JP3226724B2 - 潤滑性及び耐熱性に優れた塗装アルミニウム系めっき鋼板 - Google Patents

潤滑性及び耐熱性に優れた塗装アルミニウム系めっき鋼板

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、無塗油のプレス加工性
に優れ、特に常温から２００℃までの加熱部位に使用可
能である塗装アルミニウム系めっき鋼板に関するもので
あり、家庭電気製品、自動車、建材等に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】電気亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっきや
各種合金亜鉛めっき鋼板が、自動車、家電、建材分野で
広く使用されている。一般に、これら鋼板をプレス成形
する際には、金型との摩擦抵抗を低下させ加工性を良好
ならしめるためにプレス油を塗布する。しかし、この後
プレス油の脱脂工程を必要とすることや、脱脂の際に用
いる特定フロンやトリクロロエタン等の揮発性有機溶剤
が環境に悪影響を及ぼす等の問題がある。そこで、省工
程、省コスト、及び環境保護の観点から、プレス油を用
いずに良好な加工性が得られる表面処理法が提案されて
いる。例えば、無機あるいは有機系の固体潤滑剤を含有
した樹脂をめっき鋼板上に塗布乾燥し、高い加工性を得
るとともに裸使用を可能とした方法等が知られている。
このような方法は、例えば（特開昭６１−２２７１７８
号公報、特公昭６２−２４５０５号公報、特開昭６３−
３５７９８号公報）に記載されている。
【０００３】一方、溶融アルミニウムめっき鋼板も自動
車、家電、建材分野で使用されている品種であり、これ
に対しても潤滑処理鋼板の開発要求が高まっている。ア
ルミニウムめっき鋼板は、亜鉛めっき鋼板等他の表面処
理鋼板に比べて耐熱性及び耐候性に優れるのが最大の特
徴である。この鋼板の潤滑処理を必要とする部材、すな
わちプレス加工を必要とする部材は、通常１５０℃以上
の高温にさらされる部品に用いられることが多い。した
がって、潤滑性を付与する樹脂皮膜は、高温においても
変化しない特性が必要である。しかし、上記従来技術に
おける潤滑皮膜は、プレス成形においては有効な潤滑特
性を示すものの、加熱部位に用いると、その塗膜が減少
あるいは変色して表面がむら模様となり、使用中に外観
が損なわれるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
の問題点を解決するとともに、めっき特性を十分に発現
した製品への発展応用を目的としたものであって、良好
な加工性を保持し、十分な金型との耐型かじり性を有す
るとともに、鋼板の加工後も優れた耐熱性、耐食性を有
し、そのまま加熱部位への使用や耐候性材料への使用が
可能であることを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述したように、鋼板表
面に樹脂皮膜を形成することにより潤滑性を向上させる
ことができ、良好なプレス成形性に寄与させることがで
きる。本発明者らは、これらの長所を活かしつつ、加工
後、加熱環境下でも使用可能な有機樹脂皮膜として、ア
クリルグラフト化エポキシ樹脂にイソシアネート樹脂も
しくはフェノール樹脂を硬化剤として用いた系が良好な
潤滑特性及び耐熱特性を発現することを見いだし、本発
明に至った。
【０００６】本発明は、アルミニウムめっき鋼板もしく
は亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板のめっき層上に、
クロメート処理を施し、その上にアクリルグラフト化エ
ポキシ樹脂に硬化剤としてイソシアネート樹脂１０〜３
０重量％、もしくはフェノール樹脂１０〜３０重量％、
潤滑性付与剤を０．６〜２．０重量％を含有する樹脂皮
膜が付着量０．５〜５．０ｇ／ｍ2 で形成されているこ
とを特徴とする潤滑性及び耐熱性に優れた塗装アルミニ
ウム系めっき鋼板である。
【０００７】以下に、本発明の潤滑性及び耐熱性に優れ
た樹脂被覆鋼板について、詳細に説明する。本発明で、
アルミニウムめっき鋼板もしくは亜鉛−アルミニウム合
金めっき鋼板のめっき層上にクロメート処理を施すの
は、樹脂皮膜の密着性を確保するためである。本発明の
樹脂組成物に使用するベース樹脂は、耐熱性を考慮する
と熱可塑性樹脂より熱硬化性樹脂の方が好ましい。ま
た、良好なプレス加工性を保持するためには、熱硬化性
樹脂の中でも強靱で弾性に優れた架橋型樹脂が最適であ
る。本発明において用いるアクリルグラフト化エポキシ
−ウレタン樹脂、及びアクリルグラフト化エポキシ−フ
ェノール樹脂は、アクリル樹脂をグラフト重合したエポ
キシ樹脂に、イソシアネート樹脂もしくはフェノール樹
脂を反応させて得られる熱硬化性架橋型樹脂である。こ
れは、通常一液型の水分散性樹脂として用いられる。以
下に、耐熱性とプレス加工性の両特性に優れた樹脂配合
について述べる。
【０００８】
【化１】
【０００９】で、原料として、ポリオールもしくはポリ
フェノール化合物、ポリカルボン酸化合物、あるいはポ
リアミン化合物と、エピクロルヒドリンとの付加−脱塩
酸による閉環により製造される。通常ビスフェノールＡ
とエピクロルヒドリンから合成されるビスフェノールＡ
ジグリジルエーテルが一般的に多く用いられる。その他
ポリフェノール化合物としては、例えば、ビスフェノー
ルＦ、ビスフェノールＳ、レゾルシノール、ヘキサヒド
ロビスフェノールＡ、ポリプロピレングリコール、ネオ
ペンチルグリコール等が用いられ、ポリカルボン酸化合
物として、フタル酸、ダイマー酸等が用いられる。
【００１０】本発明の潤滑性及び耐熱性の両立の目的に
合致するエポキシ樹脂として、ビスフェノールＡとエピ
クロルヒドリンから合成されるビスフェノールＡジグリ
ジルエーテルが好ましく、特に、分子中に１．５〜２．
０個のエポキシ基を有し、平均分子量が３０００〜１５
０００のものが好ましい。分子量をこれ以上小さくする
と、樹脂の耐熱性は高くなるが、弾性に乏しい脆い樹脂
皮膜となる。また、分子量が大きすぎると、弾性に優れ
るものの耐熱性に劣る皮膜となる。
【００１１】また、アクリル樹脂としては、例えば（メ
タ）アクリル酸、マレイン酸等のエチレン性不飽和カル
ボン酸単量体の一種または二種以上と、アクリル酸メチ
ル、（メタ）アクリル酸エチル等のアクリル酸エステ
ル、スチレン、ビニルトルエン等のスチレン系単量体、
（メタ）アクリル酸ヒドロキシエチル等の（メタ）アク
リル酸ヒドロキシアルキル、Ｎ−置換（メタ）アクリル
アミド等の一種または二種以上の単量体からなる共重合
樹脂が用いられる。このアクリル系樹脂は、平均分子量
が１０００〜５０００の範囲にあることが好ましい。
【００１２】上記のアクリル樹脂をエポキシ樹脂にグラ
フト重合させることにより、水溶性で、しかも加工時の
型かじりに耐え得る表面硬度を得ることができる。エポ
キシ樹脂に対するアクリル系樹脂のグラフト重合反応に
おいて、アクリル樹脂／エポキシ樹脂の割合は、重量比
で１／３〜２／１の範囲が好ましい。アクリル樹脂が少
なすぎると水性溶媒への乳化分散性が不十分であるし、
多すぎると耐熱性の低下、樹脂皮膜（塗膜）の弾性低下
につながる傾向がある。
【００１３】上記アクリルグラフト化エポキシ樹脂に対
し、イソシアネート樹脂もしくはフェノール樹脂を硬化
剤として用いることで、強靱で弾性に富むウレタン樹脂
もしくはフェノール樹脂との架橋結合を形成させること
ができる。従来、ビスフェノール型エポキシ樹脂に、硬
化剤としてイソシアネート樹脂あるいはフェノール樹
脂、及び添加剤としてシリカを加えた系として、例えば
特開平１−１１８３０等があるが、これらの樹脂系にお
いては、無塗油での絞り加工で摺動部の白化現象を引き
起こすことがある。本発明においては、アクリルグラフ
ト化したエポキシ樹脂を用いることにより、均一で強靱
な架橋結合皮膜を形成すると同時に、高度な加工にも耐
え得る表面硬度を有した皮膜を形成することができる。
【００１４】イソシアネート樹脂としては、ブロック化
したヘキサメチレンジイソシアネート等のイソシアン酸
エステルを用い、その含有量を樹脂皮膜（塗膜）に対し
て重量％で１０〜３０％とする。また、フェノール樹脂
を硬化剤として用いる場合は、レゾール型フェノール樹
脂を用い、重量％で１０〜３０％配合する。これらの樹
脂系を２００℃〜２４０℃で硬化させることにより、耐
熱性の高い強靱な樹脂皮膜を形成できる。硬化剤の含有
量が上記範囲である理由は、樹脂皮膜（塗膜）に対して
重量の１０％未満では架橋結合の形成が不十分で、加工
後の外観が不良となり、また、３０％を越えると、今度
は硬化剤どうしの自己縮合反応が優勢となり、効率よい
架橋被塗膜が形成されず、同じく加工後外観不良となる
ためである。
【００１５】次に、潤滑性付与剤について説明する。一
般に、乾式潤滑剤として、ワックス、二硫化モリブデ
ン、有機モリブデン、グラファイト、フッ化カーボン、
金属セッケン、窒化ホウ素、フッ素樹脂等が知られてお
り、軸受け用潤滑剤やグリース等への添加剤として、潤
滑性を向上させるために用いられている。本発明の様な
樹脂皮膜では、潤滑性を保持させるのに、このような潤
滑性付与剤の添加は非常に有効である。これら潤滑性付
与剤は、単に良好な潤滑性を与えるのみでなく、連続プ
レス、高速プレスにおける良好な摺動性も求められてい
る（例えば、特開平２−４３０４０号公報）。
【００１６】そこで、本発明では、潤滑性を保持し、か
つ連続プレスにも対応できる潤滑性付与剤について鋭意
検討した結果、カルナウバワックス、フッ素系樹脂粒
子、ポリエチレンワックスが優れた特性を発現すること
を見いだした。これらのワックスは、いずれも高い潤滑
特性を示し、特にカルナウバワックスは、融点が約８６
℃と比較的高融点なため加工時の熱の影響を受けにく
く、耐摩耗性に優れるのが特徴であり、また、安価であ
るため経済的利点も大きいため、望ましく用いられる。
【００１７】図１に、潤滑性付与剤であるカルナウバワ
ックス添加量と、潤滑性評価の指標であるＬＤＲ（円筒
深絞り試験の限界絞り比）、及び型かじり性との関係を
示す。同図から明らかなように、カルナウバワックス
は、樹脂皮膜（塗膜）に対して重量％で０．６〜２．０
％含有させるのが最適である。これは、０．６％未満で
は十分な潤滑性が得られず、２．０％を越えると樹脂皮
膜軟化が生じ、プレス加工に支障を来すためである。
【００１８】本発明による塗装鋼板は、上述したような
アクリルグラフト化エポキシ−ウレタン樹脂もしくはア
クリルグラフト化エポキシ−フェノール樹脂のディスパ
ージョンと、潤滑性付与剤のカルナウバワックスとを前
記所定の範囲内で水性溶媒に分散させ、更にｐＨが７〜
１１となるように有機アミンを加えて塗料溶液を調製
し、かかる塗料を鋼板に塗布し、乾燥すれば得ることが
できる。上記水性溶媒としては、水または水と親水性有
機溶剤との混合物が用いられる。親水性有機溶媒として
は、例えばメタノール、ブタノール等のアルコールやグ
リコールエーテル、グリコールエステル等が好ましく用
いられる。上記有機アミンとしては、例えばトリメチル
アミン等のアルキルアミン、ジメチルエタノールアミン
等のアルカノールアミン、エチレンジアミン等の多価ア
ミンが好ましく用いられる。
【００１９】本発明においては、このような潤滑樹脂皮
膜の付着量は、片面で乾燥樹脂皮膜（塗膜）重量で０．
５〜５．０ｇ／ｍ2 である。図２に、樹脂皮膜付着量と
ＬＤＲ、及び型かじり性との関係を示す。同図から明ら
かなように、付着量が０．５ｇ／ｍ2 未満では潤滑性の
向上効果が小さく、プレス成形性が低下し、５．０ｇ／
ｍ2 を超えるとプレス成形における耐型かじり性が低下
し、かつ、経済的でない。本発明において、鋼板素材と
しては、アルミニウムめっき鋼板及び亜鉛−アルミニウ
ム合金めっき鋼板を、クロメート処理、リン酸塩処理等
の化成処理したものが好適に用いられる。
【００２０】
【実施例】下記条件において、本発明の塗装鋼板の試験
片を作製した。 １．めっき鋼板 （Ａ）溶融アルミニウムめっき鋼板 板厚 ０．６ｍｍ アルミニウムめっき付着量 ４０ｇ／ｍ2 （Ｂ）溶融亜鉛−アルミニウムめっき鋼板 板厚 ０．６ｍｍ 亜鉛−アルミニウムめっき付着量 ４０ｇ／ｍ2 アルミニウム含有量 ５５％ ２．クロメート処理 前記めっき鋼板の両面に、ＣｒＯ3 １０g/l ，ＳｉＯ2
３０g/l （日産化学製；スノーテックス）なる組成のク
ロメート処理液をロールコーターで塗布した後ゴムロー
ルで絞り、熱風乾燥した。クロメート皮膜の付着量は、
片面２０ｍｇ／ｍ2 である。 ３．樹脂皮膜 表１に示す組成の処理液を、バーコート塗装により、片
面で０．５〜５．０ｇ／ｍ2 となるように両面に塗布
し、到達板温２４０℃で６０秒間乾燥し、樹脂皮膜を形
成した。
【００２１】
【表１】
【００２２】得られた樹脂塗装鋼板について、円筒深絞
り試験、耐熱試験、及び塩水噴霧試験を行って、動摩擦
係数、限界絞り比、耐型かじり性、耐熱性、及び耐食性
を調べた。円筒深絞り試験は、ポンチ径５０ｍｍ、しわ
抑え圧５００ｋｇ／ｍｍ2 の限界絞り比（ＬＤＲ）を測
定して評価した。また、動摩擦係数は、バウデン法（１
０ｍｍ鋼球、荷重５００ｇ、摺動速度０．５ｍ／ｍｉ
ｎ）により求めた。また、耐型かじり性は、円筒絞り加
工後のセロテープ剥離により評価した。
【００２３】◎：全く剥離無し、 〇：軽い型かじり、
△：ごくわずかにパウダリング発生、 ×：かなりパ
ウダリング発生 耐熱性は、２００℃連続加熱処理後の重量減少、色差、
光沢保持率により評価した。重量減少は加熱前後の重量
変化を秤量し、評価した。 ◎：０〜５％、 〇：５〜１５％、 △：１５〜３０
％、 ×：３０％以上 色差は、ＳＭカラーコンピューター（スガ試験機製）を
用いて加熱前後の変化を評価した。 ◎：０〜５％、 〇：５〜１０％、 △：１０〜２０
％、 ×：２０％以上 光沢保持率は、デジタル変角光沢計（スガ試験機製）を
用いて、加熱前後の変化率を評価した。 ◎：０〜１０％、〇：１０〜２０％、△：２０〜３０
％、×：３０％以上 耐食性は塩水噴霧試験５００ｈｒ後の錆発生率、クロス
カットからの膨れ幅で評価した。
【００２４】
【表２】
【００２５】結果を表２に示す。表から明らかなよう
に、本発明の塗装アルミニウム系めっき鋼板は、良好な
プレス加工性を示すのみならず、２００℃加熱処理後も
あまり性状が変化しない。また、加工後の耐食性等も良
好である。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、カルナ
ウバワックス等の潤滑性付与剤を含有するアクリルグラ
フト化エポキシ−ウレタン樹脂及びアクリルグラフト化
エポキシ−フェノール樹脂の水性分散液からなる塗料を
鋼板表面に塗布し、乾燥させることによって、プレス油
を省略して深絞り等のプレス加工を行うことができ、且
つ耐熱性に優れた樹脂皮膜を形成させることができる。
特に、本発明によれば、皮膜を構成するエポキシ−ウレ
タン樹脂及びエポキシ−フェノール樹脂が熱硬化性樹脂
であるため、高い温度で硬化処理を行うことにより、樹
脂の架橋反応を促進し、かつ完全に行うことができる。
従って、ガラス転移点が高く、プレス成形時の金型温度
上昇に対して軟化すること無く潤滑性が保持されると同
時に、耐熱温度も向上させることができる。さらに、上
記の塗料は一液型の樹脂であるため取扱いが容易であ
り、また、塗装原板にアルミめっき鋼板を使用している
ため、上記樹脂を塗装した鋼板は耐食性にも優れる。こ
のような本発明の潤滑性及び耐熱性に優れた塗装アルミ
ニウム系めっき鋼板は、プレス加工後、裸使用して使え
るのみならず、さらに塗装して使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】樹脂皮膜中における潤滑性付与剤であるカルナ
ウバワックス含有量と得られた塗装鋼板の限界絞り比お
よび型かじり性との関係を示すグラフ、
【図２】得られた樹脂皮膜の付着量と限界絞り比および
型かじり性との関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−180574（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−330970（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−266929（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 22/00 - 22/86 C23C 28/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アルミニウムめっき鋼板もしくは亜鉛−
    アルミニウム合金めっき鋼板のめっき層上に、クロメー
    ト処理を施し、その上にアクリルグラフト化エポキシ樹
    脂に硬化剤としてイソシアネート樹脂１０〜３０重量
    ％、潤滑性付与剤を０．６〜２．０重量％含有する樹脂
    皮膜が付着量０．５〜５．０ｇ／ｍ2 で形成されている
    ことを特徴とする潤滑性及び耐熱性に優れた塗装アルミ
    ニウム系めっき鋼板。
  2. 【請求項２】 アルミニウムめっき鋼板もしくは亜鉛−
    アルミニウム合金めっき鋼板のめっき層上に、クロメー
    ト処理を施し、その上にアクリルグラフト化エポキシ樹
    脂に硬化剤としてフェノール樹脂１０〜３０重量％、潤
    滑性付与剤を０．６〜２．０重量％含有する樹脂皮膜
    が、付着量０．５〜５．０ｇ／ｍ2 で形成されているこ
    とを特徴とする潤滑性及び耐熱性に優れた塗装アルミニ
    ウム系めっき鋼板。
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