JP4154466B2 - 酸化チタン膜形成用塗布剤、酸化チタン膜形成方法及び酸化チタン膜で被覆された金属基材 - Google Patents

Description

技 術 分 野
本発明は、新規な酸化チタン膜形成用塗布剤、酸化チタン膜形成方法及び酸化チタン膜で被覆された金属基材に関する。
背 景 技 術
鋼板、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属基材には、通常、耐食性、加工性等を向上させるため、下地処理として、種々の表面処理がなされている。
近年、表面処理鋼板にはより優れた耐食性が要求されるため、基材として、冷延鋼板に代えて亜鉛系めっき鋼板が使用されることが多くなってきている。
従来、亜鉛系めっき鋼板の表面処理としては、クロメート処理及びリン酸塩処理が一般に行われている。
クロメート処理には、クロム化合物の毒性の問題がある。特に、６価クロム化合物は、ＩＡＲＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｇｃｎｃｙ ｆｏｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｃａｎｃｅｒ Ｒｅｖｉｅｗ）を初めとして多くの公的機関が人体に対する発癌性物質に指定しており極めて有害な物質である。具体的には、クロメート処理には、処理工程でクロメートヒュームが揮散すること、排水処理設備に多大の費用を要すること、処理被膜からクロム酸が溶出すること等の問題がある。
また、リン酸亜鉛、リン酸鉄等のリン酸塩処理では、リン酸塩処理後、通常、クロメートによる後処理を行うため、やはりクロム化合物の毒性の問題があるとともに、リン酸塩処理剤中の反応促進剤、金属イオン等の排水処理、被処理金属からの金属イオンの溶出によるスラッジ処理の問題もある。
また、特開昭５８−２２４１７４号公報、特開昭６０−５０１７９号公報、特開昭６０−５０１８０号公報等には、亜鉛系めっき鋼板を基材とし、これにクロメート被膜を形成し、さらにこの上に有機シリケート被膜を形成した被覆鋼板が記載されている。この被覆鋼板は、耐食性及び加工性に優れた性能を有する。しかし、この被覆鋼板はクロメート被膜を有するため、やはりクロム化合物の毒性の問題があった。また、この被覆鋼板からクロメート被膜を除いた鋼板では、耐食性が十分ではない。
一方、アルミニウム又はアルミニウム合金基材にも、耐食性、親水性等を向上させるため、下地処理として、種々の表面処理がなされることが多い。
例えば、空調機の熱交換器用のフィンとして、軽量性、加工性、熱伝導性に優れたアルミニウム又はアルミニウム合金基材が一般に使用されている。この空調機の熱交換器には、冷房時に発生する凝縮水が水滴となってフィン間に水のブリッジを形成し、空気の通風路を狭めるため通風抵抗が大きくなって電力の損失、騒音の発生、水滴の飛散等の問題がある。
この問題を解消するため、アルミニウム又はアルミニウム合金基材であるフィンの表面を、ベーマイト処理、水ガラス塗布、水性ポリマー塗布等の親水化処理をして上記ブリッジの形成を防止することが行われている。しかし、親水化処理をしたアルミニウム又はその合金製フィンは、処理被膜が親水性を有することもあって、強い腐食環境下に置かれていると、数ケ月程度で腐食されてしまう。
このようなフィンの腐食を防止する方法として、従来、耐食性、コスト等の点から、下地処理として、アルミニウム又はアルミニウム合金基材の表面にクロメート処理を施す方法が多く行われている。しかし、クロメート処理には、前記の通り、クロム化合物の毒性の問題がある。
また、クロメートを使用しない下地処理剤や下地処理方法として、例えば、アルミニウム表面をチタン塩、過酸化水素及び縮合リン酸を含有する酸性溶液で処理する方法（特開昭５４−２４２３２号公報）、アルミニウム表面をチタンイオン及び錯化剤を含有するアルカリ性水溶液で処理し、水洗後、リン酸等の酸性水溶液で処理する方法（特開昭５４−１６０５２７号公報）、リン酸イオン、チタン化合物及びフッ化物を含むアルミニウム表面処理剤（特開平９−２０９８４号公報）、縮合リン酸塩、チタン塩、フッ化物及び亜リン酸塩を含有するアルミニウム系金属表面処理剤（特開平９−１４３７５２号公報）等が公知である。
しかしながら、上記したチタン化合物を使用した下地処理剤や下地処理方法には、下地処理剤の安定性が十分でないこと、クロメート処理と比較して耐食性が十分でないこと、親水性が十分でないこと、耐久性が十分でないこと等の問題点があった。
上述の現状から、鋼板、アルミニウム、アルミニウム合金等の金属基材に対する下地処理剤として、毒性の問題を生じること無く、耐食性等に優れる被膜を形成できる無機膜形成材料が要望されている。
発 明 の 開 示
本発明の目的は、金属基材に、耐食性、密着性、加工性等の良好な被膜を形成できる、新規な酸化チタン膜形成用塗布剤及び酸化チタン膜形成方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、耐食性、密着性、加工性等に優れる酸化チタン膜で被覆された金属基材を提供することにある。
本発明のその他の目的及び特徴は、以下の記載により明らかになるであろう。
本発明は、以下の新規な酸化チタン膜形成用塗布剤、酸化チタン膜形成方法及び酸化チタン膜で被覆された金属基材を提供するものである。
１．（Ａ）加水分解性チタン化合物、加水分解性チタン化合物の低縮合物、水酸化チタン及び水酸化チタンの低縮合物よりなる群から選ばれる少なくとも１種のチタン化合物を過酸化水素水と混合して得られるチタン含有水性液、並びに、
（Ｂ）有機酸及びその塩よりなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含有することを特徴とする酸化チタン膜形成用塗布剤。
２．チタン含有水性液（Ａ）が、加水分解性チタン化合物及び／又はその低縮合物を過酸化水素水と混合して得られるペルオキソチタン酸水溶液である上記項１に記載の塗布剤。
３．加水分解性チタン化合物が、一般式
Ｔｉ（ＯＲ）_４ （１）
（式中、Ｒは、同一又は異なって、炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるテトラアルコキシチタンである上記項２に記載の塗布剤。
４．加水分解性チタン化合物の低縮合物が、一般式
Ｔｉ（ＯＲ）_４ （１）
（式中、Ｒは、同一又は異なって、炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるテトラアルコキシチタンをお互いに縮合反応させてなる縮合度２〜３０の化合物である上記項２に記載の塗布剤。
５．加水分解性チタン化合物及び／又はその低縮合物と過酸化水素水との混合割合が、前者１０重量部に対して後者が過酸化水素換算で０．１〜１００重量部の範囲内である上記項２に記載の塗布剤。
６．チタン含有水性液（Ａ）が、酸化チタンゾルの存在下で、加水分解性チタン化合物及び／又はその低縮合物を過酸化水素水と混合して得られたペルオキソチタン酸水溶液である上記項２に記載の塗布剤。
７．酸化チタンゾルが、アナターゼ型酸化チタンの水分散液である上記項６に記載の塗布剤。
８．酸化チタンゾルの使用量が、加水分解性チタン化合物及び／又はその低縮合物１重量部に対して、固形分で０．０１〜１０重量部である上記項６に記載の塗布剤。
９．化合物（Ｂ）が、ヒドロキシカルボン酸、ヒドロキシル基含有有機亜リン酸、カルボキシル基含有有機亜リン酸及びこれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物である上記項１に記載の塗布剤。
１０．チタン含有水性液（Ａ）及び化合物（Ｂ）の含有割合が、前者の固形分１００重量部に対して、後者が１〜４００重量部である上記項１に記載の塗布剤。
１１．ｐＨ１〜１０の水性液である上記項１に記載の酸化チタン膜形成用塗布剤。
１２．ｐＨ１〜９の水性液である上記項１１に記載の酸化チタン膜形成用塗布剤。
１３．更に、無機リン酸化合物を含有する上記項１に記載の塗布剤。
１４．更に、チタンハロゲン化物、チタンハロゲン化物塩、ジルコニウムハロゲン化物、ジルコニウムハロゲン化物塩、シリコンハロゲン化物及びシリコンハロゲン化物塩よりなる群から選ばれる少なくとも１種のハロゲン化物を含有する上記項１に記載の塗布剤。
１５．更に、水性有機高分子化合物を含有する上記項１に記載の塗布剤。
１６．上記項１に記載の酸化チタン膜形成用塗布剤を、金属基材に塗布し、乾燥することを特徴とする酸化チタン膜形成方法。
１７．金属基材表面に、上記項１に記載の酸化チタン膜形成用塗布剤の被膜が形成された被覆金属基材。
１８．被膜の乾燥重量が、０．００１〜１０ｇ／ｍ^２である上記項１７に記載の被覆金属基材。
１９．金属基材が、鋼材である上記項１７に記載の被覆金属基材。
２０．金属基材が、アルミニウム材又はアルミニウム合金材である上記項１７に記載の被覆金属基材。
本発明者は、前記目的を達成すべく鋭意研究した。その結果、上記チタン含有水性液（Ａ）及び上記有機酸等の化合物（Ｂ）を含有する酸化チタン膜形成用塗布剤によれば、金属基材に、耐食性、密着性、加工性等が良好で、下地処理膜として好適な被膜を形成できることを、見出した。
前記本発明は、かかる新たな諸知見に基づいて完成されたものである。
酸化チタン膜形成用塗布剤
本発明の酸化チタン膜形成用塗布剤は、前記の（Ａ）チタン含有水性液及び（Ｂ）有機酸及びその塩から選ばれる化合物を含有する水性塗布剤である。
本発明塗布剤における（Ａ）成分である、加水分解性チタン化合物、加水分解性チタン化合物の低縮合物、水酸化チタン及び水酸化チタンの低縮合物から選ばれる少なくとも１種のチタン化合物を過酸化水素水と混合して得られるチタン含有水性液としては、公知のものを適宜選択して使用できる。
上記加水分解性チタン化合物は、チタン原子に直接結合する加水分解性基を有するチタン化合物であって、水、水蒸気などの水分と反応することにより水酸化チタンを生成するものである。また、加水分解性チタン化合物において、チタン原子に結合する基の全てが加水分解性基であっても、又加水分解性基の一部が加水分解された水酸基になっていてもどちらでも構わない。
上記加水分解性基としては、水分と反応することにより水酸基を生成するものであれば特に制限されないが、例えば、低級アルコキシル基やチタン原子と塩を形成する基等が挙げられる。チタン原子と塩を形成する基としては、例えば、ハロゲン原子（塩素等）、水素原子、硫酸イオン等が挙げられる。
加水分解性基として低級アルコキシル基を含有する加水分解性チタン化合物としては、例えば、テトラアルコキシチタン等が挙げられる。
加水分解性基として、チタンと塩を形成する基を有する加水分解性チタン化合物としては、塩化チタン、硫酸チタン等が代表的なものとして挙げられる。
加水分解性チタン化合物の低縮合物は、上記加水分解性チタン化合物同士の低縮合物である。該低縮合物は、チタン原子に結合する基の全てが加水分解性基であっても、又加水分解性基の一部が加水分解された水酸基となっていてもどちらでも構わない。
水酸化チタンの低縮合物としては、例えば、塩化チタン、硫酸チタン等の水溶液とアンモニア、苛性ソーダ等のアルカリ水溶液との反応により得られるオルトチタン酸（水酸化チタンゲル）等を、使用できる。
上記加水分解性チタン化合物の低縮合物又は水酸化チタンの低縮合物における縮合度は、２〜３０の化合物が使用でき、特に縮合度２〜１０の範囲内のものを使用することが好ましい。
前記水性液（Ａ）としては、上記チタン化合物と過酸化水素水とを反応させることにより得られるチタン含有水性液であれば、従来から公知のものを特に制限なしに使用することができる。具体的には、下記のものを使用できる。
（１）特開昭６３−３５４１９号公報及び特開平１−２２４２２０号公報に記載されている、含水酸化チタンのゲル又はゾルに過酸化水素水を添加して得られるペルオキソチタン酸水溶液。
（２）特開平９−７１４１８号公報及び特開平１０−６７５１６号公報に記載されている、塩化チタン、硫酸チタン等の水溶液とアンモニア、苛性ソーダ等のアルカリ水溶液とを反応させてオルトチタン酸と呼ばれる水酸化チタンゲルを沈殿させ、次いでデカンテーションによって水酸化チタンゲルを分離、水洗し、これに過酸化水素水を加えることにより、得られる黄色透明粘性液体である酸化チタン膜形成用水性液。
（３）特開２０００−２４７６３８号公報及び特開２０００−２４７６３９号公報に記載されている、塩化チタン、硫酸チタン等の無機チタン化合物の水溶液に過酸化水素水を加えてペルオキソチタン水和物を形成し、これに塩基性物質を添加して得られた溶液を放置又は加熱してペルオキソチタン水和物重合体の沈殿を形成し、水以外の溶解成分を除去した後に過酸化水素を作用させて得られる酸化チタン膜形成用水性液。
チタン含有水性液（Ａ）としては、加水分解性チタン化合物及び／又はその低縮合物を過酸化水素水と混合して得られるペルオキソチタン酸水溶液（Ａ１）を用いるのが、好ましい。
該チタン化合物としては、特に一般式
Ｔｉ（ＯＲ）_４ （１）
（式中、Ｒは、同一又は異なって、炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるテトラアルコキシチタンが好ましい。Ｒで示される炭素数１〜５のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等が挙げられる。
また、上記チタン化合物の低縮合物としては、上記一般式（１）の化合物をお互いに縮合反応させてなる縮合度２〜３０のものを使用するのが好ましく、縮合度２〜１０のものを使用することがより好ましい。
一般式（１）の加水分解性チタン化合物及び／又はその低縮合物（以下、これらのものを単に「加水分解性チタン化合物（Ｔ）」と略す）と過酸化水素水との混合割合は、前者１０重量部に対して、後者が過酸化水素換算で０．１〜１００重量部、特に１〜２０重量部の範囲内が好ましい。後者が、過酸化水素換算で０．１重量部未満になるとペルオキソチタン酸の形成が不十分になり白濁沈殿を生じるので好ましくない。一方、１００重量部を超えると未反応の過酸化水素が残存し易く貯蔵中に危険な活性酸素を放出するので好ましくない。
過酸化水素水の過酸化水素濃度は、特に限定されないが、３〜４０重量％の範囲内であることが取り扱い易さの点から好ましい。
また、上記ペルオキソチタン酸水溶液は、通常、加水分解性チタン化合物（Ｔ）を、温度１〜７０℃程度の範囲内で１０分〜２０時間程度、過酸化水素水と撹拌下に混合することにより調製できる。この混合の際、必要に応じて、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉｓｏ−イソプロパノール、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル等の水可溶性溶媒を使用することもできる。
上記ペルオキソチタン酸水溶液（Ａ１）は、加水分解性チタン化合物（Ｔ）を過酸化水素水と混合させることにより、加水分解性チタン化合物が水で加水分解されて水酸基含有チタン化合物を生成し、次いでこの水酸基含有チタン化合物に過酸化水素が直ちに配位してペルオキソチタン酸を形成することにより得られるものと推察される。このペルオキソチタン酸水溶液は、室温域で安定性が高く長期の保存に耐える。
また、酸化チタンゾルの存在下で、加水分解性チタン化合物（Ｔ）を過酸化水素水と混合して得られるペルオキソチタン酸水溶液（Ａ２）は、該水溶液の貯蔵安定性、得られる酸化チタン膜の耐食性等が、向上しているので、好ましい。その理由は、該水溶液の調製において、加水分解性チタン化合物（Ｔ）が酸化チタンゾル粒子に吸着され、この吸着された加水分解性チタン化合物（Ｔ）が該粒子表面に生じた水酸基と縮合反応して化学結合すると共に、該加水分解性チタン化合物自体も縮合反応して高分子化され、次いで過酸化水素水と混合されることにより、得られた該水溶液が安定化され、貯蔵中のゲル化や増粘が顕著に防止されるものと推定される。
上記酸化チタンゾルは、無定型酸化チタン微粒子、アナターゼ型酸化チタン微粒子が水に分散されたゾルである。酸化チタンゾルとしては、アナターゼ型酸化チタンの水分散液が、耐食性の点から、好ましい。酸化チタンゾルは、水以外に、必要に応じて、例えば、アルコール系、アルコールエーテル系等の水性有機溶剤を含有していても構わない。
上記酸化チタンゾルとしては、従来から公知のものを使用することができる。該酸化チタンゾルとしては、例えば、酸化チタン凝集物を水に分散した無定型酸化チタン微粒子や、該酸化チタン凝集物を焼成してアナターゼ型酸化チタン微粒子としこれを水に分散したものを使用することができる。無定形酸化チタンの焼成は少なくともアナターゼの結晶化温度以上の温度、通常、２００℃以上の温度で焼成すれば、無定形酸化チタンをアナターゼ型酸化チタンに変換させることができる。上記酸化チタン凝集物としては、例えば （１）硫酸チタン、硫酸チタニル等の無機チタン化合物を加水分解して得られるもの、（２）チタンアルコキシド等の有機チタン化合物を加水分解して得られるもの、（３）四塩化チタン等のハロゲン化チタン溶液を加水分解又は中和して得られるもの等を挙げることができる。
上記酸化チタンゾルの市販品としては、例えば、「ＴＫＳ−２０１」（テイカ（株）製、商品名、平均粒子径６ｎｍのアナターゼ型酸化チタン微粒子の水性ゾル）、「ＴＫＳ−２０３」（テイカ（株）製、商品名、平均粒子径６ｎｍのアナターゼ型酸化チタン微粒子の水性ゾル）、「ＴＡ−１５」（日産化学（株）製、商品名、アナターゼ型酸化チタン微粒子の水性ゾル）、「ＳＴＳ−１１」（石原産業（株）製、商品名、アナターゼ型酸化チタン微粒子の水性ゾル）等が挙げられる。
加水分解性チタン化合物（Ｔ）と過酸化水素水を混合する際に、存在させる酸化チタンゾルの使用量は、通常、加水分解性チタン化合物（Ｔ）１重量部に対して、固形分で０．０１〜１０重量部、好ましくは０．１〜８重量部の範囲である。酸化チタンゾルの使用量が０．０１重量部未満になると塗布剤の貯蔵安定性、得られる酸化チタン膜の耐食性等の向上という酸化チタンゾルを添加した効果が得られず、一方１０重量部を越えると塗布剤の造膜性が劣るので好ましくない。
チタン含有水性液（Ａ）は、必要に応じて酸化チタンゾルの存在下で、加水分解性チタン化合物（Ｔ）を過酸化水素水と混合して得られるペルオキソチタン酸水溶液を、更に、８０℃以上の温度で加熱処理又はオートクレーブ処理して平均粒子径が１０ｎｍ以下の酸化チタン微粒子の分散液としてから、使用することもできる。この分散液の外観は、通常半透明状である。
加熱処理又はオートクレーブ処理の温度が８０℃未満では、十分に酸化チタンの結晶化が進まない。上記処理により得られる酸化チタン微粒子は、粒子径が１０ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ〜６ｎｍの範囲である。該粒子径が１０ｎｍより大きくなると造膜性が低下して、被膜の乾燥重量１ｇ／ｍ^２以上でワレを生じるので好ましくない。
チタン含有水性液（Ａ）が、前記水性液（Ａ１）である場合は、上記乾燥条件下で、通常、水酸基を若干含むアモルファス酸化チタン膜を形成する。アモルファス酸化チタン膜は、ガスバリヤー性が優れるという利点がある。また、チタン含有水性液（Ａ２）の場合は、上記乾燥条件下で、通常、水酸基を若干含むアナターゼ型酸化チタン膜を形成する。
本発明塗布剤における有機酸及びその塩よりなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物（Ｂ）は、主として得られる塗膜の耐食性及び塗布剤の貯蔵安定性を向上せしめる作用を有するものである。
該化合物（Ｂ）である有機酸としては、例えば、酢酸、シュウ酸、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、グルコン酸等の有機カルボン酸；メタンスルフォン酸、エタンスルフォン酸、ｐ−ベンゼンスルフォン酸等の有機スルフォン酸；２−アミノ−エタンスルフィン酸、ｐ−トルエンスルフィン酸等の有機スルフィン酸；ニトロメタン、ニトロエタン、ニトロプロピオン酸、ニトロカテコール、２−ニトロレゾルシノール、ニトロ安息香酸等の有機ニトロ化合物；フェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ピロガロール、サリチル酸、没食子酸、安息香酸、チオフェノール、２−アミノチオフェノール、４−エチルチオフェノール等のフェノール類；１−ヒドロキシメタン−１，１−ジホスホン酸、１−ヒドロキシエタン−１，１−ジホスホン酸、１−ヒドロキシプロパン−１，１−ジホスホン酸、ニトリロ（アミノ）トリメチレンホスホン酸、ニトリロ（アミノ）トリエチレンホスホン酸、ニトリロ（アミノ）トリプロピレンホスホン酸、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸、エチレンジアミンテトラエチレンホスホン酸、エチレンジアミンテトラプロピレンホスホン酸、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ホスホエチル）ヒドロキシアミン、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ホスホメチル）ヒドロキシアミン、２−ヒドロキシエチルホスホン酸ジメチルエーテルの加水分解物、２−ヒドロキシホスホノ酢酸、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸等の有機リン酸化合物等が挙げられる。
また、該化合物（Ｂ）である有機酸の塩としては、上記有機酸に、アルカリ化合物を加えることにより形成される有機酸の塩を使用することができる。該アルカリ化合物としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、アンモニウム等を含有する有機又は無機アルカリ化合物が挙げられる。
該化合物（Ｂ）としては、水に溶解性のあるものを使用することが好ましい。
該化合物（Ｂ）としては、特に、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、グルコン酸等のヒドロキシカルボン酸；１−ヒドロキシメタン−１，１−ジホスホン酸、１−ヒドロキシエタン−１，１−ジホスホン酸、１−ヒドロキシプロパン−１，１−ジホスホン酸等のヒドロキシル基含有有機亜リン酸；２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸、２−ヒドロキシホスホノ酢酸等のカルボキシル基含有有機亜リン酸及びこれらの塩よりなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を使用することが、塗布剤の貯蔵安定性、得られる塗膜の耐食性等に優れた効果を発揮することから、好ましい。
チタン含有水性液（Ａ）及び化合物（Ｂ）の含有割合は、前者の固形分１００重量部に対して、後者が１〜４００重量部程度の範囲、特に１０〜２００重量部程度の範囲であるのが好ましい。（Ｂ）成分が１重量部未満になると、耐食性等が低下し、一方、（Ｂ）成分が４００重量部を超えると、造膜性が劣り、耐食性等が低下するので好ましくない。
本発明の酸化チタン膜形成用塗布剤は、チタン含有水性液（Ａ）及び有機酸及びその塩よりなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物（Ｂ）を、混合することにより製造される。
本発明塗布剤において、該化合物（Ｂ）は、該化合物（Ｂ）に結合する酸性有機酸基イオンがチタンイオンに配位することにより両者間で錯体構造を形成していると考えられる。かかる酸性有機酸基としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、亜リン酸基等が挙げられる。この様な錯体構造は、両成分を単に混合することにより容易に形成され、例えば、常温（２０℃）で約５分間〜約１時間放置することにより、形成される。また、該混合物を加熱する場合には、例えば、約３０〜７０℃で約１〜３０分間加熱することにより、錯体構造が形成される。
本発明の酸化チタン膜形成用塗布剤は、安定な水性液であり、そのｐＨは通常１〜１０の範囲である。特に、酸性乃至弱アルカリ性領域で貯蔵安定性が良く、ｐＨ１〜９の範囲であるのが好ましく、ｐＨ１〜７の範囲であるのがより好ましく、ｐＨ１〜５の範囲であるのが特に好ましい。
本発明塗布剤は、必要に応じて、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール等の親水性溶剤を含んでいてもよい。本発明塗布剤は、必要に応じて、水又は親水性溶剤を用いて、希釈して使用できる。
本発明の酸化チタン膜形成用塗布剤には、必要に応じて、得られる塗膜の耐食性を更に向上せしめるために、無機リン酸化合物を含有させることができる。
無機リン酸化合物としては、例えば、亞リン酸、強リン酸、三リン酸、次亞リン酸、次リン酸、トリメタリン酸、二亞リン酸、二リン酸、ピロ亞リン酸、ピロリン酸、メタ亞リン酸、メタリン酸、オルトリン酸等のモノリン酸類；モノリン酸類の誘導体及び塩類；トリポリリン酸、テトラリン酸、ヘキサリン酸等の縮合リン酸類；縮合リン酸類の誘導体及び塩類等が挙げられる。これらの化合物は、１種又は２種以上を使用することができる。また、これらのリン酸化合物はアルカリ化合物と塩を形成していてもよく、該アルカリ化合物としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、アンモニウム等を含有する有機又は無機アルカリ化合物が挙げられる。
無機リン酸化合物としては、水に溶解性のあるものを使用することが好ましい。
無機リン酸化合物としては、特に、オルトリン酸、ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラリン酸ナトリウム、メタリン酸、メタリン酸アンモニウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム等を使用することが、塗布剤の貯蔵安定性、得られる塗膜の耐食性等に優れた効果を発揮することから、好ましい。
無機リン酸化合物を使用する場合、チタン含有水性液（Ａ）に対する該リン酸化合物の含有割合は、前者の固形分１００重量部に対して、後者が１〜４００重量部程度の範囲、特に１０〜２００重量部程度の範囲であるのが好ましい。
本発明の酸化チタン膜形成用塗布剤には、必要に応じて、得られる塗膜の耐食性を更に向上せしめるために、チタンハロゲン化物、チタンハロゲン化物塩、ジルコニウムハロゲン化物、ジルコニウムハロゲン化物塩、シリコンハロゲン化物及びシリコンハロゲン化物塩よりなる群から選ばれる少なくとも１種のハロゲン化物を含有させることができる。
このハロゲン化物を構成するハロゲンとしては、弗素、塩素、沃素等が挙げられる。ハロゲンとしては、特に弗素が塗布剤の貯蔵安定性、塗膜の耐食性、耐湿性等に優れた性能を有する点から、好ましい。また、ハロゲン化物の塩を形成するものとしては、例えば、ナトリウム、カリウム、リチウム、アンモニウム等が挙げられる。塩を形成するものとしては、カリウム、ナトリウム又はアンモニウムが好ましい。
上記ハロゲン化物としては、例えば、チタン弗化水素酸等のチタンハロゲン化物、チタン弗化カリウム、チタン弗化アンモニウム等のチタンハロゲン化物塩、ジルコニウム弗化水素酸等のジルコニウムハロゲン化物、ジルコニウム弗化アンモニウム、ジルコニウム弗化カリウム等のジルコニウムハロゲン化物塩、珪弗化水素酸等のシリコンハロゲン化物、珪弗化ナトリウム、珪弗化アンモニウム、珪弗化カリウム等のシリコンハロゲン化物塩等が好ましい。
本発明塗布剤に、上記ハロゲン化物を含有させる場合の含有割合は、通常、チタン含有水性液（Ａ）の固形分１００重量部に対して、１〜４００重量部程度の範囲、特に１０〜２００重量部程度の範囲であるのが好ましい。
本発明の酸化チタン膜形成用塗布剤には、必要に応じて、塗膜の造膜性、上塗り塗料の密着性等を向上せしめるために、水性有機高分子化合物を含有させることができる。
水性有機高分子化合物としては、水溶液、水分散液又はエマルションの形態を有するものを使用することができる。有機高分子化合物を、水に水溶化、分散化又はエマルション化させる方法としては、公知の方法を使用して行うことができる。
水性有機高分子化合物の具体例としては、例えば、単独で水溶化又は水分散化できる官能基（例えば、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、イミノ基、スルフィド基、ホスフィン基等の少なくとも１種）を含有するもの、該化合物が有する官能基の一部又は全部を中和したもの等を使用できる。この場合の中和は、水性有機高分子化合物がカルボキシル基含有樹脂等の酸性樹脂であれば、エタノールアミン、トリエチルアミン等のアミン化合物；アンモニア水；水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化物等で中和され、又アミノ基含有樹脂等の塩基性樹脂であれば、酢酸、乳酸等の脂肪酸；リン酸等の鉱酸等で中和される。
かかる水性有機高分子化合物としては、例えば、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリオキシアルキレン鎖含有樹脂、オレフィン−重合性不飽和カルボン酸共重合体系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリグリセリン、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどが挙げられる。
上記水性有機高分子化合物の内、好ましいものとしては、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ポリオキシアルキレン鎖含有樹脂、オレフィン−重合性不飽和カルボン酸共重合体系樹脂等が挙げられる。
また、水性有機高分子化合物として、親水性の高いものを使用した塗布剤によれば、耐食性と親水性を兼ね備えた被膜を形成でき、アルミニウム又はアルミニウム合金製のフィンの親水化処理剤として好適である。
上記エポキシ系樹脂としては、エポキシ樹脂にアミンを付加してなるカチオン系エポキシ樹脂；アクリル変性エポキシ樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂等の変性エポキシ樹脂などを好適に使用できる。カチオン系エポキシ樹脂としては、例えば、エポキシ化合物と、１級モノ−又はポリアミン、２級モノ−又はポリアミン、１，２級混合ポリアミンなどとの付加物（例えば米国特許第３９８４２９９号明細書参照）；エポキシ化合物とケチミン化された１級アミノ基を有する２級モノ−又はポリアミンとの付加物（例えば米国特許第４０１７４３８号明細書参照）；エポキシ化合物とケチミン化された１級アミノ基を有するヒドロキシル化合物とのエーテル化反応生成物（例えば特開昭５９−４３０１３号公報参照）などがあげられる。
上記エポキシ化合物としては、数平均分子量が４００〜４，０００、特に８００〜２，０００の範囲内にあり、かつエポキシ当量が１９０〜２，０００、特に４００〜１，０００の範囲内にあるものが適している。そのようなエポキシ化合物は、例えば、ポリフェノール化合物とエピクロルヒドリンとの反応によって得ることができる。ポリフェノール化合物としては、例えば、ビス（４−ヒドロキシフェニル）−２，２−プロパン、４，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）−１，１−エタン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）−１，１−イソブタン、ビス（４−ヒドロキシ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−２，２−プロパン、ビス（２−ヒドロキシナフチル）メタン、１，５−ジヒドロキシナフタレン、ビス（２，４−ジヒドロキシフェニル）メタン、テトラ（４−ヒドロキシフェニル）−１，１，２，２−エタン、４，４−ジヒドロキシジフェニルスルホン、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなどがあげられる。
上記フェノール系樹脂としては、フェノール成分とホルムアルデヒド類とを反応触媒の存在下で加熱して付加、縮合させて得られる高分子化合物を水溶化したものを好適に使用することができる。出発原料である上記フェノール成分としては、２官能性フェノール化合物、３官能性フェノール化合物、４官能性以上のフェノール化合物などを使用することができる。２官能性フェノール化合物としては、ｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、ｐ−エチルフェノール、２，３−キシレノール、２，５−キシレノールなど、３官能性フェノール化合物としては、フェノール、ｍ−クレゾール、ｍ−エチルフェノール、３，５−キシレノール、ｍ−メトキシフェノールなど、４官能性フェノール化合物としては、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦなど、を例示することができる。これらのフェノール化合物は１種で、又は２種以上混合して使用することができる。
上記アクリル系樹脂としては、例えば、カルボキシル基、アミノ基、水酸基などの親水性基を持ったモノマーの単独重合体又は共重合体、親水性基を持ったモノマーとその他の共重合可能なモノマーとの共重合体などが挙げられる。これらの樹脂は、乳化重合、懸濁重合又は溶液重合し、必要に応じて、中和、水性化して得られる。また、得られた樹脂を、必要に応じて、更に変性しても良い。
上記カルボキシル基含有モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタアクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、クロトン酸、イタコン酸などを挙げることができる。
含窒素モノマーとしては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ−ｔ−ブチルアミノエチル（メタ）アクリレートなどの含窒素アルキル（メタ）アクリレート；アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリルアミド等の重合性アミド類；２−ビニルピリジン、１−ビニル−２−ピロリドン、４−ビニルピリジンなどの芳香族含窒素モノマー；アリルアミンなどが挙げられる。
水酸基含有モノマーとしては、例えば、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、２，３−ジヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、４−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート及びポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート等の、多価アルコールとアクリル酸又はメタクリル酸とのモノエステル化物；上記多価アルコールとアクリル酸又はメタクリル酸とのモノエステル化物にε−カプロラクトンを開環重合した化合物などが挙げられる。
その他の共重合可能なモノマーとしては、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、イソプロピル（メタ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、ｔｅｒｔ−ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ｎ−オクチル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレート、オクタデシル（メタ）アクリレート、イソステアリル（メタ）アクリレート等の炭素数１〜２４のアルキル（メタ）アクリレート；スチレン、酢酸ビニルなどが挙げられる。これらの化合物は、１種で、又は２種以上を組合せて使用することができる。
尚、本明細書において、「（メタ）アクリレート」は、アクリレート又はメタアクリレートを意味する。
上記ウレタン系樹脂としては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール等のポリオールとジイソシアネートから得られるポリウレタン樹脂を、必要に応じてジオール、ジアミン等のような２個以上の活性水素を持つ低分子量化合物である鎖伸長剤の存在下で鎖伸長し、水中に安定に分散又は溶解させたものを好適に使用できる。かかるウレタン系樹脂としては、例えば、特公昭４２−２４１９２号、特公昭４２−２４１９４号、特公昭４２−５１１８号、特公昭４９−９８６号、特公昭４９−３３１０４号、特公昭５０−１５０２７号、特公昭５３−２９１７５号公報等に記載された公知のものを、広く使用できる。
ポリウレタン樹脂を水中に安定に分散又は溶解させる方法としては、例えば下記の方法が利用できる。
（１）ポリウレタン樹脂の側鎖又は末端に水酸基、アミノ基、カルボキシル基等のイオン性基を導入することにより親水性を付与し、自己乳化により水中に分散又は溶解する方法。
（２）反応の完結したポリウレタン樹脂、又は末端イソシアネート基をブロック剤でブロックしたポリウレタン樹脂を、乳化剤と機械的剪断力を用いて強制的に水中に分散する方法。このブロック剤としては、オキシム、アルコール、フェノール、メルカプタン、アミン、重亜硫酸ソーダ等を挙げることができる。
（３）末端イソシアネート基を持つポリウレタン樹脂を、水、乳化剤及び鎖伸長剤と混合し、機械的剪断力を用いて分散化と高分子量化を同時に行う方法。
（４）ポリウレタン樹脂の原料ポリオールとして、ポリエチレングリコールのごとき水溶性ポリオールを使用して得られたポリウレタン樹脂を、水中に分散又は溶解する方法。
上記ポリウレタン樹脂の分散又は溶解方法によって得られた水性樹脂は、単独で又は二種以上を混合して、使用できる。
上記ポリウレタン系樹脂の合成に使用できるジイソシアネートとしては、芳香族、脂環族及び脂肪族のジイソシアネートが挙げられる。具体的には、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、３，３´−ジメトキシ−４，４´−ビフェニレンジイソシアネート、ｐ−キシリレンジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート、１，３−（ジイソシアナトメチル）シクロヘキサノン、１，４−（ジイソシアナトメチル）シクロヘキサノン、４，４´−ジイソシアナトシクロヘキサノン、４，４´−メチレンビス（シクロヘキシルイソシアネート）、イソホロンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、２，４−ナフタレンジイソシアネート、３，３´−ジメチル−４，４´−ビフェニレンジイソシアネート、４，４´−ビフェニレンジイソシアネート等が挙げられる。これらのうち２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートが特に好ましい。
上記ポリウレタン系樹脂の市販品としては、例えば、「ハイドランＨＷ−３３０」、「ハイドランＨＷ−３４０」、「ハイドランＨＷ−３５０」（いずれも大日本インキ化学工業（株）製、商品名）、「スーパーフレックス１００」、「スーパーフレックス１５０」、「スーパーフレックスＦ−３４３８Ｄ」（いずれも第一工業製薬（株）製、商品名）などを挙げることができる。
上記ポリビニルアルコール系樹脂としては、ケン化度８７％以上のポリビニルアルコールであることが好ましく、ケン化度９８％以上の、いわゆる完全ケン化ポリビニルアルコールであることが特に好ましい。また、数平均分子量が３，０００〜１００，０００の範囲内にあることが好適である。
上記ポリオキシアルキレン鎖含有樹脂としては、ポリオキシエチレン鎖又はポリオキシプロピレン鎖を有するものが好適に使用でき、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレン鎖とポリオキシプロピレン鎖とがブロック状に結合したブロック化ポリオキシアルキレングリコールなどを挙げることができる。
上記オレフィン−重合性不飽和カルボン酸共重合体系樹脂としては、エチレン、プロピレン等のオレフィンと（メタ）アクリル酸、マレイン酸等の重合性不飽和カルボン酸との共重合体、及び該共重合体の水分散液に重合性不飽和化合物を加えて乳化重合しさらに粒子内架橋してなる樹脂の２種から選ばれる少なくとも１種の水分散性樹脂又は水溶性樹脂を、好適に使用できる。
上記オレフィンと重合性不飽和カルボン酸との共重合体は、一種以上のオレフィンと一種以上の重合性不飽和カルボン酸との共重合体である。該共重合体においては、モノマー含有量として、該不飽和カルボン酸が３〜６０重量％、好ましくは５〜４０重量％の範囲内であることが適当である。この共重合体中の酸基を塩基性物質で中和することにより水に分散できる。
上記共重合体の水分散液に、重合性不飽和化合物を加えて乳化重合し、さらに粒子内架橋してなる架橋樹脂における該重合性不飽和化合物としては、例えば前記水分散性又は水溶性のアクリル系樹脂の説明で列挙したビニルモノマー類等が挙げられ、１種又は２種以上を適宜選択して使用できる。
本発明塗布剤に、水性高分子化合物を含有させる場合の含有割合は、通常、チタン含有水性液（Ａ）の固形分１００重量部に対して、１０〜２，０００重量部、特に１００〜１，０００重量部の範囲内が塗布剤の安定性、得られる酸化チタン膜の耐食性などの点から好ましい。
本発明塗布剤には、必要に応じて、塗膜の耐酸性、耐アルカリ性等を向上せしめるために、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ等の２価以上の金属イオンを含有させることができる。
本発明塗布剤には、必要に応じて、更に、アンモニア、有機塩基性化合物、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物等の塩基性中和剤を含有することができる。有機塩基性化合物としては、例えばエタノールアミン、トリエチルアミンが、又アルカリ金属水酸化物としては、例えば水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が、好ましい。
本発明の塗布剤には、必要に応じて、更に、各種の添加物を含有することもできる。添加物としては、例えば、増粘剤、防菌剤、防錆剤、酸化チタンゾル、酸化チタン粉末、体質顔料、防錆顔料、着色顔料、界面活性剤等を挙げることができる。防錆剤としては、例えば、タンニン酸、フィチン酸、ベンゾトリアゾール、メタバナジン酸アンモニウム、炭酸ジルコニウムアンモニウム等を挙げることができる。体質顔料としては、例えば、マイカ、タルク、シリカ、微粉シリカ、バリタ、クレー等を挙げることができる。体質顔料を添加することにより、投錨効果により、塗料を塗り重ねる場合の密着性を向上させることができるという利点が得られる。
酸化チタン膜形成方法及び酸化チタン膜で被覆された金属基材
本発明の酸化チタン膜形成方法は、上記本発明塗布剤を、金属基材に塗布し、乾燥することにより、行われる。これにより、酸化チタン膜で被覆された金属基材が得られる。この被覆金属基材は、そのまま防錆被覆金属基材として使用することができる。
本発明の酸化チタン膜形成方法が適用される金属基材としては、少なくとも表面が金属である基材であれば、特に制限されない。例えば、表面が、鉄、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、銅、錫、これらのいずれかの金属を含む合金である基材を挙げることができる。特に、鋼板基材及びアルミニウム又はアルミニウム合金基材を用いるのが、好ましい。
上記鋼板基材としては、例えば、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、鉄−亜鉛合金めっき鋼板、ニッケル−亜鉛合金めっき鋼板、アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板等を挙げることができる。また、アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板としては、例えば、「ガルバリウム」、「ガルファン」という商品名で販売されているものを、挙げることができる。また、鋼板基材として、クロム酸塩処理、リン酸亜鉛処理、複合酸化膜処理等の化成処理を施した亜鉛系めっき鋼板も使用することもできる。更に、鋼鈑基材は、鋼板が組み立てられたものであっても構わない。
また、上記アルミニウム又はアルミニウム合金基材としては、特に限定されないが、代表例として、熱交換器用のフィンを挙げることができる。該基材としての熱交換器用フィンとしては、熱交換器に組み立てられる前の部材であっても、又熱交換器に組み立てられた状態のものであっても良く、公知のものをいずれも使用できる。
本発明塗布剤を、金属基材に塗布する方法としては、例えば、浸漬塗装、シャワー塗装、スプレー塗装、ロール塗装、電着塗装等の公知の方法によって塗装することができる。塗布剤の乾燥条件は、通常、素材到達最高温度が約６０〜２５０℃となる加熱条件で約２秒から約３０分間乾燥させることが好適である。
また、塗布剤の塗布量としては、通常、乾燥被膜重量が０．００１〜１０ｇ／ｍ^２程度、特に０．１〜５ｇ／ｍ^２となる量とするのが好ましい。０．００１ｇ／ｍ^２未満になると、耐食性、耐水性等の性能が劣り、一方１０ｇ／ｍ^２を超えると、被膜が割れたり、耐食性等が低下するので好ましくない。
かくして、本発明の酸化チタン膜形成方法により、金属基材に、耐食性、密着性、加工性、耐指紋性等が良好な酸化チタン被膜が形成できる。
また、本発明塗布剤は、金属基材以外の基材に塗布し、乾燥することにより、酸化チタン被膜を形成することもできる。
金属基材以外の基材としては、特に制限されない。例えば、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、アクリル系樹脂、シリコン系樹脂、ポリエステル系樹脂、弗素系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、ブチラール樹脂、繊維素樹脂、フェノール樹脂等、これらの２種以上の樹脂が組合わさった樹脂からなるプラスチック基材；ガラス、セメント等の無機基材；木材、紙、繊維等のパルプ基材；これらのプラスチック基材、無機基材、パルプ基材に表面処理やプライマーが施された基材等を挙げることができる。
上記基材に塗布する方法としては、例えば、浸漬塗装、シャワー塗装、スプレー塗装、ロール塗装、電着塗装等の公知の方法によって塗装することができる。塗布剤の乾燥条件は、通常、素材到達最高温度が約２０〜２５０℃となる加熱条件で約２秒〜約３０分間乾燥させることが好適である。また、塗布剤の塗布量としては、通常、乾燥被膜重量が０．００１〜１０ｇ／ｍ^２程度となる量とするのが好ましい。
本発明塗布剤により酸化チタン被膜を形成した基材上には、必要に応じて、上層被膜を形成することもできる。この上層被膜を形成する組成物は、目的に応じて適宜選定すればよく、種々の塗料組成物を使用することができる。この塗料組成物としては、例えば、潤滑被膜形成組成物、高耐食性被膜形成組成物、プライマー塗料、着色上塗塗料等を挙げることができる。潤滑被膜形成組成物、高耐食性被膜形成組成物又はプライマー塗料を塗装、乾燥し、さらにその上に着色上塗塗料を塗装してもよい。
本発明塗布剤で被覆されたアルミニウム又はアルミニウム合金基材は、耐食性、親水性、密着性、加工性等に優れた被膜を有しているが、これに光照射を行うことにより、更に親水性を向上させることができる。
また、アルミニウム又はアルミニウム合金基材に、本発明塗布剤を被覆した被覆基材が、熱交換器用フィンとして使用するものである場合には、必要に応じて、該被膜上に、更に親水化処理被膜を形成することができる。
上記親水化処理被膜は、表面が親水性で十分な被膜強度を有し、耐水性、下地処理皮膜への密着性が良好なものである。上記親水化処理被膜の形成は、通常、親水化処理組成物を、塗布、乾燥することによって、好適に行うことができる。
親水化処理組成物としては、親水性被膜形成性バインダを含有するものが好ましい。好ましい親水性被膜形成性バインダとしては、例えば、（１）親水性有機樹脂を主成分とし、必要に応じて架橋剤を組合せてなる有機樹脂系バインダ、（２）親水性有機樹脂とコロイダルシリカを主成分とし、必要に応じて架橋剤を組合せてなる有機樹脂・コロイダルシリカ系バインダ、（３）主成分のアルカリ珪酸塩とアニオン系又はノニオン系水性有機樹脂との混合物である水ガラス系バインダ等を挙げることができる。これらのバインダの内、有機樹脂系バインダ（１）、有機樹脂・コロイダルシリカ系バインダ（２）がより好ましい。
発明を実施するための最良の形態
次に、製造例、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。但し、本発明は以下の例に限定されるものではない。各例に記載の「部」及び「％」は重量基準である。
チタン含有水性液（Ａ）の調製
製造例１
四塩化チタン６０％水溶液５ｃｃを蒸留水で５００ｃｃとした水溶液に、１０％アンモニア水を滴下し、水酸化チタンを沈殿させた。沈殿を蒸留水で洗浄後、過酸化水素水３０％溶液を１０ｃｃ加えかき混ぜ、ペルオキソチタン酸を含む固形分２％の黄色半透明粘性液体であるチタン含有水性液（１）７０ｃｃを得た。
製造例２
テトラｉｓｏ−プロポキシチタン１０部とｉｓｏ−プロパノール１０部の混合物を、３０％過酸化水素水１０部と脱イオン水１００部の混合物中に２０℃で１時間かけて撹拌しながら滴下した。その後２５℃で２時間熟成し、黄色透明の少し粘性のある固形分２％のペルオキソチタン酸水溶液であるチタン含有水性液（２）を得た。
製造例３
製造例２において、テトラｉｓｏ−プロポキシチタンに代えて、テトラｎ−ブトキシチタンを同量使用する他は、製造例２と同様にして、固形分２％のチタン含有水性液（３）を得た。
製造例４
製造例２において、テトラｉｓｏ−プロポキシチタンに代えて、テトラｉｓｏ−プロポキシチタンの３量体を同量使用する他は、製造例２と同様にして、固形分２％のチタン含有水性液（４）を得た。
製造例５
製造例２において、過酸化水素水を３倍量用い５０℃で１時間かけて滴下し、その後６０℃で３時間熟成する他は、製造例２と同様にして、固形分２％のチタン含有水性液（５）を得た。
製造例６
製造例３で得たチタン含有水性液を、更に９５℃で６時間加熱処理し、白黄色の半透明な酸化チタン分散液である固形分２％のチタン含有水性液（６）を得た。
製造例７
テトラｉｓｏ−プロポキシチタン１０部とｉｓｏ−プロパノール１０部の混合物を、「ＴＫＳ−２０３」（テイカ（株）製、商品名、平均粒子径６ｎｍのアナターゼ型酸化チタン微粒子の水性ゾル）５部（固形分として）、３０％過酸化水素水１０部及び脱イオン水１００部の混合物中に、１０℃で１時間かけて撹拌しながら滴下した。その後１０℃で２４時間熟成し、黄色透明の少し粘性のある固形分２％のチタン含有水性液（７）を得た。
水性有機高分子化合物の調製
製造例８
温度計、攪拌装置、冷却器、滴下ロートを備えた１Ｌの四ツ口フラスコに、イソプロピルアルコール１８０部を入れ、窒素置換の後、フラスコ内の温度を８５℃に調整し、エチルアクリレート１４０部、メチルメタクリレート６８部、スチレン１５部、Ｎ−ｎ−ブトキシメチルアクリルアミド１５部、２−ヒドロキシエチルアクリレート３８部及びアクリル酸２４部よりなる単量体混合物を、触媒の２，２′−アゾビス（２，４−ジメチルワレロニトリル）６部とともに約２時間を要して滴下した。滴下終了後同温度で、さらに５時間反応を続けると重合率がほぼ１００％、固形分約６３％、酸価約６７ｍｇＫＯＨ／ｇの無色透明な樹脂溶液が得られた。この樹脂溶液５００部に対してジメチルアミノエタノール１０８部を混合し、水を加えて十分に攪拌することによって、固形分３０％のアクリル樹脂水分散液（Ｃ１）を得た。
製造例９
攪拌装置、還流冷却器、温度計、液体滴下装置を備えた反応装置に、「エピコート１００９」（シェル化学社製、商品名、分子量３，７５０のエポキシ樹脂）１，８８０ｇ（０．５モル）とメチルイソブチルケトン／キシレン＝１／１（重量比）の混合溶媒１，０００ｇを加えた後、攪拌加熱し、均一に溶解した。その後７０℃まで冷却し、液体滴下装置に分取したジ（ｎ−プロパノール）アミン７０ｇを３０分間を要して滴下した。この間、反応温度を７０℃に保持した。滴下終了後１２０℃で２時間保持し、反応を完結させることにより、固形分６６％のアミン変性エポキシ樹脂を得た。得られた樹脂１，０００ｇに対して８８％の蟻酸２５部を混合し、水を加えて十分に攪拌することによって、固形分３０％のアミン変性エポキシ樹脂水分散液（Ｃ２）を得た。
本発明酸化チタン膜形成用塗布剤の例
実施例１
製造例１で得たチタン含有水性液（１）５０部、６０％１−ヒドロキシエタン−１，１−ジホスホン酸２部及び脱イオン水４８部を混合して、本発明の酸化チタン膜形成用塗布剤を得た。
実施例２〜１９及び比較例１〜２
表１に示す組成に基づき、実施例１と同様にして、本発明の塗布剤及び比較用の塗布剤を得た。

表１において、注１〜３は、下記のものを示す。
注１：「サランラテックスＬ−４１１」、商品名、旭化成工業（株）製、固形分５０％の塩化ビニリデン樹脂。
注２：「クラレＲＳポリマーＲＳ−１０５」、商品名、クラレ（株）製、固形分１０％のポリビニルアルコール。
注３：「アエロジル３８０」、商品名、日本アエロジル（株）製、体質顔料、比表面積３８０ｍ^２／ｇ、平均粒子径７ｎｍのシリカ微粉末。
本発明酸化チタン膜形成用塗布剤の性能試験
実施例１〜１９及び比較例１〜２で得た各塗布剤を用いて、金属基材の被覆処理を行い、得られた被覆基材の耐食性を調べた。
（１）アルミニウム板の被覆処理
板厚０．１ｍｍのアルミニウム板（Ａ１０５０）を、アルカリ脱脂剤（日本シービーケミカル（株）製、商品名「ケミクリーナー５６１Ｂ」）を溶解した濃度２％の水溶液を使用して脱脂、水洗した後、各塗布剤を乾燥被膜重量が０．２ｇ／ｍ^２になるようにローラー塗装し、素材到達温度が１００℃になるようにして２０秒間焼付けて、酸化チタン被膜を形成した。
（２）被覆板の耐食性
上記各被覆板について、ＪＩＳ Ｚ２３７１の塩水噴霧試験法に準じて測定した。試験時間は１２０時間、２４０時間、３６０時間及び４８０時間の４段階とし、下記基準により評価した。
ａ…塗面に白サビ、フクレの発生が認められない、
ｂ…白サビ又はフクレが少し発生、
ｃ…白サビ又はフクレが著しく発生。
試験結果を表２に示す。

（３）鋼板の被覆処理
板厚０．６ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板（片面のめっき付着量２０ｇ／ｍ^２）を、アルカリ脱脂剤（日本シービーケミカル（株）製、商品名「ケミクリーナー５６１Ｂ」）を溶解した濃度２％の水溶液を使用して脱脂、水洗した後、各塗布剤を乾燥被膜重量が１．０ｇ／ｍ^２となるようにローラー塗装し、素材到達温度が１００℃になるようにして２０秒間焼付けて、酸化チタン被膜を形成した。
（４）被覆板の耐食性
上記各被覆板の端面部及び裏面部をシールした試験塗板について、ＪＩＳ Ｚ２３７１の塩水噴霧試験法に準じて測定した。試験時間は２４時間、４８時間及び７２時間の３段階とし、下記基準により評価した。
ａ：白錆の発生が認められない、
ｂ：白錆の発生程度が塗膜面積の５％未満、
ｃ：白錆の発生程度が塗膜面積の５％以上で１０％未満、
ｄ：白錆の発生程度が塗膜面積の１０％以上で５０％未満、
ｅ：白錆の発生程度が塗膜面積の５０％以上。
試験結果を表３に示す。

（５）鋼板の被覆処理
板厚０．６ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板（片面のめっき付着量２０ｇ／ｍ^２）の表面を、アルカリ脱脂した後、「プレパレンＺ」（日本パーカライジング（株）製、商品名）をスプレー塗装して表面調整を行った。ついで、「パルボンド３３０８」（日本パーカライジング（株）製、商品名、リン酸亜鉛水溶液）をスプレー塗装した後、水洗、乾燥してリン酸亜鉛処理を施しためっき鋼板を得た。リン酸亜鉛処理被膜の付着量は１．５ｇ／ｍ^２とした。
上記リン酸亜鉛処理を施しためっき鋼板表面に、前記各塗布剤を乾燥被膜重量が１．０ｇ／ｍ^２になるようにスプレー塗装し、素材到達温度が１００℃になるようにして２０秒間焼付けて、酸化チタン被膜を形成した。
（６）被覆板の耐食性
上記各被覆板の端面部及び裏面部をシールした試験塗板について、ＪＩＳ Ｚ２３７１の塩水噴霧試験法に準じて測定した。試験時間は２４時間、４８時間及び７２時間の３段階とし、下記基準により評価した。
ａ：白錆の発生が認められない、
ｂ：白錆の発生程度が塗膜面積の５％未満、
ｃ：白錆の発生程度が塗膜面積の５％以上で１０％未満、
ｄ：白錆の発生程度が塗膜面積の１０％以上で５０％未満、
ｅ：白錆の発生程度が塗膜面積の５０％以上。
試験結果を表４に示す。

（７）鋼板の下地処理及び上層塗膜の形成
板厚０．６ｍｍの熱間圧延軟鋼板（ＳＰＣＣ−ＳＤ）の表面を、アルカリ脱脂剤（日本シービーケミカル（株）製、商品名「ケミクリーナー５６１Ｂ」）を溶解した濃度２％の水溶液を、液温６５℃で２０秒間スプレーして脱脂後、６０℃の温水を２０秒間スプレーして洗浄した。この脱脂しためっき鋼板に、各塗布剤を乾燥被膜重量が１ｇ／ｍ^２となるようにスプレー塗装し、雰囲気温度２５０℃で１５秒間（素材到達温度が１００℃）乾燥して、下地処理被膜である酸化チタン被膜を形成した。
この各下地処理板上に「アミラック＃１０００ホワイト」（関西ペイント（株）製、商品名、熱硬化型アルキド樹脂系塗料、白色）を乾燥被膜重量が２０ｇ／ｍ^２となるようにスプレー塗装し、１３０℃で２０分間焼き付けて上層塗膜を形成して、試験塗板を得た。
（８）試験塗板の性能試験
上記各試験塗板について、下記方法に従って、耐食性及び上層塗膜の密着性の試験を行った。各試験は、それぞれ別個の試験塗板について行った。
耐食性：各試験塗板の端面部及び裏面部をシールした後、試験塗板の塗膜面に、ナイフにより素地に達するクロスカットを入れた後、ＪＩＳ Ｚ２３７１に規定する塩水噴霧試験を１２０時間行った。試験後の試験塗板のクロスカット部に粘着テープを貼り付けた後瞬時にテープを剥がした際の上層塗膜の剥離幅を、下記基準により評価した。
ａ：剥離幅が１ｍｍ以下、
ｂ：剥離幅が１〜３ｍｍ、
ｃ：剥離幅が３〜５ｍｍ、
ｄ：剥離幅が５ｍｍ以上。
上層塗膜の密着性：各試験塗板の塗膜面に、ナイフにて素地に達する縦横各１１本の傷を碁盤目状に入れて１ｍｍ角のマス目を１００個作成した。この碁盤目部に粘着テープを密着させて瞬時にテープを剥がした際の上層塗膜の剥離程度を下記基準により評価した。
ａ：上層塗膜の剥離が全く認められない、
ｂ：上層塗膜の剥離が１〜２個認められる、
ｃ：上層塗膜の剥離が３〜１０個認められる、
ｄ：上層塗膜の剥離が１０個以上認められる。
試験結果を表５に示す。

本発明の酸化チタン膜形成用塗布剤、酸化チタン膜形成方法及び酸化チタン膜で被覆された金属基材によれば、次のような格別な効果が得られる。
（１）本発明塗布剤は、貯蔵安定性に優れる。その理由は、チタン含有水性液（Ａ）自体が安定であることと、該水性液（Ａ）が有機酸及び／又はその塩（Ｂ）と安定な錯体を形成することによるものと考えられる。
（２）本発明の酸化チタン膜形成用塗布剤を用いた酸化チタン膜形成方法によれば、金属基材上に、耐食性、密着性、耐久性、加工性、親水性等に優れる非晶質の酸化チタンを含む被膜を形成できる。
この被膜が耐食性や耐久性に優れるのは、基材に対する密着性が優れること、緻密な酸化チタン膜であるので酸素透過性や水蒸気透過性が小さいこと、有機酸及び／又はその塩（Ｂ）が金属基材に配位して、金属の腐食抑制剤として機能すること、該（Ｂ）成分が酸化チタンにより保護されること等によるものと考えられる。また、この被膜が密着性に優れるのは、被膜中の酸化チタンが水酸基を含んでいるためと考えられる。
（３）本発明酸化チタン膜形成方法を適用して得た被覆金属基材は、防錆被覆基材として、そのまま好適に使用することができる。
（４）本発明塗布剤を、アルミニウム又はアルミニウム合金基材の表面に塗装して被膜を形成した熱交換器用フィンによれば、冷房時に発生する凝縮水によるフィン間の水のブリッジ形成を防止できる。従って、アルミニウム又はアルミニウム合金製のフィンの腐食が防止できる。

Claims (19)

1. （Ａ）加水分解性チタン化合物、加水分解性チタン化合物の低縮合物、水酸化チタン及び水酸化チタンの低縮合物よりなる群から選ばれる少なくとも１種のチタン化合物を過酸化水素水と混合して得られるチタン含有水性液、並びに、
   （Ｂ）１−ヒドロキシメタン−１，１−ジホスホン酸、１−ヒドロキシエタン−１，１−ジホスホン酸、１−ヒドロキシプロパン−１，１−ジホスホン酸及びその塩よりなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含有することを特徴とする酸化チタン膜形成用塗布剤。
2. チタン含有水性液（Ａ）が、加水分解性チタン化合物及び／又はその低縮合物を過酸化水素水と混合して得られるペルオキソチタン酸水溶液である請求項１に記載の塗布剤。
3. 加水分解性チタン化合物が、一般式
   Ｔｉ（ＯＲ）₄ （１）
   （式中、Ｒは、同一又は異なって、炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるテトラアルコキシチタンである請求項２に記載の塗布剤。
4. 加水分解性チタン化合物の低縮合物が、一般式
   Ｔｉ（ＯＲ）₄ （１）
   （式中、Ｒは、同一又は異なって、炭素数１〜５のアルキル基を示す。）で表されるテトラアルコキシチタンをお互いに縮合反応させてなる縮合度２〜３０の化合物である請求項２に記載の塗布剤。
5. 加水分解性チタン化合物及び／又はその低縮合物と過酸化水素水との混合割合が、前者１０重量部に対して後者が過酸化水素換算で０．１〜１００重量部の範囲内である請求項２に記載の塗布剤。
6. チタン含有水性液（Ａ）が、酸化チタンゾルの存在下で、加水分解性チタン化合物及び／又はその低縮合物を過酸化水素水と混合して得られたペルオキソチタン酸水溶液である請求項２に記載の塗布剤。
7. 酸化チタンゾルが、アナターゼ型酸化チタンの水分散液である請求項６に記載の塗布剤。
8. 酸化チタンゾルの使用量が、加水分解性チタン化合物及び／又はその低縮合物１重量部に対して、固形分で０．０１〜１０重量部である請求項６に記載の塗布剤。
9. チタン含有水性液（Ａ）及び化合物（Ｂ）の含有割合が、前者の固形分１００重量部に対して、後者が１〜４００重量部である請求項１に記載の塗布剤。
10. ｐＨ１〜１０の水性液である請求項１に記載の酸化チタン膜形成用塗布剤。
11. ｐＨ１〜９の水性液である請求項１０に記載の酸化チタン膜形成用塗布剤。
12. 更に、無機リン酸化合物を含有する請求項１に記載の塗布剤。
13. 更に、チタンハロゲン化物、チタンハロゲン化物塩、ジルコニウムハロゲン化物、ジルコニウムハロゲン化物塩、シリコンハロゲン化物及びシリコンハロゲン化物塩よりなる群から選ばれる少なくとも１種のハロゲン化物を含有する請求項１に記載の塗布剤。
14. 更に、水性有機高分子化合物を含有する請求項１に記載の塗布剤。
15. 請求項１に記載の酸化チタン膜形成用塗布剤を、金属基材に塗布し、乾燥することを特徴とする酸化チタン膜形成方法。
16. 金属基材表面に、請求項１に記載の酸化チタン膜形成用塗布剤の被膜が形成された被覆金属基材。
17. 被膜の乾燥重量が、０．００１〜１０ｇ／ｍ²である請求項１６に記載の被覆金属基材。
18. 金属基材が、鋼材である請求項１６に記載の被覆金属基材。
19. 金属基材が、アルミニウム材又はアルミニウム合金材である請求項１６に記載の被覆金属基材。