JP2010137475A - 樹脂密着性に優れた樹脂塗装アルミニウム板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】算術平均高さRaが0.1μm以上0.5μm以下かつ負荷長さ率Rmr(1.5μm)が50%以上であるアルミニウム材の表面に、重量平均分子量500につき1個以上のカルボキシル基を含有しかつ重量平均分子量が1000以上100万以下であるアクリル樹脂からなり、乾燥重量5mg/m2以上5000mg/m2以下である樹脂塗膜を形成した。
【選択図】なし
Description
上記用途のアルミニウム板は、耐食性・耐溶出性のさらなる向上、外観の向上およびキズつき防止等のため、その表面に樹脂塗料の塗装および樹脂フィルムのラミネート加工が施されることが多い。このときアルミニウム板には、樹脂密着性ならびに耐食性を向上させるため、既存技術に基づいた下地処理(例えばリン酸クロメート、クロム酸クロメートおよびリン酸ジルコニウム等の化成型下地処理)が施されるのが一般的である。アルミニウム製キャップの場合、材料のアルミニウム板に下地処理および樹脂被覆を施してから成型加工するプレコート材料が多く用いられている。
キャップ成型用プレコートアルミニウム合金板に対しては、成型加工をしても樹脂の剥離が生じないための樹脂密着性や、腐食雰囲気に侵されない耐食性、ならびに高度な成型に耐えうる加工性が要求される。こうした要求に対し、特に塗膜密着性向上の立場から、広範な分野においてさまざまな提案がなされている。特に下地処理方法においては、従来技術に基づく化成型下地処理に加え、その上に密着性を向上させる有機物を設けた後、それらの上に樹脂を設ける方法が提案されている。
又、特許文献2は、化成型下地処理皮膜が、Cr付着量が1mg/m2以上30mg/m2以下かつ表面C量が50mg/m2以下であるリン酸クロメートであり、その上に重量平均分子量500につき1個以上のカルボキシル基を含有し、かつ重量平均分子量が1000以上100万以下であるアクリル酸化合物の重合体を5mg/m2以上5000mg/m2以下の付着量にて設け、その上に乾燥重量に対し5mass%以上の顔料を含有する塗膜を設けたキャップ成形用アルミニウム板を提供している。
さらに特許文献3は、表面の凹凸の平均間隔Smが5〜200μmの範囲内にあり、かつ凹凸の斜面の平均傾斜角θaが3〜30°の範囲内にあり、しかも十点平均粗さRzが0.5〜5μmの範囲内にあることを特徴とする、被覆層の密着性に優れた被覆用アルミニウム合金板を提案している。
こうした条件に対し、特許文献1、2および3のような技術では、厳しい加工を受けた後の樹脂密着性が不足するため、レトルト後の塗膜剥離のような問題が発生していた。
本発明は、大きく分けて二つの要素により構成されている。すなわち、「アルミニウム材の表面に50%以上を越えるなだらかな表面と、適度な深さとなる凹部を有する表面を形成すること」と、「上記の表面粗さをもつ表面にアクリル樹脂からなる樹脂塗膜を形成すること」である。
まずアルミニウム板表面は、算術平均高さRaが0.1μm以上0.5μm以下でなければならない。算術平均高さとは、基準長さにおける粗さ曲線の絶対値の平均であり、その測定方法はJIS B 0601-2001に従う。これは、凹凸の度合いを直感的に表現する指標として最も多用されており、数値が低いほど滑らかな表面であることを表している。Raが0.1μmを下回る場合、表面が滑らか過ぎるために、その上に塗装およびラミネート等の手段により樹脂を設けて成型加工した場合、凹部に樹脂が流れ込むことによる密着性向上効果、いわゆるアンカー効果が発生せず、樹脂の密着性が低下する。反対にRaが0.5μmを上回る場合、全体的な凹凸が激しいため、上述のアンカー効果による密着性向上が、ある程度期待できる。しかし一方で、凸部において樹脂塗膜が局部的に薄くなり、その部分が加工中にひび割れ、剥離の起点となりやすい。
なおアルミニウム板は、上記条件を満たす限り、製造方法および材質は問わない。具体的には、圧延材、押出材、鋳造材および鍛造材等のいずれも適用可能であり、材質としては1000系、3000系、5000系および7000系など、工業的に用いられるアルミニウム合金のいずれにも有効である。
本発明においてアルミニウム板表面に設けるための物質としては、重量平均分子量500につき1個以上のカルボキシル基を含有し、かつ重量平均分子量が1000以上100万以下であるアクリル樹脂が最も適している。これは、アクリル樹脂に含まれるカルボキシル基が、アルミニウム表面に存在するAl-O部分や、化成処理皮膜においては皮膜表面の極性基と強固に結びつくとともに、樹脂の骨格部が塗膜の樹脂成分と溶融接着層形成効果を発揮するため、アルミニウム表面と塗膜の双方に強力に作用するためである。この他、アクリル樹脂は一般的に、屈折率が高く無色であることや、内分泌かく乱性物質(いわゆる環境ホルモン)であることが指摘されるビスフェノールAを含有しないこと等、食品包装用途として好ましい性質を備えている。以上の要件を満たす限り、本発明においては、従来技術にて公知であるアクリル樹脂をそのまま適用できる。具体的には、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸エステル、ポリヒドロキシアクリル酸、ポリヒドロキシアクリル酸エステルおよびそれらの共重合体などが好適である。加えて、アンモニア、アミン類あるいはアルカリ金属水酸化物等でpH調整した樹脂も、同様に好適に用いることができる。さらに、メラミン系化合物およびユリア系化合物を架橋剤として添加した樹脂も、同様に好適に用いることができる。
また、本発明に用いるアクリル樹脂の分子量は、重量平均分子量にして1000以上100万以下のものでなければならない。これは、重量平均分子量が1000を下回ると、樹脂塗膜の水溶性が高まり、レトルト処理等におけるアクリル樹脂層の溶出が懸念されるためであり、100万を上回ると、樹脂塗膜の柔軟性が損なわれて樹脂皮膜自身の割れが発生しやすくなる上、粘度が増大することによる塗装ムラ等が生じやすいためである。
具体的には、圧延工程終了時のアルミニウム表面には、凹の部分と凸の部分がほぼ等量存在しているが、平滑なロールによる矯正工程を受けると、凹の部分はそのまま保存される一方で、凸の部分のみが押しつぶされて平滑化する。その結果、アルミニウム板表面において、Raを0.1〜0.5μmに保ちながら、Rmr(1.5μm)が50%以上であるアルミニウム板が得られるものである。ローラーレベラーのロール表面のRaが0.01μmを下回ると、ロールが平滑すぎるため空転し、矯正工程が十分に行われない可能性がある。反対に0.5μmを上回ると、アルミニウム板の凸を押しつぶす作用が十分に働かず、板表面のRaが大きくなりすぎる。
アルミニウム材として、板厚0.23mmのJIS5151−H39合金板を使用した。板の製造工程の詳細および板表面の粗さ測定結果は、表1に記載したとおりである。これらの板に対し、前処理として従来技術に基づく脱脂処理あるいはリン酸クロメート処理を実施した。すなわち、市販のアルカリ脱脂剤「サーフクリーナー EC370」(日本ペイント製、濃度1.0%、温度60℃)により板表面を脱脂するとともに、一部の実施例に対しては市販のリン酸クロメート処理剤「アルサーフ408/48」(日本ペイント製、濃度2.0%/0.4%、温度45℃)によりリン酸クロメート皮膜を形成させた。皮膜の量は、Cr付着量=10mg/m2に調整した。
このようにして得られたサンプルに対し、以下の評価を実施した。
サンプルに対し、以下の手順にて塗装を実施した。
・外面(後述のキャップ成型において、外面に相当する面): 市販のキャップ用溶剤型塗料「ホワイトコーチング」(酸化チタン顔料含有,ポリエステル系樹脂,塗膜量13g/m2狙い,焼付温度=190℃,焼付時間=600秒)を塗布した上に、市販のキャップ用溶剤型塗料「トップコート」(ポリエステル系樹脂,塗膜量5g/m2狙い,焼付温度=180℃,焼付時間=600秒)を塗布した。
・内面(後述のキャップ成型において、内面に相当する面): 市販のキャップ用溶剤型塗料「トップコート」(ポリエステル系樹脂,塗膜量5g/m2狙い,焼付温度=180℃,焼付時間=600秒)を塗布した。
上記の塗装サンプルの両面に、市販のシリコン系潤滑剤を50mg/m2ずつ塗布し、キャップ成型機により絞り成型加工(キャップ径=38mm、キャップ高さ=18mm)を行った後、ミシン目加工・スクリュー加工の順に行った。得られたキャップに対し、ミシン目部、キャップ下端およびビード部の塗膜剥離状態を、成型直後/レトルト後(125℃×30分)にて目視観察した。ミシン目部、キャップ下端およびビード部の全長に対する剥離発生部位の長さを%単位で記録し、これらの平均値に対し、以下の基準にて判定を行った。
剥離発生0%以上5%未満 判定=◎
剥離発生5%以上10%未満 判定=○
剥離発生10%以上25%未満 判定=△
剥離発生25%以上50%未満 判定=×
剥離発生50%以上 判定=××
Claims (2)
- 算術平均高さRaが0.1μm以上0.5μm以下かつ負荷長さ率Rmr(1.5μm)が50%以上であるアルミニウム材の表面に、重量平均分子量500につき1個以上のカルボキシル基を含有しかつ重量平均分子量が1000以上100万以下であるアクリル樹脂からなり、乾燥重量5mg/m2以上5000mg/m2以下である樹脂塗膜を形成したことを特徴とする、成型加工後の樹脂密着性に優れた樹脂塗装アルミニウム板。
- 熱間圧延又は冷間圧延により製造されるアルミニウム板であって、表面の形状が最大高さRzが1.0μm以上5.0μm以下であるロールにて最終圧延を施し、次いで表面の形状が算術平均高さRaが0.01μm以上0.5μm以下であるロールにて矯正工程を行った後、重量平均分子量500につき1個以上のカルボキシル基を含有かつ重量平均分子量が1000以上100万以下である水性または溶剤性のアクリル樹脂塗料を、乾燥重量にて5mg/m2以上5000mg/m2以下となるよう塗布し、30℃以上300℃以下の雰囲気にて1秒以上600秒以下乾燥させることを特徴とする、請求項1に記載の成型加工後の樹脂密着性に優れた樹脂塗装アルミニウム板製造方法。
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