JP3218923B2 - 加工密着性および加工耐食性に優れた塗装またはフィルムラミネート2ピース缶用表面処理鋼板およびその製造方法 - Google Patents
加工密着性および加工耐食性に優れた塗装またはフィルムラミネート2ピース缶用表面処理鋼板およびその製造方法Info
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Description
ラミネート後に厳しい加工を施される2ピース缶用の素
材鋼板である表面処理鋼板に関し、特に加工後の密着性
および耐食性に優れた塗装またはフィルムラミネート2
ピース缶用表面処理鋼板およびその製造方法に関する。
クロメート処理鋼板(以T、TFSと称する)、アルミ
ニウムなどの金属板に一回あるいは複数回の塗装を施
し、その後製缶加工を行う場合と、製缶加工した後に塗
装を行う場合がある。缶蓋およびキャップの製造工程に
おいては、金属板に塗装を施した後、加工するのが一般
的である。
ラミネートする技術が開発され、実用化されている。特
開昭57−182428号公報、特公昭61−3676
号公報等には、金属板側をフィルムの融点以上に加熱
し、熱融着によって接着する方法が開示されている。
れる加工としては種々の方法があるが、特に加工度の高
いものとしては、金属板に絞り、しごき、引張り、曲げ
などの加工を単独あるいは組み合わせて行い、必要に応
じて繰り返し施すことにより、缶底部および缶胴部を一
体成形する2ピース缶製造方法がある。
観点から缶体の薄肉化が進められており、そのために2
ピース缶では製缶時の加工度の増大といった手段が講じ
られている。そして、缶蓋やキャップの製造において
は、塗装またはフィルムラミネート後の金属板に、絞
り、曲げ、張り出し、スクリュー加工といった加工が施
される。
後に施される厳しい加工は、下地表面処理鋼板のめっき
皮膜の形態に大きな影響を与える。例えばTFSの場
合、ドロービード加工後の素材から塗膜またはフィルム
を溶解除去してめっき皮膜を観察すると、金属クロム層
および水和クロム酸化物には多数の亀裂が生じ、金属ク
ロムおよび鉄の新生面が現れることが判明している。こ
れは、最表層の樹脂皮膜は大きい延性を有するため、か
なり厳しい加工を施しても健全な外観を呈するが、電解
クロメート皮膜は極めて薄く、また水和クロム酸化物層
は延性が低いため加工変形に追随できずに亀裂を生じ、
鉄および金属クロムの新生面が露出するためと考えられ
る。
着性は、樹脂皮膜と電解クロメート処理皮膜との界面の
加工後の接着状態、ならびに鉄および金属クロムの新生
面と樹脂皮膜との接触状態に依存するため、電解クロメ
ート処理皮膜に亀裂が生じて健全な接着界面が減少する
ことと、新生面−樹脂皮膜界面の接着力が弱いことによ
り、加工した後の密着性(以下、加工密着性と称する)
および耐食性(以下、加工耐食性と称する)が劣化す
る。
を進めるために加工度を大きくすれば、加工密着性およ
び加工耐食性等の性能の劣化が大きくなる。また、前述
の熱融着によるフィルム接着方法でもやはり加工密着性
および加工耐食性の劣化が大きく、実用には供し難い。
て、予め接着剤を塗布した有機樹脂フィルムを金属板に
ラミネートする方法が、特公平4−74176号公報、
特公平5−71035号公報、特開平2−70430号
公報等に開示されている。
性および加工耐食性は改善されるが、接着剤の溶剤を加
熱することによって蒸発させる必要があり、工程が繁雑
になるばかりでなく、排出溶剤の処理やエネルギー消費
量の増大といった問題が生じ、環境保全の観点からも好
ましくない。
合にはより以上の加工密着性および加工耐食性が要求さ
れ、レトルト処理時の高温水蒸気環境にさらされる場合
にはさらに性能劣化の程度が大きくなることから、これ
らの技術によっても加工密着性および加工耐食性の改善
の程度は未だ不十分であり、一部の内容物では適用する
ことができないという問題がある。
に鑑みてなされたものであって、塗装またはフィルムラ
ミネート後に厳しい加工を施された際にも加工密着性お
よび加工耐食性に優れ、レトルト処理を必要とするよう
な内容物等を含め、あらゆる内容物に対して適用可能
な、塗装またはフィルムラミネート2ピース缶用表面処
理鋼板およびその製造方法を提供することを目的とす
る。
は、上記課題を解決するために、塗装あるいはラミネー
トフィルムのような有機樹脂層との密着性が比較的良好
な表面処理鋼板であるTFSを下地として、樹脂皮膜と
TFSとの接着界面における接着機構を詳細に検討し
た。さらに、塗料あるいはラミネートフィルムと接着し
た後に厳しい加工を受けた場合の接着界面を詳細に調査
し、内容物充填後の内面の水性環境あるいはレトルト処
理時の高温水蒸気環境において、加工密着性および加工
耐食性が劣化する機構について詳細に調査した。
劣化を抑制するためには、TFSの最上層に存在する水
和クロム酸化物層と塗料あるいはラミネートフィルムと
の接着において支配的な水素結合力を高めることが重要
であり、特定の極性基を有する有機物を付与することが
有効であることを知見した。また、加工による変形のた
めに接着界面に金属新生面が現れた部分については、加
工後に再接着を生じせしめること、さらには溶出した金
属イオンを捕集することにより、特性の劣化を抑制する
ことができることを見出し、この機構においても前述の
極性基を有する有機物を付与する方法が有効であるとの
知見を得た。
への接着剤塗布といった方法とは全く関係なく、このよ
うにTFSの水和クロム酸化物層に特定の有機物を付与
することにより、塗装またはフィルムラミネート後の鋼
板に厳しい加工を施した後の加工密着性および加工耐食
性が著しく改善されることを見出し、完成されたもので
ある。
少なくとも一方の面に、下層が片面あたり30〜300
mg/m2 の金属クロム層、上層が片面あたり金属クロ
ム換算で5〜30mg/m2 の水和クロム酸化物層から
なる電解クロメート処理皮膜を有し、さらにその上層に
カルボキシル基を分子内に有する分子量1000以上の
有機樹脂を少なくとも1種含み、平均付着量が固形分濃
度として1〜1000mg/m2 である有機物層を有す
ることを特徴とする、加工密着性および加工耐食性に優
れた塗装またはフィルムラミネート2ピース缶用表面処
理鋼板を提供する。
対するカルボキシル基の総重量が1%以上であることを
特徴とする加工密着性および加工耐食性に優れた塗装ま
たはフィルムラミネート2ピース缶用表面処理鋼板を提
供する。
記有機物層が、ポリアクリル酸およびその誘導体のうち
少なくとも1種を含むことを特徴とする加工密着性およ
び加工耐食性に優れた塗装またはフィルムラミネート2
ピース缶用表面処理鋼板を提供する。
に電解クロメート処理を施すことにより、鋼板の少なく
とも一方の面上に片面あたり30〜300mg/m2 の
金属クロム層およびその上層に片面あたり金属クロム換
算で5〜30mg/m2 の水和クロム酸化物層の2層を
形成し、水洗または水洗および乾燥の後に、カルボキシ
ル基を分子内に含む少なくとも1種の重合体を含む有機
物を0.3g/l以上の濃度で含む水溶液を塗布し、次
いで乾燥させることを特徴とする、加工密着性および加
工耐食性に優れた塗装またはフィルムラミネート2ピー
ス缶用表面処理鋼板の製造方法を提供する。
省資源の観点から進められている缶体の薄肉化に伴う加
工度の増大による加工密着性および加工耐食性の劣化を
抑制し、高温水蒸気環境であるレトルト処理等が必要な
内容物にも適用可能な塗装またはフィルムラミネート2
ピース缶用表面処理鋼板をコストの増大を伴うことなく
提供することができる。
来の、表面に水和クロム酸化物層を有するTFSとフィ
ルムまたは塗料等の樹脂皮膜との接着のメカニズムは、
水和クロム酸化物層の水酸基と樹脂皮膜の極性基間に働
く水素結合によるものが支配的であると考えられる。し
たがって、水和クロム酸化物層と樹脂皮膜との密着力を
上げるには、樹脂皮膜自体を変えるか、水和クロム酸化
物層の質を変える以外に方法はない。しかし、水和クロ
ム酸化物層の質を変えるとしても、電解クロメート処理
時に含有されてしまう他種アニオンの混入率を低下させ
るか、アニオン種を変えるなどの方法しかなく、接着の
メカニズムを根本から変えるものではないため、密着力
の向上には自ずと限界がある。
上層にカルボキシル基を分子内に有する分子量1000
以上の有機樹脂を含有させているため、接着のメカニズ
ム自体が従来とは大きく異なる。すなわち、カルボキシ
ル基を有する分子量1000以上の有機樹脂は、水和ク
ロム酸化物と樹脂皮膜との水素結合力より強い水素結合
を生じるため、このような有機樹脂を用いることにより
密着力が格段に向上するのである。
性を向上させる効果にとどまらず、以下のような効果を
も奏することができる。TFSに樹脂皮膜を接着した後
に加工を施す場合、樹脂皮膜は加工に応じて変形するこ
とが可能であるが、金属クロム層と水和クロム酸化物層
は亀裂が生じて島状にばらばらになり、金属クロムおよ
び鉄の新生面が生ずることになる。従来のTFSにおい
ては、加工後の密着力を担う部分は加工後に残存する水
和クロム酸化物層と樹脂皮膜との接着部分が支配的であ
り、鉄および金属クロムの新生面と樹脂皮膜との密着力
は極端に低いため全体として密着力は大幅に低下する。
しかしながら、本発明における表面処理鋼板は、加工後
に現れる鉄および金属クロム新生面と樹脂皮膜との間に
カルボキシル基を有する有機樹脂が存在し、これが密着
力を有するため加工後の密着性も優れる。すなわち、カ
ルボキシル基を有する有機樹脂と樹脂皮膜との密着力
が、カルボキシル基を有する有機樹脂と水和クロム酸化
物層との密着力より勝った場合、加工後にも鉄および金
属クロムの新生面と樹脂皮膜の間にカルボキシル基を有
する有機樹脂が存在することになるし、逆の場合でも、
加工につれて水和クロム酸化物に亀裂が生じ島状にばら
ばらになった際に、カルボキシル基を有する有機樹脂が
島と島との間を橋架けするか、滑りを生じて樹脂皮膜側
に付いていくことになる。いずれの場合でも、鉄および
金属クロムの新生面と樹脂皮膜との間にカルボキシル基
を有する有機樹脂が存在するのである。
体的であり、加工変形に対してある程度伸びの余地を残
していることが有利に作用すると考えられ、高分子が直
線的であるかあるいは短ければ不利であると考えられ
る。加工時の環境下において、鉄および金属クロムの新
生面は可及的速やかに酸化されて水酸基を生ずるので、
新生面と樹脂皮膜との間にカルボキシル基を有する有機
樹脂層が存在することによって強固な密着力が生じ、加
工後も密着性が優れるのである。
脱水反応を生じてエステル化することが可能であり、樹
脂皮膜への接着時および加工時の高温条件下で反応が生
じると、接着を司る結合が水素結合から共有結合へと変
化するため、その結合力は飛躍的に上昇する。
温の水性環境あるいは水蒸気環境下における密着性にも
優れる。一般に、上述のような環境下で密着性が劣化す
るのは、水が樹脂皮膜と鋼板との界面に侵入したとき、
水の極性の大きさ故、水が密着力を支える水素結合を置
換するためであると思われる。しかしながら、本発明に
おいては、カルボキシル基を有する有機樹脂が従来のT
FSよりも強固な水素結合を有するので水で置換され難
く、このため高温の水性環境、水蒸気環境においても密
着性が優れるのである。
れ難いいうことは、拡張漏れをも防ぐ効果があるため、
加工後の耐食性も優れることとなる。さらにまた、カル
ボキシル基はイオン交換樹脂に用いられるように陽イオ
ンを捕集する能力を有する。このため溶出してきた鉄イ
オンをカルボキシル基が捕集する。加工後に鉄の新生面
が露出するような系において、従来のTFSではこのよ
うな鉄イオン捕集機構は存在しない。したがって、従来
のTFSに比較して本発明の表面処理鋼板は飛躍的に加
工耐食性が向上するのである。
本発明では、下地鋼板の少なくとも一方の面に、下層が
金属クロム層、上層が水和クロム酸化物層からなる2層
の電解クロメート処理皮膜を有する。
たり30〜300mg/m2 とする。その付着量が30
mg/m2 未満の場合には耐食性に問題を生じ、300
mg/m2 を超えると加工性が劣るので好ましくない。
いずれにしても、通常の電解クロメート処理鋼板に用い
られる量であれば問題はない。
あたり金属クロム換算で5〜30mg/m2 とする。そ
の付着量が5mg/m2 未満では金属クロム層が水和ク
ロム酸化物によって均一に覆われず金属層の露出面積が
大となり、耐食性および耐経時劣化性、加工密着性が劣
るため好ましくない。また、30mg/m2 を超えると
水和クロム酸化物層が厚すぎることによって生じる外観
の劣化および密着性の劣化を引き起こし好ましくない。
キシル基を分子内に有する分子量1000以上の有機樹
脂を少なくとも1種含み、平均付着量が固形分濃度とし
て1〜1000mg/m2 である有機物層が形成され
る。ここでカルボキシル基を分子内に有する樹脂を含む
有機物層としては、全有機物重量に対するカルボキシル
基の総重量が1%以上であることが好ましい。カルボキ
シル基はこの濃度以上において有効に機能することがで
き、密着性を格段に向上させる効果を発揮することがで
きるからである。
有する有機樹脂としては、ポリアクリル酸、イタコン
酸、これらの誘導体、これらを含む共重合体などが挙げ
られ、有機物層にはこれらの1種または2種以上が含有
される。この中ではポリアクリル酸およびその誘導体を
好適に用いることができ、これらのうち少なくとも1種
を含有させることができる。
を分子内に有する有機樹脂の他、ポリエチレングリコー
ル、ポリビニルアルコールなど他の有機物質を含有させ
ることもできる。
の分子量は1000以上の高分子レベルであることが必
要である。分子量を1000以上と規定したのは、分子
量が低いと、前述したように加工時に伸びることができ
ず、加工密着性を十分に向上させることができないから
である。有機樹脂の分子量の上限は特にないが、500
万以下であることが好ましい。
/m2 である。密着性を有効に向上させるためには1m
g/m2 は最低限必要であり、また1000mg/m2
を超えても密着力向上効果が飽和するとともに、有機物
層が厚くなり、高分子内で凝集破壊を起こしやすくなっ
て密着性に悪影響を及ぼすからである。また、平均付着
量を100mg/m2 以上とするためには表面外観を損
なわないよう均一に有機物を付着させることができる適
当な設備が必要であり、また乾燥に時間がかかることな
どから、TFS製造ラインにてインラインで製造するこ
とが困難となるため不経済である。したがって、平均付
着量を100mg/m2 未満とすることが好ましい。
ムめっき後に電解クロメート処理を施すことにより、鋼
板の少なくとも一方の面上に片面あたり30〜300m
g/m2 の金属クロム層およびその上層に片面あたり金
属クロム換算で5〜30mg/m2 の水和クロム酸化物
層の2層を形成し、水洗または水洗および乾燥の後に、
カルボキシル基を分子内に含む少なくとも1種の重合体
を含む有機物を0.3g/l以上の濃度で含む水溶液を
塗布し、次いで乾燥させ、上記構成の表面処理鋼板を製
造する。
クロムと水和クロム酸化物を同時に析出させる1液法、
および金属クロム層形成後に水和クロム酸化物を析出さ
せる2液法のいずれでもよい。
皮膜上に塗布される水溶液としては、有機物を0.3g
/l以上含有するものであることが好ましい。この濃度
以下であると有効量が鋼板表面に吸着せず、ひいては密
着性を十分に引き上げることが困難であるからである。
なく、通常この種の表面処理鋼板に用いられる鋼板であ
れば使用することができ、例えば低炭素Alキルド鋼板
などを適用することができる。
する。 [供試材] (1)表面処理鋼板 全ての実施例および比較例は、低炭素Alキルド連鋳鋼
で、厚さ0.20mmのT4CA材を原板鋼帯として、
竪型のTFSラインを使用して製造した。
施した後、同じく表1に示す条件で有機物の水溶液もし
くは有機物エマルジョン分散させた水溶液を塗布し、乾
燥することによって有機物層を形成した。有機物層の付
着量は、絞りロールの押さえ圧調整またはコーティング
ロールの設定によって制御した。なお、有機物層に使用
した物質を表2に示す。
00mmの切板にし、その両面に次に示す条件でエポキ
シ樹脂塗料を塗装し、焼付けた。
00mmの切板にし、その両面に次に示す条件で市販の
ポリエステルフィルムをラミネートした。
(ポリエチレングリコールとテレフタル酸/イソフタル
酸の共重合体) フィルムの厚さ :25μm フィルムの結晶融解温度 :229℃ ラミネート直前の鋼板温度:235℃ ラミネート速度 :2m/秒 ラミネート後の冷却 :水冷(急冷) [評価] (1)絞り加工性 塗装またはラミネート表面処理鋼板を直径158mmの
円板に打抜き、絞り比2.92で円筒状カップに絞り加
工を施した後、カップ内面のフィルムまたは塗装の剥離
状況をルーペで観察した。その際、剥離なしの良好な状
態を5点とし、4点、3点、2点、1点と小さくなるに
つれて剥離の程度が大きくなるように5段階に分けて評
価した。
酸水溶液中で90分間レトルト処理を施し、水洗、乾燥
後、同様にカップ内面の剥離強度を同基準で5段階評価
した。
のたんざく状に切り出し、先端Rが0.25mmの工具
を用い、押さえ圧1000kgfでドロービードテスト
を行い、さらに圧延機で15%の圧縮加工を施して、ド
ロービード工具接触面の反対側をルーペで観察した。そ
の際、絞り加工性評価と同様に剥離の程度を5段階で評
価した。
酸水溶液中で90分間レトルト処理を施し、同様にドロ
ービード工具の接触面の反対側をルーペ観察し、同基準
で5段階評価した。
まず最初に絞り比1.51で円筒状カップ絞りを施し、
次いで絞り比1.20で再絞り加工を施して、円筒状カ
ップ(全絞り比1.81)を作成した。このカップの内
面のフィルムの剥離状況をルーペで観察し、上と同じ基
準で5段階評価した。
をリパックし、38℃で3カ月の貯蔵テストを行った。
この貯蔵テスト後のカップ内面のフィルムと金属板の剥
離状況をルーペで観察し、上と同じ基準で5段階評価し
た。同時にコカコーラ中に溶出した鉄イオンを原子吸光
法で求めた。
表1に示すように、本発明の範囲内である実施例の表面
処理鋼板は、塗装またはフィルムラミネート後の一次密
着性が優れているばかりでなく、加工後の密着性、さら
にはレトルト処理後の密着性にも優れていることが確認
された。また、内容物を長期間貯蔵した際の鉄溶出量は
極めて少なく、加工耐食性が格段に向上していることが
確認された。
例は、特にレトルト処理後の加工密着性および内容物貯
蔵時の耐食性に劣っていた。以上のように、本発明に係
る表面処理鋼板を用いることにより、電解クロメート処
理方法によらず、優れた加工密着性および加工耐食性が
得られることが確認された。なお、本発明は上記実施例
に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲であれば他の種々の態様によって実施することができ
る。
塗装またはフィルムラミネート後に厳しい加工を施され
た際にも加工密着性および加工耐食性に優れ、缶体の薄
肉化に伴う加工度の増大に対応することができるもので
あって、レトルト処理を必要とするような内容物等あら
ゆる内容物に適用可能な、塗装またはフィルムラミネー
ト2ピース缶用表面処理鋼板およびその製造方法が提供
される。このように本発明では、繁雑な工程を経ること
なく、優れた加工密着性および加工耐食性が得られるの
で、その経済的価値は極めて高い。
Claims (4)
- 【請求項1】下地鋼板の少なくとも一方の面に、下層が
片面あたり30〜300mg/m2の金属クロム層、上
層が片面あたり金属クロム換算で5〜30mg/m2の
水和クロム酸化物層からなる電解クロメート処理皮膜を
有し、さらにその上層にカルボキシル基を分子内に有す
る分子量1000以上の有機樹脂を少なくとも1種含
み、平均付着量が固形分濃度として1mg/m 2 以上1
00mg/m 2 未満である有機物層を有することを特徴
とする、加工密着性および加工耐食性に優れたフィルム
ラミネート2ピース缶用表面処理鋼板。 - 【請求項2】前記有機物層は、全有機物重量に対するカ
ルボキシル基の総重量が1%以上であることを特徴とす
る請求項1に記載の加工密着性および加工耐食性に優れ
たフィルムラミネート2ピース缶用表面処理鋼板。 - 【請求項3】前記有機物層は、ポリアクリル酸およびそ
の誘導体のうち少なくとも1種を含むことを特徴とする
請求項1または請求項2に記載の加工密着性および加工
耐食性に優れたフィルムラミネート2ピース缶用表面処
理鋼板。 - 【請求項4】鋼板に直接またはクロムめっき後に電解ク
ロメート処理を施すことにより、鋼板の少なくとも一方
の面上に片面あたり30〜300mg/m2の金属クロ
ム層およびその上層に片面あたり金属クロム換算で5〜
30mg/m2の水和クロム酸化物層の2層を形成し、
水洗または水洗および乾燥の後に、カルボキシル基を分
子内に有する分子量1000以上の重合体を少なくとも
一種含む有機物を0.3g/l以上の濃度で含む水溶液
を塗布し、次いで乾燥させることにより、平均付着量が
固形分濃度として1mg/m 2 以上100mg/m 2 未
満である有機物層を形成することを特徴とする、加工密
着性および加工耐食性に優れたラミネートフィルム2ピ
ース缶用表面処理鋼板の製造方法。
Priority Applications (1)
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