JP6499930B2 - Aluminum coating material and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、陽極酸化皮膜を形成したアルミニウム基材に透明塗料で塗装されたアルミニウム塗装材およびその関連技術に関する。 The present invention relates to an aluminum coating material coated with a transparent paint on an aluminum base material on which an anodized film is formed, and a related technique.
なお、本明細書において、「アルミニウム」の語は、ＡｌおよびＡｌ合金を含む意味で用いる。 In this specification, the term “aluminum” is used to include Al and Al alloys.
アルミニウムは軽量で加工性および耐食性に優れていることから、車両、建材、家庭用品等の広範囲で用いられている。また、アルミニウムは美しい金属光沢を有していることから、アルミニウム素地を外観に現して使用されることがある。このような金属光沢を生かしたアルミニウム材として、陽極酸化皮膜を形成して耐食性を高め、さらにクリア樹脂で塗装したアルミニウム塗装材が知られている（特許文献１、２参照）。 Aluminum is used in a wide range of vehicles, building materials, household goods and the like because it is lightweight and has excellent workability and corrosion resistance. In addition, since aluminum has a beautiful metallic luster, the aluminum base is sometimes used in appearance. As an aluminum material that makes use of such a metallic luster, an aluminum coating material is known in which an anodic oxide film is formed to enhance corrosion resistance and is further coated with a clear resin (see Patent Documents 1 and 2).
上記文献においては、陽極酸化皮膜と樹脂塗膜との密着性を高めるために、陽極酸化皮膜の微細孔を処理した上で透明塗料で塗装することが提案されている。特許文献１には、陽極酸化皮膜の微細孔処理方法として、ｐＨ５．５〜８の処理浴で中和処理して微細孔内に残留した酸を除去し、湯洗後に強制乾燥する処理が記載されている。特許文献２には、７０℃〜８０℃の高圧蒸気または熱湯で湯洗処理して微細孔の孔径を１０ｎｍ〜３０ｎｍに半封する封孔処理が記載されている。 In the above document, in order to improve the adhesion between the anodized film and the resin film, it is proposed that the fine holes of the anodized film are processed and then coated with a transparent paint. Patent Document 1 describes a method of neutralizing a pH 5.5 to 8 treatment bath to remove the acid remaining in the micropores and forcibly drying it after washing with hot water as a method for treating micropores in the anodized film. Has been. Patent Document 2 describes a sealing treatment in which the pore size of fine pores is half-sealed to 10 to 30 nm by washing with high-pressure steam or hot water at 70 ° C. to 80 ° C.
また、特許文献３においては、陽極酸化処理による下地処理を行うことなく、アルミニウム材の表面を酸またはアルカリで洗浄して接触角が３０°以下になるように処理した上でシリコン元素を含む塗料で塗装すると高い密着性が得られることが記載されている。 In Patent Document 3, the surface of an aluminum material is washed with an acid or alkali so as to have a contact angle of 30 ° or less without performing a base treatment by anodizing treatment, and then a paint containing silicon element It is described that high adhesion can be obtained by painting with.
しかし、特許文献１、２に記載された方法で陽極酸化皮膜を処理しても塗膜の密着性は十分ではない。 However, even if the anodized film is treated by the methods described in Patent Documents 1 and 2, the adhesion of the coated film is not sufficient.
しかも、特許文献１の中和処理および特許文献２の半封処理を実施するための設備が必要であるから既存の設備の変更や追加が必要である。特に特許文献２の半封処理では規定範囲内の孔径に半封するための条件設定が必要であり、処理後にも半封した微細孔の孔径管理が必要である。また、陽極酸化皮膜の微細孔は通常の環境下で自然封孔するので、ねらいどおりの孔径で塗装するには陽極酸化処理工程と塗装工程を分離することができない。そのため、工場内の工程設計やレイアウト設計に大きな制約を受ける。 And since the installation for implementing the neutralization process of patent document 1 and the semi-sealing process of patent document 2 is required, the change and addition of the existing installation are required. In particular, in the semi-sealing process of Patent Document 2, it is necessary to set conditions for semi-sealing to a hole diameter within a specified range, and it is necessary to manage the hole diameter of the semi-sealed fine holes even after the process. Moreover, since the micropores of the anodized film are naturally sealed under a normal environment, it is impossible to separate the anodizing treatment process and the painting process in order to paint with the intended hole diameter. For this reason, there are significant restrictions on process design and layout design in the factory.
特許文献３のシリコン元素含有塗料による塗装は陽極酸化皮膜の無いアルミニウム材の塗装であるため、屋外で使用される自動車のルーフレール等のように耐食性が求められる用途には適さない。また、酸処理やアルカリ処理によって表面の接触角を３０°以下に調整しても自然環境下で放置すると接触角が上昇するので、高い密着性を得るには接触角調整後直ぐに塗装しなければならない。そのため、工場内の工程設計やレイアウト設計に大きな制約を受ける。 Since the coating with the silicon element-containing coating of Patent Document 3 is a coating of an aluminum material without an anodized film, it is not suitable for applications that require corrosion resistance such as automobile roof rails used outdoors. Also, even if the contact angle of the surface is adjusted to 30 ° or less by acid treatment or alkali treatment, the contact angle rises if left in a natural environment. To obtain high adhesion, it is necessary to paint immediately after adjusting the contact angle. Don't be. For this reason, there are significant restrictions on process design and layout design in the factory.
本発明は、上記の背景技術に鑑み、陽極酸化皮膜を形成したアルミニウム基材に対して密着性の高い透明塗膜を簡単な工程で形成する方法を提供する。 In view of the above-described background art, the present invention provides a method for forming a transparent coating film having high adhesion to an aluminum substrate on which an anodized film is formed, by a simple process.
即ち、本発明は下記の［１］〜［５］に記載の構成を有する。 That is, this invention has the structure as described in the following [1]-[5].
［１］アルミニウム基材の表面に陽極酸化皮膜を有し、該陽極酸化皮膜が透明樹脂およびシランカップリング剤を含有する透明塗膜で被覆されていることを特徴とするアルミニウム塗装材。 [1] An aluminum coating material having an anodized film on the surface of an aluminum substrate, and the anodized film being coated with a transparent coating film containing a transparent resin and a silane coupling agent.
［２］前記アルミニウム塗装材は車両のルーフパネルの外面に取り付けられるルーフレール材である前項１に記載のアルミニウム塗装材。 [2] The aluminum coating material according to item 1, wherein the aluminum coating material is a roof rail material attached to an outer surface of a roof panel of a vehicle.
［３］アルミニウム基材の表面に陽極酸化処理を施して陽極酸化皮膜を形成する陽極酸化処理工程と、
前記陽極酸化皮膜の表面に透明樹脂およびシランカップリング剤を含有する塗料組成物を塗布して透明塗膜を形成する塗装工程と
を行うことを特徴とするアルミニウム塗装材の製造方法。
[3] An anodizing treatment step of anodizing the surface of the aluminum substrate to form an anodized film;
A method for producing an aluminum coating material, comprising: applying a coating composition containing a transparent resin and a silane coupling agent to the surface of the anodized film to form a transparent coating film.
［４］前記陽極酸化処理工程に続いて陽極酸化皮膜の封孔処理を行い、その後に塗装工程を行う前項３項に記載のアルミニウム塗装材の製造方法。 [4] The method for producing an aluminum coating material as described in [3] above, wherein the anodized film is subjected to a sealing process following the anodizing process and then a coating process is performed.
［５］前記封孔処理は水和封孔処理である前項４に記載のアルミニウム塗装材の製造方法。 [5] The method for producing an aluminum coating material according to item 4, wherein the sealing treatment is a hydration sealing treatment.
［１］に記載のアルミニウム塗装材は、透明塗膜に含まれるシランカップリング剤が透明樹脂とアルミニウム基材の陽極酸化皮膜の両方と結合しているので、アルミニウム基材に対する透明塗膜の密着性が高い。 In the aluminum coating material according to [1], the silane coupling agent contained in the transparent coating film is bonded to both the transparent resin and the anodized film of the aluminum base material, so that the transparent coating film adheres to the aluminum base material. High nature.
［２］に記載のアルミニウム塗装材は、ルーフレール材において上記の効果が得られる。 The aluminum coating material described in [2] can obtain the above-described effect in the roof rail material.
［３］に記載のアルミニウム塗装材の製造方法によれば、塗料組成物に含まれるシランカップリング剤が透明樹脂とアルミニウム基材の陽極酸化皮膜の両方と結合するので。密着性の高い透明塗膜を形成することができる。高い密着性は塗料組成物の組成によるものであるから、既存の設備の変更や追加を必要としない。 According to the method for producing an aluminum coating material according to [3], the silane coupling agent contained in the coating composition is bonded to both the transparent resin and the anodized film of the aluminum substrate. A transparent coating film with high adhesion can be formed. Since the high adhesion is due to the composition of the coating composition, there is no need to change or add to existing equipment.
［４］に記載のアルミニウム塗装材の製造方法によれば、封孔処理がなされた陽極酸化皮膜に塗料組成物を塗布するので、陽極酸化皮膜の耐食性が向上する。また、封孔によって防汚性が向上するので、搬送時や保管時の汚損を防ぐことができる。このため、工場内において陽極酸化処理工程および封孔処理工程と塗装工程とを分離したレイアウト設計や工程設計が可能である。また、封孔処理で陽極酸化皮膜の防汚性が向上したことによって外観品質の良い塗装材を安定して製造することができる。 According to the method for producing an aluminum coating material according to [4], since the coating composition is applied to the anodized film that has been subjected to the sealing treatment, the corrosion resistance of the anodized film is improved. Moreover, since the antifouling property is improved by the sealing, it is possible to prevent fouling during transportation and storage. For this reason, layout design and process design in which the anodizing process, the sealing process, and the coating process are separated in the factory are possible. Further, the antifouling property of the anodized film is improved by the sealing treatment, so that a coating material having a good appearance quality can be stably produced.
［５］に記載のアルミニウム塗装材の製造方法によれば、水和封孔処理によって陽極酸化皮膜表面にアルミナ水和物を形成して水酸基を豊富に存在させ、これらの水酸基が塗料組成物に含まれるシランカップリング剤の加水分解性基と結合することによって透明塗膜の密着性を向上させることができる。 According to the method for producing an aluminum coating material described in [5], alumina hydrate is formed on the surface of the anodized film by hydration sealing treatment to make abundant hydroxyl groups, and these hydroxyl groups are added to the coating composition. By bonding with the hydrolyzable group of the silane coupling agent contained, the adhesion of the transparent coating film can be improved.
図１に示すように、本発明のアルミニウム塗装材１は、アルミニウム基材１１の表面に陽極酸化皮膜１２を有し、陽極酸化皮膜１２は透明塗膜１３に覆われている。以下に、前記アルミニウム塗装材１の製造方法について材料とともに詳述する。
［アルミニウム基材］
アルミニウム基材１１の組成は限定されず、純アルミニウムおよび各種アルミニウム合金を用いることができる。また、アルミニウム基材１１の形状も限定されない。アルミニウムは成形性が良好であることから、押出材や押出材に曲げ加工等の塑性加工を施したアルミニウム基材を用いることも好ましい。例えば、車両のルーフパネルに取り付けられるルーフレール材の作製には、強度と成形性の観点から６０００系アルミニウム合金の中空押出材をルーフパネルの曲面に沿うように曲げ加工したアルミニウム基材が好ましく用いられる。
As shown in FIG. 1, the aluminum coating material 1 of the present invention has an anodized film 12 on the surface of an
[Aluminum substrate]
The composition of the
また、押出材は表面平滑性が必ずしも高くないので、陽極酸化処理前に、研磨して光沢度を高めておくことで美しい金属光沢をもつアルミニウム塗装材１を作製できる。研磨方法は限定されず、バフ研磨、化学研磨、電解研磨等周知の方法により行い、２種以上の方法を組み合わせて研磨しても良い。
［陽極酸化処理工程］
上記のアルミニウム基材１１に対して、要すれば洗浄し、その後陽極酸化処理を行う。陽極酸化処理条件は限定されず、アルミニウム塗装材１の用途に応じて適宜設定する。例えば、鉛板、黒鉛板等を陰極とし、電解液として硫酸、シュウ酸、クロム酸、リン酸、あるいは混合酸液等を用いて直流またはパルス波形にて電気分解を行い、電解後は水で洗浄する。前記陽極酸化皮膜１２の厚さにも制限はなく、アルミニウム塗装材１の用途に応じて適宜設定する。例えば、耐食性が求められる自動車用ルーフレールでは厚さ５〜２０μｍの皮膜を形成することが好ましい
［封孔処理］
陽極酸化処理後の皮膜組織は表面に開口する微細孔を有しているので、封孔処理を行って微細孔の開口部を閉じることが好ましい。陽極酸化皮膜１２の微細孔を閉じることにより、陽極酸化皮膜１２の強度が耐食性、耐酸性を向上させることができる。また、封孔により防汚性が向上するので、未塗装材の保管時や搬送時の汚損を防ぐことができる。このため、前記封孔処理は陽極酸化処理工程に続いて行い、未封孔処理材の移動時間および移動距離をできる限り短くすることが好ましい。
Further, since the extruded material does not necessarily have high surface smoothness, the aluminum coating material 1 having a beautiful metallic luster can be produced by polishing and increasing the gloss before anodizing treatment. The polishing method is not limited, and a known method such as buffing, chemical polishing, or electrolytic polishing may be used, and polishing may be performed by combining two or more methods.
[Anodizing process]
If necessary, the
Since the film structure after the anodizing treatment has micropores opened on the surface, it is preferable to perform sealing treatment to close the opening of the micropores. By closing the micropores of the anodized film 12, the strength of the anodized film 12 can improve the corrosion resistance and acid resistance. Moreover, since the antifouling property is improved by the sealing, it is possible to prevent the unpainted material from being damaged during storage or transportation. For this reason, it is preferable that the sealing treatment is performed subsequent to the anodizing treatment step, and the moving time and moving distance of the unsealed material are made as short as possible.
封孔処理方法は限定されないが、加圧水蒸気処理、沸騰処理、クロム酸塩処理、ニッケル塩処理等の水和封孔処理が好ましい。金属塩処理の場合は処理後に水洗する。前記封孔処理により陽極酸化皮膜１２表面にベーマイト、バイヤライトといったアルミナ水和物を形成して水酸基が豊富に存在すると、これらの水酸基が塗料組成物に含まれるシランカップリング剤の加水分解性基Ｘと結合して透明塗膜１３の密着性が向上する。
Although the sealing treatment method is not limited, hydration sealing treatment such as pressurized steam treatment, boiling treatment, chromate treatment, nickel salt treatment and the like is preferable. In the case of metal salt treatment, it is washed with water after treatment. When an alumina hydrate such as boehmite or bayerite is formed on the surface of the anodic oxide film 12 by the sealing treatment and abundant hydroxyl groups are present, these hydroxyl groups are hydrolyzable groups of the silane coupling agent contained in the coating composition. Bonding with X improves the adhesion of the
上記の封孔処理は周知の処理であり、微細孔の孔径を規定範囲に半封するといった特殊な条件設定を行う必要はない。
［塗装工程］
陽極酸化皮膜１２を形成したアルミニウム基材１１に塗布する塗料組成物は透明樹脂およびシランカップリング剤を含有している。
The above-described sealing process is a well-known process, and it is not necessary to set special conditions such as semi-sealing the hole diameter of the fine holes within a specified range.
[Painting process]
The coating composition applied to the
透明樹脂は、アクリル樹脂、ポリエステル、エポキシ、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリスルフォン等の樹脂を使用できる。 As the transparent resin, resins such as acrylic resin, polyester, epoxy, polyurethane, polyolefin, and polysulfone can be used.
シランカップリング剤は、樹脂等の有機物に対して反応性の高い有機官能性基Ｒと、金属等の無機物に対して親和性の高い加水分解性基Ｘとを有し、一般式：Ｒ−ＳｉＸ３で表される。前記樹脂にシランカップリング剤を添加することで、有機官能性基Ｒが透明樹脂に結合する一方で加水分解性基Ｘと陽極酸化皮膜１３の水酸基とが結合し、陽極酸化皮膜１２に対して高い密着性を有する透明塗膜１３が形成される。
The silane coupling agent has an organic functional group R that is highly reactive with an organic substance such as a resin, and a hydrolyzable group X that has a high affinity for an inorganic substance such as a metal. It is represented by SiX 3 . By adding a silane coupling agent to the resin, the organic functional group R is bonded to the transparent resin, while the hydrolyzable group X and the hydroxyl group of the anodized
前記シランカップリング剤は、有機官能性基Ｒとして、アミノ基、ビニル基、エポキシ基、メタクリル基、グリジドキシ基、メルカプト基等と有していることが好ましい。 The silane coupling agent preferably has an amino group, vinyl group, epoxy group, methacryl group, glycidoxy group, mercapto group or the like as the organic functional group R.
塗装に供する塗料組成物は、塗装の直前に樹脂とシランカップリング剤とを混合して調製することも、あらかじめ樹脂モノマーとシランカップリング剤を混合して共重合させておき共重合物として調製することもできる。前者の塗料組成物は塗装後に樹脂とシランカップリング剤とが共重合して徐々に塗膜強度が発現する。後者の塗料組成物は既に共重合しているので塗装後は短時間で塗膜強度が得られ、一度の塗装、あるいは前者の塗料組成物よりも少ない塗装回数装で所期する塗膜強度を得ることができる。 The coating composition to be used for coating can be prepared by mixing the resin and the silane coupling agent immediately before coating, or by mixing the resin monomer and the silane coupling agent in advance to prepare a copolymer. You can also In the former coating composition, the resin and the silane coupling agent are copolymerized after coating, and the coating strength gradually develops. Since the latter coating composition has already been copolymerized, the coating strength can be obtained in a short time after coating, and the desired coating strength can be achieved with a single coating or with fewer coating cycles than the former coating composition. Can be obtained.
前記塗料組成物の塗布方法は限定されず、電着塗装、スプレー塗装等の方法で行う。塗装後、要すれば焼付けて乾燥させる。乾燥後の透明塗膜１３の厚さは１μｍ〜１０μｍの範囲が好ましく、さらに２〜８μｍの範囲が好ましい。
The coating method of the coating composition is not limited, and is performed by a method such as electrodeposition coating or spray coating. After painting, if necessary, bake and dry. The thickness of the
本発明のアルミニウム塗装材の製造方法は、陽極酸化皮膜を有するアルミニウム基材にシランカップリング剤を配合した塗料組成物を塗布することで密着性の高い透明塗膜を形成することができる。高い密着性は塗料組成物の組成によるものであるから、既存の設備の変更や追加を必要としない。また、陽極酸化皮膜を封孔することで陽極酸化皮膜の防汚性が向上するので、搬送時や保管時の汚損を防ぐことができる。このため、工場内において陽極酸化処理工程および封孔処理工程と塗装工程とを分離したレイアウト設計や工程設計が可能である。また、透明塗膜による塗装材では塗装前の下地が透けて見えるので陽極酸化皮膜の外観は塗装材の外観品質を左右する要因であるが、封孔処理で陽極酸化皮膜の防汚性が向上したことによって外観品質の良い塗装材を安定して製造することができる。 The manufacturing method of the aluminum coating material of this invention can form a transparent coating film with high adhesiveness by apply | coating the coating composition which mix | blended the silane coupling agent with the aluminum base material which has an anodized film. Since the high adhesion is due to the composition of the coating composition, there is no need to change or add to existing equipment. Moreover, since the antifouling property of the anodized film is improved by sealing the anodized film, it is possible to prevent fouling during transportation and storage. For this reason, layout design and process design in which the anodizing process, the sealing process, and the coating process are separated in the factory are possible. In addition, since the base before coating can be seen through the coating material with a transparent coating film, the appearance of the anodized film is a factor that affects the appearance quality of the coating material, but the antifouling property of the anodized film is improved by sealing treatment. As a result, a coating material having a good appearance quality can be stably produced.
Ａ６０６３を用い、図２に示す断面台形の中空のルーフレール材１１を押出成形した。前記ルーフレール材１１は２００℃×３時間のエージング後に長さ２，０００ｍｍに切断し、図３に示すように、曲げ量Ｗ６０ｍｍの曲げ加工を施し、さらに全外周面をバフ研磨し、さらに化学研磨し、これを各例共通のアルミニウム基材１１とした。
The hollow
前記アルミニウム基材１１に陽極酸化処理を施して膜厚１０μｍの陽極酸化皮膜１２を形成した。この陽極酸化処理の処理条件は、電解浴組成：１８０ｇ／Ｌ硫酸水溶液、浴温：２０℃、電流密度：１．０Ａ／ｄｍ２、電解時間：３０分である。その後アルミニウム基材１１を水洗し、続いて封孔処理を行った。封孔処理条件は、８０℃の温水浸漬である。
The
陽極酸化皮膜１２を封孔したアルミニウム基材１１に対し、以下の塗装を行った。
（実施例）
塗料組成物は、樹脂とシランカップリング剤とを配合して重合させて調製した。
The following coating was performed on the
(Example)
The coating composition was prepared by blending a resin and a silane coupling agent and polymerizing them.
アルミニウム基材１１に前記塗料組成物を静電スプレー法により塗装し、１５０℃で２０分間焼き付けて図１に参照されるアルミニウム塗装材１を作製した。焼き付け後の透明塗膜１３厚さは表１に示すとおりである。
（比較例）
塗料組成物にシランカップリング剤に配合しなかったこと以外は実施例と同じ方法で透明塗膜１３を形成し、アルミニウム塗装材１を作製した。
The coating composition was applied to the
(Comparative example)
A
作製したアルミニウム塗装材１について、陽極酸化皮膜に対する密着性および塗膜強度を以下の方法で試験し、評価した。評価結果を表１に示す。
（密着性）
アルミニウム塗装材１を５０℃の温水に２４０時間浸漬した後に、透明塗膜１３に１ｍｍ間隔の切り込みを縦横に入れて１００マスの碁盤目を形成し、セロハン粘着テープを貼り付けた後、テープを引き剥がし、剥がれなかったマス目の数で評価した。
（塗膜強度）
ＪＩＳＫ５６００−５−４に準拠する方法で鉛筆硬度試験を行い、これを塗膜強度とした。
About the produced aluminum coating material 1, the adhesiveness with respect to an anodized film and the coating-film intensity | strength were tested and evaluated by the following method. The evaluation results are shown in Table 1.
(Adhesion)
After immersing the aluminum coating material 1 in warm water at 50 ° C. for 240 hours, the
(Coating strength)
The pencil hardness test was performed by the method based on JISK5600-5-4, and this was made into coating-film strength.
表１より、塗料組成物にシランカップリング剤を配合することにより密着性の高い透明塗膜を形成できることを確認した。 From Table 1, it confirmed that a transparent coating film with high adhesiveness could be formed by mix | blending a silane coupling agent with a coating composition.
本発明は、アルミニウムの金属光沢が外観に表されたアルミニウム塗装材の製造に適用できる。 The present invention can be applied to the production of an aluminum coating material in which the metallic luster of aluminum is expressed in appearance.
１…アルミニウム塗装材
１１…アルミニウム基材（ルーフレール材）
１２…陽極酸化皮膜
１３…透明塗膜
1 ...
12 ...
Claims (5)
前記陽極酸化皮膜の表面に、アクリル樹脂、ポリエステル、エポキシ、ポリオレフィン、ポリスルフォンのうちのいずれかの透明樹脂およびシランカップリング剤を含有する塗料組成物を塗布して透明塗膜を形成する塗装工程と
を行うことを特徴とするアルミニウム塗装材の製造方法。 An anodizing step of forming an anodized film by anodizing the surface of the aluminum substrate;
A coating process for forming a transparent coating film by applying a coating composition containing a transparent resin of any one of acrylic resin, polyester, epoxy, polyolefin, polysulfone and a silane coupling agent to the surface of the anodized film And a method for producing an aluminum coating material.
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