JP5603637B2

JP5603637B2 - 塗装金属板

Info

Publication number: JP5603637B2
Application number: JP2010091440A
Authority: JP
Inventors: 広行及川; 洋金井; 勝敏熊井; 満嶋村; 雅樹高草
Original assignee: Nippon Steel Coated Sheet Corp
Current assignee: Nippon Steel Coated Sheet Corp
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2030-04-12
Also published as: JP2011218694A

Description

本発明は金属板に塗装が施されることで得られる塗装金属板に関する。

金属板に塗装を施して得られる塗装金属板（プレコート板）は、金属系サイディング、金属ドア等の装飾用外装材などに広く利用されている。このような塗装金属板としては、例えば冷延鋼板や熱延鋼板等の鋼板や、これらにアルミニウム−亜鉛合金めっき被覆等のめっき被覆を形成しためっき鋼板に塗装を施して得られる塗装鋼板などがある。

塗装金属板は、屋外に長期にわたって曝露されることが多いため、高い耐食性が求められる。塗装金属板の腐食の主要な原因の一つは、塗装金属板に付着する塩類である。このような塩類による腐食は、特に海に近い地域において問題となる。

塗装金属板の耐食性等の性能を向上させるための方策の一つとして、従来、塗装金属板が備える塗料層の設計がおこなわれている。

例えば特許文献１に記載されているプレコート鋼板では、鋼板上に、下塗塗膜、中塗塗膜、上塗塗膜が、順次設けられている。下塗塗膜は、エポキシ樹脂を主成分とする塗料から形成されている。中塗塗膜はウレタン変性エポキシ樹脂等を主成分とする塗料から、２Ｔ折り曲げ加工に耐え得るように形成されている。上塗塗膜は、硬質ポリエステル樹脂を主成分とする塗料から形成され、その鉛筆硬度がＨ以上である。この特許文献１に記載の技術では、三つの各塗膜に加工性、耐候性、耐食性等の機能を分担させることで、これらの機能が同時に発揮されることが目論まれている。

特公平２−７８２７号公報

しかし近年、塗装金属板には更に過酷な条件下における耐食性の向上が求められるようになってきている。例えば軒下や軒天井等のような、雨水に曝されにくい箇所に塗装金属板が設置される場合は、塗装金属板に付着した塩類が雨水によって流されにくいこと、太陽光の照射を受けにくく、乾燥しにくいことなどから、腐食が非常に進みやすい。特に塗装金属板に折り曲げ加工が施されている場合には、この加工された箇所において塗料層に破損や劣化が生じやすくなり、この箇所において腐食が更に発生しやすくなる。このような過酷な条件下における、従来の塗装金属板の耐食性は、未だ十分とはいえなかった。

本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、過酷な環境下においても高い耐食性を発揮する塗装金属板を提供することを目的とする。

本発明に係る塗装金属板は、金属板と塗料層とを備え、前記塗料層が、樹脂塗料から形成される三以上の複数の層を含み、前記複数の層は、金属板から離れた位置に配置されている層ほど、この層を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度が低く、前記塗料層に含まれる前記複数の層のうち、前記金属板に最も近い位置に配置されている層を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度が３５℃以上であり、前記金属板から最も離れた位置に配置されている層を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度が２５℃以下である。

本発明においては、前記塗料層に含まれる前記複数の層のうち、前記金属板から最も離れた位置に配置されている層中の着色材の濃度が、１０質量％以下であることも好ましい。

本発明においては、前記塗料層が三つの層からなることも好ましい。

本発明によれば、過酷な環境下においても高い耐食性を発揮する塗装金属板が得られる。

本発明の実施の形態の一例を示す断面図である。

本実施形態による塗装金属板１は、図１に示されるように、金属板２と、この金属板２に塗装が施されることにより形成された塗料層４とを備える。

金属板２の材質は特に制限されず、公知の金属板２が使用され得る。金属板２の具体例としては、冷間圧延鋼板、熱間圧延鋼板、亜鉛めっき鋼板、合金化亜鉛めっき鋼板、亜鉛−ニッケル合金めっき鋼板、亜鉛−鉄合金めっき鋼板、亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき鋼板、アルミニウム−亜鉛合金めっき鋼板、アルミニウム−亜鉛−マグネシウム合金めっき鋼板、アルミニウムめっき鋼板、ステンレス板、銅板等が挙げられる。長尺な金属板２も用いられ得る。

金属板２には適宜の仕様による塗装が施される。例えばコイル状に巻き回された長尺な金属板２がペイオフリールで保持され、このペイオフリールから金属板２が繰り出されて搬送される。金属板２の搬送中に、この金属板２に必要に応じて前処理が施され、更に塗装が施される。塗装後の金属板２は所定の寸法に切断され、或いは切断せずに再びコイル状に巻き取られる。

金属板２に施される前処理としては、例えば金属板２の表面の油脂、埃等の汚れを除去する処理；クロメート処理やリン酸亜鉛処理、複合酸化物処理、クロメートフリー系の各種処理等といった化成処理；これらの化成処理の前に施されるチタン核処理；ニッケルプレめっき前処理などが挙げられる。

金属板２には、塗装により、三以上の複数の層３を含む塗料層４が形成される。本実施形態では、塗料層４は三つの層３からなる。以下、塗料層４を構成する三つの層３を、金属板２に近い側から順に、第一の層３１、第二の層３２、及び第三の層３３とよび、これらの層３の形成のために使用される塗料をそれぞれ第一の塗料、第二の塗料、及び第三の塗料とよぶ。

第一の層３１を形成するために使用される第一の塗料は、特に制限されないが、ポリエステル樹脂系塗料やエポキシ樹脂系塗料であることが好ましい。塗装金属板２の加工性向上の観点からは、特にポリエステル樹脂系塗料が好ましい。

第一の塗料は、体質顔料や防錆顔料を含有してもよい。体質顔料としては、酸化チタン、微粉末クレー、炭酸カルシウム等が挙げられる。防錆顔料としてはクロム酸ストロンチウム、クロム酸カルシウム等の、クロム酸系の防錆顔料；シリカ；トリポリリン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、リン酸マグネシウムなどのリン酸系の防錆顔料などが、挙げられる。

第一の層３１の形成にあたっては、第一の塗料が金属板２に塗布される。第一の塗料は金属板２の片面のみに塗布されても、両面に塗布されてもよい。金属板２の片面に第一の塗料が塗布されると共に、反対側の面には第一の塗料とは異なる組成を有する塗料が塗布されてもよい。第一の塗料の塗布方法は特に制限されず、浸漬法、スプレー法、はけ塗り、ロールコート、エアーナイフ、静電塗布等の、適宜の塗布方法が採用され得る。

金属板２に塗布された第一の塗料が硬化成膜されて、第一の層３１が形成される。第一の塗料の成膜にあたっては、例えば金属板２が加熱炉等に連続的に通板されることで第一の塗料が焼付け硬化される。焼付け硬化条件は適宜設定されるが、例えば加熱温度が１８０〜２５０℃、加熱時間が３０〜６０秒間とされる。

第一の層３１の厚みは適宜設定されるが、特に１〜２０μｍの範囲が好ましい。

第二の層３２の形成のために使用される第二の塗料は、特に制限されないが、ポリエステル樹脂系塗料であることが好ましい。第二の層３２の形成にあたっては、例えば第一の塗料の場合と同様の手法により、第二の塗料が塗布成膜される。第二の層３２の厚みは適宜調整されるが、５〜３０μｍの範囲であることが好ましい。

第二の塗料は、適宜の顔料等の着色材を含有してもよい。着色材としては、例えば酸化チタン、カーボンブラック、酸化鉄エロー、酸化鉄レッド（ベンガラ）、アルミニウムフレーク、着色ガラスフレーク、有機ブルー（フタロシアニンブルー）などや、アルミニウム粉末、ニッケル粉末、銅粉末等の金属粉末が挙げられる。第二の塗料中の着色材の配合量は、適宜調整されるが、第二の層３２中の着色剤の含有量が０．１〜７０質量％の範囲となるように調整されることが好ましい。

第二の塗料は、体質顔料や防錆顔料を含有してもよい。体質顔料としては、酸化チタン、微粉末クレー、炭酸カルシウム等が挙げられる。防錆顔料としてはクロム酸ストロンチウム、クロム酸カルシウム等の、クロム酸系の防錆顔料；シリカ；トリポリリン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、リン酸マグネシウムなどのリン酸系の防錆顔料などが、挙げられる。

第三の層３３の形成のために使用される第三の塗料としては、特に制限されないが、例えば日本ファインコーティング株式会社製の品番「ＮＳＣ１６３０」、「ＦＬＣ５０００」等の熱硬化性のポリエステル樹脂系塗料が挙げられる。

第三の塗料は、可視光透過性を有する層が形成可能なクリア塗料であってもよい。また、第三の塗料は適宜の顔料等の着色材を含有してもよい。着色材としては、例えば酸化チタン、カーボンブラック、酸化鉄エロー、酸化鉄レッド（ベンガラ）、アルミニウムフレーク、着色ガラスフレーク、有機ブルー（フタロシアニンブルー）などや、アルミニウム粉末、ニッケル粉末、銅粉末等の金属粉末が挙げられる。第三の塗料中の着色材の配合量は、適宜設定されるが、第三の層３３中の着色材の含有量が０．１〜７０質量％の範囲であることが好ましい。

また、第三の層３３中の着色材の含有量が特に１０質量％以下の範囲となることが好ましい。この場合、第三の層３３に応力がかけられた場合の破損の発生が特に抑制され、塗料層４の加工性が特に高くなると共に、塗装金属板１の加工部分の耐食性が特に高くなる。

第三の層３３の形成にあたっては、例えば第一の塗料の場合と同様の手法により、第三の塗料が塗布成膜される。第三の層３３の厚みは適宜調整されるが、１０〜３０μｍの範囲であることが好ましい。

塗料層４に含まれる層３を形成するために用いられる樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度は、まずこの樹脂を液体窒素などで冷却した後、熱機械分析（ＴＭＡ）によって、樹脂に針で非振動的一定荷重をかけながら、この樹脂を加熱した際の、樹脂の変形を計測することによって測定される。樹脂が加熱により軟化してこの樹脂に針が侵入する温度が、ガラス転移温度である。

塗料層４を構成する層３を形成するために用いられる樹脂塗料中の樹脂がポリエステル樹脂である場合、すなわち層３がポリエステル樹脂系塗料から形成される場合、ポリエステル樹脂系塗料に含まれるポリエステル樹脂は、直接エステル化法、エステル交換法、開環重合法などの公知の方法で製造される。直接エステル化法の具体例としては、例えば、多価カルボン酸と多価アルコールを重縮合する方法がある。多価カルボン酸としては、例えば、フタル酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸などの二塩基酸類及びそれらの無水物類、トリメリット酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸、無水ピロメリット酸などの三価以上の多価カルボン酸類及びそれらの無水物類などが挙げられる。また、多価アルコールとしてはエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−ヘキサンジオール、１，６−ヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールなどのジオール類、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどの三価以上の多価アルコール類などが挙げられる。また、ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸の低級アルキルエステルとのエステル交換による縮重合によっても製造される。さらに、ポリエステル樹脂は、β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトンなどのラクトン類の開環重合によっても製造される。また、ポリエステル樹脂には、いわゆるリニアポリエステル樹脂と称される構造の高分子ポリエステル樹脂も含まれ得る。また、ポリエステル樹脂として、シリコーン変性ポリエステル樹脂等の変性ポリエステル樹脂が用いられてもよい。

ポリエステル樹脂系塗料中に配合される硬化剤としては、熱解離型ブロックイソシアネート基を１分子中に１個を超えて含有するポリイソシアネート化合物や、メラミン樹脂等が挙げられる。

このようなポリイソシアネート化合物の例としては、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、トリ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、キシリレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−４，４’−ジイソシアネートのようなイソシアネートモノマーと呼ばれる化合物、これらのビウレット体、イソシアヌレート体、トリメチロールプロパンのアダクト体のようなポリイソシアネート誘導体などの、ポリイソシアネート化合物のイソシアネート基の一部又は全部をブロック化剤でクロック化して製造したものが挙げられる。このブロック化剤の例としては、例えば、ε−カプロラクタム、メチルエチルケトオキシム、メチルイソアルミルケトオキシム、メチルイソブチルケトオキシムなどのケトオキシム系ブロック化剤、フェノール、クレゾール、カテコール、ニトロフェノールなどのフェノール系ブロック化剤、イソプロパノール、トリメチロールプロパンなどのアルコール系ブロック化剤、マロン酸エステル、アセト酢酸エステルなどの活性メチレン系ブロック化剤など挙げられる。これらのポリイソシアネート化合物は、一種のみが用いられても、二種以上が併用されてもよい。

樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度は、第一の層３１を形成するための樹脂塗料、第二の層３２を形成するための樹脂塗料、第三の層３３を形成するための樹脂塗料の順に、不連続に小さくなる。塗料層４内における隣合う層３を形成するための各樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度の差は５〜２０℃の範囲であることが好ましい。

尚、塗料層４を構成する複数の各層３は、同一組成の塗料が複数回繰り返して塗布成膜されることで形成されてもよい。このような場合には、重ね塗りによって単一の層３が形成されるものであり、組成が同一の複数の層３が重なっているとはみなされない。

このような構成を有する塗装金属板２における塗料層４では、加工時に大きな応力がかかって破損が生じやすい表層側ほど、層３を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度が低くなっている。このため塗料層４は折り曲げ加工に対して高い耐性を有し、塗装金属板２に折り曲げ加工が施されても、加工が施された箇所において塗料層４の劣化や損傷が生じにくい。しかも塗料層４を形成するための樹脂塗料中の全ての樹脂のガラス転移温度が低くなっているのではなく、表層側の層３を形成するための樹脂塗料中の樹脂ほど順次ガラス転移温度が低くなっているため、塗料層４全体では充分な被膜の硬度や強度、耐水性が確保される。このため、塗装金属板２が高い耐食性を発揮するようになり、塗装金属板２が例えば軒下や軒天井等のような、雨水に曝されにくい箇所に塗装金属板２が設置されても、折り曲げ加工が施された箇所などにおける腐食の発生が効果的に抑制される。従って、過酷な環境下においても塗装金属板２が高い耐食性を発揮する。

尚、塗料層４中において隣合う層３同士のうち、金属板２から離れた位置にある層３の方が、樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度が高くなる場合には、加工時に塗料層４に割れが生じやすくなり、塗料層４は、折り曲げ加工に対する充分な耐性を有し得なくなる。また、塗料層４が単一の層のみで構成され、或いは層を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度の異なる二つの層のみから構成されている場合にも、加工時に塗料層４に割れが生じやすくなり、やはり塗料層４は、折り曲げ加工に対する充分な耐性を有し得なくなる。これらの場合には、過酷な環境下において、塗装金属板２における加工処理が施された箇所における腐食の発生が充分に抑制されなくなる。

このような塗料層４においては、最も金属板２に近い位置に配置される層３（第一の層３１）を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度が３５℃以上であることが好ましく、特に３５〜５０℃の範囲であることが好ましい。また、塗料層４中で最も金属板２から離れた位置に配置される層３（第三の層３３）を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度は２５℃以下であることが好ましく、特に１５〜２５℃の範囲であることが好ましい。このように樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度が設定されると、加工時における塗料層４の破損が特に抑制されて塗料層４が特に高い加工性を発揮すると共に、塗料層４全体の硬度、強度及び耐水性がより高いレベルで維持される。これにより、塗装金属板１が特に優れた耐食性を発揮するようになる。また、本実施形態のように塗料層４が三つの層３から構成される場合は、第二の層３２を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度は、３０℃以上であることが好ましく、特に３０〜４５℃の範囲であることが好ましい。

本発明における塗料層４の構成は、上記好ましい実施形態で示される構成には限られない。例えば上記実施形態における塗料層４の構成において、第二の層３２と第三の層３３の間に、更に着色材を含有する塗料から形成される層３が介在したり、第三の層３３の上に更にクリア塗料から形成される層３が設けられたりしてもよい。塗料層４がいかなる構成であっても、塗料層４が三以上の複数の層３を含み、この塗料層４を構成する層３を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度が、金属板２から離れた位置に配置されている層３ほど低くなっていればよい。

［実施例１〜５、比較例１〜３］
金属板２として、厚み０．３５ｍｍのガルバリウム鋼板を用意した。この金属板２に塗装前処理、第一の塗料の塗布成膜、第二の塗料の塗布成膜、第三の塗料の塗布成膜を順次施すことにより、塗装金属板１を得た。

塗装前処理としては、塗布型クロメート処理を施した。

第一の塗料の組成は下記表１に示される通りとした。第一の塗料の塗布量は８ｇ/ｍ^２とし、この第一の塗料を最高到達板温度２１５℃、加熱時間４０秒の条件で焼付け硬化することで第一の層３１を形成した。

第二の塗料の組成は下記表１に示される通りとした。第二の塗料の塗布量は２８ｇ/ｍ^２とし、この第二の塗料を最高到達板温度２１５℃、加熱時間４０秒の条件で焼付け硬化することで第二の層３２を形成した。

第三の塗料の組成は下記表１に示される通りとした。第三の塗料の塗布量は１４ｇ/ｍ^２とし、この第三の塗料を最高到達板温度２２０℃、加熱時間４０秒の条件で焼付け硬化することで第三の層３３を形成した。

着色材としては、アルミニウムフレークを使用した。

また、各塗料中の樹脂の平均分子量は、液体クロマトグラフィー測定法によって測定された、数平均分子量である。

表１に示される、各層を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度の測定結果も併せて表１に示す。樹脂のガラス転移温度は、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製の熱機械分析装置（型番ＴＭＡ１２０ＣＵ）を用いて測定した値である。ガラス転移温度の測定にあたっては、まず樹脂を予め液体窒素により、−２０℃程度に冷却して固化し、この樹脂に、先端径２ｍｍφのプローブを接触させ、プローブから樹脂へ一定の荷重（５０ｇ）をかけながらこの樹脂を昇温速度５℃／分で加熱した。樹脂の温度に対するプローブの位置変化を測定し、樹脂がガラス状態からゴム状態へ変化して軟化することでプローブの位置が大きく変化した場合の、プローブの位置変化の変曲点における樹脂の温度を、樹脂のガラス転移温度とした
［加工性試験］
各実施例及び比較例で得られた塗装金属板２に、２３℃の雰囲気下で１８０°曲げ試験を実施し、塗膜にクラックが発生しない最小のＴ数（曲げ加工時に塗装金属板２に挟まれた、塗装金属板２と同じ厚みの鋼板の数）により加工性を評価した。

［加工部耐食性］
各実施例及び比較例で得られた塗装金属板２に、２Ｔ曲げ加工（塗装金属板２と同じ厚みの鋼板を２枚挟んだ状態での、１８０°曲げ加工）を施した。次に塗装金属板２の曲げ加工が施された箇所に対してＪＩＳＨ８５０２８．１に規定される塩水噴霧試験を２４０時間施し、曲げ加工が施された箇所における白錆が発生した領域の面積割合により、加工部耐食性を評価した。

［軒下曝露加工部耐食性］
各実施例及び比較例で得られた塗装金属板２に、２Ｔ曲げ加工（塗装金属板２と同じ厚みの鋼板を２枚挟んだ状態での、１８０°曲げ加工）を施した。次にこの塗装金属板２を、軒下環境の屋外に曝露した。試験開始から３年経過時の曲げ加工が施された箇所における白錆が発生した領域の面積割合により、軒下曝露加工部耐食性を評価した。

以上の結果を表１に併せて示す。

１塗装金属板
２金属板
３層
４塗料層

Claims

金属板と塗料層とを備え、前記塗料層が、樹脂塗料から形成される三以上の複数の層を含み、前記複数の層が、金属板から離れた位置に配置されている層ほど、この層を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度が低く、
前記塗料層に含まれる前記複数の層のうち、前記金属板に最も近い位置に配置されている層を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度が３５℃以上であり、前記金属板から最も離れた位置に配置されている層を形成するための樹脂塗料中の樹脂のガラス転移温度が２５℃以下である塗装金属板。
前記塗料層に含まれる前記複数の層のうち、前記金属板から最も離れた位置に配置されている層中の着色材の濃度が、１０質量％以下である請求項１に記載の塗装金属板。
前記塗料層が三つの層からなる請求項１又は２に記載の塗装金属板。