JP2002348674A

JP2002348674A - 日射反射性に優れたアルミ系めっき鋼板

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Publication number: JP2002348674A
Application number: JP2001155377A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Iwamizu; 義治岩水; Takeshi Shimizu; 剛清水; Keiji Izumi; 圭二和泉
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2002-12-04

Abstract

(57)【要約】【目的】アルミ系めっき鋼板の耐食性、加工性を維持
するとともに、腐食生成物や汚染物質によるめっき表面
の汚れに起因する日射反射性の低下を抑制することを目
的とする。【構成】アルミ系めっき層を有する鋼板表面に、アナ
ターゼ型酸化チタン微粒子を含有し透明もしくは半透明
のゾル・ゲル法で得られたシリケート系皮膜を形成す
る。アナターゼ型酸化チタン微粒子としては粒径が０．
１μｍ以下のものが好ましく、ゾル・ゲル法で得られた
シリケート系皮膜としては主骨格がシリケート結合（Ｏ
−Ｓｉ−Ｏ）で有機官能基が側鎖のみであるアルコキシ
シランを用いて形成したものが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外装用建材や熱機器な
どに使用されるアルミ系めっき鋼板に関する。さらに
は、太陽光等の熱線を反射し、屋根材の温度上昇、室内
温度の上昇を抑制して、省エネルギーに寄与できる外装
用建材として好適な、日射反射性に優れたアルミ系めっ
き鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】強度が高く、軽量で成形性も良いことか
ら、屋根材や壁材などの外装用建材として金属系の材料
が工場や一般住宅に広く使用されるようになっている。
しかし、金属系材料は、材料自体が無機系材料や木質系
材料などと比較して比熱が小さく熱貫流率が高いので、
建物内部の温度上昇に対して不利である。そのため、住
居用途では屋根や壁の間に厚い断熱材の使用などの工夫
がされるのが普通である。また、非住宅においても省エ
ネルギーの観点から少しでも室内温度の上昇を抑制する
ことが時代の要請である。

【０００３】従来から、アルミ系めっき鋼板はＡｌ自体
が耐食性に優れることから、工場の屋根などの長期耐久
性が要求される用途に使用されてきた。また、Ａｌは日
射反射性に優れることから、建物外装材に用いられるア
ルミ系めっき鋼板の優れた日射反射性は、耐久性と並ぶ
特性として評価されている。しかし、長期耐食性に優れ
るアルミ系めっき鋼板といえども、長期的には腐食し表
面が灰白色を呈するようになる。また、近年ディーゼル
車からの排気ガス粒子による汚染も表面汚れに拍車をか
けている。

【０００４】その結果、アルミ系めっき鋼板のアルミ系
めっき層が腐食生成物や汚染物質により汚染され、熱反
射率が低下するといった問題が生じている。この問題を
解決するため、アルミ系めっき表面に耐光性に優れたフ
ッ素系塗装を施したり、Ａｌ粉末を添加したメタリック
塗装でアルミ様の外観を擬似させ、アルミ系めっき表面
を保護する方法などが採られているが、コスト高になっ
ている。

【０００５】一方、近年アナターゼ型の酸化チタンの光
触媒作用により、有機質汚染物質を分解させ、あるいは
大気中のＮＯ_XやＳＯ_Xを分解させる技術の産業上の適用
が広く検討され、一部実用化される段階に至っている。
この酸化チタンを建材の汚れ防止に適用する場合、酸化
チタン粒子を被塗物に固定する必要がある。固定材料と
しては、一般的にはバインダーとしての樹脂塗料の使用
が想定されるが、光触媒酸化チタン粒子を含有する有機
樹脂は、太陽光を受けると酸化チタンの触媒作用によっ
て分解、塗膜としては比較的短期に劣化してしまう。

【０００６】上記理由から、光触媒作用を有する酸化チ
タンを用いる際のバインダーとしては、酸化珪素（シリ
カ）を用い加熱して皮膜を形成させている。しかしシリ
カを用いた皮膜は比較的ポーラスであり、耐食性にやや
難点がある。しかも無機材料であるため加工性に劣り、
予め塗装しためっき鋼板では建材などの用途に加工する
際、塗膜の剥離が避けられない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解消すべく案出されたものであり、特に建物外装
材に用いられるアルミ系めっき鋼板の長期にわたる耐食
性を維持するとともに、腐食生成物や汚染物質によるめ
っき表面の汚れに起因する日射反射性の低下を長期にわ
たって抑制することを目的とするものである。さらには
種々の用途に応じて加工される場合に、上記特性を有す
る皮膜の加工性をも維持することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の日射反射性に優
れたアルミ系めっき鋼板は、その目的を達成するため、
アルミ系めっき層を有する鋼板表面に、アナターゼ型酸
化チタン微粒子を含有し透明もしくは半透明のゾル・ゲ
ル法で得られたシリケート系皮膜を形成したものであ
る。アナターゼ型酸化チタン微粒子としては粒径が０．
１μｍ以下のものが好ましく、ゾル・ゲル法で得られた
シリケート系皮膜としては主骨格がシリケート結合（Ｏ
−Ｓｉ−Ｏ）で有機官能基が側鎖のみであるアルコキシ
シランを用いて形成したものが好ましい。アルミ系めっ
き鋼板としては、Ａｌ、Ａｌ−Ｍｇ、Ａｌ−Ｍｎ、Ａｌ
−Ｓｉなどの溶融アルミ系めっき鋼板、もしくは溶融塩
系電気Ａｌめっき鋼板が使用できる。

【０００９】

【作用】前述の課題を解決するため、本発明者らは鋭意
検討した結果、光触媒機能を有する微粒子の酸化チタン
を含有する透明もしくは半透明のゾル・ゲル法で得られ
るシリケート系の皮膜をアルミ系めっき鋼板上に施すこ
とにより、耐食性を維持し、耐汚染性を高めて熱反射特
性を優れたものとしたアルミ系めっき鋼板を提供でき
た。

【００１０】アルミ系めっき鋼板は通常、連続溶融めっ
き法で製造される場合が多く、この方法で製造されたア
ルミ系めっき鋼板は、金属光沢が高い。通常のダウロー
ル圧延仕上げ材の６０°光沢度は３０〜５０程度であ
る。まず、めっき層上に塗膜を形成しても日射反射性を
保持するためには、上記光沢を維持する必要がある。こ
のためにも塗膜は透明もしくは半透明な材質のもので形
成しなければならない。

【００１１】次に、透明もしくは半透明の塗膜を汚れに
対しても長期にわたって維持するるために、塗膜中に光
触媒機能を有する酸化チタン微粒子を添加混入させる。
塗膜に添加混入させる粒子の粒径は極力小さくしなけれ
ばならない。一般に光の半波長以下の物質であれば、光
の透過を阻害しないと言われており、本発明で用いられ
る酸化チタン微粒子の粒径は、可視光線の波長域である
１００ｎｍ以下であることが好ましく、さらには数十ｎ
ｍ以下であることが好ましい。

【００１２】光触媒活性を有する酸化チタン微粒子に光
が当たると、酸化チタン表面が励起され、酸化・還元作
用が起こって吸着している有機物を分解したりする。こ
の酸化力は強く、一般的な有機樹脂の結合、例えばＣ−
Ｈ（９８．７ｋｃａｌ／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｏ（９５．５ｋ
ｃａｌ／ｍｏｌ）、Ｃ−Ｃ（８２．６ｋｃａｌ）などの
結合エネルギーは十分に活性化され、結合が切れ樹脂や
有機化合物の分解が生じる。したがって、光触媒微粒子
のバインダーとなる物質としては、基本的には結合エネ
ルギーの大きいＳｉ−Ｏ（１０８ｋｃａｌ／ｍｏｌ）の
ような結合を骨格に持つ構造の無機物質を使用する必要
がある。

【００１３】光触媒活性を有する酸化チタン微粒子を結
合させるために、シリカ系化合物を用い比較的低温で加
熱造膜して、酸化チタン微粒子をシリカとともに凝結さ
せている。しかし、前述したようにシリカは元来粒子状
であり、１５０〜１８０℃程度で加熱造膜した場合でも
完全に粒子間を塞ぐことはできず、ポーラスな皮膜にな
り易い。また、皮膜の厚みも比較的厚く透明性も劣る
し、加工性も劣り鋼板などを加工した後に塗装するポス
トコート用としか使用できない。当然、建材などの用途
では必ず折板やサイディングなどに加工されるので、加
工が必要な用途には不向きである。

【００１４】そこで、シリカ系の皮膜として、ゾル・ゲ
ル法によるシリケート皮膜を用いることにより、これら
の課題をすべて解決した。すなわち、一般にゾル・ゲル
法で用いるアルコキシシランは次の（１）式で表される
構造であり、（２）式による反応でシリケートを骨格と
する皮膜を形成する。

【００１５】

【００１６】さらには、この側鎖に各種の官能基を導入
することにより種々の性質を付与することができるが、
本発明の場合、主旨からするとできるだけ有機の官能基
の量は減じたい。皮膜の骨格が−Ｓｉ−Ｏ−シリケート
構造であるため、側鎖の部分の結合が切れても全体を損
なうことがなく、全体として安定に存在し得ることにな
る。この側鎖に水酸基などを導入すると、鋼板上で塗装
・焼付ける場合、鋼板との密着性が向上し、加工の際皮
膜にかじりなどもなく加工性も良くなる。

【００１７】このように、ゾル・ゲル法で得られるシリ
ケート皮膜は化学構造的に安定なシリケート結合を骨格
とするため、微粒子の酸化チタンを含有しても、側鎖の
一部は徐々に分解するが、全体としてはアナターゼ型酸
化チタンの触媒活性に対して安定に存在する。また、シ
リカ粒子をバインダーとする場合と比較して皮膜が連続
的であり、鋼板への密着性にも優れ、後加工を伴う用途
にも適用できる。

【００１８】

【実施の態様】本発明の用いられるアルミ系のめっき鋼
板としては、溶融Ａｌ−９％Ｓｉめっき鋼板、溶融Ａｌ
−Ｍｇめっき鋼板、電気Ａｌめっき鋼板などがある。ア
ルミ系めっき鋼板上にゾル・ゲル法でシリケート系皮膜
を形成する場合、塗装前処理としてアルカリ脱脂、酸
洗、塗布型クロメート処理などを施しておくことが好ま
しい。ゾル・ゲル法に使用するアルコキシシランには、
テトラメトキシシラン、トリメトキシシラン、ジエトキ
シシランなどが使用される。

【００１９】添加・混入させるアナターゼ型酸化チタン
微粒子としては、前述したように０．１μｍ以下のもの
を使用することが好ましい。また添加量は乾燥後のシリ
ケート１００重量部に対して１〜５０重量部の範囲にす
ることが好ましい。１重量部未満であると、光触媒機能
による耐汚染性の効果が小さく、５０重量部を超える
と、加工性が低下して皮膜の剥離が生じ易くなる。ま
た、塗装方法は、ロールコート法、スプレー法、バーコ
ート法など、均一に塗布できるものであれば特に限定さ
れない。

【００２０】膜厚は、１〜３０μｍの範囲とすることが
好ましい。１μｍ未満では、Ａｌ系めっき鋼板に均一に
塗布することが困難で、鋼板の凹凸を被覆できず、Ａｌ
系めっき鋼板の耐食性が低下し、３０μｍを超えると、
鋼板と皮膜の熱膨張率の違いによりクラックが生じ、さ
らに加工の際に皮膜が剥離し易くなる。皮膜の均一塗装
性、耐食性と加工性との観点から、より好ましくは２〜
１５μｍの範囲が好ましい。ゾル・ゲル反応による連続
的なシリケート皮膜の形成は、例えば、モノメチルトリ
アルコキシシランを１モル当たり３モルの水で加水分解
して、モノメチルシラノールゾルにし、このゾルをＡｌ
系めっき鋼板にバーコート法等で塗布し、到達温度１７
０℃程度の加熱することで、シラノールゾルを脱水・縮
合反応させることで得られる。

【００２１】

【実施例】以下に、本発明を実施例によって説明する。
テトラメトキシシランを１モル当たり３モルの水で加水
分解して、テトラシラノールゾル（分子量；ポリスチレ
ン換算で１００００）にした後、平均粒径の異なるアナ
ターゼ型微粒子酸化チタンを、乾燥後のシリケート１０
０重量部に相当するテトラシラノールゾルに対して添加
量を変化させて調整した。次に、これらのゾル溶液を、
通常の脱脂を行い、クロメート処理（Ｃｒ付着量：１５
ｍｇ／ｍ ²）を施した溶融Ａｌ−９％Ｓｉめっき鋼板
（板厚０．８ｍｍｔ、ダルロール圧延仕上げ）にバーコ
ート法で種々の乾燥膜厚になるように塗布して、オーブ
ンで加熱して皮膜を硬化させた。試料中に添加した微粒
子酸化チタンの粒径、添加量および膜厚等を表１に示
す。

【００２２】表１中には、比較例も併せて記載した。試
験Ｎｏ．６、７は、実施例と同様な方法で作製した。た
だし、試験Ｎｏ．６でゾル中に添加した微粒子酸化チタ
ンの平均粒径は２μｍであり、試験Ｎｏ．７では微粒子
酸化チタンは添加していない。試験Ｎｏ．８は、芳香族
イソシアネートとエチレングリコール系ポリエステルポ
リオールとを反応させたウレタン系樹脂を乳化剤により
エマルジョン化し、さらに平均粒径０．０５μｍのアナ
ターゼ型微粒子酸化チタンを乾燥後の樹脂成分１００重
量部に対して２０重量部添加した処理液を通常の脱脂を
行い、クロメート処理（Ｃｒ付着量：１５ｍｇ／ｍ²）
を施した溶融Ａｌ−９％Ｓｉめっき鋼板（板厚０．８ｍ
ｍｔ、ダルロール圧延仕上げ）にバーコート法で乾燥膜
厚３μｍになるように塗布して、オーブンで加熱して皮
膜を硬化させたものである。試験Ｎｏ．９は、アナター
ゼ型微粒子酸化チタンを添加させない他は試験Ｎｏ．８
と同様の処理を施したものである。さらに、試験Ｎｏ．
１０は、通常の脱脂を行い、クロメート処理（Ｃｒ付着
量：１５ｍｇ／ｍ²）を施した溶融Ａｌ−９％Ｓｉめっ
き鋼板（板厚０．８ｍｍｔ、ダルロール圧延仕上げ）で
ある。

【００２３】

【００２４】各試験片について、日射反射率、加工性、
耐食性および防汚性について以下の方法で評価した。日射反射率分光光度計を用いて、波長３５０ｎｍから２１００ｎｍ
までを波長間隔５０ｎｍごとに３６波長点の分光反射率
（Ｒλ_i）を測定し、分光分布（Ｅλ_i）を用いてＪＩＳ
Ａ５７５９に規定された次式で、日射反射率（Ｒ_E）
を求めて日射反射性を評価した。

【００２５】

【００２６】加工性試験片を９０度Ｖ曲げ（５Ｒ）を施して、加工部に粘着
テープを貼り付けた後、剥離するテーピング剥離を実施
し、皮膜剥離が認められないものを○、皮膜剥離が顕著
に認められたものを×で評価した。耐食性１０ｃｍ×２０ｃｍのサイズの試験片を端面部のみ防錆
塗料にてシールを施し、大気環境下（大阪府堺市）にて
暴露放置した。暴露放置３年後、試験片に腐食や変色が
認められないものを○、白錆や黒変が発生したものを×
で評価した。

【００２７】防汚性１０ｃｍ×２０ｃｍのサイズの試験片を端面部のみ防錆
塗料にてシールを施し、大気環境下（大阪府堺市）にて
暴露放置した。試験前ならびに暴露放置３年後の試験片
を、色差計（スガ試験機製カラーコンピューターＳＭ−
４）における明度（Ｌ値）を測定し、試験前後のＬ値の
差（ΔＬ）が７未満のものを○、７〜１５のものを△、
１５を超えるものを×として、耐汚染性を評価した。

【００２８】

【００２９】表２に示す結果からもわかるように、試験
Ｎｏ．１〜５（本発明の実施例）は、シリケート皮膜に
より耐食性に優れ、また、アナターゼ型酸化チタン微粒
子による光触媒機能により、暴露３年後でも汚れの付着
が少なく日射反射率も優れている。これに対して、試験
Ｎｏ．６、７では、シリケート皮膜により耐食性は優
れ、Ａｌめっき層自体の腐食による顕著な日射反射率低
下は観察されないが、試験Ｎｏ．６では、添加したアナ
ターゼ型酸化チタン粒子の平均粒径が大きいため、暴露
３年経過後では汚れの付着により日射反射率が低下して
いた。また、試験Ｎｏ．７では、アナターゼ型酸化チタ
ン微粒子が添加されていないため、試験Ｎｏ．６よりも
暴露経過後の汚れの付着による日射反射率の低下が顕著
に現れた。

【００３０】試験Ｎｏ．８では、アナターゼ型酸化チタ
ンの光触媒作用により皮膜の有機樹脂が分解されて、Ａ
ｌめっき層が早期に大気暴露下に露出されたため、汚れ
の付着やＡｌめっき層の腐食により日射反射率が顕著に
低下した。試験Ｎｏ．９は、耐候性有機樹脂皮膜によ
り、暴露１年程度では耐食性は良好なものの、暴露３年
経過後では、有機樹脂が太陽光の紫外線などにより自然
分解され、Ａｌめっき層が露出され、汚れの付着やＡｌ
めっき層の腐食により日射反射率が顕著に低下した。試
験Ｎｏ．１０は、裸材であるため、暴露１年経過後から
汚れやＡｌめっき層の腐食により日射反射率が顕著に低
下していた。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように、光触媒機能を有
する微粒子の酸化チタンを含有する透明もしくは半透明
のゾル・ゲル法で得られるシリケート系の皮膜をアルミ
系めっき鋼板上に施すことにより、耐食性を維持し、腐
食生成物や汚染物質に対する耐汚染性を高めて熱反射特
性を長期間にわたって優れたものとしたアルミ系めっき
鋼板を得ることができ、省エネルギーに貢献できる建物
用外装材、熱機器用外装材を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和泉圭二大阪府堺市石津西町５番地日新製鋼株式会社技術研究所内Ｆターム(参考） 4K022 AA02 AA49 BA02 BA15 BA20 BA22 BA33 BA36 DA06 4K044 AA02 AB02 BA10 BA12 BA14 BB03 BB11 BB15 BC12 CA11 CA15 CA18 CA53 CA62

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミ系めっき層を有する鋼板表面に、
アナターゼ型酸化チタン微粒子を含有し透明もしくは半
透明のゾル・ゲル法で得られたシリケート系皮膜を形成
したことを特徴とする日射反射性に優れたアルミ系めっ
き鋼板。
【請求項２】アナターゼ型酸化チタン粒子の粒径が
０．１μｍ以下である請求項１に記載の日射反射性に優
れたアルミ系めっき鋼板。
【請求項３】ゾル・ゲル法で得られたシリケート系皮
膜が、主骨格がシリケート結合（Ｏ−Ｓｉ−Ｏ）で有機
官能基が側鎖のみであるアルコキシシランを用いて形成
したものである請求項１または２に記載の日射反射性に
優れたアルミ系めっき鋼板。
【請求項４】アルミ系めっき層が、Ａｌ、Ａｌ−Ｍ
ｇ、Ａｌ−Ｍｎ、Ａｌ−Ｓｉの溶融アルミ系めっき層、
もしくは溶融塩系電気Ａｌめっき層である請求項１〜３
のいずれか１に記載の日射反射性に優れたアルミ系めっ
き鋼板。