化成処理鋼板
【課題】樹脂層との密着性に優れた化成処理鋼板、およびこれを用いてなるラミネート鋼板または塗装鋼板を提供する。
【解決手段】Ｚｎを含むめっき層を有する亜鉛系めっき鋼板と、前記めっき層の上に設けられた化成処理皮膜を含む化成処理鋼板であって、前記めっき層は、表面に、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属および前記金属の酸化物を含み、前記化成処理皮膜は、バルブメタル酸化物または水酸化物と、多価フェノール化合物を含む化成処理鋼板を用いる。
【解決手段】Ｚｎを含むめっき層を有する亜鉛系めっき鋼板と、前記めっき層の上に設けられた化成処理皮膜を含む化成処理鋼板であって、前記めっき層は、表面に、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属および前記金属の酸化物を含み、前記化成処理皮膜は、バルブメタル酸化物または水酸化物と、多価フェノール化合物を含む化成処理鋼板を用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化成処理鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
めっき層にＺｎを含む亜鉛系めっき鋼板は、建材、自動車、家電などの各分野で幅広く使用されている。特に、クロメート処理がなされた亜鉛系めっき鋼板は、耐食性、塗膜との密着性、フィルムとの密着性に優れることから、当該鋼板の上に樹脂フィルムをラミネートしたラミネート鋼板として、家電製品の筐体等の外観が重視される用途に使用されている。
【０００３】
ところで、近年、環境適合性の観点からクロメート処理に代わり、非クロム系処理が行われるようなってきた。例えば特許文献１には、めっき鋼板にリン酸塩皮膜が形成された化成処理鋼板が開示されている。
しかしながら、非クロム系処理を施した亜鉛めっき鋼板に塩化ビニル樹脂フィルムをラミネートしたラミネート鋼板は、クロメート処理が施された亜鉛めっき鋼板に塩化ビニル樹脂フィルムをラミネートした鋼板に比べて、フィルム密着性が劣るという問題があった。この点を改善するために、特許文献２には、リン酸塩皮膜の厚みおよびリン酸塩結晶サイズを特定の範囲に調整してなる化成処理鋼板が開示されている。この構成により、化成処理鋼板とフィルムとの密着性が向上するとされているが、その機構については一切開示がない。
【特許文献１】特開昭６０−２９４７６号公報
【特許文献２】特開２００６−２７４３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、非クロム系処理を施した亜鉛系めっき鋼板と、樹脂との密着性について予備的に検討した。その結果、特許文献２に開示のラミネート鋼板や、公知の方法で非クロム処理された亜鉛系めっき鋼板を用いたラミネート鋼板は、高温多湿の環境で使用した際に、塗膜との密着性、フィルムとの密着性が不十分となることを見出した。さらに、発明者らは、高温多湿下におけるフィルムや接着剤や塗膜との密着性（以下単に「樹脂層との密着性」ともいう）の低下の原因が、化成処理皮膜とめっき層表面との密着性不足に起因していることを見出した。
【０００５】
従って、樹脂層との密着性に優れた化成処理鋼板からなるラミネート鋼板または塗装鋼板（以下ラミネート鋼板または塗装鋼板を合わせて「ラミネート鋼板等」ともいう）が望まれていたものの、このような化成処理鋼板またはラミネート鋼板等は提案されてこなかった。
かかる事情に鑑み、本発明は、樹脂層との密着性に優れた化成処理鋼板、およびこれを用いてなるラミネート鋼板または塗装鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは、鋭意研究の結果、亜鉛系めっき鋼板に特定の化成処理を施した化成処理鋼板が上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、上記課題は、以下の本発明により解決される。
【０００７】
［１］Ｚｎを含むめっき層を有する亜鉛系めっき鋼板と、前記めっき層の上に設けられた化成処理皮膜を含む化成処理鋼板であって、
前記めっき層は、表面に、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属および前記金属の酸化物を有し、
前記化成処理皮膜は、バルブメタル酸化物または水酸化物と、多価フェノール化合物を含む、化成処理鋼板。
［２］前記化成処理皮膜は、単位面積当たりのバルブメタル元素の含有量が１〜１５０ｍｇ／ｍ２であり、かつ、前記多価フェノール化合物と前記バルブメタル元素の質量比が１〜１５である、［１］に記載の化成処理鋼板。
［３］前記多価フェノール化合物は、タンニンまたはタンニン酸類である［１］または［２］に記載の化成処理鋼板。
［４］前記バルブメタル酸化物または水酸化物は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷから選ばれた１種以上のバルブメタルの酸化物または水酸化物である、［１］〜［３］いずれかに記載の化成処理鋼板。
［５］前記めっき層は、ＡｌおよびＭｇをさらに含む、［１］〜［４］いずれかに記載の化成処理鋼板。
［６］前記［１］に記載の化成処理鋼板を含むラミネート鋼板または塗装鋼板。
［７］前記［１］に記載の化成処理鋼板を製造する方法であって、
（Ａ）亜鉛系めっき鋼板を準備する工程と、
（Ｂ）前記鋼板のめっき層表面にＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属、または前記金属の酸化物を形成する表面調整工程と、
（Ｃ）前記表面調整工程で得た鋼板に、バルブメタル化合物と多価フェノール化合物を含む化成処理液を塗布して乾燥させる工程を含む、化成処理皮膜の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、樹脂層との密着性に優れた化成処理鋼板、およびこれを用いてなるラミネート鋼板または塗装鋼板を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
１．化成処理鋼板
化成処理鋼板とは鋼板表面に化成処理が施された鋼板である。本発明の化成処理鋼板はＺｎを含むめっき層を有する亜鉛系めっき鋼板と、前記めっき層の上に設けられた化成処理皮膜を含む。前記めっき層は、表面に、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属および前記金属の酸化物を有し、前記化成処理皮膜は、バルブメタル酸化物または水酸化物と、多価フェノール化合物を含むことを特徴とする。めっき層とは、鋼板の上にめっきにより形成される金属層である。
【００１０】
（１）亜鉛系めっき鋼板
本発明の亜鉛系めっき鋼板（以下単に「めっき鋼板」ともいう）は、Ｚｎ含むめっき層、またはＺｎとＺｎ以外の金属を含むめっき層を有する。ＺｎとＺｎ以外の金属を含むめっき層の例には、Ｚｎ−Ｍｇめっき層、Ｚｎ−Ａｌめっき層、Ｚｎ−Ｎｉめっき層およびＺｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき層が含まれる。本発明の亜鉛系めっき鋼板は、電気めっき、溶融めっき、または蒸着めっき等を施して得られる。また、本発明の亜鉛系めっき鋼板には、溶融めっきした後に、加熱して合金化処理を施した合金化亜鉛めっき鋼板も含まれる。
【００１１】
本発明のめっき鋼板としては、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき浴を用いて製造された溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板が好ましい。後述するように、本発明の化成処理液がフッ素化合物を含有する場合に、めっき層表面にＡｌおよびＭｇのフッ化物を含む反応層が形成され、化成処理皮膜とめっき層表面との密着力をより高められるからである。
【００１２】
溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板は公知の方法で得てよいが、Ａｌを２．５〜１５質量％、Ｍｇを２．０〜４．０質量％含み、残部が実質的にＺｎである合金めっき浴を用いた溶融めっき法で製造されることが好ましい。また、外観および耐食性に悪影響を与えるＺｎ１１Ｍｇ２相の生成・成長を抑制するためにＴｉ、Ｂ、Ｔｉ−Ｂ合金またはＴｉ、Ｂ含有化合物をめっき浴に添加することがより好ましい。これらの金属または化合物の添加量は、めっき浴に対し、金属換算にして、Ｔｉが０．００１〜０．１質量％、Ｂが０．００１〜０．０４５質量％とすることが好ましい。Ｔｉ、Ｂが過剰であると、めっき層に析出物が生成することがある。さらに、加工時の素地鋼とめっき層との密着性を向上させるため、めっき層と素地鋼との界面におけるＡｌ−Ｆｅ合金層の成長を抑制する作用のあるＳｉを０．００５〜０．５質量％の範囲で添加してもよい。
【００１３】
本発明の亜鉛系めっき鋼板は、表面にＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属、または前記金属の酸化物が形成されている。以下、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属を「Ｎｉ等」と、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属の酸化物を「Ｎｉ酸化物等」と呼ぶことがある。また、表面にＮｉ等およびＮｉ酸化物等が形成されていることを「表面調整がなされている」ということがある。
表面に「Ｎｉ等」または「Ｎｉ酸化物等」を形成する方法は特に限定されないが、公知の方法に準じて行うことが好ましい（例えば特開２００４−２３８６９９号公報）。本発明においては、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉを含む硫酸塩水溶液、あるいはＦｅ、ＣｏまたはＮｉを含む硝酸水溶液をめっき鋼板に塗布した後に、水洗して乾燥することが好ましい。前記水溶液を塗布する方法も特に限定されないが、水溶液をめっき鋼板表面にスプレーする方法や、水溶液にめっき鋼板を浸漬して行えばよい。
【００１４】
めっき層表面に存在するＮｉ等は、めっき層の主成分であるＺｎよりも貴であるため、Ｚｎが溶出しやすくなり、めっき層表面がエッチングされる。その結果、めっき層表面積が大きくなり、めっき層表面の上に形成される化成処理皮膜との密着性が向上する。またＮｉ等はＺｎより表面電位が高いため、極性基を有する多価フェノール化合物との親和性が高い。よって、本発明のめっき層は化成処理皮膜との密着性により優れる。
【００１５】
Ｎｉ、ＦｅまたはＣｏの酸化物における２価のＮｉ、ＦｅまたはＣｏは、Ｚｎより配位結合の安定性が高い。従って、これらの金属は、化成処理膜中のフェノール化合物と強固なキレートを形成するものと推察される。本発明では後述するとおり、分子内に２以上の多価フェノール化合物を用いるため、より強固なキレートが生成する。以上から、本発明の化成処理鋼板はめっき層と化成処理膜の密着性に優れる。めっき層表面のＦｅ、ＣｏまたはＮｉの状態はＥＳＣＡ分析により確認できる。
【００１６】
また、Ｎｉ等とＮｉ酸化物等の合計の付着量は、金属元素換算にして０．１〜５０ｍｇ／ｍ２であることが好ましい。前記付着量が０．１ｍｇ／ｍ２未満であると、化成処理皮膜とめっき層表面との密着性が十分でないことがある。前記付着量が、５０ｍｇ／ｍ２を超えると、めっき層表面のＮｉ等の量が多くなりすぎ、めっき層成分の溶出が顕著になるため裸耐食性が低下することがある。裸耐食性とはめっき鋼板や化成処理鋼板の耐食性である。本発明においては、ラミネート鋼板等の耐食性と区別するために、めっき鋼板や化成処理鋼板の耐食性を裸耐食性と呼ぶことがある。Ｎｉ等とＮｉ酸化物等の合計の付着量は、前記水溶液中のＮｉ等の濃度や、処理温度および処理時間により制御できる。Ｎｉ等とＮｉ酸化物等の合計の付着量は、ＩＣＰ分析等により確認できる。
【００１７】
（２）化成処理皮膜
本発明の化成処理皮膜は多価フェノール化合物を含む。多価フェノール化合物とは、分子内にフェノール性水酸基を２以上含む化合物をいう。本発明の多価フェノール化合物は、その水酸基が、後述するとおり、バルブメタル水酸化物等の他の化合物と縮合して化成処理皮膜に存在することがある。よって、本発明において「化成処理皮膜は多価フェノール化合物を含む」とは、化成処理皮膜中に多価フェノール化合物が他の化合物と縮合して存在していることも意味する。
【００１８】
多価フェノール化合物の例には、タンニン、タンニン酸類、ハイドロキノン、カテコール、フロログルシノール、カテキン類、ロイコアントシアニン類、およびクロロゲン類が含まれる。中でも、本発明の多価フェノール化合物としては、タンニンまたはタンニン酸類が好適である。多価フェノール化合物は前述の通り、めっき層との密着性に優れるが、特にタンニンまたはタンニン酸類は、化成処理皮膜の上に形成される樹脂層との密着性により優れるからである。
【００１９】
タンニンとは、植物界に分布する多数のフェノール性水酸基を有する芳香族化合物をいう。タンニンは、フラバノール骨格が重合した縮合型タンニンと、加水分解して生成した芳香族有機酸が糖とデプシド結合してなる加水分解型タンニンがあるが、本発明においてはいずれを用いてもよく、これらの一部が加水分解されたものを用いてもよい。
タンニン酸とは、ｍ−ガロイル没食子酸であり、タンニンを加水分解して得られる。タンニン酸類とは、ｍ−ガロイル没食子酸またはこの誘導体をいう。タンニンとタンニン酸類を合わせて、以下「タンニン等」ということがある。タンニン等は、化成処理皮膜の上に塗布される接着剤等の樹脂層が極性基を有する場合に、樹脂層と極めて良好な密着性を示す。タンニン等には、結晶状のものや樹脂状のものが存在するが、いずれも分子量が高いため、化成処理皮膜において膜のマトリックスを形成する。
カテキンとは、３，３’，４’，５，７−ペンタヒドロキシフラバンであり、カテキン類とはその誘導体をいう。
【００２０】
本発明の化成処理皮膜は、バルブメタルの酸化物または水酸化物を含む。バルブメタルとは、一般に、その酸化物が高絶縁性で整流作用を示す金属をいう。バルブメタルの酸化物または水酸化物（以下「バルブメタル酸化物等」ともいう）は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷから選ばれた１種以上のバルブメタルの酸化物または水酸化物であることが好ましい。バルブメタル酸化物等は、高い絶縁性を有するため電子の移動を妨げる。よって、バルブメタル酸化物等を含む本発明の化成処理皮膜は、化成処理鋼板が置かれている雰囲気中の水分に含まれている溶存酸素と、めっき層や下地鋼との酸化反応を抑制し、めっき鋼板の裸耐食性を向上させる。前記表面調整が施されためっき鋼板は、めっき層表面が活性であるため、裸耐食性が十分でないことが懸念されるが、本発明の化成処理鋼板は、前記の通りバルブメタル酸化物等を含む化成処理皮膜を有し、かつ化成処理皮膜とめっき層表面が強固に密着しているため裸耐食性に優れる。裸耐食性に優れた化成処理鋼板は、化成処理皮膜の上に形成される樹脂層との密着性、特に高温高湿下にさらされた際の密着性に優れる。
【００２１】
また、バルブメタル水酸化物は、加熱等により化成処理皮膜に含まれる多価フェノール化合物と脱水縮合反応できるため、緻密でバリアー性の高い化成処理皮膜を形成できる。
さらに、化成処理皮膜の多価フェノール化合物は有機化合物であるため、化成処理鋼板の上に形成される樹脂層との密着性にも優れる。
【００２２】
すなわち、本発明の化成処理鋼板は、バリアー性の高い化成処理皮膜を有し、当該化成処理皮膜とめっき層表面、および樹脂層の親和性に優れるため、化成処理鋼板の上に形成される樹脂層との密着性、特に高温高湿下における前記樹脂層との密着性に優れる。
【００２３】
後述するとおり、バルブメタル水酸化物は、他の化合物と縮合して化成処理皮膜に存在しうる。よって、本発明において「化成処理皮膜がバルブメタル水酸化物を含む」とは、化成処理皮膜中にバルブメタル水酸化物が他の化合物と縮合して存在していることも意味する。
【００２４】
本発明の化成処理皮膜にバルブメタル酸化物等を含ませる方法は特に限定されない。例えば、所望の量のバルブメタル酸化物またはバルブメタル水酸化物を含む化成処理液を調製して、これをめっき鋼板に塗布して乾燥させればよい。しかしながら、本発明においては、バルブメタル元素を含むバルブメタル化合物を含む化成処理液を調製し、これを表面調整されためっき鋼板に塗布して乾燥させ、この間にバルブメタル化合物をバルブメタル酸化物またはバルブメタル水酸化物に化学変化させることが好ましい。この方法で製造された化成処理鋼板は、その上に接着される樹脂層とめっき鋼板の密着性に極めて優れるからである。
【００２５】
この理由は次のように推察される。
化成処理時には、めっき層からのめっき成分の溶出にともない電子が放出される。当該電子は、バルブメタル化合物よりも、化成処理液中の水素イオンを主として還元する。その結果、めっき層と化成処理液の界面におけるｐＨは上昇する。よって、バルブメタル化合物の一部は水酸化物となる。バルブメタル水酸化物は、化成処理における乾燥過程で加熱され、多価フェノール化合物と脱水縮合反応する。よって密でバリアー性の高い化成処理皮膜が形成される。さらに、化成処理液中のバルブメタル化合物の一部は、前記処理において酸化物となるため、前述の通り、高い絶縁性を化成処理皮膜に付与する。
【００２６】
従来、表面調整がなされためっき層表面に、本発明以外の非クロム系化成処理が施された化成処理鋼板（以下単に「従来の非クロム系化成処理鋼板」ともいう）は、表面調整がなされためっき層表面にクロメート処理が施された化成処理鋼板（以下単に「クロメート化成処理鋼板」ともいう）に比べて、裸耐食性が劣るとされてきた。これは、クロメート化成処理鋼板は、化成処理おいて放出された電子が６価クロムを３価クロムに還元し、化成処理皮膜中に難溶性の三価Ｃｒ化合物を形成するのに対し、従来の非クロム系化成処理鋼板は、前記電子により裸耐食性の向上に寄与する化合物を生成しないからであると考えられる。
しかし、本発明の化成処理鋼板は、上記の通り、放出された電子に起因して、裸耐食性の向上に寄与するバルブメタル水酸化物が生成されるため、従来の非クロム系化成処理鋼板とは異なり、優れた裸耐食性を有する。ただし、メカニズムはこれに限定されない。
【００２７】
本発明で用いられるバルブメタル化合物の好ましい例には、以下の化合物が含まれる。
Ｈ２ＴｉＦ6、ＫnＴｉＦ6（Ｋはアルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、ｎは１または２である）、Ｋ2[ＴｉＯ(ＣＯＯ)2]、(ＮＨ4)2ＴｉＦ6、ＴｉＣｌ4、ＴｉＯＳＯ4、Ｔｉ(ＳＯ4)2、Ｔｉ(ＯＨ)4等のＴｉ化合物。
【００２８】
Ｈ２ＺｒＦ6、(ＮＨ4)2ＺｒＦ6、Ｚｒ(ＳＯ4)2、（ＮＨ４）２ＺｒＯ（ＣＯ３）２等のＺｒ化合物。
【００２９】
（ＮＨ４）６Ｍｏ７Ｏ２４、Ｋ２（ＭｏＯ２Ｆ４）等のＭｏ化合物。
【００３０】
その他、（ＮＨ４）２ＶＯ３、Ｎａ２ＷＯ４（ＮＨ４）２ＴｉＦ６、ＴｉＯＳＯ４ＶＦ４、Ｋ５ＮｂＦ７等の化合物。
【００３１】
この中でも入手の容易さ等から、バルブメタル化合物としては、Ｈ２ＴｉＦ6、(ＮＨ4)2ＴｉＦ6、Ｔｉ(ＳＯ4)2、Ｈ２ＺｒＦ6、Ｚｒ(ＳＯ4)2、Ｋ２（ＭｏＯ２Ｆ４）、または（ＮＨ４）２ＶＯ３がより好ましい。バルブメタル化合物として、前記の化合物を２種以上併用してもよい。
【００３２】
本発明の化成処理皮膜における、単位面積当たりのバルブメタル元素の含有量は、１〜１５０ｍｇ／ｍ２であることが好ましい。単位面積当たりのバルブメタル元素の含有量は、単位面積当たりのバルブメタル酸化物等の含有量の金属換算量と同義である。前記含有量が１ｍｇ／ｍ２未満ではめっき層表面を十分に被覆できないため、化成処理鋼板の裸耐食性が低下し、ラミネート鋼板や塗装鋼板としたときのフィルム密着性や塗膜密着性が低下することがある。前記付着量が、１５０ｍｇ／ｍ２を超えると、化成処理皮膜中の可溶性成分が多くなりすぎるため、高温多湿下での塗膜密着性およびフィルム密着性が低下することがある。化成処理皮膜における単位面積当たりのバルブメタル元素の含有量は、ＩＣＰ等の分析により求められる。
【００３３】
本発明の化成処理皮膜における、多価フェノール化合物とバルブメタル元素の質量比は、１〜１５であることが好ましい。前記質量比が１未満であると、ラミネート鋼板等としたときのめっき鋼板と樹脂層との十分な密着性が得られないことがある。また、前記質量比が１５を超えると、化成処理皮膜中にＮｉ等とキレートを形成しないフェノール化合物が多くなり、化成処理鋼板の耐水性が低下することがある。このため、ラミネート鋼板等としたときのめっき鋼板と樹脂層との密着性が不十分となることがある。
【００３４】
化成処理皮膜における多価フェノール化合物の含有量は、例えば化成処理皮膜から多価フェノール化合物を抽出して、その量をクロマトグラフィー等で定量することにより求めてよい。一方、化成処理皮膜におけるバルブメタル元素の含有量は前述の通り求められるので、双方の値から化成処理皮膜における多価フェノール化合物とバルブメタル元素の質量比の含有量が求められる。
【００３５】
ところで、化成処理皮膜には、化成処理や加工において皮膜欠陥部が形成され、その部分を基点にして腐食が生じることがある。そのため本発明においては、化成処理皮膜にバルブメタル化合物の水溶性フッ化物（「バルブメタルフッ化物」ともいう）を含有させることが好ましい。バルブメタルフッ化物は化成処理皮膜に自己修復作用機能を付与する。すなわち、バルブメタルフッ化物は、雰囲気中の水分に溶解し、皮膜欠陥部から露出している下地鋼の表面に難溶性の酸化物または水酸化物となって再析出し、皮膜欠陥部を被覆する。
【００３６】
化成処理皮膜にバルブメタルフッ化物を含ませるには、化成処理液にバルブメタルフッ化物を含ませればよい。すなわち、バルブメタル化合物として、Ｈ２ＴｉＦ６やＨ２ＺｒＦ６や（ＮＨ４）２ＴｉＦ６等の、バルブメタル元素とフッ素元素を含む化合物を用いることが好ましい。
また、フッ素化合物と前記バルブメタル化合物を含む化成処理液を調製し、化成処理中にフッ素とバルブメタルを反応させて、バルブメタルフッ化物を皮膜中に生成させてもよい。この場合のフッ素化合物の例には、ＮＨ４ＦやＭＦ６が含まれる（Ｍは金属元素）。
【００３７】
さらに、本発明の化成処理液がフッ素化合物を含む場合に、めっき層にＡｌおよびＭｇのフッ化物を含むめっき鋼板を用いると、前述の通り、めっき層表面にＦとＡｌとＭｇを含む反応層が形成され、化成処理皮膜とめっき層表面との密着力をより高められる。
【００３８】
化成処理皮膜の厚みは特に限定されないが、化成処理皮膜が薄すぎると化成処理鋼板の裸耐食性が十分でないことがある。一方、化成処理皮膜が厚すぎても化成処理皮膜性能は飽和してしまう。以上から化成処理皮膜は０．０１〜２μｍとすることが好ましい。
【００３９】
２．化成処理鋼板の製造方法
本発明の化成処理鋼板は発明の効果を損なわない範囲で任意に製造されうるが、以下好ましい製造方法を説明する。
【００４０】
本発明の化成処理鋼板は、（Ａ）亜鉛系めっき鋼板を準備する工程と、（Ｂ）前記鋼板のめっき層表面にＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属、または前記金属の酸化物を形成する表面調整工程と、（Ｃ）前記表面調整工程で得た鋼板に、バルブメタル化合物と多価フェノール化合物を含む化成処理液を塗布して乾燥させる工程を含む方法で製造されることが好ましい。
【００４１】
（Ａ）工程
本工程では、亜鉛系めっき鋼板を準備する。準備する手段は特に限定されないが、既に述べたとおりの方法で準備することが好ましい。
【００４２】
（Ｂ）工程
本工程では、前記めっき鋼板の表面調整を行う。表面調整は、既に述べたとおり、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉを含む処理液を調製して、これを鋼板表面にスプレー等により塗布し、乾燥させて行えばよい。
【００４３】
（Ｃ）工程
本工程では、前記表面調整がなされた鋼板に、バルブメタル化合物と多価フェノール化合物を含む化成処理液を塗布して乾燥させる。化成処理液は、ロールコート法、スピンコート法、スプレー法などでめっき鋼板のめっき層の上に塗布される。塗布後、水洗することなく塗布膜を乾燥して、めっき層の上に化成処理皮膜を形成する。本発明においては、処理液を塗布して得た未乾燥の膜を「塗布膜」、塗布膜を乾燥させたものを「化成処理皮膜」という。塗布膜の乾燥温度は特に限定されないが、バルブメタル化合物の反応を促進させるため、１００℃以上が好ましく、１５０℃以上がより好ましい。過度に高温で乾燥すると、多価フェノール化合物が分解して化成処理皮膜の性能が低下するため、乾燥温度の上限は２００℃が好ましい。
化成処理液の各成分の含有量は、化成処理皮膜としたときに既に述べたとおりの含有量になるように適宜調整される。
【００４４】
３．ラミネート鋼板、塗装鋼板
本発明の化成処理鋼板は、ラミネート鋼板または塗装鋼板として用いられる。既に述べたとおり、化成処理鋼板の上に形成される、塗膜、フィルムまたは接着剤との密着性に優れるからである。
【００４５】
ラミネート鋼板とは、鋼板の上に樹脂フィルム層を形成してなる鋼板である。図１は、本発明のラミネート鋼板の一例を示す断面図である。図１中、１は鋼板、２は表面調整がなされためっき層、３は化成処理皮膜、４は接着剤層、５は樹脂フィルム層である。めっき鋼板の上に樹脂フィルム層を形成する方法は特に限定されないが、接着剤を用いて、鋼板の上に樹脂フィルムを接着する方法が好ましい。樹脂フィルムの例には、塩化ビニルフィルムやポリエステルフィルムが含まれる。接着剤の例には、エポキシ系接着剤やウレタン系接着剤が含まれる。
【００４６】
塗装鋼板とは、鋼板の上に塗膜を形成してなる鋼板である。塗膜は公知の方法で形成してよいが、その例には、メラミン系塗料、エポキシ系塗料、アクリル系塗料、ウレタン系塗料を塗装する方法が含まれる。
【実施例】
【００４７】
［実施例１Ａ、１Ｂ］
電気亜鉛めっき鋼板（板厚：０．５ｍｍ、片面めっき付着量：１０ｇ／ｍ2）と、溶融Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇめっき鋼板（板厚：０．５ｍｍ、片面めっき付着量：６０ｇ／ｍ2）を準備した。前者をめっき鋼板Ａと、後者をめっき鋼板Ｂとした。
各めっき鋼板に脱脂処理、水洗処理を施した。
【００４８】
次に、表１に示す水溶液を調製した。例えば、水溶液１は、４０℃の純水に、硫酸第一鉄を、Ｆｅ元素濃度が２ｇ／Ｌとなるように混合して得た。具体的には、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ４）は分子量が１５１．９であるため、純水１Ｌに対して、硫酸第一鉄を５．４４ｇ混合することにより、表１に示す水溶液１を得た。
【００４９】
このようにして得た水溶液１に、前記めっき鋼板ＡとＢをそれぞれ浸漬した。浸漬時間を２〜９０ｓの間で変化させて、付着量を調整した。浸漬後のめっき鋼板は、水洗処理、乾燥処理が施された。
【００５０】
１Ｌの純水に、Ｈ２ＴｉＦ６を、Ｔｉ元素換算で３ｇ／Ｌになるように混合した。さらに当該混合液に、多価フェノール化合物としてタンニン酸（大日本住友製薬製）を４５ｇ混合して、タンニン酸の質量と前記Ｔｉ元素量の比が１５である表２に示す化成処理液４を得た。このようにして得た化成処理液を、バーコーターを用いて、前記表面調整がなされためっき鋼板に塗布した。この際、塗膜の単位面積当たりのバルブメタル化合物の含有量が、Ｔｉ元素換算で８０ｍｇ／ｍ２となるように、膜厚を調整した。続いて当該めっき鋼板を、到達板温が１００℃となるようにオーブンにて乾燥し、化成処理鋼板を得た。
このようにして得た化成処理鋼板から試験片を切り出し、以下に示すようにして、裸耐食性、塗膜密着性およびフィルム密着性を評価した。結果を表３に示す。
【００５１】
（１）裸耐食性試験
試験片の端面にシールを施し、ＪＩＳＺ２３７１に準拠して３５℃のＮａＣｌ水溶液を試験片に噴霧した。８ｈおよび２４ｈ噴霧した後の試験片表面を観察し、白錆の発生面積率により、裸耐食性を評価した。この際、前記面積率が、１０面積％未満である場合を◎、１０以上〜２０面積％未満である場合を○、２０以上〜５０面積％未満である場合を△、５０面積％以上である場合を×と評価した。
裸耐食性は、めっき層表面と化成処理皮膜の密着性の指標となる。
【００５２】
（２）塗膜密着性試験
試験片表面に、メラミンアルキド塗料を塗装して、膜厚３０μｍの塗膜を形成し、塗装鋼板を得た。この塗装鋼板を沸騰水に４ｈ浸せきした後、ＪＩＳ Ｋ ５４００に準じ、碁盤目試験を行い、塗膜残存率を観察した。この際、塗膜残存率が９０％以上である場合を◎、８０以上〜９０％未満である場合を○、６０以上〜８０％未満である場合を△、６０％未満である場合を×として塗膜密着性を評価した。
【００５３】
（３）フィルム密着性試験
試験片表面にエポキシ系接着剤を塗布し、塩化ビニルフィルムを貼り合わせ、ラミネート鋼板を得た。このラミネート鋼板を、沸騰水に４ｈ浸せきした後、フィルムの先端を強制的に引き剥がす試験を行い、剥離強度を測定した。剥離強度が１００（Ｎ／４０ｍｍ）以上である場合を◎、１００未満〜８０（Ｎ／４０ｍｍ）以上である場合を○、８０未満〜６０（Ｎ／４０ｍｍ）以上である場合を△、６０（Ｎ／４０ｍｍ）未満である場合を×として評価した。
【００５４】
［実施例２〜１６］
表１に示す水溶液１〜３および表２に示す化成処理液１〜１１を用い、実施例１と同様にして、化成処理皮膜を製造した。次に、実施例１と同様にして、裸耐食性、塗膜密着性およびフィルム密着性を評価した。結果を表３に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
タンニン酸 大日本住友製薬（株）製
カテコール 山陽資材（株）製
カテキン 長良サイエンス（株）製
【００５７】
【表３】
【００５８】
表３から明らかな通り、本発明の化成処理鋼板は、高温高湿下での裸耐食性、および樹脂層との密着性に優れる。特に、化成処理皮膜中のバルブメタル含有量、および多価フェノール化合物とバルブメタル含有量の比が特定の範囲にある実施例１〜１２の化成処理鋼板は、高温高湿下での裸耐食性、樹脂層との密着性に極めて優れることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の化成処理鋼板は高温高湿下での裸耐食性、および樹脂層との密着性に優れるため、塗装鋼板やラミネート鋼板として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明のラミネート鋼板の一例を示す断面図
【符号の説明】
【００６１】
１ 鋼板
２ 表面調整がなされためっき層
３ 化成処理皮膜
４ 接着剤層
５ 樹脂フィルム層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化成処理鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
めっき層にＺｎを含む亜鉛系めっき鋼板は、建材、自動車、家電などの各分野で幅広く使用されている。特に、クロメート処理がなされた亜鉛系めっき鋼板は、耐食性、塗膜との密着性、フィルムとの密着性に優れることから、当該鋼板の上に樹脂フィルムをラミネートしたラミネート鋼板として、家電製品の筐体等の外観が重視される用途に使用されている。
【０００３】
ところで、近年、環境適合性の観点からクロメート処理に代わり、非クロム系処理が行われるようなってきた。例えば特許文献１には、めっき鋼板にリン酸塩皮膜が形成された化成処理鋼板が開示されている。
しかしながら、非クロム系処理を施した亜鉛めっき鋼板に塩化ビニル樹脂フィルムをラミネートしたラミネート鋼板は、クロメート処理が施された亜鉛めっき鋼板に塩化ビニル樹脂フィルムをラミネートした鋼板に比べて、フィルム密着性が劣るという問題があった。この点を改善するために、特許文献２には、リン酸塩皮膜の厚みおよびリン酸塩結晶サイズを特定の範囲に調整してなる化成処理鋼板が開示されている。この構成により、化成処理鋼板とフィルムとの密着性が向上するとされているが、その機構については一切開示がない。
【特許文献１】特開昭６０−２９４７６号公報
【特許文献２】特開２００６−２７４３２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、非クロム系処理を施した亜鉛系めっき鋼板と、樹脂との密着性について予備的に検討した。その結果、特許文献２に開示のラミネート鋼板や、公知の方法で非クロム処理された亜鉛系めっき鋼板を用いたラミネート鋼板は、高温多湿の環境で使用した際に、塗膜との密着性、フィルムとの密着性が不十分となることを見出した。さらに、発明者らは、高温多湿下におけるフィルムや接着剤や塗膜との密着性（以下単に「樹脂層との密着性」ともいう）の低下の原因が、化成処理皮膜とめっき層表面との密着性不足に起因していることを見出した。
【０００５】
従って、樹脂層との密着性に優れた化成処理鋼板からなるラミネート鋼板または塗装鋼板（以下ラミネート鋼板または塗装鋼板を合わせて「ラミネート鋼板等」ともいう）が望まれていたものの、このような化成処理鋼板またはラミネート鋼板等は提案されてこなかった。
かかる事情に鑑み、本発明は、樹脂層との密着性に優れた化成処理鋼板、およびこれを用いてなるラミネート鋼板または塗装鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは、鋭意研究の結果、亜鉛系めっき鋼板に特定の化成処理を施した化成処理鋼板が上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、上記課題は、以下の本発明により解決される。
【０００７】
［１］Ｚｎを含むめっき層を有する亜鉛系めっき鋼板と、前記めっき層の上に設けられた化成処理皮膜を含む化成処理鋼板であって、
前記めっき層は、表面に、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属および前記金属の酸化物を有し、
前記化成処理皮膜は、バルブメタル酸化物または水酸化物と、多価フェノール化合物を含む、化成処理鋼板。
［２］前記化成処理皮膜は、単位面積当たりのバルブメタル元素の含有量が１〜１５０ｍｇ／ｍ２であり、かつ、前記多価フェノール化合物と前記バルブメタル元素の質量比が１〜１５である、［１］に記載の化成処理鋼板。
［３］前記多価フェノール化合物は、タンニンまたはタンニン酸類である［１］または［２］に記載の化成処理鋼板。
［４］前記バルブメタル酸化物または水酸化物は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷから選ばれた１種以上のバルブメタルの酸化物または水酸化物である、［１］〜［３］いずれかに記載の化成処理鋼板。
［５］前記めっき層は、ＡｌおよびＭｇをさらに含む、［１］〜［４］いずれかに記載の化成処理鋼板。
［６］前記［１］に記載の化成処理鋼板を含むラミネート鋼板または塗装鋼板。
［７］前記［１］に記載の化成処理鋼板を製造する方法であって、
（Ａ）亜鉛系めっき鋼板を準備する工程と、
（Ｂ）前記鋼板のめっき層表面にＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属、または前記金属の酸化物を形成する表面調整工程と、
（Ｃ）前記表面調整工程で得た鋼板に、バルブメタル化合物と多価フェノール化合物を含む化成処理液を塗布して乾燥させる工程を含む、化成処理皮膜の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、樹脂層との密着性に優れた化成処理鋼板、およびこれを用いてなるラミネート鋼板または塗装鋼板を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
１．化成処理鋼板
化成処理鋼板とは鋼板表面に化成処理が施された鋼板である。本発明の化成処理鋼板はＺｎを含むめっき層を有する亜鉛系めっき鋼板と、前記めっき層の上に設けられた化成処理皮膜を含む。前記めっき層は、表面に、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属および前記金属の酸化物を有し、前記化成処理皮膜は、バルブメタル酸化物または水酸化物と、多価フェノール化合物を含むことを特徴とする。めっき層とは、鋼板の上にめっきにより形成される金属層である。
【００１０】
（１）亜鉛系めっき鋼板
本発明の亜鉛系めっき鋼板（以下単に「めっき鋼板」ともいう）は、Ｚｎ含むめっき層、またはＺｎとＺｎ以外の金属を含むめっき層を有する。ＺｎとＺｎ以外の金属を含むめっき層の例には、Ｚｎ−Ｍｇめっき層、Ｚｎ−Ａｌめっき層、Ｚｎ−Ｎｉめっき層およびＺｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき層が含まれる。本発明の亜鉛系めっき鋼板は、電気めっき、溶融めっき、または蒸着めっき等を施して得られる。また、本発明の亜鉛系めっき鋼板には、溶融めっきした後に、加熱して合金化処理を施した合金化亜鉛めっき鋼板も含まれる。
【００１１】
本発明のめっき鋼板としては、溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき浴を用いて製造された溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板が好ましい。後述するように、本発明の化成処理液がフッ素化合物を含有する場合に、めっき層表面にＡｌおよびＭｇのフッ化物を含む反応層が形成され、化成処理皮膜とめっき層表面との密着力をより高められるからである。
【００１２】
溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇめっき鋼板は公知の方法で得てよいが、Ａｌを２．５〜１５質量％、Ｍｇを２．０〜４．０質量％含み、残部が実質的にＺｎである合金めっき浴を用いた溶融めっき法で製造されることが好ましい。また、外観および耐食性に悪影響を与えるＺｎ１１Ｍｇ２相の生成・成長を抑制するためにＴｉ、Ｂ、Ｔｉ−Ｂ合金またはＴｉ、Ｂ含有化合物をめっき浴に添加することがより好ましい。これらの金属または化合物の添加量は、めっき浴に対し、金属換算にして、Ｔｉが０．００１〜０．１質量％、Ｂが０．００１〜０．０４５質量％とすることが好ましい。Ｔｉ、Ｂが過剰であると、めっき層に析出物が生成することがある。さらに、加工時の素地鋼とめっき層との密着性を向上させるため、めっき層と素地鋼との界面におけるＡｌ−Ｆｅ合金層の成長を抑制する作用のあるＳｉを０．００５〜０．５質量％の範囲で添加してもよい。
【００１３】
本発明の亜鉛系めっき鋼板は、表面にＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属、または前記金属の酸化物が形成されている。以下、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属を「Ｎｉ等」と、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属の酸化物を「Ｎｉ酸化物等」と呼ぶことがある。また、表面にＮｉ等およびＮｉ酸化物等が形成されていることを「表面調整がなされている」ということがある。
表面に「Ｎｉ等」または「Ｎｉ酸化物等」を形成する方法は特に限定されないが、公知の方法に準じて行うことが好ましい（例えば特開２００４−２３８６９９号公報）。本発明においては、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉを含む硫酸塩水溶液、あるいはＦｅ、ＣｏまたはＮｉを含む硝酸水溶液をめっき鋼板に塗布した後に、水洗して乾燥することが好ましい。前記水溶液を塗布する方法も特に限定されないが、水溶液をめっき鋼板表面にスプレーする方法や、水溶液にめっき鋼板を浸漬して行えばよい。
【００１４】
めっき層表面に存在するＮｉ等は、めっき層の主成分であるＺｎよりも貴であるため、Ｚｎが溶出しやすくなり、めっき層表面がエッチングされる。その結果、めっき層表面積が大きくなり、めっき層表面の上に形成される化成処理皮膜との密着性が向上する。またＮｉ等はＺｎより表面電位が高いため、極性基を有する多価フェノール化合物との親和性が高い。よって、本発明のめっき層は化成処理皮膜との密着性により優れる。
【００１５】
Ｎｉ、ＦｅまたはＣｏの酸化物における２価のＮｉ、ＦｅまたはＣｏは、Ｚｎより配位結合の安定性が高い。従って、これらの金属は、化成処理膜中のフェノール化合物と強固なキレートを形成するものと推察される。本発明では後述するとおり、分子内に２以上の多価フェノール化合物を用いるため、より強固なキレートが生成する。以上から、本発明の化成処理鋼板はめっき層と化成処理膜の密着性に優れる。めっき層表面のＦｅ、ＣｏまたはＮｉの状態はＥＳＣＡ分析により確認できる。
【００１６】
また、Ｎｉ等とＮｉ酸化物等の合計の付着量は、金属元素換算にして０．１〜５０ｍｇ／ｍ２であることが好ましい。前記付着量が０．１ｍｇ／ｍ２未満であると、化成処理皮膜とめっき層表面との密着性が十分でないことがある。前記付着量が、５０ｍｇ／ｍ２を超えると、めっき層表面のＮｉ等の量が多くなりすぎ、めっき層成分の溶出が顕著になるため裸耐食性が低下することがある。裸耐食性とはめっき鋼板や化成処理鋼板の耐食性である。本発明においては、ラミネート鋼板等の耐食性と区別するために、めっき鋼板や化成処理鋼板の耐食性を裸耐食性と呼ぶことがある。Ｎｉ等とＮｉ酸化物等の合計の付着量は、前記水溶液中のＮｉ等の濃度や、処理温度および処理時間により制御できる。Ｎｉ等とＮｉ酸化物等の合計の付着量は、ＩＣＰ分析等により確認できる。
【００１７】
（２）化成処理皮膜
本発明の化成処理皮膜は多価フェノール化合物を含む。多価フェノール化合物とは、分子内にフェノール性水酸基を２以上含む化合物をいう。本発明の多価フェノール化合物は、その水酸基が、後述するとおり、バルブメタル水酸化物等の他の化合物と縮合して化成処理皮膜に存在することがある。よって、本発明において「化成処理皮膜は多価フェノール化合物を含む」とは、化成処理皮膜中に多価フェノール化合物が他の化合物と縮合して存在していることも意味する。
【００１８】
多価フェノール化合物の例には、タンニン、タンニン酸類、ハイドロキノン、カテコール、フロログルシノール、カテキン類、ロイコアントシアニン類、およびクロロゲン類が含まれる。中でも、本発明の多価フェノール化合物としては、タンニンまたはタンニン酸類が好適である。多価フェノール化合物は前述の通り、めっき層との密着性に優れるが、特にタンニンまたはタンニン酸類は、化成処理皮膜の上に形成される樹脂層との密着性により優れるからである。
【００１９】
タンニンとは、植物界に分布する多数のフェノール性水酸基を有する芳香族化合物をいう。タンニンは、フラバノール骨格が重合した縮合型タンニンと、加水分解して生成した芳香族有機酸が糖とデプシド結合してなる加水分解型タンニンがあるが、本発明においてはいずれを用いてもよく、これらの一部が加水分解されたものを用いてもよい。
タンニン酸とは、ｍ−ガロイル没食子酸であり、タンニンを加水分解して得られる。タンニン酸類とは、ｍ−ガロイル没食子酸またはこの誘導体をいう。タンニンとタンニン酸類を合わせて、以下「タンニン等」ということがある。タンニン等は、化成処理皮膜の上に塗布される接着剤等の樹脂層が極性基を有する場合に、樹脂層と極めて良好な密着性を示す。タンニン等には、結晶状のものや樹脂状のものが存在するが、いずれも分子量が高いため、化成処理皮膜において膜のマトリックスを形成する。
カテキンとは、３，３’，４’，５，７−ペンタヒドロキシフラバンであり、カテキン類とはその誘導体をいう。
【００２０】
本発明の化成処理皮膜は、バルブメタルの酸化物または水酸化物を含む。バルブメタルとは、一般に、その酸化物が高絶縁性で整流作用を示す金属をいう。バルブメタルの酸化物または水酸化物（以下「バルブメタル酸化物等」ともいう）は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷから選ばれた１種以上のバルブメタルの酸化物または水酸化物であることが好ましい。バルブメタル酸化物等は、高い絶縁性を有するため電子の移動を妨げる。よって、バルブメタル酸化物等を含む本発明の化成処理皮膜は、化成処理鋼板が置かれている雰囲気中の水分に含まれている溶存酸素と、めっき層や下地鋼との酸化反応を抑制し、めっき鋼板の裸耐食性を向上させる。前記表面調整が施されためっき鋼板は、めっき層表面が活性であるため、裸耐食性が十分でないことが懸念されるが、本発明の化成処理鋼板は、前記の通りバルブメタル酸化物等を含む化成処理皮膜を有し、かつ化成処理皮膜とめっき層表面が強固に密着しているため裸耐食性に優れる。裸耐食性に優れた化成処理鋼板は、化成処理皮膜の上に形成される樹脂層との密着性、特に高温高湿下にさらされた際の密着性に優れる。
【００２１】
また、バルブメタル水酸化物は、加熱等により化成処理皮膜に含まれる多価フェノール化合物と脱水縮合反応できるため、緻密でバリアー性の高い化成処理皮膜を形成できる。
さらに、化成処理皮膜の多価フェノール化合物は有機化合物であるため、化成処理鋼板の上に形成される樹脂層との密着性にも優れる。
【００２２】
すなわち、本発明の化成処理鋼板は、バリアー性の高い化成処理皮膜を有し、当該化成処理皮膜とめっき層表面、および樹脂層の親和性に優れるため、化成処理鋼板の上に形成される樹脂層との密着性、特に高温高湿下における前記樹脂層との密着性に優れる。
【００２３】
後述するとおり、バルブメタル水酸化物は、他の化合物と縮合して化成処理皮膜に存在しうる。よって、本発明において「化成処理皮膜がバルブメタル水酸化物を含む」とは、化成処理皮膜中にバルブメタル水酸化物が他の化合物と縮合して存在していることも意味する。
【００２４】
本発明の化成処理皮膜にバルブメタル酸化物等を含ませる方法は特に限定されない。例えば、所望の量のバルブメタル酸化物またはバルブメタル水酸化物を含む化成処理液を調製して、これをめっき鋼板に塗布して乾燥させればよい。しかしながら、本発明においては、バルブメタル元素を含むバルブメタル化合物を含む化成処理液を調製し、これを表面調整されためっき鋼板に塗布して乾燥させ、この間にバルブメタル化合物をバルブメタル酸化物またはバルブメタル水酸化物に化学変化させることが好ましい。この方法で製造された化成処理鋼板は、その上に接着される樹脂層とめっき鋼板の密着性に極めて優れるからである。
【００２５】
この理由は次のように推察される。
化成処理時には、めっき層からのめっき成分の溶出にともない電子が放出される。当該電子は、バルブメタル化合物よりも、化成処理液中の水素イオンを主として還元する。その結果、めっき層と化成処理液の界面におけるｐＨは上昇する。よって、バルブメタル化合物の一部は水酸化物となる。バルブメタル水酸化物は、化成処理における乾燥過程で加熱され、多価フェノール化合物と脱水縮合反応する。よって密でバリアー性の高い化成処理皮膜が形成される。さらに、化成処理液中のバルブメタル化合物の一部は、前記処理において酸化物となるため、前述の通り、高い絶縁性を化成処理皮膜に付与する。
【００２６】
従来、表面調整がなされためっき層表面に、本発明以外の非クロム系化成処理が施された化成処理鋼板（以下単に「従来の非クロム系化成処理鋼板」ともいう）は、表面調整がなされためっき層表面にクロメート処理が施された化成処理鋼板（以下単に「クロメート化成処理鋼板」ともいう）に比べて、裸耐食性が劣るとされてきた。これは、クロメート化成処理鋼板は、化成処理おいて放出された電子が６価クロムを３価クロムに還元し、化成処理皮膜中に難溶性の三価Ｃｒ化合物を形成するのに対し、従来の非クロム系化成処理鋼板は、前記電子により裸耐食性の向上に寄与する化合物を生成しないからであると考えられる。
しかし、本発明の化成処理鋼板は、上記の通り、放出された電子に起因して、裸耐食性の向上に寄与するバルブメタル水酸化物が生成されるため、従来の非クロム系化成処理鋼板とは異なり、優れた裸耐食性を有する。ただし、メカニズムはこれに限定されない。
【００２７】
本発明で用いられるバルブメタル化合物の好ましい例には、以下の化合物が含まれる。
Ｈ２ＴｉＦ6、ＫnＴｉＦ6（Ｋはアルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、ｎは１または２である）、Ｋ2[ＴｉＯ(ＣＯＯ)2]、(ＮＨ4)2ＴｉＦ6、ＴｉＣｌ4、ＴｉＯＳＯ4、Ｔｉ(ＳＯ4)2、Ｔｉ(ＯＨ)4等のＴｉ化合物。
【００２８】
Ｈ２ＺｒＦ6、(ＮＨ4)2ＺｒＦ6、Ｚｒ(ＳＯ4)2、（ＮＨ４）２ＺｒＯ（ＣＯ３）２等のＺｒ化合物。
【００２９】
（ＮＨ４）６Ｍｏ７Ｏ２４、Ｋ２（ＭｏＯ２Ｆ４）等のＭｏ化合物。
【００３０】
その他、（ＮＨ４）２ＶＯ３、Ｎａ２ＷＯ４（ＮＨ４）２ＴｉＦ６、ＴｉＯＳＯ４ＶＦ４、Ｋ５ＮｂＦ７等の化合物。
【００３１】
この中でも入手の容易さ等から、バルブメタル化合物としては、Ｈ２ＴｉＦ6、(ＮＨ4)2ＴｉＦ6、Ｔｉ(ＳＯ4)2、Ｈ２ＺｒＦ6、Ｚｒ(ＳＯ4)2、Ｋ２（ＭｏＯ２Ｆ４）、または（ＮＨ４）２ＶＯ３がより好ましい。バルブメタル化合物として、前記の化合物を２種以上併用してもよい。
【００３２】
本発明の化成処理皮膜における、単位面積当たりのバルブメタル元素の含有量は、１〜１５０ｍｇ／ｍ２であることが好ましい。単位面積当たりのバルブメタル元素の含有量は、単位面積当たりのバルブメタル酸化物等の含有量の金属換算量と同義である。前記含有量が１ｍｇ／ｍ２未満ではめっき層表面を十分に被覆できないため、化成処理鋼板の裸耐食性が低下し、ラミネート鋼板や塗装鋼板としたときのフィルム密着性や塗膜密着性が低下することがある。前記付着量が、１５０ｍｇ／ｍ２を超えると、化成処理皮膜中の可溶性成分が多くなりすぎるため、高温多湿下での塗膜密着性およびフィルム密着性が低下することがある。化成処理皮膜における単位面積当たりのバルブメタル元素の含有量は、ＩＣＰ等の分析により求められる。
【００３３】
本発明の化成処理皮膜における、多価フェノール化合物とバルブメタル元素の質量比は、１〜１５であることが好ましい。前記質量比が１未満であると、ラミネート鋼板等としたときのめっき鋼板と樹脂層との十分な密着性が得られないことがある。また、前記質量比が１５を超えると、化成処理皮膜中にＮｉ等とキレートを形成しないフェノール化合物が多くなり、化成処理鋼板の耐水性が低下することがある。このため、ラミネート鋼板等としたときのめっき鋼板と樹脂層との密着性が不十分となることがある。
【００３４】
化成処理皮膜における多価フェノール化合物の含有量は、例えば化成処理皮膜から多価フェノール化合物を抽出して、その量をクロマトグラフィー等で定量することにより求めてよい。一方、化成処理皮膜におけるバルブメタル元素の含有量は前述の通り求められるので、双方の値から化成処理皮膜における多価フェノール化合物とバルブメタル元素の質量比の含有量が求められる。
【００３５】
ところで、化成処理皮膜には、化成処理や加工において皮膜欠陥部が形成され、その部分を基点にして腐食が生じることがある。そのため本発明においては、化成処理皮膜にバルブメタル化合物の水溶性フッ化物（「バルブメタルフッ化物」ともいう）を含有させることが好ましい。バルブメタルフッ化物は化成処理皮膜に自己修復作用機能を付与する。すなわち、バルブメタルフッ化物は、雰囲気中の水分に溶解し、皮膜欠陥部から露出している下地鋼の表面に難溶性の酸化物または水酸化物となって再析出し、皮膜欠陥部を被覆する。
【００３６】
化成処理皮膜にバルブメタルフッ化物を含ませるには、化成処理液にバルブメタルフッ化物を含ませればよい。すなわち、バルブメタル化合物として、Ｈ２ＴｉＦ６やＨ２ＺｒＦ６や（ＮＨ４）２ＴｉＦ６等の、バルブメタル元素とフッ素元素を含む化合物を用いることが好ましい。
また、フッ素化合物と前記バルブメタル化合物を含む化成処理液を調製し、化成処理中にフッ素とバルブメタルを反応させて、バルブメタルフッ化物を皮膜中に生成させてもよい。この場合のフッ素化合物の例には、ＮＨ４ＦやＭＦ６が含まれる（Ｍは金属元素）。
【００３７】
さらに、本発明の化成処理液がフッ素化合物を含む場合に、めっき層にＡｌおよびＭｇのフッ化物を含むめっき鋼板を用いると、前述の通り、めっき層表面にＦとＡｌとＭｇを含む反応層が形成され、化成処理皮膜とめっき層表面との密着力をより高められる。
【００３８】
化成処理皮膜の厚みは特に限定されないが、化成処理皮膜が薄すぎると化成処理鋼板の裸耐食性が十分でないことがある。一方、化成処理皮膜が厚すぎても化成処理皮膜性能は飽和してしまう。以上から化成処理皮膜は０．０１〜２μｍとすることが好ましい。
【００３９】
２．化成処理鋼板の製造方法
本発明の化成処理鋼板は発明の効果を損なわない範囲で任意に製造されうるが、以下好ましい製造方法を説明する。
【００４０】
本発明の化成処理鋼板は、（Ａ）亜鉛系めっき鋼板を準備する工程と、（Ｂ）前記鋼板のめっき層表面にＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属、または前記金属の酸化物を形成する表面調整工程と、（Ｃ）前記表面調整工程で得た鋼板に、バルブメタル化合物と多価フェノール化合物を含む化成処理液を塗布して乾燥させる工程を含む方法で製造されることが好ましい。
【００４１】
（Ａ）工程
本工程では、亜鉛系めっき鋼板を準備する。準備する手段は特に限定されないが、既に述べたとおりの方法で準備することが好ましい。
【００４２】
（Ｂ）工程
本工程では、前記めっき鋼板の表面調整を行う。表面調整は、既に述べたとおり、Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉを含む処理液を調製して、これを鋼板表面にスプレー等により塗布し、乾燥させて行えばよい。
【００４３】
（Ｃ）工程
本工程では、前記表面調整がなされた鋼板に、バルブメタル化合物と多価フェノール化合物を含む化成処理液を塗布して乾燥させる。化成処理液は、ロールコート法、スピンコート法、スプレー法などでめっき鋼板のめっき層の上に塗布される。塗布後、水洗することなく塗布膜を乾燥して、めっき層の上に化成処理皮膜を形成する。本発明においては、処理液を塗布して得た未乾燥の膜を「塗布膜」、塗布膜を乾燥させたものを「化成処理皮膜」という。塗布膜の乾燥温度は特に限定されないが、バルブメタル化合物の反応を促進させるため、１００℃以上が好ましく、１５０℃以上がより好ましい。過度に高温で乾燥すると、多価フェノール化合物が分解して化成処理皮膜の性能が低下するため、乾燥温度の上限は２００℃が好ましい。
化成処理液の各成分の含有量は、化成処理皮膜としたときに既に述べたとおりの含有量になるように適宜調整される。
【００４４】
３．ラミネート鋼板、塗装鋼板
本発明の化成処理鋼板は、ラミネート鋼板または塗装鋼板として用いられる。既に述べたとおり、化成処理鋼板の上に形成される、塗膜、フィルムまたは接着剤との密着性に優れるからである。
【００４５】
ラミネート鋼板とは、鋼板の上に樹脂フィルム層を形成してなる鋼板である。図１は、本発明のラミネート鋼板の一例を示す断面図である。図１中、１は鋼板、２は表面調整がなされためっき層、３は化成処理皮膜、４は接着剤層、５は樹脂フィルム層である。めっき鋼板の上に樹脂フィルム層を形成する方法は特に限定されないが、接着剤を用いて、鋼板の上に樹脂フィルムを接着する方法が好ましい。樹脂フィルムの例には、塩化ビニルフィルムやポリエステルフィルムが含まれる。接着剤の例には、エポキシ系接着剤やウレタン系接着剤が含まれる。
【００４６】
塗装鋼板とは、鋼板の上に塗膜を形成してなる鋼板である。塗膜は公知の方法で形成してよいが、その例には、メラミン系塗料、エポキシ系塗料、アクリル系塗料、ウレタン系塗料を塗装する方法が含まれる。
【実施例】
【００４７】
［実施例１Ａ、１Ｂ］
電気亜鉛めっき鋼板（板厚：０．５ｍｍ、片面めっき付着量：１０ｇ／ｍ2）と、溶融Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇめっき鋼板（板厚：０．５ｍｍ、片面めっき付着量：６０ｇ／ｍ2）を準備した。前者をめっき鋼板Ａと、後者をめっき鋼板Ｂとした。
各めっき鋼板に脱脂処理、水洗処理を施した。
【００４８】
次に、表１に示す水溶液を調製した。例えば、水溶液１は、４０℃の純水に、硫酸第一鉄を、Ｆｅ元素濃度が２ｇ／Ｌとなるように混合して得た。具体的には、硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ４）は分子量が１５１．９であるため、純水１Ｌに対して、硫酸第一鉄を５．４４ｇ混合することにより、表１に示す水溶液１を得た。
【００４９】
このようにして得た水溶液１に、前記めっき鋼板ＡとＢをそれぞれ浸漬した。浸漬時間を２〜９０ｓの間で変化させて、付着量を調整した。浸漬後のめっき鋼板は、水洗処理、乾燥処理が施された。
【００５０】
１Ｌの純水に、Ｈ２ＴｉＦ６を、Ｔｉ元素換算で３ｇ／Ｌになるように混合した。さらに当該混合液に、多価フェノール化合物としてタンニン酸（大日本住友製薬製）を４５ｇ混合して、タンニン酸の質量と前記Ｔｉ元素量の比が１５である表２に示す化成処理液４を得た。このようにして得た化成処理液を、バーコーターを用いて、前記表面調整がなされためっき鋼板に塗布した。この際、塗膜の単位面積当たりのバルブメタル化合物の含有量が、Ｔｉ元素換算で８０ｍｇ／ｍ２となるように、膜厚を調整した。続いて当該めっき鋼板を、到達板温が１００℃となるようにオーブンにて乾燥し、化成処理鋼板を得た。
このようにして得た化成処理鋼板から試験片を切り出し、以下に示すようにして、裸耐食性、塗膜密着性およびフィルム密着性を評価した。結果を表３に示す。
【００５１】
（１）裸耐食性試験
試験片の端面にシールを施し、ＪＩＳＺ２３７１に準拠して３５℃のＮａＣｌ水溶液を試験片に噴霧した。８ｈおよび２４ｈ噴霧した後の試験片表面を観察し、白錆の発生面積率により、裸耐食性を評価した。この際、前記面積率が、１０面積％未満である場合を◎、１０以上〜２０面積％未満である場合を○、２０以上〜５０面積％未満である場合を△、５０面積％以上である場合を×と評価した。
裸耐食性は、めっき層表面と化成処理皮膜の密着性の指標となる。
【００５２】
（２）塗膜密着性試験
試験片表面に、メラミンアルキド塗料を塗装して、膜厚３０μｍの塗膜を形成し、塗装鋼板を得た。この塗装鋼板を沸騰水に４ｈ浸せきした後、ＪＩＳ Ｋ ５４００に準じ、碁盤目試験を行い、塗膜残存率を観察した。この際、塗膜残存率が９０％以上である場合を◎、８０以上〜９０％未満である場合を○、６０以上〜８０％未満である場合を△、６０％未満である場合を×として塗膜密着性を評価した。
【００５３】
（３）フィルム密着性試験
試験片表面にエポキシ系接着剤を塗布し、塩化ビニルフィルムを貼り合わせ、ラミネート鋼板を得た。このラミネート鋼板を、沸騰水に４ｈ浸せきした後、フィルムの先端を強制的に引き剥がす試験を行い、剥離強度を測定した。剥離強度が１００（Ｎ／４０ｍｍ）以上である場合を◎、１００未満〜８０（Ｎ／４０ｍｍ）以上である場合を○、８０未満〜６０（Ｎ／４０ｍｍ）以上である場合を△、６０（Ｎ／４０ｍｍ）未満である場合を×として評価した。
【００５４】
［実施例２〜１６］
表１に示す水溶液１〜３および表２に示す化成処理液１〜１１を用い、実施例１と同様にして、化成処理皮膜を製造した。次に、実施例１と同様にして、裸耐食性、塗膜密着性およびフィルム密着性を評価した。結果を表３に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
【表２】
タンニン酸 大日本住友製薬（株）製
カテコール 山陽資材（株）製
カテキン 長良サイエンス（株）製
【００５７】
【表３】
【００５８】
表３から明らかな通り、本発明の化成処理鋼板は、高温高湿下での裸耐食性、および樹脂層との密着性に優れる。特に、化成処理皮膜中のバルブメタル含有量、および多価フェノール化合物とバルブメタル含有量の比が特定の範囲にある実施例１〜１２の化成処理鋼板は、高温高湿下での裸耐食性、樹脂層との密着性に極めて優れることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の化成処理鋼板は高温高湿下での裸耐食性、および樹脂層との密着性に優れるため、塗装鋼板やラミネート鋼板として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明のラミネート鋼板の一例を示す断面図
【符号の説明】
【００６１】
１ 鋼板
２ 表面調整がなされためっき層
３ 化成処理皮膜
４ 接着剤層
５ 樹脂フィルム層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎを含むめっき層を有する亜鉛系めっき鋼板と、前記めっき層の上に設けられた化成処理皮膜を含む化成処理鋼板であって、
前記めっき層は、表面に、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属および前記金属の酸化物を有し、
前記化成処理皮膜は、バルブメタル酸化物または水酸化物と、多価フェノール化合物を含む、化成処理鋼板。
【請求項２】
前記化成処理皮膜は、単位面積当たりのバルブメタル元素の含有量が１〜１５０ｍｇ／ｍ２であり、かつ、前記多価フェノール化合物と前記バルブメタル元素の質量比が１〜１５である、請求項１に記載の化成処理鋼板。
【請求項３】
前記多価フェノール化合物は、タンニンまたはタンニン酸類である請求項１記載の化成処理鋼板。
【請求項４】
前記バルブメタル酸化物または水酸化物は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷから選ばれた１種以上のバルブメタルの酸化物または水酸化物である、請求項１記載の化成処理鋼板。
【請求項５】
前記めっき層は、ＡｌおよびＭｇをさらに含む、請求項１記載の化成処理鋼板。
【請求項６】
請求項１記載の化成処理鋼板を含むラミネート鋼板または塗装鋼板。
【請求項７】
請求項１記載の化成処理鋼板を製造する方法であって、
（Ａ）亜鉛系めっき鋼板を準備する工程と、
（Ｂ）前記鋼板のめっき層表面にＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属、または前記金属の酸化物を形成する表面調整工程と、
（Ｃ）前記表面調整工程で得た鋼板に、バルブメタル化合物と多価フェノール化合物を含む化成処理液を塗布して乾燥させる工程を含む、化成処理皮膜の製造方法。
【請求項１】
Ｚｎを含むめっき層を有する亜鉛系めっき鋼板と、前記めっき層の上に設けられた化成処理皮膜を含む化成処理鋼板であって、
前記めっき層は、表面に、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属および前記金属の酸化物を有し、
前記化成処理皮膜は、バルブメタル酸化物または水酸化物と、多価フェノール化合物を含む、化成処理鋼板。
【請求項２】
前記化成処理皮膜は、単位面積当たりのバルブメタル元素の含有量が１〜１５０ｍｇ／ｍ２であり、かつ、前記多価フェノール化合物と前記バルブメタル元素の質量比が１〜１５である、請求項１に記載の化成処理鋼板。
【請求項３】
前記多価フェノール化合物は、タンニンまたはタンニン酸類である請求項１記載の化成処理鋼板。
【請求項４】
前記バルブメタル酸化物または水酸化物は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、ＭｏおよびＷから選ばれた１種以上のバルブメタルの酸化物または水酸化物である、請求項１記載の化成処理鋼板。
【請求項５】
前記めっき層は、ＡｌおよびＭｇをさらに含む、請求項１記載の化成処理鋼板。
【請求項６】
請求項１記載の化成処理鋼板を含むラミネート鋼板または塗装鋼板。
【請求項７】
請求項１記載の化成処理鋼板を製造する方法であって、
（Ａ）亜鉛系めっき鋼板を準備する工程と、
（Ｂ）前記鋼板のめっき層表面にＦｅ、ＣｏおよびＮｉから選ばれる１種以上の金属、または前記金属の酸化物を形成する表面調整工程と、
（Ｃ）前記表面調整工程で得た鋼板に、バルブメタル化合物と多価フェノール化合物を含む化成処理液を塗布して乾燥させる工程を含む、化成処理皮膜の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２００９−１７４０１０（Ｐ２００９−１７４０１０Ａ）
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４２７２（Ｐ２００８−１４２７２）
【出願日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
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