JP2007320205A

JP2007320205A - アルミニウム塗装材

Info

Publication number: JP2007320205A
Application number: JP2006153947A
Authority: JP
Inventors: Mutsuko Watanabe; 渡辺睦子; Naoki Kitamura; 北村直紀
Original assignee: Furukawa Sky KK
Current assignee: Furukawa Sky KK
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】

所定の種類のワックスを含有する樹脂被覆膜表面に所定の溶融混合ワックス組成物を塗布することにより、耐カジリ性及び耐ビルドアップ性に優れたアルミニウム塗装材を提供する。
【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム基材と、当該アルミニウム基材の少なくとも一方の面に形成され、潤滑剤としてポリエチレンワックスを樹脂固形分に対して０．２〜５重量％含有する樹脂被覆膜と、当該樹脂被覆膜表面に５ｍｇ／ｍ^２以上で１００ｍｇ／ｍ^２未満の量で塗布されたワックス組成物であって、１０〜８０重量％のラノリンワックスと２０〜９０重量％のパラフィンワックスとの溶融混合ワックス組成物と、を備えたアルミニウム塗装材。
【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム塗装材に関し、特に、アルミニウム基材の少なくとも一方の面に所定種類のワックスを含有する樹脂被覆膜を設け、その上に所定の組成を有するワックス組成物を塗布したアルミニウム塗装材であって、成形加工における潤滑性不足による樹脂被覆膜のカジリ現象が低減され、かつ、金型に対するワックス成分のビルドアップが低減されたアルミニウム塗装材に関する。

アルミニウム又はアルミニウム合金（以下、「アルミニウム基材」と記す）は、軽量で適度な機械的特性を有し、かつ美感、成形加工性、耐食性等に優れた特徴を有しているため、各種容器類等に広く用いられている。

特に、コイル状にしたアルミニウム基材の板をプレス機に連続的に供給する方式の成形加工は生産性に優れるため、上記用途に広く採用されている。このような用途のアルミニウム基材は、耐食性や対溶出性を更に向させるため、外観を向上させるため、ならびに、傷付きを防止する等のために、その表面に樹脂塗料が塗装されることも多い。この際に、アルミニウム基材には何らかの下地処理（例えばリン酸クロメート、クロム酸クロメート、リン酸亜鉛又はリン酸ジルコニウム等）が通常施される。

アルミニウム基材の樹脂塗装とプレス加工の前後関係は、アルミニウム缶蓋や一部の熱交換器フィンのように、樹脂塗装を施してからプレスするプレコート方式と、アルミニウム缶ボディや自動車パネルのようにプレスした後に塗装を施すポストコート方式に分かれる。

プレコート方式では、塗装されたアルミニウム基材（以下、「アルミニウム塗装材」と記す）のプレス成形性を向上させるため、被覆膜表面に潤滑剤の層を形成させることが一般的に行われている。具体的には、被覆膜用塗料の成分に植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス又は石油系ワックス等をインナーワックスとして添加し、塗装、焼付によりワックス成分を被覆膜表面に析出させる方法や、塗装後の被覆膜表面に石油系ワックス等をアウターワックスとして塗布する方法などが挙げられる。これらの方法によれば、アルミニウム塗装材に潤滑性が付与されるため、プレス成形性の向上に一定の効果があり、その結果として、製品品質の安定性、プレス金型寿命の延長等に寄与する。

このような潤滑剤層の形成に関しては、種々の提案がなされている。特許文献１には、樹脂被覆膜の樹脂固形分に対して０．２重量％以上のラノリンをインナーワックスとして添加した上に、パラフィンワックス又はマイクロクリスタリンワックスをアウターワックスとして１０〜１００ｍｇ／ｍ^２の量で塗布する方法が記載されている。特許文献２には、アウターワックスとして用いるパラフィンワックスの７０％以上を斜方晶パラフィンとすることが記載されている。
：特開２００２−２８３４９６号公報：特開平６−２５４４９０号公報

しかしながら、上述の従来技術においては以下に示すような問題点がある。
すなわち、近年になってプレス速度の高速化が益々進み、また加工精度に対する要求も厳しくなっていることに対応して、プレス金型の設計がより高度になっている。しかしながら、こうしたプレス加工機に従来技術に基づいたアルミニウム塗装材を適用すると、潤滑性が不足するため、加工時に強い力を受ける部分、例えばアルミニウム缶蓋における端面、スコア部及びリベット部等において、金型への樹脂被覆膜の焼付きや樹脂被覆膜の剥離などの、いわゆるカジリ現象を生じることがある。このようなカジリ現象はプレス成形品の商品価値を著しく損なうため、その防止対策が求められていた。

また、カジリ対策としてアルミニウム塗装材表面に加工用潤滑油を塗布する方法も考えられるものの、加工後に洗浄工程が必要とされることや、潤滑油そのものが樹脂被覆膜に損傷を与えることがある等の問題があり、必ずしも有効な手段ではない。

また、カジリ現象の他に、ワックス成分が金型に付着して堆積する、いわゆるビルドアップ現象が生じることもある。これは、金型に堆積したワックス成分によって金型が設計通りに機能せず、成形品の加工精度や、成形品の傷付きを引き起こすため、その対策が強く求められている。

ビルドアップ現象はカジリ現象と相反する特性であり、ビルドアップの対策としてはアルミニウム塗装材表面のワックス成分の総量を減らすことが最も容易であり、これによってある程度までは有効である。しかしながら、高度な設計がされたプレス金型においては、ワックス成分量を減らすことは潤滑性不足に直結し、樹脂被覆膜のカジリ現象等の成形不良を招くことが多い。したがって、ワックス成分の総量を単に減らすだけでは、問題解決において不十分である。

更に、特許文献３には、アルミニウム塗装板の表面に付着しているアルミ粉の量を０．０５ｍｇ／ｍ^２以下に制限する方法が開示されている。この方法では、アルミ粉と潤滑剤成分とから成る硬質物が、金属塗装板接触面に堆積物となって堆積するのが防止される。しかしながら、アルミニウム塗装板の製造設備の清浄度を維持することがコストアップの要因になる上、アルミニウム塗装板の塗装後に耳切り工程（トリミング）や分割工程（スリット）が行われる場合には、清浄度の維持が困難であるという問題点もある。
：特開２００３−２７５６７９号公報

発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、特許請求の範囲に記載の条件を満たすことにより、耐カジリ性および耐ビルドアップ性に優れたアルミニウム塗装材が得られることを見出し、上記問題点を解決するに至った。

本発明は請求項１において、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム基材と、当該アルミニウム基材の少なくとも一方の面に形成され、潤滑剤としてポリエチレンワックスを樹脂固形分に対して０．２〜５重量％含有する樹脂被覆膜と、当該樹脂被覆膜表面に５ｍｇ／ｍ^２以上で１００ｍｇ／ｍ^２未満の量で塗布されたワックス組成物であって、１０〜８０重量％のラノリンワックスと２０〜９０重量％のパラフィンワックスとの溶融混合ワックス組成物と、を備えたアルミニウム塗装材とした。

本発明は請求項２において、前記パラフィンワックスの融点を７０℃以とした。また、本発明は請求項３において、前記アルミニウム基材と樹脂被覆膜との間に下地皮膜を設けるようにした。

本発明により、所定の種類のワックスを含有する樹脂被覆膜表面に所定のワックス組成物を塗布したことにより、耐カジリ性及び耐ビルドアップ性に優れたアルミニウム塗装材が得られる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明に係るアルミニウム塗装材は、アルミニウム基材面に形成した所定種類のワックスを含有する樹脂被覆膜表面に、所定組成を有する溶融混合ワックス組成物を塗布することによって得られる。

Ａ．アルミニウム基材
本発明で用いるアルミニウム基材としては、（純）アルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、アルミニウム合金としては、３０００系や５０００系が好適に用いられる。また、アルミニウム材の他に、亜鉛めっき鋼、アルミニウムめっき鋼、亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼、ステンレス鋼等も用いることができる。これら基材は、板状のものが好適に用いられる。

Ｂ．樹脂被覆膜
本発明では、アルミニウム基材の少なくとも一方の面に樹脂被覆膜が形成される。樹脂被覆膜は、ベース樹脂とポリエチレンワックスを溶媒である有機溶剤や水等に溶解又は分散した塗料をアルミニウム基材表面に塗布し、乾燥後に焼付けすることによって形成される。塗料の塗布には、ロールコート法が用いられ、焼付け温度は、通常、２００〜３００℃である。

なお、アルミニウム基材に樹脂を被覆する前にその表面に下地処理を施して下地皮膜を形成することにより、樹脂被覆膜の密着性が良好となり成形加工性の向上に寄与する。下地皮膜としては、リン酸ジルコニウム皮膜やリン酸チタニウム皮膜などのノンクロメート皮膜、リン酸クロメート皮膜などのクロメート皮膜が挙げられる。更に、下地処理の前に、アルミニウム基材をアルカリ脱脂等によって前処理するのが好ましい。

樹脂被覆膜のベース樹脂としては、エポキシ樹脂、エポキシ／アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ／尿素樹脂、エポキシ／フェノール樹脂等の樹脂が用いられる。

耐ビルドアップ性を発現させるには、樹脂被覆膜中にポリエチレンワックスを含有させ、好ましくはこれを分散させる必要がある。ポリエチレンワックスによって、樹脂被覆膜の耐摩耗性が向上するためである。ポリエチレンワックスを樹脂被覆膜内部に分散させてポリエチレンワックスをインナーワックスとして用いると、ポリエチレンワックスは樹脂被覆膜表面に析出し難いことから、樹脂被覆膜表面に塗布された溶融混合ワックス組成物の効果を損なうこともない。このように、樹脂被覆膜にポリエチレンワックスを含有させることにより、樹脂被覆膜表面へのワックス成分の塗布量が少量であっても、耐カジリ性に優れ、かつ、耐ビルドアップ性に優れる塗装材が得られる。

樹脂被覆膜におけるポリエチレンワックスの含有量は、樹脂固形分に対して０．２〜５重量％とする必要がある。０．２重量％未満では耐カジリ性の効果が顕現せず、５％を超えると樹脂被覆膜表面への析出の影響が無視できなくなり、樹脂被覆膜表面に塗布した溶融混合ワックス組成物と混ざり合い、耐ビルドアップ性が低下する。また、ポリエチレンワックス以外のワックスも樹脂被覆膜に含有させると、その他のワックスが樹脂被覆膜表面に析出してしまい、樹脂被覆膜表面に塗布した溶融混合ワックス組成物の耐ハジキ効果を低減させ、また、樹脂被覆膜用の塗料設計が複雑になる点からも望ましくない。

Ｃ．ワックス
ラノリンワックス及びパラフィンワックスはいずれも既知物質であり、従来方法においてもアルミニウム塗装材に用いられてきた実績がある。具体的には、ラノリンワックスは主にインナーワックスとして、パラフィンワックスはアウターワックスとして、それぞれ活用されてきた。また、ラノリンワックスをインナーワックスとして含有する樹脂塗料を塗装、焼付し、パラフィンワックスをアウターワックスとして塗布する塗装材の製造方法も、広く一般に実施されている。しかしながら、これら従来例では、インナーワックスを樹脂被覆膜中及びその表面に適正に分布させるのが困難であり、また樹脂被覆膜表面では各ワックス成分がそれぞれ独立して存在するに過ぎず、カジリ現象の防止に対して特別な機能を有するものではなかった。

本発明者らは、ラノリンワックス及びパラフィンワックスを、それぞれ固体の状態で所定配合比率をもって予め混合しておき、これを加熱・溶融したワックス組成物を樹脂被覆膜表面に塗布することにより、カジリ現象防止に優れたアルミニウム塗装板が得られることを見出した。

本発明においては、ラノリンワックスとパラフィンワックスを単に混合するだけではなく、両ワックスをそれぞれの融点以上であって２００℃以下の温度で加熱し、両ワックスを溶融状態にして攪拌・混合することによって、両ワックスが溶融混合したワックス組成物を用いることに特徴がある。

加熱温度がラノリンワックスとパラフィンワックスの融点に達しない場合には、当然のことながら両ワックスの溶融混合物は得られない。なお、ラノリンワックスの融点は３５〜５０℃程度、パラフィンワックスの融点は４０〜７５℃程度である。一方、加熱温度が２００℃を超えると、パラフィンワックスの引火点が約２１０℃以上であることから製造上において爆発の危険性があること、両ワックスが酸化変質を受け易いこと等から好ましくない。更に、エネルギーコストの観点からは、加熱温度を１００℃以下とすることが好ましい。

ラノリンワックスとパラフィンワックスの混合比率は、混合ワックス全体におけるラノリンワックスの重量比率を１０〜８０％とし、かつ、パラフィンワックスの重量比率を２０〜９０％とする必要がある。すなわち、本発明者らの実験的知見によると、上記重量比率にてラノリンワックスとパラフィンワックスを相溶させることにより溶融混合したワックス組成物は、ラノリンワックスの適度な柔軟性と、パラフィンワックスの適度な粘度とを合わせもった優れた特性を有するものとなる。

ラノリンワックスの重量比率が１０％に満たないと、すなわち、パラフィンワックスの重量比率が９０％を超えると、両者の溶融混合効果が顕現せず、その潤滑性はパラフィンワックス単体とほとんど変わらずカジリ現象を防止できない。具体的には、加工によって金型と樹脂被覆膜が摺動する際に、ワックスが押し広げられる作用が発揮されないので十分な潤滑作用が得られない。一方、ラノリンワックスの重量比率が８０％を超えると、すなわち、パラフィンワックスの重量比率が２０％未満では、溶融混合ワックスが柔軟になり過ぎて摺動の際にワックス皮膜強度が不足するため皮膜切れが発生し、これまた潤滑作用が低減する。

ラノリンワックスには、液状ラノリン（曇り点約１５℃）、精製ラノリン（融点約４０℃）、硬質ラノリン（融点４３〜５０℃）が市販されており、いずれのラノリンワックスも用いることができるが、本発明では融点４０℃程度の精製ラノリンが好適に用いられる。一方、パラフィンワックスについては、パラフィンワックスとして市販されているものであれば特に限定されるものではないが、融点が７０℃以下のものを用いることによりカジリ現象の防止が顕著となる。これは、パラフィンワックスの融点はその分子量と相関関係を有し、７０℃以下の融点の分子量を有するパラフィンワックスにおいて、ラノリンワックス分子との相溶作用が顕著に生起するためと考えられる。融点が７０℃より高いパラフィンワックスでは、ラノリンワックス分子との相溶作用が十分に生起せず、混合ワックス組成物の硬度が増して塗布し難くなる場合もある。

溶融混合ワックス組成物は、以下のようにして調製される。室温において攪拌装置を用いて、固体状態のラノリンワックスとパラフィンワックスとを上記配合比率で混合する。次いでこの固体状の混合ワックスを、攪拌棒等の攪拌部材を用いて、上記加熱温度において攪拌しながら混合する。混合は、加熱温度、攪拌手段、攪拌速度等によって適宜選択されるが、通常、１分以上、さらに加熱中に常に攪拌していても良い。

このようにして調製した溶融混合ワックス組成物は、通常のアウターワックス法によって、樹脂被覆膜表面に塗布される。塗布方法には、静電塗装法、ロールコート法等が用いられる。アウターワックス法は、ワックス成分を樹脂被覆膜表面に確実に均一塗布することができる点において有利である。また、溶融混合ワックス組成物の塗布量は、５ｍｇ／ｍ^２以上で１００ｍｇ／ｍ^２未満、好ましくは５〜５０ｍｇ／ｍ^２にて良好な成形性が得られる。

上述のようにしてハジキ現象を防止することが可能となったが、更にビルドアップ現象も防止するために検討を重ねた。

なお、ワックス組成物には、防腐剤、防錆剤、レベリング剤、着色剤、界面活性剤等のワックス成分以外の成分を必要に応じて添加してもよい。

以下に、実施例及び比較例に基づいて、本発明の好適な実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１〜１０及び比較例１〜８
アルミニウム基材として、板状のＪＩＳ５１８２−Ｈ１９合金（板厚０．２６ｍｍ）を用いた。このアルミニウム合金板の両面に、前処理としてアルカリ脱脂剤を用いて１００ｍｇ／ｍ^２のエッチング量でアルカリエッチングを施した。次いで、両エッチング面にリン酸クロメート剤を用いてリン酸クロメート処理（Ｃｒ換算による形成量２０ｍｇ／ｍ^２）を施した。更に、ポリエチレンワックスをアクリル変性エポキシ樹脂固形分に対して
表２に示す割合で含有する水性アクリル変性エポキシ塗料（溶媒として水を用いた）を、樹脂固形分が５ｇ／ｍ^２量となるように両リン酸クロメート処理面に塗布した。次いで、樹脂塗料を塗布したアルミニウム合金板を、雰囲気温度２７０℃で３０秒間焼付けて（板到達温度は２５０℃であった）樹脂被覆膜を形成した。

表１に示す性状のラノリンワックス及びパラフィンワックスを用いて、表２に示す条件で溶融混合ワックス組成物を調製した。この溶融混合ワックス組成物を静電塗装法により、表２に示す塗布量で樹脂被覆膜の表面に塗布した。比較例６、７では、ワックス成分が一成分なので、溶融混合は行なわれていない。また、比較例８では、両ワックス成分を両溶融温度以下の２０℃で混合したため、溶融混合は行なわれていない。
なお、表１に示すように、ラノリンワックス１種類に対し、パラフィンワックスは融点の異なる２種類を用いた。

このようにして作製したアルミニウム塗装材の試料について、以下のようにして摺動性試験、成形性試験及び総合評価を行なった。結果を表３に示す。

摺動性試験
バウデン試験機（試験荷重５００ｇ、摺動速度０．６ｍｍ／秒、鋼球直径３／１６インチ）にて、１００往復目の動摩擦係数を測定した（実施例１〜１０及び比較例４、５）。なお、１００往復に達する前にカジリ現象が発生した比較例１〜３、６〜８では、動摩擦係数ではなくその往復回数を表３に示した。表３の評価おいて、動摩擦係数が０．１０未満を◎、０．１０以上で０．２０未満を○、０．２０以上で０．３０未満を○△とし、◎、○、○△のいずれも合格とした。また、１００往復に達する前にカジリ現象が発生した場合を×として不合格とした。

成形性試験
缶蓋の成形性について試験した。一般的なアルミニウム缶蓋のプレス成形工程、すなわち、シェルプレスにてシェル加工した後、コンバージョンプレスにより缶蓋形状に成形する工程において、連続して２０，０００個の試料を加工した。この中から、無作為に５０個を抽出し、端面、スコア部及びリベット部のカジリ現象の発生を観察した。表３の評価において、端面、スコア部及びリベット部のいずれにもカジリ現象が発生しない場合を◎、端面、スコア部及びリベット部において発生したカジリ現象の個数が、いずれも１０個以下の場合を△、端面、スコア部及びリベット部のいずれかにおいて発生したカジリ現象の個数が１０個を超える場合を×とした。◎と△を合格とし、×を不合格とした。

また、連続成形した最後の５０枚に関して、金型へのワックスのビルドアップに起因する、スコア残厚とパネル形状についての形状不良発生の個数を測定した。表３の評価において、スコア残厚とパネル形状のいずれについても形状不良が発生しない場合を◎とし、少なくともいずれかに形状不良が発生した場合を×とした。◎を合格とし、×を不合格とした。

総合評価
摺動試験、成形性試験における耐カジリ性、ならびに、成形性試験における耐ビルドアップ性の評価において、最も低い評価を総合評価とした。少なくともいずれかが×であったものについては総合評価を×として不合格とした。それ以外は、合格とした。

表３から明らかなように、本発明の条件を満たす実施例１〜１０では、摺動性、ならびに、成形性における耐カジリ性及び耐ビルドアップ性のいずれも優れ総合評価が合格であり、良好な潤滑性が得られカジリ現象及びビルドアップ現象を効果的に防止できた。また、実施例１、３、６及び７では、動摩擦係数が若干高いものの成形性試験では良好な結果を示し、総合評価は合格であり実用上は問題がないことが確認された。

比較例１ではワックス組成物におけるラノリンワックスの量が多過ぎ、比較例６ではラノリンワックスのみが含有されているため、共にカジリ現象が発生した。これは、ワックス組成物が柔軟過ぎたために生じる不具合と考えられる。
比較例２ではワックス組成物におけるパラフィンワックスの量が多すぎ、比較例７はパラフィンワックスのみが含有されているため、共にカジリ現象が発生した。これは、ワックス組成物が樹脂被覆膜表面において十分に広がらず、潤滑性が不足したためと考えられる。
比較例３では樹脂被覆膜中にポリエチレンワックスが含有されていないため、カジリ現象が発生した。
比較例４では樹脂被覆膜中におけるポリエチレンワックスの含有量が多過ぎたため、ビルドアップ現象が発生した。比較例５では溶融混合ワックス組成物の塗布量が多過ぎたため、ビルドアップ現象が発生した。なお、比較例４及び５では、摺動試験及び成形性試験においても、カジリ現象は生じなかった。
比較例８では、ポリエチレンワックスの含有量、ならびに、ラノリンワックスとパラフィンワックスの混合比率は共に所定範囲内であるが、溶融混合温度が２０℃とラノリンワックスとパラフィンワックスの融点未満であり溶融混合がなされなかったため、カジリ現象が発生した。

以上のように、本発明では、ポリエチレンワックスを含有する樹脂被覆膜表面に、ラノリンワックスとパラフィンワックスを所定重量比率で混合し例えば両ワックスの融点以上であって２００℃以下の温度にて溶融混合して得られるワックス組成物を塗布することにより、耐カジリ性及び耐ビルドアップ性に優れた成形加工用のアルミニウム塗装材を得ることができる。

Claims

アルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミニウム基材と、当該アルミニウム基材の少なくとも一方の面に形成され、潤滑剤としてポリエチレンワックスを樹脂固形分に対して０．２〜５重量％含有する樹脂被覆膜と、当該樹脂被覆膜表面に５ｍｇ／ｍ^２以上で１００ｍｇ／ｍ^２未満の量で塗布されたワックス組成物であって、１０〜８０重量％のラノリンワックスと２０〜９０重量％のパラフィンワックスとの溶融混合ワックス組成物と、を備えたことを特徴とするアルミニウム塗装材。
前記パラフィンワックスの融点が７０℃以下である、請求項１に記載のアルミニウム塗装材。
前記アルミニウム基材と樹脂被覆膜との間に下地皮膜を設けた、請求項１又は２に記載のアルミニウム塗装材。