射率颜料的体积/金红石型氧化钛的体积)为0.2以下的范围时,光的反射率伴随低折射率粒子的添加量的上升而上升,可确认出低折射率粒子的添加效果,但如果超过该范围添加则可确认出光的反射率以外的性能(可加工性、耐蚀性等)降低的倾向。因此,作为低折射率粒子的上限浓度,优选为(低折射率颜料的体积/金红石型氧化钛的体积)为0.2以下的浓度。
另外,上述低折射率粒子,除了全光线反射率提高这样的作用以外,还具有控制高浓度颜料层和上涂层的边界面的粗糙度这样的作用,对于详情以后叙述。
(涂膜中的空隙)
高浓度颜料层中的空隙的含有率,优选为固体成分体积量的0.05倍~0.9倍。原因是在空隙的含有率低于固体成分体积量的0.05倍时,由含有空隙带来的全光线反射率的提高效果少,如果空隙的含有率超过固体成分体积量的0.9倍,则高浓度颜料层变脆(机械强度降低),有可加工性和粘附性差的可能性。该「空隙的含有率」可以采用后述的方法测定。
高浓度颜料层中的空隙的含有率的控制如上述那样,可以通过金红石型氧化钛和低折射粒子等的颜料的含有浓度来控制,除此以外,例如也可以通过调整用于形成高浓度颜料层的涂料的分散状态来控制。即,在涂料中的颜料的分散状态越良好(越均匀),则粘合剂树脂吸附于颜料,高效地填埋颜料粒子间的空隙,因此空隙的含有率越少。因此,为了得到更高的全光线反射率,优选在涂覆性和涂料的稳定性没有问题的范围中限制在最低限度的分散状态(在涂覆性和涂料的稳定性没有问题的范围中尽可能地不均匀)。再者,在涂料中的颜料的分散状态可以通过调整分散机的种类、分散时间、分散剂的种类、添加量等来控制。
高浓度颜料层中的空隙的尺寸没有特别限定,但如果有极端大的尺寸的空隙,则成为涂膜缺陷,有使可加工性和耐蚀性等的涂膜性能降低之虞,因此不优选,另外,由于空隙的每单位面积的表面积变小,因此从全光线反射率的提高效果的观点来看不优选。另一方面,空隙的尺寸小时,空隙的每单位面积的表面积变大,光的反射界面的面积变大,因此全光线反射率也变高,但如果空隙的尺寸过于极端地小,则长的波长的光透射,因此有全光线反射率降低之虞。
因此,高浓度颜料层中的空隙的尺寸,从光的反射率的提高的观点来看优选为作为可见光波长的大约一半即200nm~400nm,更优选为250nm~350nm。但是,由于控制空隙的尺寸,特别是使涂膜中的空隙的尺寸一致较困难,因此只要没有如上述那样的涂膜缺陷等的问题和极端的对反射率的影响,对于空隙的尺寸就没有特别的问题。再者,在本实施方式中,作为空隙的尺寸,使用作为具有与空隙相同的体积的球的直径的等体积球相当径。实际上可以通过扫描型电子显微镜(SEM)在10000倍的倍率下拍摄高浓度颜料层中的垂直截面的任意的部位,选择在该拍摄图像所观察到的任意的空隙,将具有与该面积相同的面积的圆的直径定义为和具有与空隙相同的体积的球的直径相同,从而求出。可以对于在电子显微镜拍摄图像中所观察到的空隙之中的、任意的10个空隙算出直径,以其算术平均值作为空隙的直径。
在此,对于在本实施方式中的被覆层中的空隙的体积的测定方法进行说明。
首先,从试样削取成为测定对象的被覆层后,在相对于被覆面(平行于金属材料表面的面)垂直的面切割该被覆层,利用**光学显微镜、电子显微镜等观察该截面,或者使用电磁膜厚计**求出被覆层的膜厚T1。另外,与求出金红石型氧化钛的体积浓度的场合同样地求出削取了的涂膜的面积A1、粘合剂树脂(例如,聚酯树脂)的体积V1、和颜料(例如,金红石型氧化钛)的体积V2。从求出了的A1、V1和V2,作为T2=(V1+V2)/A1求出没有空隙的场合的被覆层的膜厚T2。可以从这样求出的V1、V2、T1和T2,由V3=(V1+V2)×(T1-T2)/(T1+T2)的式子求出空隙的体积V3。
上述膜厚T1的测定方法从测定精度方面来看,优选采用使用了光学显微镜或电子显微镜(SEM)的方法。另外,上述的空隙体积,对于同一试样(即,被覆层)测定5次,求出其算术平均值。
(粘合剂树脂)
作为在本实施方式涉及的高浓度颜料层中使用的粘合剂树脂,没有特别限定,可以使用一般所使用的粘合剂树脂,例如聚酯树脂、氨基甲酸乙酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、硅树脂、氟树脂等。但是,由于在本实施方式涉及的高浓度颜料层中,添加成为最密填充以上的量的金红石型氧化钛粒子,因此涂膜容易变脆,因此作为在高浓度颜料层中使用的粘合剂树脂,优选使用可加工性和粘附性优异的树脂。具体地讲,作为粘合剂树脂,优选使用例如数均分子量为19000~28000的聚酯树脂A。这基于如下的理由。
在本实施方式涉及的涂装金属材料中,以得到高的全光线反射率为目的,因此需要将在高浓度颜料层中作为白色颜料添加的金红石型氧化钛粒子设为按固体成分体积浓度计为35%~70%的高浓度。因此,根据用于涂料中的粘合剂树脂的种类,有时将颜料粒子彼此粘结的粘合能力不足,因此存在涂装金属材料的可加工性降低这样的问题。因此,本发明者们对于用于以少量的粘合剂树脂确保可加工性的被覆层的构成进行了专心研讨的结果发现:与颜料粒子和作为基材的金属材料的粘附性优异的聚酯树脂是最佳的,并且,通过将聚酯树脂的数均分子量设为19000~28000,体现延展性和强度的平衡优异的性能,由此通过使用数均分子量为19000~28000的聚酯树脂A,可得到良好的可加工性。聚酯树脂的数均分子量可以采用「GPC」测定。在使用市售的树脂的情况下,可以应用制造商公开的数均分子量的值。
在此,一般地,使用了分子量为19000以上的高分子量聚酯树脂作为粘合剂的涂料,粘度容易变高,因此为了确保适合于涂装的粘度,需要将涂料中的固体成分粘度抑制为较低。因此,认为在本发明主要适用的厚膜涂装的用途中,被称为凸起(起泡)的涂装缺陷容易产生,高分子量聚酯树脂的应用较困难。但是,在本实施方式中,由于作为白色颜料大量地添加金红石型氧化钛,因此粘合剂树脂的粘度相对地变低,即使未将涂料中的固体成分浓度抑制为太低也能够确保适合于涂装的粘度。因此,作为本实施方式涉及的高浓度颜料层的粘合剂,即使使用高分子量的聚酯树脂A,也能够不产生凸起而进行厚膜的涂装,能够兼具涂装性和可加工性。
另外,在聚酯树脂A的数均分子量低于19000时,成型性的确保变困难,由此与上述的理由一并地将作为在本实施方式涉及的高浓度颜料层中使用的粘合剂树脂使用的聚酯树脂A的数均分子量的优选范围设为19000以上。
另一方面,如果聚酯树脂A的数均分子量超过28000,则涂膜表面变得过于柔软,有耐划伤性劣化之虞,因此将作为在本实施方式涉及的高浓度颜料层中使用的粘合剂树脂使用的聚酯树脂A的数均分子量的优选范围设为28000以下。
对于如上述那样的聚酯树脂A的添加量,聚酯树脂A相对于粘合剂树脂全体的浓度若为20质量%以上,则能够不产生凸起而进行厚膜的涂装,能够兼具涂装性和可加工性,因此优选将聚酯树脂A相对于粘合剂树脂全体的浓度设为20质量%以上。
另外,本发明者们发现,通过使高浓度颜料层中的粘合剂树脂,除了上述聚酯树脂A以外,还含有数均分子量为2000~6000、并且羟值为20以上的聚酯树脂B,且聚酯树脂A和聚酯树脂B按质量比计为0.25≤(聚酯树脂B)/(聚酯树脂A)≤4,由此可得到更优异的成型性。
如上述那样,数均分子量为19000~28000的高分子量的聚酯树脂A的可加工性优异,但本实施方式的高浓度颜料层,以高浓度含有金红石型氧化钛等的颜料,因此具有粘合剂树脂分散在颜料之间的结构。在这样的结构中,即使是含有高分子量聚酯树脂A的被覆层,与颜料浓度低的被覆层相比,也有其可加工性变低的倾向,要求可加工性的进一步提高。
因此,本发明者们为了可加工性的进一步提高进行了专心研讨的结果发现:通过组合使用高分子量的聚酯树脂A和低分子量的聚酯树脂B,与高分子量的聚酯树脂A单独的情况相比可得到优异的加工性能。即,在高分子量聚酯树脂A单独时,树脂不能够充分地进入到以高浓度存在的颜料的间隙中,作为粘合剂的功能变得不充分,因此有可加工性稍有降低的可能性。与此相对,认为通过组合使用高分子量的聚酯树脂A和低分子量的聚酯树脂B,低分子量的聚酯树脂B进入到高分子量的聚酯树脂A不能够进入的颜料和颜料之间,作为颜料和颜料、或者颜料和高分子量的聚酯树脂A的粘合剂发挥功能,被覆层全体的强度和粘附性提高,因此可得到优异的可加工性。另外,低分子量的聚酯树脂B的羟值越高,就越具有更多的交联点,可得到更高的皮膜的粘附性。
从以上的观点来看,优选:低分子量的聚酯树脂B的数均分子量为2000~6000,并且羟值为20以上。如果聚酯树脂B的数均分子量低于2000,则有皮膜强度不充分且可加工性降低之虞,如果数均分子量超过6000,则聚酯树脂B难以进入颜料和颜料之间,因此有粘附性的提高效果降低之虞。另外,如果聚酯树脂B的羟值低于20,则颜料和颜料的交联点变少,有粘附性的提高效果降低之虞。此外,从皮膜性能的观点来看,不特别需要确定聚酯树脂B的羟值的上限值,从树脂的易获得性、涂料的稳定性的观点来看,优选聚酯树脂B的羟值为200以下。
另外,如果聚酯树脂A和聚酯树脂B的混合比例按质量比计为0.25≤(聚酯树脂B)/(聚酯树脂A)≤4则可以得到优异的粘附性和可加工性。如果(聚酯树脂B)/(聚酯树脂A)的质量比低于0.25,则聚酯树脂B的功能体现变得不充分,因此有粘附性降低之虞,如果(聚酯树脂B)/(聚酯树脂A)大于4,则聚酯树脂A的功能体现变得不充分,因此有可加工性降低之虞。
(膜厚)
为了得到高的全光线反射率,本实施方式涉及的高浓度颜料层的膜厚优选为10μm以上,在要求更高的全光线反射率的情况下更优选为40μm以上。另一方面,如果高浓度颜料层的膜厚超过80μm,则有涂膜的可加工性降低之虞,因此,高浓度颜料层的膜厚优选为100μm以下,在要求更高的可加工性的情况下,更优选为15μm以下。在此,在本实施方式中的高浓度颜料层的膜厚可以如下地测定。即,在相对于各涂膜层的被覆面垂直的面切割试样,利用光学显微镜、电子显微镜观察其截面,由此可以求出涂膜层的膜厚。在该「膜厚」测定中,定为对于任意的5个部位测定的(算术)平均值的膜厚。
再者,后述的上涂层和底涂层的膜厚也可以与高浓度颜料层的膜厚同样地测定。另外,对于在各涂膜层的边界部形成有混合层的情况以后叙述。
[上涂层]
以上,对于本实施方式涉及的高浓度颜料层进行了详细说明,接着,对于本实施方式涉及的上涂层进行说明。
(概要)
本实施方式涉及的上涂层,是在上述的高浓度颜料层的表层侧、即在距作为基材的金属材料更远的一侧层叠了的被覆层。在此,在被覆层为由高浓度颜料层和上涂层构成的两层结构的情况下、在此基础上还含有底涂层的3层结构的情况下、以及存在多层的高浓度颜料层的4层以上的结构的情况下,上涂层位于最表层。但是,只要上涂层直接层叠于高浓度颜料层的表层侧,则未必需要位于最表层,也可以在上涂层的更表层侧层叠有另外的被覆层。
(粘合剂)
作为上涂层的粘合剂使用的树脂,没有特别限定,从与高浓度颜料层的粘附性、后述的混合层的形成、涂料原料的共同化等的观点来看,优选含有与高浓度颜料层相同的树脂来使用。因此,由于作为高浓度颜料层的粘合剂,优选使用数均分子量为19000~28000的聚酯树脂A,因此在上涂层中作为粘合剂也优选使用聚酯树脂A。作为上涂层的粘合剂使用的聚酯树脂的数均分子量低于19000时,有可加工性和粘附性降低之虞,如果数均分子量超过28000,则涂膜表面过于柔软,有耐划伤性和耐粘连性劣化之虞。
再者,对于向上涂层的聚酯树脂A的添加量,聚酯树脂A相对于粘合剂树脂全体的浓度若为80质量%以上,则可以发挥提高可加工性和粘附性这样的效果,因此优选将聚酯树脂A相对于粘合剂树脂全体的浓度设为80质量%以上。
(颜料)
上涂层与高浓度颜料层不同,颜料的添加并不必需,通过根据用途来调整颜料添加的有无、添加的颜料的种类、颜料的浓度等,来给予与目的相应的反射特性和其他特性。
首先,对于向上涂层作为颜料添加例如金红石型氧化钛的情况进行叙述。通过向上涂层添加金红石型氧化钛,能够提高全光线反射率,金红石型氧化钛浓度高则对反射性能有利。但是,上涂层的主要作用是保护被覆层全体,因此太脆的涂膜不优选。因此,上涂层中的金红石型氧化钛浓度,从确保涂膜的柔软性的观点来看,优选按固体成分体积浓度计为35%以下。另一方面,对于上涂层中的金红石型氧化钛浓度的下限,不需要特别限定,包含完全不含有金红石型氧化钛的情况。即,本实施方式涉及的上涂层中的金红石型氧化钛浓度,优选按固体成分体积浓度计为0%~35%。此外,在要求更高的全光线反射率化的情况下,通过将上涂层中的金红石型氧化钛浓度设为按固体成分体积浓度计为20%~30%,能够以高水平兼具由上涂层带来的对被覆层全体的保护功能和高反射性能。
再者,在此所述的「金红石型氧化钛的固体成分体积浓度」,是指:上涂层的涂膜中的金红石型氧化钛所占的体积相对于含有树脂(粘合剂)成分和颜料成分的固体成分全体所占的体积的比例。
在作为颜料使用了金红石型氧化钛的情况下的该金红石型氧化钛的平均粒径,其小时,每单位体积的表面积变大,作为光反射面的树脂或空隙和颜料的界面的面积变大,因此全光线反射率也变高,但如果颜料的平均粒径变得过小,则长波长的光透射,因此全光线反射率降低。因此,与高浓度颜料层的情况同样,作为上涂层中的颜料使用的金红石型氧化钛的平均粒径优选设为200nm~400nm,更优选设为250nm~350nm。
(颜料以外的添加成分)
在上涂层中,除了金红石型氧化钛以外,还可以追加地添加例如消光剂。通过向上涂层添加按固体成分体积浓度计为3%~15%的消光剂,可以在与不使用消光剂的情况相同的程度的全光线反射率的状态下,得到基本没有正反射成分的反射特性。在将具有这样的反射特性的涂装金属材料作为照明器具的反射板使用的情况下,无关于与光源的距离、角度而可得到一定的反射光,因此在光源的数量少、或光源间的间隔大的情况下,也能够得到均匀的反射光。但是,通过消光剂的添加,在上涂层的表面形成微细的凹凸,在该微细的凹凸中容易积存污染物质,并且,该污染物质即使通过擦抹也难以被除去,因此有耐污染性降低之虞。因此,优选消光剂的添加量考虑对反射光的均匀性和耐污染性的降低的影响,确定适当的量。
另外,作为在本实施方式中使用的消光剂,并没有特别限定,例如,优选粒径为3μm~9μm的二氧化硅。
(膜厚)
在向上涂层添加金红石型氧化钛的情况下,上涂层的膜厚越厚,就可得到越高的可加工性、粘附性和全光线反射率。但是,如果上涂层的膜厚超过30μm,则涂装时容易产生凸起,因此涂装性劣化,并且,在涂料成本方面也不优选。另一方面,上涂层的膜厚低于5μm时,由上涂层带来的可加工性、粘附性和全光线反射率的提高效果变小,因此优选将上涂层的膜厚设为5μm~30μm。从确保稳定的可加工性、粘附性、全光线反射率和涂装性的观点来看,更优选的上涂层的膜厚为10μm~25μm。
向上涂层添加按固体成分体积浓度计为3%~15%的消光剂的场合的上涂层的膜厚的范围,与向上涂层添加金红石型氧化钛的场合同样,优选设为5μm~30μm。如果上涂层的膜厚超过30μm,则在涂装时容易产生凸起,因此涂装性劣化,并且,在涂料成本方面也不优选。另一方面,上涂层的膜厚低于5μm时,有几乎得不到由上涂层带来的可加工性、粘附性的提高效果、和基本没有正反射成分的反射特性之虞。从确保稳定的可加工性、粘附性、反射特性和涂装性的观点来看,添加了消光剂的上涂层的更优选的膜厚为10μm~25μm。
[对于高浓度颜料层和上涂层的界面的粗糙度]
在本实施方式涉及的涂装金属材料中,上述的高浓度颜料层和上涂层的边界面的中心线平均粗糙度Ra需要为0.8μm以上。通过这样地增大高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra,高浓度颜料层和上涂层的边界面***糙,因此能够提高扩散反射率。如果高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra低于0.8μm,则不能够充分地得到上述的粘附性的提高效果和提高反射率的效果。如果为0.9μm以上则反射率更高,因此更优选。更优选为2.0μm以上。
中涂层和上涂层的边界面的Ra,是通过切断各实施例的涂膜,在埋入到树脂中后进行研磨,由此使垂直于涂膜的表面的截面变平滑,利用由扫描型显微镜(倍率1000倍)拍摄了的照片进行评价。从照片之上,覆盖用于OHP的透明片,精密地扫描边界面的凹凸后,如图3所示,沿边界面曲线的平均线的方向仅提取基准长度l,以沿该提取部分的平均线的方向为X轴,沿纵倍率方向为Y轴,用y=f(x)表示界面曲线时,将通过数l求出的值作为边界面的Ra。再者,在本申请发明中,定为对于涂膜中的任意的截面5个部位采用上述的方法测定了的Ra的平均值。
(边界面的Ra的控制方法)
高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra,可以通过高浓度颜料层和上涂层的涂布方法、高浓度颜料层中的颜料(金红石型氧化钛)的浓度、高浓度颜料层的颜料种类(金红石型氧化钛、二氧化硅等的低折射率粒子等)、高浓度颜料层和上涂层形成用的涂料的低剪切力下的粘度和表面张力等来进行控制。再者,所谓本开发中的高浓度颜料层和上涂层的边界面,是指在利用光学显微镜或电子显微镜拍摄涂膜的截面时视觉上可见的边界面(边界线)。
具体地讲,作为用于增大高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra的方法,有下述方法等:(1)采用在未干燥的状态下层叠高浓度颜料层形成用的涂料和上涂层形成用的涂料的、所谓湿-湿法或多层同时涂布法;(2)相比于上涂层中的颜料浓度提高高浓度颜料层中的颜料(金红石型氧化钛等);(3)在高浓度颜料层中添加粒径大的粒子(二氧化硅等);(4)降低低剪切力下的高浓度颜料层形成用的涂料的粘度;(5)减小高浓度颜料层形成用的涂料和上涂层形成用的涂料的表面张力差。
首先,对于上述的方法(1),通过在未干燥的状态下层叠高浓度颜料层形成用的涂料和上涂层形成用的涂料,由此金红石型氧化钛粒子从高浓度颜料层向上涂层扩散的力在边界面发挥作用,涂膜层的边界面的Ra变大。此时,如方法(2)那样,通过将高浓度颜料层中的金红石型氧化钛的浓度设为高浓度、特别是设为最密填充以上的浓度,其与上层涂膜的浓度差变大,金红石型氧化钛向上涂层扩散的力强烈地作用,因此边界面的Ra变得更大。
另外,对于方法(3),通过在高浓度颜料层中添加粒径大的粒子,使该大粒径的粒子存在于高浓度颜料层和上涂层的边界面附近,在边界面形成由大粒径的粒子引起的凹凸,因此边界面的Ra变大。此时,如方法(1)那样,通过在未干燥的状态下层叠高浓度颜料层形成用的涂料和上涂层形成用的涂料,大粒径的粒子从高浓度颜料层向上涂层扩散,因此大粒径的粒子容易存在于高浓度颜料层和上涂层的边界面附近。
另外,对于方法(4),通过降低低剪切力下的高浓度颜料层形成用的涂料的粘度,高浓度颜料层中的金红石型氧化钛容易向上涂层扩散,因此边界面的Ra变大。即,依据本发明者们的见解,以干燥、固化后成为最密填充以上那样的浓度添加了微粒(该情况下,是金红石型氧化钛)的涂料,成为一般被称为浓厚分散系涂料的非牛顿流体,成为在利用旋转粘度计测定粘度时,具有在低旋转时粘度高、在高旋转时粘度低的所谓剪切稀化(shear thinning)特性的涂料。在浓厚分散系涂料中,由于涂料中的颜料粒子间的距离短,因此在粒子间分子间力发生作用。因此,在低旋转时施加于涂料的剪切力小,因此通过该分子间力的影响粘度变高。另一方面,在高旋转时施加于涂料的剪切力变大,如果该剪切力超过分子间力则粘度变低。在将这样的涂料涂装于基材时的涂装操作性,高旋转下的粘度对其产生较大影响,另一方面,低旋转下的粘度对在涂装后的干燥、烘烤固化工序中的涂料的膜内流动产生较大影响。因此,调整在低旋转下的涂料粘度对高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra的控制是重要的。
在此,对于低旋转下的涂料粘度,可以通过变更涂料中的溶剂量和涂料的保管条件(保管温度和保管期间)来调整。作为涂料的保管条件,保管温度越高,另外,保管期间越长,则触变性就越低,因此低剪切力下的涂料粘度提高。这是因为如果保管期间变长则颜料表面和涂料的润湿性提高,更多的树脂吸附于颜料表面,因此颜料间的分子间力减弱,因此触变性变低。
此外,通过向涂料中添加分散剂等的添加剂也可以调整低剪切力下的涂料粘度。
另外,对于方法(5),如果减小高浓度颜料层形成用的涂料和上涂层形成用的涂料的表面张力差,并且在未干燥状态下层叠这些涂料,同时地进行干燥和烘烤固化,则边界面的Ra变大。但是,高浓度颜料层形成用的涂料和上涂层形成用的涂料的表面张力差,根据各层的树脂种类和溶剂种类等的不同,合适的值不同,因此不能够一概地规定,需要对各涂料事先调查来确定最佳值。在此,涂料的表面张力可以通过使用流平剂、消泡剂等一般被称为表面活性剂的添加剂来调整,也可以通过改变溶剂的种类来调整。
然而,在本实施方式涉及的涂装金属材料中,需要将高浓度颜料层和上涂层的边界面的中心线平均粗糙度Ra设为0.8μm以上,作为用于此的有效的方法,可举例如下述方法:在高浓度颜料层中以相对于干燥后的涂膜的体积成为最密填充以上的方式添加粒径200nm~400nm的金红石型氧化钛,在未干燥的状态下层叠该高浓度颜料层形成用涂料和上涂层形成用涂料,在层叠了的状态下同时地干燥、固化。通过在高浓度颜料层中添加最密填充以上的金红石型氧化钛,并与上涂层在未干燥状态下层叠,在各涂膜层间产生金红石型氧化钛粒子的浓度梯度,产生高浓度颜料层中的金红石型氧化钛粒子向上涂层侧扩散的作用,进而在干燥、固化工序中施加热,因此该热成为驱动力,金红石型氧化钛要扩散的作用变得显著。另一方面,如果在干燥、固化工序中施加热,则引起形成涂膜的树脂的交联反应,因此产生抑制金红石型氧化钛粒子的层间扩散的移动的作用。因此,高浓度颜料层和上涂层的边界面成为粗糙的状态,Ra变大。
另外,通过设置本实施方式涉及的高浓度颜料层来作为上涂层的下层涂膜层,可以使高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra为0.8μm以上,如上述(4)那样,在控制高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra时,低剪切力下的涂料粘度影响较大,通过降低低剪切力下的涂料粘度,可以进一步增大高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra。
[混合层]
在本实施方式涉及的涂装金属材料中,通过采用湿-湿法或多层同时涂布法涂装高浓度颜料层形成用涂料和上涂层形成用涂料,由此高浓度颜料层形成用涂料中的金红石型氧化钛,超过各层的界面向上涂层形成用涂料扩散下去,因此在高浓度颜料层和上涂层的界面附近,形成金红石型氧化钛的浓度梯度层。在本发明中,将该氧化钛的浓度梯度层称为混合层。该情况下,通过存在于高浓度颜料层和上涂层的边界部分的混合层,可以使高浓度颜料层和上涂层之间的粘附性提高。另外,在为预涂金属材料的情况下,有时涂装金属材料的全光线反射率因涂装后的加工而降低,但通过存在混合层,粘附性提高,因此可以抑制加工后的全光线反射率的降低。
(混合层的定义)
在此,所谓本实施方式涉及的「混合层」,是指通过高浓度颜料层的金红石型氧化钛向上涂膜层扩散,金红石型氧化钛的浓度成为了倾斜(梯度)结构的层。更具体地讲,在本实施方式中,若着眼于金红石型氧化钛,在将高浓度颜料层的Ti量记作x、将上涂层的Ti量记作y时,以[x+0.05×(x-y)]~[y-0.05×(x-y)]的部分作为混合层。各Ti量可以采用后述的分析方法求出,可以将利用各分析器测定Ti时的测定强度看作量进行计算。
再者,有时在后述的底涂层和高浓度颜料层之间形成混合层,该情况下,混合层的定义和边界面的定义,与高浓度颜料层和上涂层之间的混合层是同样的。
在高浓度颜料层中含有低折射率粒子的情况下,低折射率粒子相对于金红石型氧化钛的体积比,如果低折射率粒子为例如无机颜料,则可以通过与求出金红石型氧化钛的体积浓度同样的操作来求出。与金红石型氧化钛的区别是,例如,可以使用在加热残余部分之中金红石型氧化钛不溶解而仅溶解低折射率粒子的酸等的药品,仅溶解低折射率粒子,从溶解残余部分和加热残余部分的质量差来求出低折射率粒子的质量,从该质量和低折射率粒子的密度,可以求出低折射率粒子的体积。
另一方面,在低折射率粒子例如如树脂珠那样电子束的透射性与金红石型氧化钛完全不同的情况下,有利用扫描型电子显微镜观察涂膜层的截面、或利用超薄切片机(microtome)等较薄地削取涂膜层,利用透射型电子显微镜(倍率10000倍左右)对其进行观察的方法等。具体地讲,可以通过计数在视场内可确认的金红石型氧化钛和低折射率粒子的数量来求出。但是,当数量少时误差变大,因此优选在至少金红石型氧化钛存在100个以上的范围计数粒子的数量。
另外,在低折射率粒子的电子束透射性和金红石型氧化钛不太有差别,在扫描型电子显微镜和透射型电子显微镜下难以知道低折射率粒子和金红石型氧化钛的不同的情况下,可以确认在涂膜层的截面的元素组成,从确认出的组成求出金红石型氧化钛和其他的低折射率粒子的比率。元素组成可以使用EPMA(电子探针显微分析仪)、GDS(辉光放电发射光谱分析装置)等进行确认。
(混合层的厚度)
在本实施方式中,在存在上述的混合层的情况下,该混合层优选具有3μm~12μm的厚度。在混合层的厚度低于3μm的情况下,有不能够稳定地得到由混合层引起的高浓度颜料层和上涂层之间的粘附性提高效果之虞。另一方面,如果混合层的厚度超过12μm,则难以充分地确保分担必要的功能的高浓度颜料层和上涂层的涂膜的厚度。因此,在上涂层为最表层的情况下,容易发生由最表层的厚度不足引起的外观不良等,难以维持高浓度颜料层和上涂层本身的性能,实质上成为与通过混合高浓度颜料层形成用涂料和上涂层形成用涂料的涂料而形成的涂膜层相同的性能,因此得不到需要的本来的高浓度颜料层和上涂层的性能。再者,将混合层的厚度控制为超过12μm的厚度实质上是困难的。
(混合层的厚度的测定方法)
混合层的膜厚可以通过分析高浓度颜料层或上涂层的仅任一者所包含的成分的膜厚方向的分布状态来求出。作为分析方法,可以使用公知的分析方法,例如可以利用**X射线探针显微分析仪、电子探针显微分析仪(EPMA)、X射线光电子光谱分析(XPS)、俄歇电子能谱分析(AES)、辉光放电光谱分析(GDS)**等来分析涂膜的深度方向的元素浓度,或者通过涂膜截面的成分分析,从成为对象的成分的浓度分布求出混合层的膜厚。适用的成分分析的种类和方法可以根据膜厚、成分量等来适当选择进行。即使EPMA、XPS、AES、GDS以外的方法,只要是能够进行深度方向的成分分析的方法,也可以适当选择。再者,作为在混合层的分析中可以使用的成分,也可以是Ti以外的成分。在该分析方法之中,GDS一边从涂膜的表面利用惰性的氩离子在深度方向溅射一边分析,能够精度良好地比较测定元素的深度方向的浓度,因此优选。在本申请发明中的混合层的膜厚,是对于任意的5个部位测定的平均的膜厚。
(混合层的厚度的控制方法)
混合层的厚度可以主要通过涂布方法、烘烤时间来控制。通过作为涂布方法采用湿-湿法、多层同时涂布法,混合层容易形成。另外,通过延长烘烤时间,可以充分地延长用于混合层形成的时间,因此可以增加混合层的厚度,具体地讲,通过将烘烤时间设为60秒~180秒左右,可以使混合层的厚度为3μm~12μm。
另外,为了形成稳定的混合层,优选:控制形成混合层的高浓度颜料层形成用涂料的表面张力(σ1)和形成混合层的上涂层形成用涂料的表面张力(σ2)的差(Δσ=σ2-σ1)使其成为0.5~8mN/m,并且控制形成混合层的高浓度颜料层形成用涂料的粘度(φ1)和形成混合层的上涂层形成用涂料的粘度(φ2)的差(Δφ=φ2-φ1)使其成为-100~4000mPa·s。这样,通过相应于涂料的种类和涂装条件来将形成混合层的高浓度颜料层以及上涂层用涂料的表面张力和粘度的关系适当调整为上述条件内的适当的值,也可以进行稳定的混合层的生成和膜厚的控制,进而控制最表面的形状。
即,通过使Δσ为8mN/m以下、或者使Δφ为4000mPa·s以下,可以形成充分的厚度的混合层,因此层间粘附性进一步提高。另一方面,通过使Δσ为0.5mN/m以上、或者使Δφ为-100mPa·s以上,高浓度颜料层和上涂层的膜厚成为充分的膜厚,并且,最表面的形状也变得合适,能够更加稳定地确保性能。再者,在本实施方式中,涂料的表面张力可以采用在20℃下的铂环提拉法来测定(关于这样的表面张力测定的详情,可以依据JIS.K.3362.8.4.2「轮环法」进行)。另外,涂料粘度可以使用B型粘度计,在20℃、**6mpm**下测定(关于这样的粘度测定的详情,可以依据JIS.Z.8803.8「采用单一圆筒形旋转粘度计的粘度测定方法」进行)。
再者,调整涂料的表面张力时,优选利用表面活性剂(也包含消泡剂、流平剂)。作为表面活性剂,可以使用公知的表面活性剂,作为市售品,已知BYK公司的BYK-333、BYK-307、花王公司的エルマゲン等,此外还有很多,可以根据涂料成分适当添加。另外,还可以采用稀释或混合其他溶剂等的表面活性剂以外的方法进行涂料的表面张力的调整。再者,如果表面张力过大,则有涂装性恶化的可能性,因此优选将高浓度颜料层用涂料、上涂层用涂料的表面张力都设为40mN/m以下。
另外,调整涂料的粘度时,优选利用增粘剂(包含流变调整剂、粘度调整剂)。作为增粘剂,可以使用公知的增粘剂,作为市售品,已知BYK公司的BYK-411、BYK-425等,此外还有很多,可以根据涂料成分适当添加。另外,还可以采用稀释或混合其他溶剂、或者使固体成分的比例增加等的增粘剂以外的方法进行涂料的粘度的调整。
另外,混合层的厚度可以通过调整高浓度颜料层用涂料中的颜料浓度和上涂层用涂料中的颜料浓度的差来控制。即,如果颜料浓度的差变大,则颜料从高浓度颜料层向上涂层的扩散速度变快,因此能够在高浓度颜料层用涂料和上涂层用涂料干燥、固化前形成充分的厚度的混合层。
(关于最表面的波纹度(起伏))
在本实施方式涉及的涂装金属材料中,优选被覆层的最表面的滤波中心线波纹度WCA为2μm以下。通过这样地减小被覆层的最表面的WCA,可以提高涂装金属材料的清晰度,并且得到无细小凹凸的光滑表面,因此污染物质难以在涂装金属材料表面积存,因此能够提高耐污染性。如果被覆层的最表面的WCA超过2μm,则有清晰度和耐污染性降低之虞。另一方面,对于被覆层的最表面的WCA的优选下限值不需要特别限定,但使被覆层的最表面的WCA低于0.2μm实质上难以控制,因此从这样的观点来看,优选被覆层的最表面的WCA为0.2μm以下。再者,本申请发明的WCA,定为对于任意的5个部位测定的平均值。
再者,在此所说的「被覆层的最表面」,是指被覆层中的最表层的涂膜层的表面。对于「最表层的涂膜层」,如上述那样,是指本实施方式涉及的上涂层,或者,在上涂层的表层侧进一步层叠了涂膜层时,是指该涂膜层。
(最表面的WCA的控制方法)
被覆层的最表面的WCA因高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra的影响而变化。因此,被覆层的最表面的WCA主要通过涂布方法、低剪切力下的涂料粘度来控制。具体地讲,通过使涂布方法为湿-湿法、多层同时涂布法,金红石型氧化钛从高浓度颜料层向上涂层扩散,因此,高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra变大,被覆层的最表面的WCA也变大。另外,通过降低低剪切力下的高浓度颜料层形成用的涂料粘度,高浓度颜料层中的金红石型氧化钛变得容易向上涂层扩散,因此边界面的Ra变大,被覆层的最表面的WCA也变大。
如上述那样,对于高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra,优选较大,对于被覆层的最表面的WCA,优选较小,因此,优选:考虑两者的平衡来确定低剪切力下的高浓度颜料层形成用的涂料粘度的合适值。
[对最表层涂膜的防水性、防油性的赋予]
另外,在本实施方式涉及的涂装金属材料中,形成于金属材料上的被覆层之中的最表层的涂膜层,也可以含有硅树脂或氟树脂。在此,所谓「最表层的涂膜层」,在上述的上涂层形成为最表层的情况下是该上涂层,在上涂层的表层侧还层叠有涂膜层的情况下是该涂膜层。在将本实施方式涉及的涂装金属材料应用于预涂金属板的情况下,担心由加工时的污垢的附着等引起的全光线反射率的降低。针对于此,通过作为本实施方式涉及的涂装金属材料的最表层的涂膜层的粘合剂的一部分或全部使用硅树脂或氟树脂,可以对涂膜表面赋予防油性(拨油性、抗油性)和防水性(拨水性、抗水性)。这样通过使最表面的涂膜层的表面成为防油性和防水性,污垢难以附着于涂膜表面,全光线反射率的降低被抑制,因此优选。
作为使上述最表层的涂膜层中含有硅树脂或氟树脂的方法,有向最表层的涂膜层添加硅树脂或氟树脂的方法、使用作为主树脂含有硅树脂或氟树脂的物质的方法。
作为在最表层的涂膜层中添加的硅树脂,在市售品中,已知例如BYK公司制的「BYK(注册商标)-306」、「BYK(注册商标)-378」等,作为添加到最表层的涂膜层中的氟树脂,在市售品中已知例如BYK公司制的「BYK(注册商标)-340」等,其他还有很多,可以根据涂料成分适当添加。
另外,作为包含硅树脂或氟树脂的主树脂,可以使用市售的聚硅氧烷-丙烯酸共聚树脂(例如,东亚合成公司制「サイマツク(注册商标)」系列、「レゼダ(注册商标)」系列、トクシキ公司制「SQ(注册商标)100等)、市售的聚硅氧烷-氟共聚树脂(例如,富士化成工业公司制「ZX-001」等)。
另外,上述聚硅氧烷-丙烯酸共聚树脂或聚硅氧烷-氟共聚树脂,也可以根据需要使用一般公知的交联剂、例如异氰酸酯、三聚氰胺树脂进行交联。该情况下,作为异氰酸酯,可以使用一般市售的产品,例如住化バイエル公司制「スミジユ一ル(注册商标)」系列、「デスモジユ一ル(注册商标)」系列、三井武田ケミカル公司制「タケネ一ト(注册商标)」系列等。作为三聚氰胺树脂,可以使用一般市售的产品,例如三井サイテツク公司制「サイメル(注册商标)」系列、「マイコ一ト(注册商标)」系列、大日本インキ化学工业公司制「ベツカミン(注册商标)」系列、「ス一パ一ベツカミン(注册商标)」系列等。
如上述那样,在最表层的涂膜层中含有硅树脂或氟树脂的涂装金属材料,除了照明器具的反射板的用途以外,还适合应用于室内的顶棚、墙壁材料等的用途。另外,在最表层的涂膜层中含有硅树脂或氟树脂的涂装金属材料应用于室内的顶棚、墙壁材料等的用途中的情况下,由于室内的顶棚、墙壁材料本身也承担反射板的作用,因此可以用更少的光量使室内明亮。
[对最表层涂膜的亲水性的赋予]
另外,在本实施方式涉及的涂装金属材料中,形成于金属材料上的被覆层之中的最表层的涂膜层,也可以在形成涂膜的树脂骨架中具有-Si-O-Si-键。在此,所谓「最表层的涂膜层」,在上述的上涂层形成为最表层的情况下是该上涂层,在上涂层的表层侧还层叠有涂膜层的情况下是该涂膜层。另外,在-Si-O-Si-键中的Si来源于烷氧基硅烷或烷氧基硅烷的水解缩合物。
在将本实施方式涉及的涂装金属材料应用于预涂金属板的情况下,担心由加工时的污垢的附着等引起的全光线反射率的降低。针对于此,通过在本实施方式涉及的涂装金属材料的最表层的涂膜中形成-Si-O-Si-,即使其含有来源于烷氧基硅烷或烷氧基硅烷的水解缩合物的Si,由此可以不损害表面的光泽和可加工性而对涂膜表面赋予亲水性。这样,通过使最表层的涂膜层的表面为亲水性,容易将附着于涂膜表面的附着物通过水擦拭等来擦去,全光线反射率的降低被抑制,因此优选。
为了在形成涂膜的树脂骨架中形成-Si-O-Si-键,优选向该最表层的涂膜形成用的涂料中添加烷氧基硅烷或烷氧基硅烷的水解缩合物。作为此时使用烷氧基硅烷,可举出一般公知的烷氧基硅烷,例如四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四丙氧基硅烷、四丁氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、二甲氧基二乙氧基硅烷、二甲氧基二丙氧基硅烷等。另外,作为烷氧基硅烷的水解缩合物,可举例如以上例示的烷氧基硅烷的水解缩合物。
如以上那样,在最表层的涂膜中形成了-Si-O-Si-的涂装金属材料,除了照明器具的反射板的用途以外,还适合应用于室内的顶棚、墙壁材料等的用途。另外,在将在最表层的涂膜中形成了-Si-O-Si-的涂装金属材料应用于室内的顶棚、墙壁材料等的用途的情况下,由于室内的顶棚和墙壁材料本身也发挥反射板的作用,因此可以用更少的光量使室内明亮。
[最表层的涂膜层的膜厚]
再者,当本实施方式涉及的涂装金属材料,在上涂层的表层侧还具有最表层的涂膜层(例如,上述的含有硅树脂或氟树脂的涂膜层、在形成涂膜的树脂骨架中具有-Si-O-Si-键的涂膜层)的情况下,对于该最表层的涂膜层的膜厚,只要是可以得到上述的防水性、防油性、亲水性等的特性的程度就没有特别限定,优选最表层的涂膜层的膜厚为1μm~25μm。如果上述最表层的涂膜层的膜厚低于1μm,则有防水性、防油性、亲水性不足的可能性,如果超过25μm,则有可加工性差的可能性,并且从成本方面来看也不优选。
[底涂层](概要)
本实施方式涉及的涂装金属材料具有的被覆层,除了以上说明的高浓度颜料层和上涂层以外,还可以含有底涂层。该底涂层是形成于金属材料和高浓度颜料层之间的涂膜层,在被覆层为由上涂层、高浓度颜料层和底涂层这3层构成的情况下,成为与作为基材的金属材料最接近的一侧的涂膜层。但是,该情况下,即使是距金属材料最近的一侧的层,以金属材料和涂膜的粘附性提高和耐蚀性提高为目的设置的膜厚低于1μm的被覆层也不相当于本实施方式涉及的底涂层,而将膜厚低于1μm的被覆层的表层侧的被覆层作为底涂层。
(粘合剂)
作为底涂层的粘合剂使用的树脂没有特别限定,但从与高浓度颜料层的粘附性、涂料原料的共同化等的观点来看,优选含有与高浓度颜料层相同的树脂来使用。因此,从作为高浓度颜料层的粘合剂优选使用数均分子量为19000~28000的聚酯树脂A来看,在底涂层中也优选使用聚酯树脂A作为粘合剂。作为底涂层的粘合剂使用的聚酯树脂的数均分子量低于19000时,有可加工性和粘附性降低之虞,如果数均分子量超过28000,则涂膜表面变得过于柔软,有耐划伤性和耐粘连性劣化之虞。
再者,对于聚酯树脂A向底涂层的添加量,如果聚酯树脂A相对于粘合剂树脂全体的浓度为80质量%以上,则可以发挥提高可加工性和粘附性的效果,因此优选将聚酯树脂A相对于粘合剂树脂全体的浓度设为80质量%以上。
(颜料)
如果在底涂层中添加按固体成分体积浓度计为20%~35%的金红石型氧化钛作为颜料,则反射率更加提高,从而优选。作为向底涂层添加的颜料优选金红石型氧化钛的理由,与高浓度颜料层的场合是同样的,因为金红石型氧化钛的折射率比其他一般所使用的颜料高,可以增大与作为粘合剂使用的树脂和存在于颜料粒子间的空隙部分的空气的折射率差,由此,可以提高颜料和树脂的界面、颜料和空气的界面的光反射率。
在作为颜料使用金红石型氧化钛的场合的该金红石型氧化钛的平均粒径,其小时每单位体积的表面积变大,作为光反射面的树脂或空隙和颜料的界面的面积变大,因此全光线反射率也变高,但如果颜料的平均粒径过小,则长波长的光透射,因此全光线反射率降低。因此,与高浓度颜料层的场合同样地,作为底涂层中的颜料使用的金红石型氧化钛的平均粒径优选为200nm~400nm,更优选为250nm~350nm。
(膜厚)
对于底涂层的膜厚,膜厚越厚,则可得到越高的可加工性和粘附性,并且,在作为颜料添加了金红石型氧化钛的情况下,对于反射性能,也是膜厚越厚越有利,因此从这些性能方面来看,不需要设定底涂层的膜厚的上限值。但是,如果底涂层的膜厚超过30μm,则与高浓度颜料层不同,由于涂料中的颜料浓度低,因此在涂装时容易产生凸起,涂装性劣化,并且,从涂料成本的观点来看也不优选。因此,底涂层的膜厚优选为30μm以下。另一方面,底涂层的膜厚低于5μm时,由底涂层带来的可加工性、粘附性和反射性能的提高效果变小,因此底涂层的膜厚优选为5μm以上。从确保稳定的可加工性、粘附性、反射特性和涂装性的观点来看,更优选的底涂层的膜厚为10μm~25μm。
[基材(金属材料)]
作为用于本实施方式涉及的涂装金属材料的基材的金属材料,可以使用一般公知的金属材料或合金材料。具体地讲,作为金属材料,可举出例如钢板、不锈钢板、铝板、铝合金板、钛板、铜板等。也可以在这些金属材料或合金材料的表面施加镀层。作为镀层的种类,可举出镀锌层、镀铝层、镀铜层、镀镍层等,也可以是它们的合金镀层。另外,在作为金属材料使用钢板的情况下,可以应用热浸镀锌钢板、电镀锌钢板、镀锌-镍合金的钢板、合金化热浸镀锌钢板、镀铝钢板、镀铝-锌合金的钢板等一般公知的钢板和镀层钢板。
此外,如果对本实施方式中使用的金属材料的表面实施化学转化处理,则金属材料和涂膜层的粘附性和耐蚀性等提高,因此更优选。作为这样的化学转化处理,可以使用一般所实施的处理,具体地讲,例如可以使用磷酸锌系化学转化处理、无铬酸盐系化学转化处理、涂布型铬酸盐处理、电解铬酸处理、反应铬酸盐处理等。其中,涂布型铬酸盐处理、电解铬酸处理、反应铬酸盐处理由于含有作为环境负荷物质的6价铬,因此不太优选。另外,磷酸锌系化学转化处理,与其他处理相比也有加工粘附性差之虞。因此,作为对本实施方式涉及的金属材料实施的化学转化处理,优选无铬酸盐系处理。
作为无铬酸盐系化学转化处理,有使用无机系的化学转化处理剂的处理和使用有机系的化学转化处理剂的处理,但任一种处理都可以。具体地讲,作为无铬酸盐系化学转化处理,已知使用含有例如硅烷偶合剂、锆化合物、钛化合物、丹宁或丹宁酸、树脂、二氧化硅等的水溶液等的处理,也可以使用日本特开昭53-9238号公报、日本特开平9-241576号公报、日本特开2001-89868号公报、日本特开2001-316845号公报、日本特开2002-60959号公报、日本特开2002-38280号公报、日本特开2002-266081号公报、日本特开2003-253464号公报等所记载的公知的技术。另外,在这些化学转化处理中,可以使用例如日本パ一カライジング公司制的铬酸盐处理剂「ZM-1300AN」、日本パ一カライジング公司制的无铬酸盐化学转化处理剂「CT-E300N」、日本ペイント公司制的3价铬系化学转化处理剂「サ一フコ一ト(注册商标)NRC1000」等的市售的化学转化处理剂。
[对于后涂金属材料]
在以上的说明中,主要基于应用于预涂金属材料的例子说明了本发明,但本发明不限于预涂金属材料,也可以应用于后涂金属材料。在后涂金属材料的情况下,与预涂金属材料不同,未必要求加工粘附性等,但在作为反射板使用的情况下,需要具有高的全光线反射率。
在后涂金属材料的情况下,通过向高浓度颜料层中添加具有比金红石型氧化钛大的粒径的低折射率粒子,如果该低折射率粒子的固体成分浓度高,则能够使高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra为0.8μm以上。另外,在加工后的金属材料上形成了高浓度颜料层后,在形成的高浓度颜料层的表面物理地附加划痕等,弄粗糙使得表面的Ra变为0.8μm以上,其后,即使涂布上涂层用涂料,也能够使高浓度颜料层和上涂层的边界面的Ra为0.8μm以上。
<对于涂装金属材料的制造方法>
以上,对于本实施方式涉及的涂装金属材料的构成详细地进行了说明。接着,对于具有上述那样的构成的涂装金属材料的制造方法详细地说明。
本实施方式涉及的涂装金属材料的制造方法,是形成包含高浓度颜料层和层叠于高浓度颜料层的表层侧的上涂层的至少两层的被覆层使得高浓度颜料层和上涂层的边界面的中心线平均粗糙度Ra为0.8μm以上的方法,该高浓度颜料层含有按固体成分体积浓度计为35%~70%的金红石型氧化钛。以下,分为涂装金属材料为预涂金属材料的情况和为后涂金属材料的情况,对本实施方式涉及的涂装金属材料的制造方法的详情进行说明。
[预涂金属材料的情况]
首先,对于在涂装金属材料为预涂金属材料的情况下的本实施方式涉及的涂装金属材料的制造方法进行说明。本实施方式涉及的涂装金属材料可以通过一般的连续涂装生产线(被称为「CCL」)、切板用的涂装生产线来适当选择需要的处理,实施选择了的处理,由此制造。作为涂装生产线的代表性的制造工序,是「洗涤」→「干燥」→「化学转化处理」→「干燥」→「涂装」→「干燥、烘烤」→「冷却」→「干燥」,但本实施方式中的涂装金属材料的制造工序不限定于此。
另外,本实施方式涉及的涂装金属材料,也可以通过如通常进行的那样,按各被覆层反复进行涂装和干燥·烘烤来制造,但从各层的性能方面和生产率的方面来看,优选:采用多层同时涂布或湿-湿方式,在金属材料表面的一部分或全部涂布高浓度颜料层形成用的涂料和上涂层形成用的涂料来制造。同样,当本实施方式涉及的涂装金属材料在上涂层的表层侧还具有最表层的涂膜层(例如,上述的含有硅树脂或氟树脂的涂膜层)的情况下,优选采用多层同时涂布或湿-湿方式,在金属材料表面涂布高浓度颜料层形成用的涂料、上涂层形成用的涂料、和最表层的涂膜层形成用的涂料。
再者,在本实施方式的金属材料为锌系镀层钢板的情况下,通过在连续电镀钢板设备或连续热浸镀锌钢板设备中的镀覆工序后,利用具有湿-湿涂装设备或同时多层涂布设备的生产线进行制造,可以在镀金属表面的氧化皮膜形成之前进行涂布,可以防止由氧化皮膜引起的凹陷外观不良。
在此,所谓多层同时涂布,是通过能够从狭缝模涂机或滑动料斗式的帘式涂布机等的平行的2个以上的狭缝等以层叠的方式吐出不同的涂料的装置,在同时地层叠多个涂液的状态下涂布于基材,将该层叠了的涂液同时地进行干燥、烘烤的方法。
另外,所谓湿-湿涂装,是在基材上涂装了一次涂液后,在该涂液干燥前的湿状态下在其上进一步涂布其他涂液,将层叠了的多层的涂液同时地干燥、烘烤的方法。具体地讲,作为湿-湿涂装的方法,例如可举出下述方法等:采用辊涂、浸渍、帘式流动涂布、辊式幕帘涂布等的涂装方法,涂装了1层的涂膜层后,在干燥烘烤该涂膜层之前,再在其上,采用帘式流动涂布、辊式幕帘涂布、滑动料斗式涂布、狭缝模涂等的可以在与基材不接触的状态下涂装的方法实施第2层的涂装后,同时地干燥、烘烤所层叠了的湿状态的多层涂膜的方法等。
在本实施方式中,作为同时地烘烤进行了多层同时涂布或者湿-湿涂装的涂膜的方法,可以使用一般公知的涂料用烘烤炉,例如热风干燥炉、直下型加热炉、感应加热炉、红外线加热炉或并用了它们的炉等。
这样,通过层叠地同时涂布未干燥状态的涂液,在涂液的边界部各层的涂液稍微混合,由此可以形成各层的成分混杂的混合层,由此,可以使层间粘附性提高。另外,由于将以往按各层来进行的干燥工序统一地进行,因此在生产率和制造成本方面是有利的,并且还有干燥设备少这样的优点。
[后涂金属材料的情况]
接着,对于涂装金属材料为后涂金属材料的情况的本实施方式涉及的涂装金属材料的制造方法进行说明。
本实施方式涉及的采用后涂的涂装金属材料,在对如上述那样的金属材料实施了化学转化处理等后,成型为待使用本实施方式涉及的涂装金属材料的照明反射板、发光部件的反射板或图像显示部的反射板等的形状后,通过后涂来涂装,由此制造。作为金属材料的成型方法,可以使用公知的方法。另外,作为后涂的方法,可以采用喷涂、浸渍涂装、采用帘式流动涂布机的涂装、毛刷涂装、静电涂装等的公知的方法。另外,在后涂金属材料的情况下也可以通过喷涂等来进行湿-湿涂装。
(总结)
在使用如以上说明的本实施方式涉及的涂装金属材料的电子设备中,该涂装金属材料高水平地兼具高的全光线反射率和成型性,因此在同一光源的情况下比以往更明亮,并且,即使光源的数量比以往少,或减少投入功率,也能够确保与以往同等的明亮度。此外,本实施方式涉及的涂装金属材料,具有可以容易地成型为各种形状、或者成型为较复杂的形状的特性,因此可以期待可应用的电子设备对象的扩大、和应用的部件的生产率提高的效果。
作为可以发挥这样的特性的电子设备,没有特别限定,可以在例如照明反射板、发光部件的反射板、或者图像显示部的反射板等中使用。作为它们的更具体的例子,可举出照明器具、灯饰、AV(视听)设备、可移动设备、各种显示器等,优选用于照明反射板、内饰标牌内的反射板、液晶显示器的背光源反射板等。
[实施例]
接着,使用实施例更具体地说明本发明,但本发明不限定于下述实施例。
[涂料]
首先,对于在本实施例中使用的涂料详细地说明。在本实施例中,作为涂装金属材料,使用在成为基材的镀锌钢板表面,被覆有下述被覆层的预涂钢板,该被覆层具有从该钢板侧顺次层叠了的底涂层、高浓度颜料层(中涂层)、上涂层的三层结构,或者底涂层、中涂层、两层的上涂层的四层结构。以下,按底涂层用涂料(称为「底涂涂料」)、高浓度颜料层(中涂层)用涂料(称为「中涂涂料」)、上涂层用涂料(称为「上涂涂料」)的顺序对于使用的涂料成分进行说明。
(底涂涂料)
对于底涂涂料如下述表1所示,作为粘合剂,使用作为东洋纺公司制的非晶性聚酯树脂的「バイロン(注册商标)630」(数均分子量23000、羟值5),作为颜料,使用作为平均粒径为280nm的金红石型氧化钛的石原产业公司制「タイペ一ク(注册商标)CR95」(折射率:2.5),以金红石型氧化钛的固体成分体积浓度变为25%的方式与粘合剂混合,制作了底涂涂料(底涂-1)。
表1
(中涂涂料)
对于中涂涂料,如表1所示,作为基础树脂,使用作为东洋纺公司制的非晶性聚酯树脂的「バイロン(注册商标)」系列、和作为住化バイエルウレタン公司制的非晶性聚酯树脂的「デスモフエン(注册商标)」系列。例如,在中涂-1~20中,使用将「バイロン(注册商标)630」(数均分子量23000、羟值5)和作为住化バイエルウレタン公司制的非晶性聚酯树脂的「デスモフエン(注册商标)690」(数均分子量3500、羟值46)以质量比1∶1溶解在有机溶剂(将ソルベツソ150和环己酮以质量比1∶1混合而成的溶剂)而成的物质。交联剂,相对于聚酯树脂的固体成分100质量份,添加15质量份的市售的作为六甲氧基-甲基化三聚氰胺的三井サイテツク公司制的「サイメル(注册商标)303」,进而添加0.5质量份的市售的作为酸性催化剂的三井サイテツク公司制的「キヤタリスト(注册商标)6003B」,由此得到了聚酯系透明涂料。
作为金红石型氧化钛,使用平均粒径为280nm的石原产业公司制「タイペ一ク(注册商标)CR95」(折射率:2.5)。
另外,作为在中涂层中含有的低折射率粒子,使用旭硝子公司制二氧化硅「サンスフエア(注册商标)H-31」(平均粒径3μm)。
此外,作为在中涂层中含有的颜料的比较材料,使用平均粒径为300nm的堺化学工业公司制的硫酸钡「BARIACE(注册商标)B-30」(折射率:1.6)、平均粒径为290nm的堺化学工业公司制的氧化锌「微细氧化锌」(折射率:2.0)。
此外,通过变更溶剂量和涂料的保管温度、保管期间来调整中涂涂料的低剪切力下的涂料粘度。再者,作为低剪切力下的粘度,采用使用东京计器公司制的B型粘度计(型号:B-8L)在转速6rpm下测定的值。
将制作的中涂涂料的详情示于下述表2。
(上涂涂料)
对于上涂涂料,使用如下述表3所示,作为粘合剂,使用将东洋纺公司制的非晶性聚酯树脂「バイロン(注册商标)630」(数均分子量23000、羟值5)溶解于有机溶剂(将ソルベツソ150和环己酮以质量比1∶1混合而成的溶剂)而成的物质。交联剂,相对于聚酯树脂的固体成分100质量份添加15质量份的市售的三井サイテツク公司制的完全烷基型甲基化三聚氰胺树脂(以下,称为甲基化三聚氰胺)「サイメル(注册商标)303」,进而,添加0.5质量份的市售的作为酸性催化剂的三井サイテツク公司制的「キヤタリスト(注册商标)6003B」,由此得到了透明涂料。使用该透明涂料,作为颜料,使用平均粒径为280nm的金红石型氧化钛的石原产业公司制「タイペ一ク(注册商标)CR95」(折射率:2.5),以金红石型氧化钛的固体成分体积浓度成为25%的方式与粘合剂混合,制作了上涂涂料(上涂-1)。
另外,也制作了:使用与上述上涂-1相同的粘合剂树脂和颜料,而且添加了相对于粘合剂树脂和颜料的合计量100质量份为1质量份的BYK公司的有机硅系添加剂BYK-306的涂料(上涂-2)、添加了0.5质量份的BYK公司的氟系添加剂BYK-340的涂料(上涂-3)。
另外,作为粘合剂的基础树脂,使用市售的聚硅氧烷-丙烯酸共聚树脂即东亚合成公司制的聚硅氧烷改性丙烯酸树脂「サイマツク(注册商标)US-380」,作为交联剂,使用了将市售的大日本インキ化学工业公司制的丁基化三聚氰胺树脂「ス一パ一ベツカミン(注册商标)J830」和三井サイテツク公司制的甲基化三聚氰胺「サイメル(注册商标)303」以质量比1∶1混合了的交联剂。将这些粘合剂树脂和交联剂按固体成分质量比100∶30混合,得到了透明涂料(上涂-4)。此外,使用该透明涂料,与上涂-1同样,作为颜料,使用石原产业公司制的「タイペ一ク(注册商标)CR95」,以金红石型氧化钛的固体成分体积浓度成为25%的方式与粘合剂混合,制作了上涂涂料(上涂-5)。
另外,也制作了除了作为交联剂使用住化バイエルウレタン公司制的「デスモフエンBL3175(商品名)」(以下,称为HDI)以外,与上涂-4、5同样地制作的涂料(上涂-6、7)。
另外,也制作了除了作为粘合剂的基础树脂使用富士工业公司制的聚硅氧烷-氟共聚树脂的「ZX-001」以外,与上涂-4、5同样地制作的涂料(上涂-8、9)。
另外,也制作了使用与上述上涂-1同样的粘合剂树脂和颜料,而且添加了相对于粘合剂树脂和颜料的合计量100质量份为20质量份的四乙氧基硅烷的涂料(上涂-10)。
再者,在上述上涂-1~10中,作为稀释溶剂,全都使用了以质量比计将环己酮和ソルベツソ150按1∶1混合的溶剂。
(预涂金属板)
接着,对于在本实施例中使用的预涂金属板详细地说明。
准备了新日本制铁株式会社的热浸镀锌钢板「シルバ一ジンク(注册商标)」(以下,称为GI)作为原板。使用板厚为0.6mm的板。使用镀覆附着量为单面60mg/m2的板。
接着,将准备好的原板通过日本パ一カライジング公司制的碱性脱脂液「FC-4336」的2质量%浓度、50℃水溶液进行喷雾脱脂,水洗后进行干燥,其后通过辊涂机涂布作为日本パ一カライジング公司制的无铬酸盐化学转化处理的「CT-E300N」,通过热风烘箱干燥。在热风烘箱中的干燥条件是使钢板的到达板温为60℃。以无铬酸盐处理的附着量按全固体成分计附着200g/m2的方式进行涂装。
接着,在实施了化学转化处理的金属板的一个面,将制作出的底涂涂料以干燥后的膜厚为20μm的方式用辊涂机进行涂装,在另一个面,将作为日本フアインコ一テイングス公司制的背面涂料的「FL100HQ」的灰色以干燥后的膜厚为5μm的方式用辊涂机进行涂布,其后使用吹入了热风的感应加热炉在金属板的到达板温为230℃的条件下干燥烘烤固化。并且,在干燥烘烤后,用喷雾器向涂装了的金属板喷水,进行水冷。
接着,使用滑动料斗式的帘涂机,在底涂涂膜层的表面,将中涂涂料和上涂涂料同时地进行两层层叠涂装,使用吹入了热风的感应加热炉在金属板的到达板温为220℃的条件下,将层叠了的涂膜同时地干燥烘烤固化。并且,在干燥烘烤后,用喷雾器向涂装了的金属板喷水进行水冷,由此制作了具有三层结构的被覆层的预涂金属板(以后,将在本步骤中的涂装方法称为「涂装方法(i)」)。
另外,根据需要,使用辊涂机对底涂涂膜层的表面仅涂装1层的中涂涂料,按上述的要领烘烤后,再次使用辊涂机对中涂涂膜层的表面涂装1层上涂涂料,按上述的要领烘烤,制作了具有三层结构的被覆层的预涂金属板(将在本步骤中的涂装方法称为「涂装方法(ii)」)。
另外,根据需要,使用滑动料斗式的帘涂机在底涂涂膜层之上涂装中涂涂料和上涂涂料,再于其上涂装上涂涂料,从而同时进行三层层叠涂装,利用吹入了热风的感应加热炉在金属板的到达板温为220℃的条件下,将层叠了的涂膜同时地干燥烘烤固化。并且,干燥烘烤后,用喷雾器向涂装了的金属板喷水进行水冷,由此制作了具有四层结构的被覆层的预涂金属板(以下,将在本步骤中的涂装方法称为「涂装方法iii」)。
(评价方法)
接着,对如上述那样制作了的预涂金属板的评价方法的详情进行说明。1)预涂金属板的全光线反射率测定
使用对岛津制作所公司制的分光光度计「UV265」安装了积分球反射附属装置的仪器,作为基准板使用将硫酸钡粉末压固而成的基准板。测定在作为人眼的敏感度最高的波长的555nm下的全光线反射率,按照以下的基准进行评价。
◎:全光线反射率为99%以上的情况
◎~○:全光线反射率为97%以上且低于99%的情况
○:全光线反射率为95%以上且低于97%的情况
○~△:全光线反射率为93%以上且低于95%的情况
△:全光线反射率为91%以上且低于93%的情况
△~×:全光线反射率为89%以上且低于91%的情况
×:全光线反射率低于89%的情况
2)照明器具的辉度测定
图1和图2表示实验装置的概要。将被覆基材成型为如图1和图2所示的纵向的两端部向上面侧弯折的形状,作为反射板1。在其中并列安装2根市售的荧光灯照明器具2,在其上安装由毛玻璃形成的罩3。在距测定点垂直地距离50cm的地方设置辉度计6,测定该罩3的中央部分(以下,称为「辉度测定部」)4和从中央部分4向外侧偏移1.5cm的部分(以下,称为「辉度的均匀性比较测定部」)5的辉度。作为荧光灯照明器具2,使用16型、灯输出功率为16W的荧光灯。
辉度的评价通过测定罩3的辉度测定部4来评价。测定时,将荧光灯照明器具2以外的光全部隔绝,测定如下地制作出的基准反射板的辉度,与此相对,测定安装了使用制作出的被覆基材制作的反射板1时的辉度。然后,从利用基准反射板测定时的辉度和利用制作出的被覆基材的反射板1测定时的辉度,定义为辉度变化率=([采用制作出的被覆基材的反射板1中的辉度]-[基准反射板中的辉度])×100/[基准反射板中的辉度],通过辉度变化率按以下的基准进行评价。
◎:辉度变化率为30%以上的情况
◎~○:辉度变化率为25%以上且低于30%的情况
○:辉度变化率为20%以上且低于25%的情况
○~△:辉度变化率为15%以上且低于20%的情况
△:辉度变化率为10%以上且低于15%的情况
×:辉度变化率低于10%的情况
基准反射板是通过作为以往的提高反射板表面的反射率的手段的涂装反射率高的白色系的涂料的方法来制作的。将表4所示的涂料采用与上述的底涂涂装板的制作同样的方法,以干燥后膜厚为10μm的方式进行涂装,并干燥固化。在其上使用辊涂机再次将表4所述的涂料以干燥后膜厚为20μm的方式涂装,使用吹入了热风的感应加热炉在金属板的到达板温为230℃的条件下干燥固化。并且,在干燥烘烤后,用喷雾器向涂装了的金属板喷水进行水冷。
另外,辉度的均匀性的评价是测定罩的辉度测定部4和从辉度测定部4偏移1.5cm的辉度的均匀性比较测定部5的两个部位的辉度,定义为辉度的均匀度=100-([辉度的均匀性比较测定部5的辉度]-[辉度测定部4的辉度])/[辉度测定部4的辉度]×100,用辉度的均匀度按以下的基准进行评价。
◎:辉度的均匀度为90%以上的情况
○:辉度的均匀度为85%以上且低于90%的情况
△:辉度的均匀度为70%以上且低于85%的情况
×:辉度的均匀度低于70%的情况
3)可加工性和粘附性
将制作出的预涂金属板在其间夹着任意枚数的样品的状态下进行180°弯折加工(粘附弯曲加工),用目视观察加工部的涂膜,调查了涂膜的裂纹的有无。再者,在进行180°弯折时,以预涂金属板的表面成为弯曲的外侧的方式弯折,进行粘附弯曲(一般已知不夹持样品的情况为0T弯曲,夹持1枚样品的情况为1T弯曲)。并且,用目视观察加工部,按以下的基准进行评价。
◎◎:在0T弯曲下没有裂纹和剥离
◎:在1T弯曲下没有裂纹和剥离
◎~○:在2T弯曲下没有裂纹和剥离
○:在2T弯曲下有一点点的裂纹和/或剥离,在3T弯曲下没有裂纹和剥离
○~△:在2T弯曲下有到达底涂涂膜层或原板的裂纹和/或剥离,在3T下没有裂纹和剥离
△:在3T弯曲下有一点点的裂纹和/或剥离,在4T下没有裂纹和剥离
△~×:在2T弯曲下有到达底涂涂膜层或原板的裂纹和/或剥离,在3T弯曲下没有裂纹和剥离
×:在4T弯曲下有裂纹和/或剥离
此外,也实施对加工部粘贴胶带再剥离的加工部粘附性试验,用目视观察胶带剥离后的粘附性,按以下的基准进行评价。
◎◎:在0T弯曲下没有剥离
◎:在1T弯曲下没有剥离
◎~○:在2T弯曲下没有剥离
○:在2T弯曲下相对于加工部的总长度在合计低于一半的长度存在剥离,在3T弯曲下没有剥离
○~△:在2T弯曲下相对于加工部的总长度在合计低于一半的长度存在剥离,在3T弯曲下没有剥离
△:在3T弯曲下有一点点的裂纹和/或剥离,在4T弯曲下没有裂纹和剥离
△~×:在2T弯曲下相对于总长度在合计为一半以上的长度存在剥离,在3T弯曲下没有剥离
×:在4T弯曲下有剥离
4)综合评价
评分是以◎◎的情况为8分、以◎的情况为7分、以◎~○的情况为6分、以○的情况为5分、以○~△的情况为4分、以△的情况为3分、以△~×的情况为2分、以×的情况为1分,合计全光线反射率和可加工性的评分,算出其合计,按以下的基准进行评价。
◎:评分的合计为11分以上
○:评分的合计为9分以上且低于11分
△:评分的合计为7分以上且低于9分
×:评分的合计低于7分
5)边界面Ra的测定
中涂层和上涂层的边界面的Ra通过切断各实施例的涂膜,埋入树脂后进行研磨,由此使垂直于涂膜的表面的截面变平滑,利用以3500倍的扫描型显微镜拍摄了的照片进行评价。从照片之上,覆盖用于OHP的透明胶片,精密地扫描边界面的凹凸后,如图3所示,沿边界面曲线的平均线的方向仅提取基准长度l,沿该提取部分的平均线的方向取为X轴,沿纵倍率方向取为Y轴,在用y=f(x)表示界面曲线时,将通过以下的式子求出的值以微米(μm)表示。再者,对任意的5个部位进行测定,求出其平均值。
6)最表面的WCA的测定
被覆层的最表面的WCA通过明伸工业公司制的三维表面形状测定装置进行测定。在测定时的评价长度为40mm、截取值(cut off)8mm的条件下测定。详情依据JIS B0601标准进行测定。对任意的5个部位进行测定,求出其平均值。
7)混合层厚度的测定
利用GDS(辉光放电发射光谱分析装置)在中涂层和上涂层的边界面附近测定了深度方向的Ti的分布。更具体地讲,在以中涂层的Ti浓度为x、上涂层的Ti浓度为y时,将[x+0.05×(x-y)]~[y-0.05×(x-y)]的部分的厚度作为混合层厚度进行测定。对任意的5个部位进行测定,求出其平均值。
6)最表面WCA的测定
被覆层的最表面的WCA通过明伸工业公司制的三维表面形状测定装置进行测定。
7)混合层厚度的测定
利用GDS(辉光放电光谱分析装置)在中涂层和上涂层的边界面附近测定了深度方向的Ti的分布。更具体地讲,在以中涂层的Ti浓度为x、上涂层的Ti浓度为y时,将[x+0.05×(x-y)]~[y-0.05×(x-y)]的部分的厚度作为「混合层厚度」进行测定。
8)耐污染性
另外,将三菱化学公司制的涂料用碳「三菱カ一ボンMA100」的10%悬浊液,涂布于如上制作出的预涂金属板的涂膜表面,在1小时后通过日本ウエス公司制的クリ一ニング白メリヤスウエス擦抹,用采用分光测色计(スガ试验器制、型号MSC-45-2B)得到的ΔE求出试验前后的颜色的变化,按以下的基准进行评价。
◎:ΔE低于0.2
◎~○:ΔE为0.2以上且低于0.5
○:ΔE为0.5以上且低于1
△:ΔE为1以上且低于2
×:ΔE为2以上
(评价结果)
表4~6表示在本实施例中制作出的预涂金属板的构成和其评价结果。
由本发明的实施例得到的预涂金属板(NO.1~42、48~62),是全光线反射率、辉度、涂膜可加工性、耐污染性全都良好的结果。
可知如NO.1~42、48~62所示,通过将中涂层中的金红石型氧化钛的体积浓度设为35%以上,中涂层和上涂层的边界面的Ra为0.8μm以上,能够有助于反射的面积增加,因此可得到高的全光线反射率。并且,可知由于中涂层和上涂层的接触面积增加,可得到优异的粘附性。
中涂层中的颜料不是氧化钛的金属板(NO.43、44),由于全光线反射率差,因此不优选。中涂层中的金红石型氧化钛的体积浓度低于35%的金属板(NO.45),由于全光线反射率差,因此不优选。中涂层中的金红石型氧化钛的固体成分体积浓度超过70%的金属板(NO.46),由于可加工性和粘附性差,因此不优选。中涂层和上涂层的边界面的Ra低于0.8μm的金属板(NO.47),由于可加工性和粘附性差,因此不优选。
可知如NO.6~42所示,通过在中涂层中与金红石型氧化钛一同含有粒径比金红石型氧化钛大的低折射率颜料,可以提高中涂层和上涂层的边界面的Ra,可得到更高的全光线反射率和更优异的粘附性。
可知如NO.13~16所示,通过降低中涂涂料的低剪切力下的粘度,可以提高中涂层和上涂层的边界面的Ra,可得到更高的全光线反射率和更优异的粘附性。但是,如果过于降低中涂涂料的低剪切力下的粘度,最表面的WCA为4μm(NO.16),则有耐污染性稍差的倾向。因此,可知更优选最表面的WCA为2μm以下。
可知如NO.17~42所示,如果增长涂装烘烤时间,则存在于中涂层和上涂层的边界部的混合层变厚,可得到更高的全光线反射率和更优异的粘附性。可知存在于中涂层和上涂层的边界部的混合层的厚度更优选为3μm以上。
可知如NO.48~56所示,中涂层的膜厚越薄,全光线反射率就降得越低,但涂膜可加工性提高。可知由本发明的实施例得到的预涂金属板全都是全光线反射率和可加工性的平衡优异的。
可知如NO.57~80所示,如果在由本发明的实施例得到的预涂金属板的上涂层或最表层的粘合剂中含有硅树脂或氟树脂(NO.58~62、64~80),则耐污染性提高,从而更优选。
可知如NO.81、82所示,如果在由本发明的实施例得到的预涂金属板的上涂层中含有来源于烷氧基硅烷或烷氧基硅烷的水解缩合物的Si,则耐污染性提高,从而更优选。另外,还可知在中涂层的膜厚较厚的NO.81中,全光线反射率和辉度特别优异,在中涂层的膜厚较薄的NO.82中,可加工性和粘附性特别优异。
以上,一边参照附图一边对于本发明的优选实施方式进行了说明,但本发明不限定于这些例子是不用说的。若为本领域技术人员,则在专利请求保护的范围所述的范围内能够想到各种的变更例或修正例是明显的,可理解为对于这些例子当然属于本发明的技术范围。
附图标记说明
1:反射板、2:荧光灯照明器具、3:罩、4:辉度测定部、5:辉度的均匀性比较测定部、6:辉度计