JPS618174A - 鉄鋼材料へのフツ素樹脂コ−テイング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は鉄鋼材料へのフッ素樹脂コーテイング方法に関
する。

近年、フッ素樹脂をコーティングした鉄鋼材料が、フッ
素樹脂の特性である耐摩耗性、耐蝕性、摺動性、非粘着
性等を活用して、食器、貯蔵容器、配管材料、各種の機
械や装置類の構成部品等に広く利用されておシ、このオ
Ｕ用は一層拡大する傾向にある。

本発明は、作業性及び量産加工性に優れ、良好な作業環
境の下、経済的に、しかもとシわけ極めて強固に、鉄鋼
材料へフッ素樹脂をコーティングする方法に関するもの
である。

〈従来の技術とその問題点〉 従来、鉄鋼材料へフッ素樹脂をコーティングする場合、
大路次の三つの方法が採用されている。

■有機溶剤で溶解した所謂エナメルタイプのフッ素樹脂
を鉄鋼材料へ吹き付け、乾燥する方法。■フッ素樹脂の
チューブ或いはシート状フィルムを鉄鋼材料へ加熱溶着
する方法。■鉄鋼材料を加熱し、その上にフッ素樹脂の
パウダーを溶融させて焼き付ける方法（所謂粉体塗装）
ｏＬかし、これらの従来法には、各々に次のような問題
点がある。

すなわち、■の従来法は、エナメルタイプのフッ素樹脂
を鉄鋼材料へ塗装ガンで吹き付ける際のロスが大きく、
とシわけ作業環境が悪い。■の従来法は、チー−プ或い
はシート状フィルムを使用するため作業性が悪く、量産
加工に不向である。■の従来法は、粉体塗装設備が高価
であシ、鉄鋼°材料それ自体をフッ素樹脂のパウダーが
充分溶融する程度に加熱するためコーティングコストも
高価となる。

一方、以上のような問題点を改善するため、フッ素樹脂
のディスパージョンを使用して金属表面にフッ素樹脂を
コーティングする方法も提案されている。これには例え
ば、金属表面に金属メッキ層を形成して、このメッキ層
表面にフッ素樹脂のディスパージョンを塗布し、焼付硬
化せしめる方法（特公昭４９　３１５３３）、鉄表面を
エツチング処理し、その表面にニッケルメッキを施して
、フッ素樹脂のディスパージョンを塗布し、焼付硬化せ
しめる方法（％開昭５７−５３２７７）等がある。とこ
ろが、実際のところ、フッ素樹脂のディスパージョンを
使用するこれらの従来法によると、フッ素樹脂が金属表
面へ充分強固にコーティングされないという問題点があ
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明は、斜上の如き従来法の問題点を解決するもので
、作業性及び量産加工性に優れ、良好な作業環境の下、
経済的に、しかもと９わけ極めて強固に、鉄鋼材料へフ
ッ素樹脂をコーティングする方法を提供するものである
。

〈問題点を解決するだめの手段〉 本発明者らは、フッ素樹脂のディスパージョンを使用し
て該フッ素樹脂を金属表面へ塗布する方法に関し、以上
の観点で鋭意研究した結果、鉄鋼材料を対象として、鉄
鋼材料へフッ素樹脂のディスパージョンを塗布する前の
段階で、該鉄鋼材料をある種の特定条件下で処理し、該
処理を含む一連の処理操作によって、所期の目的が達成
されることを見出し、本発明を完成するに到った。

すなわち本発明は、鉄鋼材料へフッ素樹脂のディスパー
ジョンを塗布し、焼成して、フッ素樹脂をコーティング
する方法であって、脱脂処理して水洗した後に粗面化処
理して更に水洗した鉄鋼材料を、ｐＨ’５未満に調整し
た鉄よりもイオン化傾向が小さい金属の塩の水溶液で前
処理し、次いでこれをアルカリ処理した後にフッ素樹脂
のディスパージョンを塗布し、そして乾燥してから焼成
゛する鉄鋼材料へのフッ素樹脂コーティング方法に係る
０ 本発明において処理対象素材となるのは、例えば軟鉄や
快削鋼の如き、鉄類又はステンレス鋼類である。アルミ
ニウムの如き他の素材でも、一応はフッ素樹脂をコーテ
ィングすることができるが、その密着力等が弱く、適当
とはいえない。

かかる鉄鋼材料を、脱脂処理して水洗し、更に粗面化処
理して再び水洗する。脱脂処理には、有機溶剤脱脂処理
、アルカリ脱脂処理、酸脱脂処理等があシ、これらによ
って鉄鋼材料の表面に付着している油脂類を除去するが
、効果の発現の点で、有機溶剤脱脂処理及びアルカリ脱
脂処理を併用するのが好ましい。また粗面化処理には、
塩酸、硫酸、リン酸等を使用して酸洗浄をするが如き化
学的粗面化処理や、サンドブラストの如き物理的粗面化
処理がちシ、これらは１種又は２種以上の併用で行なう
ことができる。脱脂処理後の水洗及び粗面化処理後の水
洗は、それぞれ次の処理操作において不用ともいえるも
のを除去し、併せてそれぞれ次の処理操作を所望通り実
施するために、不可欠である。脱脂処理及びその後の水
洗、粗面化処理及びその後の水洗は、いずれの一つが欠
・けても、本発明の目的は達せられない。

脱脂処理して水洗した後に粗面化処理して更に水洗した
鉄鋼材料を、ｐＨ５未満に調整した鉄よりもイオン化傾
向が小さい金属の塩の水溶液で前処理する。この種の金
属には、コバルト、ニッケル、アンチモン、パラジウム
等があるが、経済性及び該金属の水溶液を得やすいこと
による作業性の点で、コバルト又はニッケルが好ましい
。かかる金属の塩の形態には、硫酸塩、硝酸塩、塩化物
、酢酸塩、酒石酸塩等、多くの無機塩又は有機塩がある
。これらの金属の塩はｐＨ５未満に調整した水溶液で使
用することが肝要である。ｐＨ調整は、必要に応じて適
宜に、例えば種々の鉱酸を添加すればよい。そして好ま
しくは、ｐＨ３以下に調整した前述の如き金属塩の水溶
液を使用すると効果の発現が著るしく、これをｐＨ２，
５以下に調整すればなお一層よい。具体的に前処理は、
鉄鋼材料に以上の如き金属塩の水溶液をスプレーしたり
或いはハケ塗シしたシすること、又は鉄鋼材料をそのよ
うな金属塩の水溶液中に浸漬したシすることで行なう。

金属塩水溶液の温度や濃度、更にはこれを使用した前処
理時間等、これらの諸条件は、鉄鋼材料や金属塩の種類
、更には最終的に得られるフッ素樹脂をコーティングし
たものの用途等に応じて適宜選択するが、詳細な具体例
は、後述する各実施例の通りである。

かくして前処理した鉄鋼材料をアルカリ処理した後に、
フッ素樹脂のディスパージョンを塗布する。アルカリ処
理は所謂中和処理をも含む意味であシ、炭酸ナトリウム
の如き弱いアルカリ剤を使用するのが好ましく、この処
理は次の処理操作であるフッ素樹脂のディスパージョン
の塗布に悪影響を及ぼさないようにするためであるが、
この際に併せて防錆処理することも有効である。使用す
るフッ素樹脂のディスパージョンは、既に市販のもので
よく、特に制限はない。このディスパージョン中に、雲
母粉、無機顔料等の微粒物質を適宜に混在させておいて
もよく、これらによって、本発明で得られる最終製品の
耐熱性、耐摩耗性及び摺動性等を調整することができ、
また最終製品を着色することができる。具体的に、鉄鋼
材料へのフッ素樹脂のディスパージョンの塗布は、浸漬
、ハケ塗シ、ローラーコーティング、スプレー等で行な
う。

最後に、フッ素樹脂のディスパージョンを塗布した鉄鋼
材料を乾燥し、焼成する。乾燥は例えば、１００℃前後
の熱風中で行なえばよく、また焼成は例えば、３００〜
４００℃程度で数分間性なえばよいが、この焼成は、フ
ッ素樹脂をより強固且つ均一に鉄鋼材料へ密着させるだ
めに、塗布したフッ素樹脂の溶融時から５分以上行なう
のが好ましい。

〈作用〉 以上説明した本発明に係る一連の処理操作によって、所
望通シ、鉄鋼材料へフッ素樹脂をコーティングすること
ができる。これらの処理操作はそれぞれ次の処理操作に
影響を及ぼすため、全て′の充足が必須であるが、とシ
わけ、前述の如＜ｐＨ調整した金属の塩の水溶液で鉄鋼
材料を前処理するところが肝要である。鉄よりもイオン
化傾向が小さい金属を鉄鋼材料の表面に固着させ、かか
る金属の補助で鉄鋼材料にフッ素樹脂をコーティングす
るのであるが、本発明者らの試験によると、他の条件が
同じであっても、金属の塩の水溶液のｐＨが５未満にお
いてそれが低くなるにしたがい鉄鋼材料への該金属の固
着量（ｆ　／ａｒｔ　　−ｍｉｎ　）は二次的に減少す
る。ところが、それにもかかわらず、得られる最終製品
での鉄鋼材料に対するフッ素樹脂の密着力は格段に強く
なるのである。このように密着力が強くなる原因は、前
記金属の鉄鋼材料に対する固着の形態を電子顕微鏡で観
察すると（Ｘ５０００）、ｐＨが低くなるにしたがって
明らかにその形態は、あたかも平板状の金属結晶単位が
堆石者の如くその端部が凹凸を形成して積層されている
かのような様相を呈するようになシ、フッ素樹脂はその
ように積層された金属結晶単位の間やその端部の凹凸に
浸透乃至絡み込んだ状態で焼成硬化され、その結果、鉄
鋼材料へフッ素樹脂が機械的乃至物理的に極めて強固に
密着するものと推察される。

〈発明の効果〉 以上説明した通シであるから、本発明には、要約すると
次の効果がある。

１）作業性及び量産加工性に優れている。

＋＋）作業環境が良く、経済的である。

＋：＋　＞特に、極めて強固に鉄鋼材料へフッ素樹脂を
コーティングすることができる０ 〈実施例〉 次に、本発明の実施例、本発明に対する比較例、及びこ
れらの試験結果を第１表〜第４表に列挙して、本発明の
内容を一層具体的にするが、本発明は列挙した実施例に
限定されるものではない。

（Ａ）　　各表中の記号等はそれぞれ次の内容である。

書素材：■はＪＩＳ−Ｇ３１４１，５Ｓ４１、軟鋼、５
０Ｘ１００Ｘ０．８麿の平板。■はＪＩＳ−Ｇ３１４１
，５ＰＣＣ，軟鋼、５０×１００Ｘ０．８ｍの平板。■
はＪＩＳ−Ｇ４’８０４、ＳＵＭ２４Ｌ、イオウ快削鋼
、１５０×８朋φの丸棒、■はＪＩＳ−Ｇ４８０４．５
ＵＳ４．．３０５、ステンレス、５０Ｘ１００×０，８
力論の平板。

・有機溶剤脱脂：■はスリーワン、東亜合成社製、常温
、■はエターナＶＣ，旭化成社製、常温。

・アルカリ脱脂：■はアンラストクリーナー＃２０５、
三ｉ純薬研究所社製、３％（Ｗ／Ｖ）、７０℃。■はバ
クナ１ＯＯＨＫ、ユケン社製、３％（Ｗ／Ｖ　）　７０
℃。

・粗面化（処理）：溶液について、■は硫酸、■は塩化
第二鉄、■は硫酸第二鉄、■はフッ酸、■は硝酸。濃度
は％　（Ｗ／Ｗ　）。温度は℃。時間は分。

・前処理：溶液について、■は硫酸ニッケル、■は硫酸
コバルト、■は塩化コバルト、■は塩化アンチモン、■
は塩化パラジウム。濃度は金属としての％（Ｗ／Ｗ　）
。温度は℃０時間は分。

・アルカリ処理：■は炭酸ナトリウム、０．５％（Ｗ／
Ｖ）、常温。■は亜硝酸ナトリウム、０、５％（Ｗ／Ｖ
　）、常温。

・フッ素樹脂：ＰＴＦＥはフルオンＡＤ−１、旭硝子社
製。ＰＣＴＦＥはダイフロンＣＴＦＥ／Ｄ　−５５Ｐ、
ダイキン工業社製。ＦＥＰはテフロン１２０−Ｊ、三井
フロロケミカル社製。

・焼成：Δはフッ素樹脂の溶融後５分間焼成。

・冷却：×は放冷。

・各処理共通：以上の外で、○は該当処理を行ない、×
は該当処理を行なわなかった。

（Ｂ）　　各表中の試験結果は次の試験方法によった。

・密着性： ・・クロスカット試験：コーティング塗膜へ、専用の試
験機を用い、素材に達するように１順正方形の小区画を
１００個切シ刻み、その面にセロテープを圧着し、該セ
ロテープを剥離したときに残存する塗膜の小区画数で表
示した。例えば３０個の小区画が残存したと゛きは３０
である。これをクロスカット１回とし、１ｉｆ１ｍに、
同じ面へセロテープの圧着及び剥離を５回縁シ返したと
きの結果をクロスカット５回とした。

・・描画試験：ＪＩＳ−に６８９４によシ判定しだ。評
点は１〜５の５段階であり、数値の大きい方が良く、４
又は５が合格となっている○ ・硬度：ＪＩＳ−に５４０１によシ、鉛筆の硬度で示し
た。

・耐蝕性：ＪＩＳ−に５４００及びＪＩＳ−Ｚ２３７１
によシ、３５±１℃で５％（Ｗ／Ｖ　）ＬＤ塩水（ｐＨ
６，５）をコーティングした試験片に連続噴霧し、試験
片に腐蝕の発生が肉眼観察されるまでの塩水噴霧時間（
時）で示した。

（Ｃ）　　−例として、実施例１７の処理手順を以下に
示す。その他の各側は、各表中に記載の条件を除き、こ
の実施例２０と同じ処理手順である。

素材（ＪＩＳ−Ｇ３１４１．５Ｓ４１．５０Ｘ１００Ｘ
０．８ｍの平板）を、有機溶剤脱脂剤（スリーワン、東
亜合成社製、常温）中に３０秒間浸漬して有機溶剤脱脂
し、更にアルカリ脱脂剤〔アンラストクリーナー＃２０
５、三若純薬研究所社製、３％（Ｗ／Ｖ　）、７０℃〕
の水溶液中に３分間浸漬してアルカリ脱脂し、水洗しだ
。これを、硫酸（ＪＩＳ−に１３２１．１３％（Ｗ／Ｖ
）、７５℃〕の水溶液中に浸漬（１７分間）して粗面化
し、再び水洗した。次いで、金属塩の水溶液〔硫酸ニッ
ケル（ＪＩＳ’−Ｋ１４６０）、ニッケルとし−ｒａ％
（Ｗ／Ｖ）、７０℃、硫酸（ＪＩＳ−に１３２１　）で
ｐＨ２，５に調整〕中に浸漬（１０分間）して前処理し
、水洗後にアルカリ剤〔亜硝酸すｌ−ＩＪウムの０５％
（Ｗ／Ｖ　）水溶液、常温〕でアルカリ処理（及び防錆
処理）して水洗した。そしてこれを、１００±５℃の熱
風ドライヤーで乾燥し、放冷後、フッ素樹脂のディスパ
ージョン（ＰＴＦＥ。

フルオンＡＤ−１、旭硝子社製）中に浸漬した。

この浸漬は、ディスパージョン中で素材を２回上下動さ
せて、１分間行なった。最後に、以上の処理を行なった
素材を、１００±５℃の電気乾燥機中で１０分間乾燥し
、３８０±５℃のガス炉中で焼成した。焼成は素材に付
着したフッ素樹脂が透明（溶融）になってから８分間行
なった。焼成後、素材を流水中に投入して急冷しだ０ 第１表（実施例１〜６） 第２表（実施例７〜１６） 注）第２表は第１表の横並びで続き。＊１は１５秒。

第３表（実施例１７〜２２） 注）第３表は第２表の横並びで続き。

第４表（比較例１〜９） 注）第４表は第３表の横並びで続き。＊１は１５秒。＊
２はブルーシュマー（日本カニゼン社製、無電解ニッケ
ルメッキ液）。＊３は酸化ニッケル、非水溶性。＊４は
炭酸ニッケル（塩基性）、非水溶性。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　鉄鋼材料へフッ素樹脂のディスパージョンを塗布し
   、焼成して、フッ素樹脂をコーティングする方法であっ
   て、脱脂処理して水洗した後に粗面化処理して更に水洗
   した鉄鋼材料を、ｐＨ５未満に調整した鉄よりもイオン
   化傾向が小さい金属の塩の水溶液で前処理し、次いでこ
   れをアルカリ処理した後にフッ素樹脂のディスパージョ
   ンを塗布し、そして乾燥してから焼成する鉄鋼材料への
   フッ素樹脂コーティング方法。 ２　ｐＨ３以下に調整した鉄よりもイオン化傾向が小さ
   い金属の塩の水溶液で前処理する特許請求の範囲第１項
   記載の鉄鋼材料へのフッ素樹脂コーティング方法。 ３　脱脂処理を有機溶剤脱脂処理及びアルカリ脱脂処理
   で行なう特許請求の範囲第１項又は第２項記載の鉄鋼材
   料へのフッ素樹脂コーティング方法。 ４　焼成を塗布したフッ素樹脂の溶融時から５分以上行
   なう特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一つの項
   記載の鉄鋼材料へのフッ素樹脂コーティング方法。