JP2015110318A - 表面処理金属板および金属板複合樹脂成形品 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の表面処理金属板の金属基板としては、冷延鋼板、溶融純亜鉛めっき鋼板(GI)、または合金化溶融Zn−Feめっき鋼板(GA)、合金化溶融Zn−5%Alめっき鋼板(GF)、電気純亜鉛めっき鋼板(EG)、電気Zn−Niめっき鋼板、アルミニウム板、チタン板、ガルバリウム鋼板等である。クロメート処理は行われていないノンクロメートのものが好ましい。金属基板の厚みは特に限定されないが、最終製品の軽量化のためには、0.3〜3.2mm程度が好ましい。
[コロイダルシリカ]
本発明の化成処理皮膜には、コロイダルシリカが含まれる。耐食性を高める効果を有するからである。コロイダルシリカとしては、「スノーテックス(登録商標)」シリーズ(日産化学工業社製のコロイダルシリカ)の「XS」、「SS」、「40」、「N」、「UP」等が好適に用いられる。特に、表面積平均粒子径が10〜20nm程度の「スノーテックス−40」が好適に用いられる。コロイダルシリカの量は、熱硬化型樹脂100質量部に対し、50〜150質量部程度が好ましく、75〜125質量部がより好ましい。
熱硬化型樹脂としては、水性ウレタン樹脂、水性アクリル変性エポキシ樹脂、水性フェノール樹脂のいずれかであることが好ましい。なお、水性とは、水溶性であるか水分散性(非水溶性)であることを意味する。
化成処理皮膜形成用の塗工液にはシランカップリング剤を配合しておくことが好ましい。金属基板に対する化成処理皮膜の密着性を向上させることができる。シランカップリング剤としては、具体的には、例えば、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシランなどのアミノ基含有シランカップリング剤;γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシメチルジメトキシシランなどのグリシドキシ基含有シランカップリング剤;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シランなどのビニル基含有シランカップリング剤;γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのメタクリロキシ基含有シランカップリング剤;γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシランなどのメルカプト基含有シランカップリング剤;γ−クロロプロピルメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシランなどのハロゲン基含有シランカップリング剤などが挙げられる。これらのシランカップリング剤は、単独で用いも良いし、2種以上を併用してもよい。これらの中では、最終的に得られる金属板複合樹脂成形品全体の接合強度が良好な点で、アミノ基含有シランカップリング剤とグリシドキシ基含有シランカップリング剤が好ましく、アミノ基含有シランカップリング剤が特に好ましい。シランカップリング剤の量は、化成処理皮膜形成用塗工液の固形分中、5〜30質量部程度が好ましい。
化成処理皮膜形成用の塗工液には、金属表面を活性化させるために、酸またはその塩を加えてもよい。用い得る酸としては、オルトりん酸、メタりん酸等のりん酸類、りん酸水素二アンモニウム等のアンモニウム塩等のりん酸化合物;ヘキサフルオロりん酸やそのナトリウム塩等のヘキサフルオロ金属酸;が挙げられる。これらを使用する場合は、化成処理皮膜中、0.1〜50質量%程度となるようにすることが好ましい。0.1質量%より少ないと、耐食性向上効果が得られない場合がある。50質量%を超えると、化成処理皮膜が脆くなるおそれがある。
化成処理皮膜形成時には、塗工液中にその他の公知の添加剤を加えてもよい。金属基板上に化成処理皮膜を形成する方法は特に限定されず、従来公知の塗布方法が採用でき、例えば、化成処理皮膜用塗工液を、ロールコーター法、スプレー法、カーテンフローコーター法等を用いて、金属板表面の片面もしくは両面に塗布して、加熱乾燥すればよい。加熱乾燥温度は特に限定されるものではないが、熱硬化型樹脂が熱硬化反応を行わない程度の温度で加熱乾燥する。化成処理皮膜形成時に熱硬化反応が進行してしまうと、後に積層される接着剤層との接合強度が低下するためである。化成処理皮膜形成用の塗工液は、水性としているので、水が蒸発する100℃前後で数十秒〜数分程度加熱するとよい。
化成処理皮膜と接着剤層との密着性を高めるために、化成処理皮膜と接着剤層との間にプライマー層を設けることが好ましい。本発明のプライマー層の組成は、化成処理皮膜と接着剤層との密着性が確保されるのであれば特に限定されず、プライマー層には接着剤層と同一の樹脂が含まれていてもよく、接着剤層とは異なる樹脂が含まれていてもよい。また、プライマー層は、プレコートでもポストコートでもよい。
プライマー層は、0.5体積%以上の無機物質を含有することが好ましい。無機物質が0.5体積%未満であると、プライマー層の熱膨張率が金属基板の熱膨張率と比べて大きくなりすぎてしまい、表面処理金属板が成形時の温度から室温へと低下する際に発生する残留熱応力が大きくなりやすく、金属板複合樹脂成形品の接着強度が低下してしまうおそれがある。また、表面処理金属板の腐食を抑制するために、無機物質をカルシウムイオン交換シリカ、リン酸アルミニウムなどの防錆剤とすることが好ましい。
化成処理皮膜形成後は、接着剤層を設ける。接着剤としては、後に複合される樹脂との接着性に優れたものが好ましい。例えば、ナイロン製の樹脂成形品と複合するのなら、ナイロン用の接着剤が好ましく、ポリプロピレン製の樹脂成形品と複合するのなら、ポリプロピレン用の接着剤が好ましい。具体的には、ホットメルト型ウレタン系接着剤、ホットメルト型ナイロン系接着剤、ウレタン変性ナイロン系接着剤、ウレタン変性オレフィン系接着剤、酸変性ポリプロピレン系接着剤、塩素化ポリプロピレン系接着剤、ポリエステル系接着剤等が好適である。なお、表面処理金属板にプライマー層を設ける場合、化成処理皮膜の上にプライマー処理を行うことによってプライマー層を形成してプライマー処理金属板とし、プライマー層の上に接着剤層を設ける。
本発明の表面処理金属板は、樹脂成形品と複合して用いることが好ましい。このとき、加工が必要な場合は、予め、表面処理金属板を目的とする形状に加工しておく。そして、加工後の表面処理金属板を、射出成形機の金型の中に装入し、型締めして、溶融樹脂を型内に射出し、樹脂が冷却固化すれば、金属板複合樹脂成形品が得られる。もちろん、本発明の表面処理金属板は、プレス成形法で樹脂と複合してもよいが、射出成形の短時間・高効率というメリットを生かすには、射出成形法を採用することが好ましい。
厚さ0.8mmの合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面に、化成処理皮膜形成用塗工液をバーコーターで付着量が0.5g/m2となるように塗布し、100℃で1分間加熱し、化成処理鋼板を得た。熱硬化型樹脂(水溶性カルボキシル基含有アクリル樹脂は架橋前は熱可塑性樹脂)の内容を表1に、塗工液の内容を表2に示す。なお、表1、2中、「スーパーフレックス」、「スミライトレジン」、「モデピクス」、「ジュリマー」は、それぞれ各メーカーの有する登録商標である。また、コロイダルシリカの欄の「ST−40」は「スノーテックス(登録商標)40」(日産化学工業社製)であり、シランカップリング剤の欄の「KBM903」は、信越化学工業社製のγ−アミノプロピルトリメトキシシランである。
実験例1で得た各化成処理鋼板の化成処理皮膜上に、三井化学社製の酸変性ポリプロピレン系接着剤「ユニストール(登録商標)R−300」(ポリプロピレンに好適な塗料型接着剤)を膜厚20μmとなるようにバーコーターで塗装し、220℃で2分間加熱乾燥して、表面処理金属板を得た。
実験例1と同じ鋼板に化成処理塗工液1の付着量を表7に記載のように種々変えて塗布した以外は実験例1と同様にして、化成処理鋼板を得た。後は、実験例2と同様にして金属板複合樹脂成形品を得て、接着強度を測定した。結果を表7に示す。化成処理液の付着量が少ないNo.13や、多すぎるNo.18では、接着強度が小さいことがわかる。
実験例1と同様にして、金属基板に化成処理塗工液1を塗布し、化成処理鋼板を得た。実験例2において、接着剤層の膜厚を表8に記載のように種々変えて塗布した以外は実験例2と同様にして金属板複合樹脂成形品を得た。接着強度の結果を表8に示す。接着剤層の膜厚が薄いNo.19は、接着強度も小さいものであった。また、膜厚が増大するのに伴い、接着強度も増大したが、40μm程度で飽和することもわかった。
実験例1と同様にして、金属基板に化成処理塗工液1を塗布し、化成処理鋼板を得た。実験例2において、コロイダルシリカの量を表9に記載のように種々変えて塗布した以外は実験例2と同様にして金属板複合樹脂成形品を得た。接着強度の結果と、5%の塩水を240時間噴霧した後の白錆発生率(%)の結果を表9に示す。コロイダルシリカの量が少ないNo.25は接着強度には優れているものの耐食性が悪く、コロイダルシリカ量が多いNo.30は耐食性には優れているものの接着強度は実施例よりも低いことがわかった。
実験例1と同様にして、金属基板に化成処理塗工液1を塗布し、化成処理鋼板を得た。化成処理皮膜上に、三井化学社製の酸変性ポリプロピレン系接着剤「ユニストール(登録商標)R−300」にカルシウムイオン交換シリカ(富士シリシア化学社製「サイロマスク52」)を表10に記載のように含有率を種々変えて0〜30体積%分散させたプライマー層形成用組成物を膜厚10μmとなるようにバーコーターで塗装した後、220℃で2分間加熱乾燥し、プライマー処理金属板を得た。プライマー層上に、三井化学社製の酸変性ポリプロピレン系接着剤「ユニストール(登録商標)R−300」(ポリプロピレンに好適な塗料型接着剤)を膜厚10μmとなるようにバーコーターで塗装し、220℃で2分間加熱乾燥し、表面処理金属板を得た。後は、実験例2と同様にして射出成形を行い、得られた金属板複合樹脂成形品の接着強度を測定した。接着強度の結果を表10に示す。実施例はいずれも高い接着強度を示した。また、無機物質が含まれているNo.31およびNo.32は、No.30と比較して、より高い接着強度となっており、その理由として、プライマー層の熱膨張率が鋼板の熱膨張率(11.7×10-6/℃)に近いため、射出成形時の温度と室温との差により発生する残留熱応力が減少したことが考えられる。
Claims (8)
- 金属基板、化成処理皮膜および接着剤層が、この順に積層された表面処理金属板であって、化成処理皮膜が、コロイダルシリカと熱硬化型樹脂とを含むことを特徴とする表面処理金属板。
- 化成処理皮膜と接着剤層との間にプライマー層を備えた請求項1に記載の表面処理金属板。
- 熱硬化型樹脂が、水性ウレタン樹脂、水性アクリル変性エポキシ樹脂または水性フェノール樹脂である請求項1又は2に記載の表面処理金属板。
- 熱硬化型樹脂が、水性カルボキシル基含有アクリル樹脂とカルボキシル基と反応し得る架橋剤とを組み合わせたものである請求項1又は2に記載の表面処理金属板。
- 化成処理皮膜が、さらにシランカップリング剤を含む請求項1〜4のいずれかに記載の表面処理金属板。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の表面処理金属板と樹脂成形品とが複合化されたことを特徴とする金属板複合樹脂成形品。
- 樹脂成形品がナイロン樹脂成形品である請求項6に記載の金属板複合樹脂成形品。
- 樹脂成形品がポリプロピレン樹脂成形品である請求項6に記載の金属板複合樹脂成形品。
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