特開 2022-171211 金属表面処理剤

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022171211

(43)【公開日】2022-11-11

(54)【発明の名称】金属表面処理剤

(51)【国際特許分類】

   C23C 26/00 20060101AFI20221104BHJP

   C23C 28/00 20060101ALI20221104BHJP

【ＦＩ】

C23C26/00 A

C23C28/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021077729

(22)【出願日】2021-04-30

(71)【出願人】

【識別番号】595112731

【氏名又は名称】貴和化学薬品株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100124431

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 順也

(74)【代理人】

【識別番号】100174160

【弁理士】

【氏名又は名称】水谷 馨也

(72)【発明者】

【氏名】田中 健治

【テーマコード（参考）】

4K044

【Ｆターム（参考）】

4K044AA02

4K044AB02

4K044BA21

4K044BB01

4K044BB03

4K044BC04

4K044CA53

(57)【要約】

【課題】優れた塗膜の密着性を金属材料表面に付与し得る、金属表面処理剤を提供する。
【解決手段】金属材料の表面を処理するための金属表面処理剤であって、
前記金属表面処理剤は、シランカップリング剤と、酸解離定数ｐＫａが４．００以上の酸と、を含む水溶液である、金属表面処理剤。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属材料の表面を処理するための金属表面処理剤であって、
前記金属表面処理剤は、シランカップリング剤と、酸解離定数ｐＫａが４．００以上の酸と、を含む水溶液である、金属表面処理剤。

【請求項2】

酸解離定数ｐＫａが４．００以上の前記酸が、酢酸及びプロピオン酸の少なくとも一方である、請求項１に記載の金属表面処理剤。

【請求項3】

前記シランカップリング剤が、アミノ基を有するシランカップリング剤である、請求項１又は２に記載の金属表面処理剤。

【請求項4】

前記水溶液のｐＨが４．５～７である、請求項１～３のいずれか１項に記載の金属表面処理剤。

【請求項5】

前記シランカップリング剤の濃度が、０．１～１０質量％である、請求項１～４のいずれか１項に記載の金属表面処理剤。

【請求項6】

前記金属材料の表面に塗料を塗布する前の表面処理に用いられる、請求項１～５のいずれか１項に記載の金属表面処理剤。

【請求項7】

前記金属材料が、冷間圧延鋼板である、請求項１～６のいずれか１項に記載の金属表面処理剤。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の金属表面処理剤を、金属材料表面に接触させる接触工程を備える、金属表面処理方法。

【請求項9】

請求項８に記載された金属表面処理方法の後、前記金属表面処理剤が付着した前記金属材料表面に、塗料を塗布して塗膜を形成する塗装工程を備える、塗膜形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属表面処理剤に関する。

【背景技術】

【0002】

アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、鉄、銅、これらを含む合金などの金属材料は、大気中の水分、酸素、塩素イオン、硫酸イオンなどによって、表面が酸化されやすく、酸化によって生成した腐食物が金属材料の外観を損ねやすい。

【0003】

金属材料表面の腐食を抑制する方法としては、金属材料の表面を塗料で塗装する方法がある。また、金属材料の表面を塗料で塗装する前には、金属材料表面に表面処理（例えば、クロメート処理）などが施されることが一般的である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－１５５５７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、優れた塗膜の密着性を金属材料表面に付与し得る、金属表面処理剤を提供することを主な目的とする。さらに、本発明は、当該金属表面処理剤を利用した、金属表面処理方法を提供することも目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者は、上記のような課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、シランカップリング剤と、所定値以上の酸解離定数ｐＫａを有する酸とを併用した水溶液を金属表面処理剤とすることにより、金属材料表面に対して、優れた塗膜の密着性を付与できることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて、さらに検討を重ねることにより完成された発明である。

【0007】

すなわち、本発明は、下記に掲げる態様の発明を提供する。
項１． 金属材料の表面を処理するための金属表面処理剤であって、
前記金属表面処理剤は、シランカップリング剤と、酸解離定数ｐＫａが４．００以上の酸と、を含む水溶液である、金属表面処理剤。
項２． 酸解離定数ｐＫａが４．００以上の前記酸が、酢酸及びプロピオン酸の少なくとも一方である、項１に記載の金属表面処理剤。
項３． 前記シランカップリング剤が、アミノ基を有するシランカップリング剤である、項１又は２に記載の金属表面処理剤。
項４． 前記水溶液のｐＨが４．５～７である、項１～３のいずれか１項に記載の金属表面処理剤。
項５． 前記シランカップリング剤の濃度が、０．１～１０質量％である、項１～４のいずれか１項に記載の金属表面処理剤。
項６． 前記金属材料の表面に塗料を塗布する前の表面処理に用いられる、項１～５のいずれか１項に記載の金属表面処理剤。
項７． 前記金属材料が、冷間圧延鋼板である、項１～６のいずれか１項に記載の金属表面処理剤。
項８． 項１～７のいずれか１項に記載の金属表面処理剤を、金属材料表面に接触させる接触工程を備える、金属表面処理方法。
項９． 項８に記載された金属表面処理方法の後、前記金属表面処理剤が付着した前記金属材料表面に、塗料を塗布して塗膜を形成する塗装工程を備える、塗膜形成方法。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、優れた塗膜の密着性を金属材料表面に付与し得る、金属表面処理剤を提供できる。さらに、本発明によれば、当該金属表面処理剤を利用した、金属表面処理方法を提供できる。

【発明を実施するための形態】

【0009】

１．金属表面処理剤
本発明の金属表面処理剤は、金属材料の表面を処理するための金属表面処理剤であって、シランカップリング剤と、酸解離定数ｐＫａが４．００以上の酸とを含む水溶液であることを特徴としている。すなわち、本発明の金属表面処理剤は、シランカップリング剤と、酸として酸解離定数ｐＫａが４．００以上の酸とを含む、水性の金属表面処理剤である。

【0010】

シランカップリング剤としては、金属材料表面に付着して塗膜の密着性を向上させるものであればよいが、本発明の効果をより一層好適に発揮する観点から、本発明においては、特に、アミノ基を有するシランカップリング剤が好ましい。アミノ基を有するシランカップリング剤の好ましい具体例としては、アミノプロピルトリエトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシシランなどが挙げられる。本発明の金属表面処理剤に含まれるシランカップリング剤は、１種類のみであってもよいし、２種類以上であってもよい。

【0011】

また、本発明の金属表面処理剤は、酸として、酸解離定数ｐＫａが４．００以上の酸を含む。本発明の金属表面処理剤は、シランカップリング剤と共に、このような酸解離定数ｐＫａの大きな酸を用いることによって、金属材料の表面処理後に形成される塗膜の密着が効果的に高められる。なお、本発明の効果を阻害しないことを限度として、本発明の金属表面処理剤には、酸解離定数ｐＫａが４．００未満の酸が含まれていてもよいが、含まれないことが好ましい。

【0012】

酸解離定数ｐＫａが４．００以上の酸としては、好ましくは酢酸、プロピオン酸などが挙げられる。本発明の金属表面処理剤に含まれる酸は、１種類のみであってもよいし、２種類以上であってもよい。

【0013】

本発明の金属表面処理剤において、シランカップリング剤の濃度としては、特に制限されず、例えば、本発明の金属表面処理剤を原液として、使用時に希釈水と混合して使用する場合には、シランカップリング剤の濃度は、好ましくは０．１～１０質量％程度、より好ましくは０．２～６．０質量％程度、さらに好ましくは０．４～４．０質量％程度が挙げられる。このような高濃度の金属表面処理剤（原液）を希釈水と混合することによって、好適な濃度の金属表面処理剤を簡便に調製することができる。

【0014】

また、本発明の効果をより一層好適に発揮する観点から、本発明において、金属表面に接触させる際の金属表面処理剤中のシランカップリング剤の濃度としては、好ましくは５０～５０００ｐｐｍ程度、より好ましくは１００～３０００ｐｐｍ程度、さらに好ましくは２００～２０００ｐｐｍ程度が挙げられる。本発明の金属表面処理剤においては、前記の特定の酸と共に、シランカップリング剤がこのような濃度で含まれていることにより、金属材料の表面にシランカップリング剤を適切な量付着させることができ、金属材料表面に厚みムラなく均一な塗膜が形成され、金属材料表面に対して、特に優れた塗料密着性が付与される。

【0015】

また、本発明の効果をより一層好適に発揮する観点から、本発明において、金属表面に接触させる際の金属表面処理剤のｐＨは、好ましくは４．５～７である。

【0016】

本発明の効果を阻害しないことを限度として、本発明の金属表面処理剤は、シランカップリング剤、酸解離定数ｐＫａが４．００以上の酸、及び水に加えて、さらに添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、コロイダルシリカなどが挙げられる。ただし、金属表面に接触させる際の金属表面処理剤中の他の成分の濃度としては、好ましくは１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは２００ｐｐｍ以下とする。

【0017】

本発明の金属表面処理剤に含まれる水としては、特に制限されず、例えば、イオン交換水、水道水、蒸留水、純水などが挙げられる。水は、１種類のみを用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。

【0018】

本発明の金属表面処理剤において、水の含有量は、シランカップリング剤、酸、及び必要に応じて配合される添加剤を除いた残部である。

【0019】

本発明の金属表面処理剤は、クロムフリーの金属表面処理剤とすることができる。本発明において、クロムフリーとは、クロムを実質的に含まないことを意味し、例えば、金属表面処理剤中のクロムの含有率が０．４ｐｐｍ以下であることを意味し、好ましくは０ｐｐｍである。

【0020】

本発明の金属表面処理剤を原液として、使用時に希釈水と混合して使用する場合であれば、原液中の水の含有率は、例えば１０～９０質量％程度である。また、本発明の金属表面処理剤を金属表面に接触させる際における水の含有率としては、例えば８０～９９質量％程度である。

【0021】

本発明の金属表面処理剤の処理対象は、金属材料表面であれば特に制限されないが、特に、鉄鋼、溶融亜鉛メッキ鋼板など表面処理に用いられることが好ましい。本発明の金属表面処理剤は、鉄鋼の中でも、特に、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）に対する金属表面処理剤として好適である。

【0022】

また、本発明の金属表面処理剤は、好適には、金属材料の表面に塗料を塗布する前の表面処理に用いられる。金属材料表面に塗布して塗膜を形成する塗料としては、特に制限されないが、例えば、アクリル樹脂系、フッ素樹脂系、ウレタン樹脂系、シリコン樹脂系、エポキシ樹脂系、メラミン樹脂系、ポリエステル樹脂系などを含む、公知の塗料を用いることができる。本発明の金属表面処理剤は、これらの中でも、メラミン樹脂系塗料が好ましく、メラミン樹脂系塗料を冷間圧延鋼板の表面に塗布して形成された塗膜の密着性を特に好適に高めることができる。

【0023】

２．金属表面処理方法
本発明の金属表面処理方法は、本発明の金属表面処理剤を、金属材料の表面に接触させる接触工程を備えることを特徴としている。

【0024】

本発明の金属表面処理方法においては、本発明の金属表面処理剤を用いるため、金属材料表面の塗膜の密着性を向上させることができる。

【0025】

本発明の金属表面処理剤の詳細については、前述の通りである。本発明の金属表面処理剤を金属表面処理方法に適用する際には、金属材料の表面に付着するシランカップリング剤の量が適切となるように、必要に応じて、本発明の金属表面処理剤に希釈水を添加してもよい。

【0026】

本発明の金属表面処理方法において、金属材料の表面に形成する塗膜の量としては、特に制限されない。

【0027】

本発明の金属表面処理剤を、金属材料の表面に接触させる接触工程において、金属表面処理剤を接触させる方法としては、金属表面処理剤が金属材料の表面に接触・付着すれば、特に制限されず、ロールコート法、スピンコート法、スプレー法、浸漬法などの公知の方法により行うことができる。

【0028】

接触工程の後には、通常、金属表面処理剤の乾燥工程を行う。乾燥工程は、例えば、金属表面処理剤が表面に付着した金属材料を、１０～８０℃の環境下におくことで行うことができる。乾燥工程においては、金属表面処理剤が金属材料の表面に十分な時間接触できればよく、乾燥条件は、例えば、１０～８０℃の環境下において、１０～３００秒間程度とする好ましい。

【0029】

本発明の金属表面処理方法においては、接触工程の前に、金属表面処理剤を希釈水で希釈する希釈工程をさらに備えていてもよい。希釈工程により、金属材料の表面に付着するシランカップリング剤の量が適切となるように調整することができる。なお、本発明の金属表面処理剤として、金属材料の表面に付着するシランカップリング剤の量が適切となるように予め調整されたものを用いる場合には、希釈工程は不要である。

【0030】

本発明の金属表面処理方法においては、表面を洗浄した金属材料の表面に対して接触工程を行うことが好ましい。金属材料の表面の洗浄は、金属材料表面に付着した各種の汚れ（油など）を除去することを主な目的とする。金属材料表面の洗浄方法としては、特に制限されないが、例えば、アルカリ脱脂剤、酸性脱脂剤などの公知の洗浄剤を用いる方法を採用することができる。また、本発明の金属表面処理方法に供する前に、金属材料表面に付着した洗浄剤については、水洗を行うことが好ましい。

【0031】

さらに、本発明の金属表面処理方法においては、金属表面処理剤による金属材料表面の処理工程の後に、金属材料の表面に形成された塗膜の表面をすすぎ水で洗う水洗工程をさらに備えていてもよい。

【0032】

また、本発明の金属表面処理方法においては、金属表面処理剤による金属材料表面の処理工程の後に、無水洗処理を行ってもよい。無水洗処理の方法としては、例えば、エアブローなどが挙げられる。

【0033】

本発明の金属表面処理方法において、処理対象とする金属材料については、前記の通りである。

【0034】

３．表面処理金属材料
本発明の表面処理金属材料は、金属材料の表面が、本発明の金属表面処理剤によって表面処理されたものである。すなわち、本発明の表面処理金属材料の表面には、本発明の金属表面処理剤に含まれる成分のうち、揮発成分（水など）以外の成分が付着している。

【0035】

本発明の表面処理金属材料は、本発明の金属表面処理剤によって表面処理されているため、塗料を塗布することで形成される塗膜の密着性に優れている。

【0036】

本発明の表面処理金属材料を構成している金属材料としては、前記の通りである。

【0037】

本発明の表面処理金属材料の表面は、塗料などによって、さらに塗装されていてもよい。すなわち、本発明の表面処理金属材料は、塗料で塗装された表面処理金属材料（塗膜を有する表面処理金属材料）とすることができる。本発明の表面処理金属材料の表面が塗装されている場合、本発明の金属表面処理剤が、塗料の下地となる。

【0038】

このように、本発明は、本発明の金属表面処理剤を用いた金属表面処理方法の後、金属表面処理剤が付着した金属材料表面に、塗料を塗布して塗膜を形成する塗装工程を備える、塗膜形成方法を提供することもできる。

【0039】

前記の通り、本発明において、塗料としては、特に制限されず、例えば、アクリル樹脂系、フッ素樹脂系、ウレタン樹脂系、シリコン樹脂系、エポキシ樹脂系、メラミン樹脂系、ポリエステル樹脂系などを含む、公知の塗料を用いることができる。

【0040】

塗料による塗装の際には、焼き付けを行うことが好ましい。焼き付けの条件としては、特に制限されず、塗料の種類等に応じて適宜設定すればよいが、例えば１００～２５０℃で５～９０分間での焼き付けが挙げられる。

【実施例0041】

以下に、実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、実施例に限定されない。

【0042】

１．金属表面処理剤の調製
＜実施例１～３及び比較例１～１０＞
２５℃環境において、表１に記載のシランカップリング剤２ｇにイオン交換水を加えて１ｋｇとし、１０分間攪拌した。次に、表１に記載のｐＨとなるように、表１に記載の酸を添加して、金属表面処理剤を得た。なお、比較例１は、金属表面処理剤による表面処理を行わなかった例である。

【0043】

２．表面処理金属材料の製造
金属材料として、鋼板（ＴＰ技研株式会社製のＳＰＣＣ材（サイズ１５０×７０×０．８ｍｍ））を用意した。まず、予備脱脂として、ヘキサンを染みこませたウエスで金属材料表面を拭いた。次に、本脱脂として、貴和化学薬品製「アルキレンＦ７００Ｋ」の３％水溶液（６０℃）中に、金属材料を１０分間浸漬した後、水洗した。次に、金属材料を各金属表面処理剤（２５℃）に浸漬させ、金属材料を揺らしながら１分間の表面処理を行った。金属表面処理剤から金属材料を取り出し、水切りした後、ドライヤーを用いて温風乾燥させることで表面処理を行った。

【0044】

３．金属材料の塗装
表面処理後の金属材料表面について、大日本塗料株式会社製のメラミンアルキド樹脂系塗料（デリユン＃３００、５分艶５Ｙ９/０.５）を塗布し、１４０℃で２０分間焼付けを行い、塗膜厚が２０～３０μｍの塗装を行った。なお、比較例１では、金属材料の表面処理を行わずに塗装し、２５℃環境で１日間静置した。

【0045】

４．塗膜の密着性評価
塗装した金属材料表面の塗膜にクロスカット（１ｍｍ間隔）を入れ、試験温度３５℃、空気飽和器温度４７℃、塩水濃度５％の条件にて、スガ試験器製のＳＴＰ－９０Ｖを用いて、クロスカットした塗膜に対する塩水の吹きかけ２４時間後の塗膜の剥離幅（mm）に基づいて、塗膜の密着性を評価した。密着製評価は、塗膜のクロスカットの上に粘着テープ（ニチバン（株）製のセロハン粘着テープ、ＣＴ４０５ＡＰ－２４）を貼り付けた後、剥離を行い、塗膜が剥がれた幅（ｍｍ）を測定した。結果を表１に示す。

【0046】

【表1】

【0047】

実施例及び比較例で使用した酸のｐＫａ（ｐＫａ１）を表２に示す。

【0048】

【表2】