JP2012210722A - 発泡樹脂塗膜積層金属板、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の発泡樹脂塗膜積層金属板は、金属板の表面に、膜厚が150μm以上の発泡樹脂塗膜を有する発泡樹脂塗膜積層金属板であり、前記発泡樹脂塗膜が、熱膨張性カプセルと化学発泡剤とを、質量比0.03〜1.2で合計3質量%〜31質量%含有する樹脂組成物を用いて形成されることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
本発明で用いる金属板としては、特に限定されず、鋼板または非鉄金属の金属板、これらに単一金属または各種合金のめっきを施しためっき金属板等が挙げられる。具体的には、例えば、熱延鋼板、冷延鋼板、ステンレス鋼板等の鋼板;溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、電気Zn−Ni合金めっき鋼板等のめっき鋼板;アルミニウム、チタン、亜鉛等の非鉄金属板、またはこれらにめっきが施されためっき非鉄金属板等が挙げられる。これらの金属板には、表面処理として、例えば、リン酸塩処理、クロメート処理、酸洗処理、アルカリ処理、電解還元処理、シランカップリング処理、無機シリケート処理等が施されていてもよい。
本発明の塗膜積層金属板は、上記金属板の少なくとも片面に、厚み150μm以上(好ましくは170μm以上、より好ましくは300μm以上)の発泡樹脂塗膜を有している。発泡樹脂塗膜の膜厚が150μm未満では、金属板表面に発泡樹脂塗膜を設けたことによる制振性向上効果が十分に得られない場合がある。発泡樹脂塗膜の膜厚は厚いほど金属板の制振性は向上するため、その上限は特に限定されないが、850μm(より好ましくは800μm、さらに好ましくは700μm)とすることが好ましい。というのも、化学発泡剤を含有する樹脂組成物を用いて発泡樹脂塗膜を得る際、化学発泡剤の分解温度付近(例えば、150℃程度)で時間を掛けて樹脂組成物の塗膜を焼き付ければ、樹脂組成物中の樹脂粘度を高く保持しつつ、化学発泡剤から発生したガスを微細かつ多量に塗膜中の導入できるため、膜厚の厚い発泡樹脂塗膜を得ることができる。しかしながら、工業的に用いられる連続塗装ラインの焼付条件は、コスト的な観点から高温、短時間(具体的には、PMT(金属板の最高到達温度)200℃〜250℃で60秒〜120秒程度)であり、このような焼付条件では、樹脂組成物中の樹脂粘度を高く保持することが難しく、また、化学発泡剤から発生したガスを微細かつ多量に塗膜中の導入できないことから、膜厚が850μmを超える発泡樹脂塗膜を得ることは難しい。すなわち、発泡樹脂塗膜の膜厚の上限は、高速生産性の観点から自ずと決定される。
本発明の塗膜積層金属板における発泡樹脂塗膜は、熱膨張性カプセルと化学発泡剤とを、質量比0.03〜1.2で、かつ合計3質量%〜31質量%含有する樹脂組成物を用いて形成される。
本発明において、樹脂組成物として用いる樹脂(ベース樹脂)としては、特に限定されるものではなく、例えば、汎用のポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂が利用可能である。かかる樹脂の中でも、ポリエステル系樹脂が好ましい。
本発明で用いる熱膨張性カプセルとしては、ガス化し得る液体を熱可塑性樹脂製の外殻(シェル)の中に内包し、熱膨張性カプセルの膨張開始温度以上で加熱した際に、ガス化した液体を外殻内に留めることができるものであれば、特に限定はされない。本発明では、熱膨張開始温度が150℃以上(より好ましくは170℃以上)、210℃以下(より好ましくは190℃以下)の熱膨張性カプセルを用いるのが好ましい。本発明の塗膜積層金属板を連続塗装ラインで製造する場合、樹脂組成物を塗布する際にその粘度変化を低く抑えるために、樹脂組成物を希釈する有機溶剤(後述する)として、150℃程度の沸点を有する有機溶剤を用いる場合が多いところ、熱膨張開始温度が150℃以上の熱膨張性カプセルを用いることにより、樹脂組成物(より詳細には、後述する発泡層形成用樹脂組成物)の塗膜を乾燥する際に、熱膨張性カプセルが膨張するのを防ぐことができる。また、熱膨張開始温度が210℃以下の熱膨張性カプセルを用いることにより、樹脂組成物の塗膜(より詳細には、後述する発泡層形成用樹脂組成物の乾燥塗膜と非発泡層形成用樹脂組成物の塗膜との積層体)を焼き付ける際に、熱膨張性カプセルを速やかに膨張させることができる。
本発明で用いる化学発泡剤としては、熱分解に伴いガスを発生するものであれば特に限定されるものではないが、分解温度が200℃以下の化学発泡剤であるのが好ましい。化学発泡剤の熱分解反応は緩やかに進行するため、分解温度が200℃を超える化学発泡剤を用いた場合には、連続塗装ラインにて樹脂組成物の塗膜(より詳細には、後述する発泡層形成用樹脂組成物の乾燥塗膜と非発泡層形成用樹脂組成物の塗膜との積層体)を高温、短時間で焼き付けた際に、化学発泡剤を十分に発泡させることができない場合がある。化学発泡剤の分解温度は低いほど好ましいが、下限は100℃とするのが好ましい。化学発泡剤の分解温度はその構成材料のみならず粒径にも依存し、化学発泡剤の粒径が小さいほど分解温度も低くなるが、化学発泡剤の粒径を小さくするには製造コストがかかる。
本発明において、樹脂組成物中の熱膨張性カプセルと化学発泡剤との質量比(熱膨張性カプセル/化学発泡剤)は0.03〜1.2である。質量比が0.03未満の場合には、形成される発泡樹脂塗膜中に、化学発泡剤由来の気泡が多く保持されることから発泡樹脂塗膜の柔軟性(すなわち、塗膜積層金属板の曲げ加工性)は向上するものの、発泡樹脂塗膜の強度が不足して、発泡樹脂塗膜の密着性が低下する(塗膜がちぎれる)傾向がある。また、質量比が1.2を超える場合には、発泡後の熱膨張性カプセルが発泡樹脂塗膜に多量に含まれることになる。熱膨張性カプセルは外殻が硬いため、形成される発泡樹脂塗膜は強靱になるものの脆くなって、塗膜積層金属板の制振性や曲げ加工性が低下する傾向がある。熱膨張性カプセルと化学発泡剤との質量比は0.030〜1.0が好ましく、0.11〜0.70がより好ましい。
樹脂組成物中の熱膨張性カプセルと化学発泡剤との合計含有率は3質量%〜31質量%である。合計含有率が3質量%未満の場合には、十分な膜厚を有する発泡樹脂塗膜を得ることができず、金属板の制振性を十分に向上できない場合がある。また、上記含有率が31質量%を超える場合には、発泡樹脂塗膜中に、熱膨張後のバルーンや、分解後の化学発泡剤の残渣(例えば、化学発泡剤として炭酸水素ナトリウムを用いた場合には、炭酸ナトリウム)が多く存在することになり、結果的に、発泡樹脂塗膜中の樹脂含有率を下げてしまうため、得られる塗膜積層金属板の曲げ加工性を低下させる場合がある。
本発明の樹脂組成物は、化学発泡剤を2.5質量%〜30質量%(より好ましくは、5質量%〜30質量%、さらに好ましくは7質量%〜30質量%)含むのが好ましい。樹脂組成物が化学発泡剤を上記範囲内で含むことにより、曲げ加工性と塗膜密着性とのバランスに優れた塗膜積層金属板を得ることができる。
本発明で用いる樹脂組成物は、樹脂と熱膨張性カプセルと化学発泡剤とを含有する発泡層形成用樹脂組成物と、非発泡層形成用樹脂組成物とに分かれているのが好ましい。これらの組成物を用いて、後述する方法にて樹脂組成物の塗膜(より詳細には、発泡層形成用樹脂組成物の下層と、非発泡層形成用樹脂組成物の上層とから構成される積層体)を作製し、次いで当該塗膜を焼き付けて一体化して、発泡樹脂塗膜を形成することにより、制振性、塗膜密着性、曲げ加工性が一層優れる積層金属板を効率的に作製できる。
本発明で用いる樹脂組成物には、塗膜強度を確保するために、架橋剤が含まれていてもよい。樹脂組成物が、発泡層形成用樹脂組成物と非発泡層形成用樹脂組成物とから構成される場合には、いずれか一方にのみ架橋剤が含まれても、両方に架橋剤が含まれてもよい。架橋剤としては、住友化学社製の「スミマール(登録商標)」シリーズや、サイテック・テクノロジー社製の「サイメル(登録商標)」シリーズなどのメラミン樹脂等が挙げられる。架橋剤は、上記組成物(発泡層形成用樹脂組成物と非発泡層形成用樹脂組成物とから構成される場合には、各組成物)中の樹脂成分100質量部に対し、5質量部〜35質量部(より好ましくは10質量部〜25質量部)配合するのが好ましい。
本発明の塗膜積層金属板は、いずれの方法で作製されてもよいが、前述の発泡層形成用樹脂組成物と非発泡層形成用樹脂組成物とを用いて作製するのが好ましい。具体的には、金属板の表面に、樹脂と熱膨張性カプセルと化学発泡剤とを含有する発泡層形成用樹脂組成物を塗布して下層を形成する工程と、前記化学発泡剤が分解しない温度で、前記下層を乾燥する工程と、乾燥後の前記下層の表面に非発泡層形成用樹脂組成物を塗布して上層を形成する工程と、前記熱膨張性カプセルの膨張開始温度以上で、かつ前記化学発泡剤が分解する温度で、前記上層と前記下層とを焼き付ける工程とをこの順で行って、本発明の塗膜積層金属板を作製する方法が挙げられる。
下層形成工程で用いる発泡層形成用樹脂組成物は、前記の樹脂に、熱膨張性カプセル、化学発泡剤、必要により架橋剤やレベリング剤等の添加剤を混合し、有機溶剤等で希釈して、塗工に適した粘度に調整することが好ましい。発泡層形成用樹脂組成物に含まれる熱膨張性カプセルと化学発泡剤との質量比、及び合計含有率は、後述する非発泡層形成用樹脂組成物を合わせた樹脂組成物全体として、前記の範囲内になればよく、特に限定されない。
発泡層形成用樹脂組成物を金属板に塗布した後の乾燥は、化学発泡剤が分解しない温度で、下層形成後の金属板を加熱して行う。なお、本発明の塗膜積層金属板を連続塗装ラインで製造する場合の乾燥工程は、コスト的な観点から短時間(具体的には、60秒〜120秒程度)で行われる。このような短時間の乾燥条件では、化学発泡剤の分解温度(分解温度に幅がある場合には、その上限温度)以上に加熱しても比較的粒径の大きな化学発泡剤は分解しない。このため、上記乾燥時間であれば、乾燥温度の上限を、用いる化学発泡剤の分解温度(分解温度に幅がある場合は、その上限温度)よりも60℃(好ましくは50℃、より好ましくは40℃)程度高く設定してもよい。
下層の乾燥後、上記非発泡層形成用樹脂組成物を下層の上に塗布する。本工程で用いる組成物は、前記の樹脂と、必要により架橋剤やレベリング剤等の添加剤を混合し、有機溶剤等で希釈して、塗工に適した粘度に調整することが好ましい。本工程で用いる有機溶剤や、組成物の塗工方法としては、前記のものが挙げられる。
本工程では、熱膨張性カプセルの膨張開始温度以上で、かつ化学発泡剤が分解する温度で上下層の塗膜を焼き付けることにより、熱膨張性カプセルと化学発泡剤とを発泡させるとともに、架橋剤があれば樹脂を硬化させる。化学発泡剤の熱分解反応の進行速度は緩やかであるため、樹脂の黄変がおこらない範囲内で、できるだけ高い温度で焼付けを行えば、焼き付け時間を短縮することができるため好ましい。
本発明の塗膜積層金属板の制振性の目安としては、損失係数が0.0035以上であることが好ましい。なお、後述する実施例で測定した電気亜鉛めっき鋼板の損失係数は0.0020であった。
製造例において、非発泡層形成用樹脂組成物を塗布した後、金属板の最高到達温度(PMT)200℃〜220℃で100秒〜130秒加熱乾燥して、未発泡状態の樹脂塗膜(上層と下層)を有する金属板を作製した。ついで、この金属板から15mm×25mmのサンプルを切り出し、SEMによる断面観察から、発泡前の樹脂塗膜の膜厚を求めた。
製造例で作製した発泡樹脂塗膜積層金属板から、15mm×25mmのサンプルを切り出し、SEMによる断面観察から、発泡樹脂塗膜の膜厚を求めた。
製造例で作製した発泡樹脂塗膜積層金属板から、50mm×50mmのサンプルを切り出し、これにテープ剥離試験(使用したテープ:ニチバン社製「セロテープ(登録商標)品番No.405」)を実施して、テープに付着した発泡樹脂塗膜の面積を求め、発泡樹脂塗膜に付着させたテープの面積全体で除して、テープ表面における塗膜の占有率を算出し、塗膜密着性(塗膜破壊のし難さ)を下記3段階の評価基準で評価した。
(評価基準)
◎:占有率 15%以下
○:占有率 15%超〜49%以下
×:占有率 49%超
製造例で作製した発泡樹脂塗膜積層金属板から、50mm×50mmのサンプルを切り出し、5T曲げ試験を実施し、その後、室温(25℃)で1週間放置した後、曲げ部における亀裂の長さを測定し、曲げ加工性を下記3段階の評価基準で評価した。
(評価基準)
◎:亀裂なし
○:10mm以下の亀裂あり
×:10mm超の亀裂あり
製造例で作製した発泡樹脂塗膜積層金属板を、幅30mm、長さ150mmに切断し、一端から長さ方向に5mm、幅方向に15mmのところを始点として、接着長さ5mmで、長さ方向に糸を接着した。得られた試験片について、JIS G 0602(1993)に記載のつり下げ打撃加振法(図5)を用いて減衰比を測定した。具体的には、支柱から一端までの長さを500mmとして試験片を吊り下げ、上記始点から80mm下の位置の金属板側にセンサーを取り付け、センサー中心から20mm下(一端からの長さ105mm)で、幅方向に15mmのところの樹脂塗膜面を、インパルスハンマーを用いて5〜15Nで垂直に打撃する。雰囲気温度は室温とした。上記JIS G 0602(1993)の図5にあるように、加振力Fはハンマーから増幅器を経て解析装置に送られ、応答加速度Aもセンサーから解析装置に送られる。今回の分析条件は、分析周波数(上限の周波数)10kHz、サンプリング周波数(データの取り込み速度)25.6kHzとし、バンドパスフィルターでのカットオフ周波数を、ハイパスは850Hz、ローパスは910Hzとした。求めた減衰比を2倍して損失係数を求め、制振性を評価した。
下記の樹脂(ベース樹脂)と架橋剤とを、固形分質量比100:20で混合して混合物を得、ここに、下記の熱膨張性カプセルと化学発泡剤とを、質量比(熱膨張性カプセル/化学発泡剤)0〜2の範囲で、かつ、発泡層形成用樹脂組成物の固形分100質量%中の合計含有率が0〜70質量%となるように添加した後、下記の有機溶剤を用いて固形分濃度が50〜60%になるように調整し、次いでディスパー撹拌機で3000rpm×5分撹拌して、発泡層形成用樹脂組成物の塗料を調製した。
・架橋剤:メラミン樹脂(住友化学社製「スミマール(登録商標)M−40ST」、固形分80%)
・有機溶剤:キシレン50%+シクロヘキサノン50%混合溶剤(大伸化学)
・化学発泡剤:セルマイク(登録商標)266(三協化成社製、分解温度140℃〜170℃)
・熱膨張性カプセル:エクスパンセル980−120(日本フィライト社製、発泡開始温度158℃、最大発泡温度215℃〜235℃)
上記の樹脂(ベース樹脂)と架橋剤とを、固形分質量比100:20で混合し、上記の有機溶剤を用いて固形分濃度が50〜60%になるように調整し、ディスパー撹拌機で3000rpm×5分撹拌して、非発泡層形成用樹脂組成物の塗料を調製した。
調製した発泡層形成用組成物の塗料を、A4サイズの板厚0.8mmの電気亜鉛めっき鋼板にバーコーターで塗布し、PMT150℃で80秒間加熱、乾燥して下層を形成した。次いで、調製した非発泡層形成用組成物の塗料を、下層の上にバーコーターで塗布し、PMT210℃で120秒間加熱(製造例41は、PMT230℃で120秒間加熱)して、上層と下層とを焼き付けて一体化し、発泡樹脂塗膜積層金属板1〜41を作製した。
Claims (5)
- 金属板の表面に、膜厚が150μm以上の発泡樹脂塗膜を有する発泡樹脂塗膜積層金属板であり、前記発泡樹脂塗膜が、熱膨張性カプセルと化学発泡剤とを、質量比0.03〜1.2で合計3質量%〜31質量%含有する樹脂組成物を用いて形成されることを特徴とする発泡樹脂塗膜積層金属板。
- 前記樹脂組成物は、樹脂と前記熱膨張性カプセルと前記化学発泡剤とを含有する発泡層形成用樹脂組成物と、非発泡層形成用樹脂組成物とに分かれている請求項1に記載の発泡樹脂塗膜積層金属板。
- 請求項1または2に記載の発泡樹脂塗膜積層金属板を製造する方法であって、
金属板の表面に、樹脂と熱膨張性カプセルと化学発泡剤とを含有する発泡層形成用樹脂組成物を塗布して下層を形成する工程と、
前記化学発泡剤が分解しない温度で、前記下層を乾燥する工程と、
乾燥後の前記下層の表面に非発泡層形成用樹脂組成物を塗布して上層を形成する工程と、
前記熱膨張性カプセルの膨張開始温度以上で、かつ前記化学発泡剤が分解する温度で、前記上層と前記下層とを焼き付ける工程と
をこの順で含むことを特徴とする発泡樹脂塗膜積層金属板の製造方法。 - 前記下層を乾燥する工程を、前記熱膨張性カプセルの膨張開始温度未満で行う請求項3に記載の発泡樹脂塗膜積層金属板の製造方法。
- 前記上層と前記下層とを焼き付ける工程を、180℃〜250℃で60秒〜150秒加熱して行う請求項3または4に記載の発泡樹脂塗膜積層金属板の製造方法。
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