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粉体塗料および粉体塗装方法
説明

粉体塗料および粉体塗装方法

【課題】 塗膜の金属部材との密着性に優れ、塗膜外観上の問題および塗膜欠陥の問題も解決し、かつ耐食性の向上した塗装品を与えることが可能な粉体塗料、および該粉体塗料を用いる塗装方法を提供する。
【解決手段】 化成処理されたアルミニウムフレークを含むことを特徴とする粉体塗料、およびこの粉体塗料を、金属部材に静電塗装することを特徴とする粉体塗装方法である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、粉体塗料および粉体塗装方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、金属部材への塗膜の密着性に優れ、かつ耐食性の向上した塗装品を与えることが可能な粉体塗料、および該粉体塗料を用いる金属部材の粉体塗装方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
金属への耐食性付与技術として、環境を配慮した粉体塗装が広く行われている。この粉体塗装に用いられる粉体塗料は、有機溶剤または水のような液体溶剤を使用せずに粉末の状態で塗装する塗料で、しいていえば空気を溶剤とした塗料であるともいえる。
【0003】
粉体塗料は、溶剤類を一切使用しないため火災の危険がなく、固形分100%の塗料であり、塗料は回収して再使用できるので、塗装に際して塗料の損失が少ない。また粉体塗料は、一度に厚く塗れ、100〜1000μmの塗膜厚が1回塗りで得られるなどの長所を持っている。したがって、使用分野、適用範囲も徐々に拡大しており、使用される粉体塗料についても、各種防食顔料、フィラーが添加され、性能向上が図られている。
例えば、特許文献1には、フィラーとしてアルミニウムフレークを含有し、メッキ調のメタリック色を発色させるのに適した粉体塗料組成物が開示されている。
【0004】
しかしながら、フィラーとしてアルミニウムフレークを用いた粉体塗料組成物においては、塗料成分とフィラー粒子であるアルミニウムフレーク表面との親和性が低いことに起因して、フィラー粒子間に塗料成分が流入しにくく、塗膜とした際の欠陥の形成や、耐食性低下、塗膜と被塗物(金属部材)との密着性低下などが生じやすいという問題があり、その解決が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2010−189598号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、このような事情のもとで、塗膜の金属部材との密着性に優れ、塗膜外観上の問題および塗膜欠陥の問題も解決し、かつ耐食性の向上した塗装品を与えることが可能な粉体塗料、および該粉体塗料を用いる金属部材の塗装方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、化成処理されたアルミニウムフレークを含む粉体塗料、および該粉体塗料を用いて、金属部材を静電塗装する粉体塗装方法により、その目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明は、
(1) 化成処理されたアルミニウムフレークを含むことを特徴とする粉体塗料、
(2) 化成処理されたアルミニウムフレークが、平均厚み(t)0.01〜1μm、平均長径5〜40μmである、(1)項に記載の粉体塗料、
(3) 化成処理されたアルミニウムフレークの含有量が粉体塗料100体積%に対して1.0〜3.5体積%である、(1)項または(2)項に記載の粉体塗料、
(4) さらに亜鉛粒子を含む、(1)〜(3)項のいずれか1項に記載の粉体塗料、
(5) 亜鉛粒子が化成処理されていないものまたは化成処理されたものである、(4)項に記載の粉体塗料、
(6) 化成処理されたアルミニウムフレークと亜鉛粒子との合計含有量が粉体塗料100体積%に対して6〜28体積%である、(4)項または(5)項に記載の粉体塗料、
(7) 化成処理されたアルミニウムフレークの体積VAlに対する亜鉛粒子の体積VZnの比率VZn/VAlが1/1〜17/1である、(4)〜(6)項のいずれか1項に記載の粉体塗料、
(8) 化成処理がリン酸塩処理である、(1)〜(3)、(5)〜(7)項のいずれか1項に記載の粉体塗料、
(9) リン酸塩処理がリン酸亜鉛処理またはリン酸アルミニウム処理である、(8)項に記載の粉体塗料、
(10) (1)〜(9)項のいずれか1項に記載の粉体塗料を金属部材に静電塗装することを特徴とする粉体塗装方法、
(11) 金属部材が化成処理されたものである、(10)項に記載の粉体塗装方法、および
(12) 金属部材が鋼材である、(10)項または(11)項に記載の粉体塗装方法、
を提供するものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、塗膜の金属部材との密着性に優れ、塗膜外観上の問題および塗膜欠陥の問題も解決し、かつ耐食性の向上した塗装品を与えることが可能な粉体塗料、および該粉体塗料を金属部材に静電塗装する粉体塗装方法を提供することができた。
【発明を実施するための形態】
【0010】
[粉体塗料]
まず、本発明の粉体塗料について説明する。
本発明の粉体塗料は、化成処理されたアルミニウムフレーク(以下、化成処理アルミニウムフレークと称することがある)を含むことを特徴とする。
【0011】
本発明の粉体塗料において必須成分として用いられる化成処理アルミニウムフレークは、特定の薬剤を用いてアルミニウムフレークを化成処理して得られたものであり、特に薬剤としてリン酸塩を用いてアルミニウムフレークを化成処理して得られたものが好ましい。リン酸塩としてはリン酸アルミニウム、リン酸亜鉛などが好ましく用いられる。
【0012】
アルミニウムフレークのリン酸塩を用いる化成処理は、例えばアルミニウムフレークをアセトンなどの有機溶剤で脱脂処理し、乾燥した後、適宜量のアルミニウムフレークをリン酸塩含有処理液中に加え、常温〜50℃の温度で、1〜5分間程度浸漬処理した後、乾燥させることにより行うのが好ましい。
【0013】
このようにして得られた化成処理アルミニウムフレーク表面の化成処理皮膜の厚さは化成処理条件により変動するが、通常0.05〜3μm、好ましくは0.1〜1μmである。
【0014】
本発明の粉体塗料は、アルミニウムフレークを化成処理して得た化成処理アルミニウムフレークを用いることにより、アルミニウムフレークの表面と粉体塗料における塗膜形成成分である樹脂との親和性が向上し、塗装品の塗膜欠陥発生を抑制すると共に、アルミニウムフレークの表面が保護されて変質しにくいので、塗膜の耐食性が向上し塗膜の光沢を長時間保持することができる。
【0015】
化成処理が施されるアルミニウムフレークとしては、特に限定されるものではなく塗料用として用いられるものの純度は99.5%以上が好適である。
【0016】
化成処理アルミニウムフレークは、平均厚み(t)が0.01〜1μm、平均長径が5〜40μmであるものが好ましい。
【0017】
平均厚み(t)の好ましい範囲が0.01〜1μmである理由は、0.01μm未満であると、機械的強度が不足してアルミニウムフレークが折れやすくなり、一方、1μmを超えると、光の反射を弱め、光沢性が低下するのに対し、0.01〜1μmであると、このような問題が少ないからである。平均厚み(t)は0.05〜0.8μmであるのがより好ましく、0.1〜0.5μmであるのが特に好ましい。ここに平均厚み(t)は、電子顕微鏡を用いて測定されるものである。
【0018】
平均長径の好ましい範囲が5〜40μmである理由は、5μm未満であると、光沢性が不十分であり、一方、40μmを超えると、塗膜表面にブツが生じるのに対し、5〜40μmであると、このような問題が少ないからである。平均長径は5〜30μmであるのがより好ましく、5〜20μmであるのが特に好ましい。ここに平均長径は、電子顕微鏡を用いて測定されるものである。
【0019】
化成処理アルミニウムフレークの含有量は粉体塗料100体積%に対して1.0〜3.5体積%であるのが好ましい。
【0020】
化成処理アルミニウムフレークの含有量が1.0体積%未満であると、塗膜外観上の問題が生じやすく、一方、3.5体積%を超えると、塗膜欠陥が形成しやすくなるのに対し、1.0〜3.5体積%であるとこのような問題が少ないからである。
【0021】
本発明の粉体塗料は、必須成分である化成処理アルミニウムフレークとともに、必要により亜鉛粒子を含むことができる。
【0022】
この亜鉛粒子の平均粒子径(D50)は、1〜15μm程度であることが好ましい。平均粒子径(D50)が1μm未満であると、必要な膜厚が得られなくなり、一方、15μmを超えると、耐食性が低下するのに対し、1〜15μmであると、このような問題が少ないからである。より好ましい平均粒子径(D50)は1〜10μmの範囲である。
【0023】
本発明の粉体塗料に必要に応じて含有される亜鉛粒子は、化成処理されていないものおよび化成処理されたもののいずれも用いることができる。
【0024】
亜鉛粒子の化成処理は、上述のアルミニウムフレークの化成処理と同様に、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウムを用いて行うのが好ましく、亜鉛粒子の前処理および化成処理の条件も、アルミニウムフレークの代わりに亜鉛粒子を用いたこと以外はアルミニウムフレークの前処理および化成処理の条件と同様である。
【0025】
このようにして得られた化成処理された亜鉛粒子表面の化成処理皮膜の厚さは、通常0.05〜3μm、好ましくは0.1〜1μmである。
【0026】
本発明の粉体塗料において、化成処理アルミニウムフレークと亜鉛粒子とを用いる場合、化成処理アルミニウムフレークと亜鉛粒子との合計含有量が粉体塗料100体積%に対して6〜28体積%であるのが好ましい。6体積%未満では、耐食性の向上が期待できず、28体積%を超えると、塗膜欠陥が形成しやすくなるのに対し、6〜28体積%であると、このような問題が少ないからである。化成処理アルミニウムフレークと亜鉛粒子との合計含有量は10〜24体積%であるのがより好ましく、14〜22体積%であるのが特に好ましい。
【0027】
また化成処理アルミニウムフレークの体積VAlに対する亜鉛粒子の体積VZnの比率VZn/VAlは、化成処理アルミニウムフレークの含有量が少ないと塗膜外観上の問題が生じやすく、アルミニウムフレークの含有量が多い場合には塗膜欠陥が発生しやすいことから、1/1〜17/1であることが好ましく、1/1〜14/1がより好ましく、1/1〜10/1が特に好ましい。
【0028】
本発明の粉体塗料は、必須成分として、前述の化成処理アルミニウムフレークを、任意成分として亜鉛粒子を含むものであるが、塗膜形成成分として、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂が通常用いられる。熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂などが挙げられ、熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、熱硬化性ポリウレタン系樹脂、熱硬化性アクリル系樹脂などが挙げられるが、防湿性、さび止め性、防食性の持続性の観点から、金属部材表面への焼付け硬化が行える点で、熱硬化性樹脂が好ましい。なお、熱硬化性樹脂を含む粉体塗料においては、必要に応じ、含有される熱硬化性樹脂に応じた硬化剤を含むことができる。
【0029】
本発明の粉体塗料の平均粒径は、静電塗装性、塗膜形成性の観点から、10〜100μmであることが好ましく、20〜80μmであることがより好ましく、30〜60μmであることがさらに好ましい。
【0030】
[粉体塗装方法]
次に、本発明の粉体塗装方法について説明する。
本発明の粉体塗装方法は、前述した本発明の粉体塗料を金属部材に静電塗装することを特徴とする。
【0031】
本発明の粉体塗装方法が適用される金属部材を構成する金属としては、構造材、機械部品などとして使用される全ての金属や合金などが挙げられるが、特に多量に使用される鉄、アルミニウム、銅が好適であり、中でも鉄(鋼材)が代表的な金属である。
【0032】
これらの金属部材は、粉体塗装が施される前に表面に付着している油分を除去するための脱脂処理、脱脂後の水洗処理、後工程である化成処理における化成皮膜の形成を良好に行うための表面調整処理、および、防食性や耐摩耗性を向上させるための化成処理(例えばリン酸塩化成処理)、および化成処理後の水洗処理という塗装前処理工程が通常施される。本発明の粉体塗装方法においては、金属部材として、化成処理されたものを用いることができる。
【0033】
粉体塗装方法としては、静電塗装法および流動浸漬塗装法があるが、塗着効率が高く、また均一に塗装できる点などから、本発明の粉体塗装方法においては、静電塗装法が用いられる。この静電塗装法は、接地した被塗物(金属部材)を陽極、塗料噴霧装置を陰極として高電圧を与え、両極間に静電場を作り、その中に塗料を飛散させて帯電せしめ、反対極である被塗物に吸引させて塗膜を作る方法である。
【0034】
静電塗装法は、電気的吸引作用によって塗料を付着させることから、塗料のロスが少なく、肉のりの悪い突出部や周辺部で厚い塗膜が得られる上、作業に人手をほとんど要しないなどの利点がある。静電粉体塗装機としては、市販のものを利用することができる。またその後の粉体塗装後の焼付け処理は、大気中で、150〜200℃で20〜60分行えばよい。
【0035】
このようにして、金属部材上に、密着性および耐食性に優れた塗膜を形成することができる。この塗膜の厚さは、用途によって異なるが、通常20〜150μm程度、好ましくは30〜100μmである。
【実施例】
【0036】
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。
【0037】
なお、実施例、比較例で得られた塗膜の性能は、以下に示す方法に従って評価した。
(1)密着性
JIS K 5600−5−6に準拠して基盤目試験を行い、密着性を評価した。
(2)耐食性
JIS K 2371に準拠して、240時間の塩水噴霧試験を行い、耐食性を評価した。
(3)光沢度
JIS Z 8741、JIS K 5600−4−7に準拠して、ハンディ型光沢計(日本電色工業社製、機種名「PG−1M」)を用い、角度60°にて測定した。光沢保持率は、上記耐食性試験前後の光沢度測定結果を用いて以下の式より求めた。
光沢保持率(%)=(試験後の光沢度/試験前の光沢度)×100
(4)塗膜外観
目視観察により、優れて良好(◎)、良好(○)、不良(×)の評価を行った。
【0038】
実施例1
(1)粉体塗料の作製
アルミニウムフレーク(平均長径15μm、平均厚み(t)0.2μm、大和金属粉工業社製、商品名「スーパーファインNo.22000」) 50gをアセトンにて脱脂処理し、乾燥後、リン酸亜鉛処理液(日本パーカライジング社製、商品名「BT−3004」)250ml中に40℃で2分間浸漬したのち、純水で洗浄し、次いで80℃で8時間乾燥処理して、化成処理アルミニウムフレークを得た。
次に、この化成処理アルミニウムフレークをエポキシ樹脂(トウペ社製、商品名「トアパウダー♯1000」)に二軸押出機にて110℃で混練して分散混合し、化成処理アルミニウムフレーク1.0体積%を含有する塊状樹脂を得た。この塊状樹脂をピンミルにて粉砕し、平均粒径55μmの粉体塗料を作製した。
【0039】
(2)粉体塗料塗装品の作製
被塗物である金属部材として、鉄系部材である熱間圧延鋼板(SPHC板:100mm×100mm×3.6mm)を用い、これをアセトンで洗浄した後、表面調整処理(日本パーカライジング社製、商品名「PL−4031」液中に25℃30秒浸漬)、次いでリン酸亜鉛処理(日本パーカライジング社製、商品名「BT−3004」液中に45℃3分浸漬)を行って皮膜質量3g/mのリン酸亜鉛皮膜を形成させた。
次に、リン酸亜鉛処理後の熱間圧延鋼板に上記(1)で作製した粉体塗料を、コロナ自動ガン(旭サナック社製、機種名「X−2a」、コロナ帯電方式)にて、塗付したのち、大気加熱炉にて、180℃、30分間焼付け処理を行い、厚さ70μmの塗膜を有する粉体塗料塗装品を得た。塗膜の性能評価結果を表1に示す。
【0040】
比較例1
実施例1の(1)において、リン酸亜鉛処理アルミニウムフレークの代わりに、リン酸亜鉛処理をしていないアルミニウムフレークを用いた以外は、実施例1と同様な操作を行い、厚さ70μmの塗膜を有する粉体塗料塗装品を得た。塗膜の性能評価結果を表1に示す。
【0041】
【表1】

【0042】
実施例1および比較例1の結果より、化成処理アルミニウムフレークを用いた塗装品は、化成処理していないアルミニウムフレークを用いた塗装品に比べて、光沢保持率が優れていることが明らかとなった。
【0043】
実施例2
実施例1において、化成処理アルミニウムフレークの代わりに、化成処理アルミニウムフレークとともに、アセトンにて脱脂処理し乾燥して得た亜鉛粒子(平均粒子径7μm、高純度化学研究所社製、商品名「ZNE01PB」)を用い、化成処理アルミニウムフレークの含有量(VAl体積%)、亜鉛粒子の含有量(VZn体積%)、両者の合計含有量(VAl+VZn)および両者の比率(VZn/VAl)を表2に示すように設定した以外は、実施例1と同様な操作を行って7種類の粉体塗料を作製し、得られた粉体塗料を用いて、厚さ70μmの塗膜を有する粉体塗料塗装品を得た。塗膜の性能評価結果を表2に示す。
【0044】
【表2】

【0045】
実施例3
実施例2において、化成処理をしていない亜鉛粒子の代わりに、実施例1におけるアルミニウムフレークの化成処理と同様なリン酸亜鉛処理(亜鉛粉末150gに対して、リン酸亜鉛処理液250ml使用)を行って得た化成処理亜鉛粒子を用いた以外は、実施例1と同様な操作を行って7種類の粉体塗料を作製し、得られた粉体塗料を用いて、厚さ70μmの塗膜を有する粉体塗料塗装品を得た。塗膜の性能評価結果を表3に示す。
【0046】
【表3】

【0047】
比較例2
実施例2において、化成処理アルミニウムフレークの代わりに、アセトンで脱脂処理後、化成処理をしていないアルミニウムフレークを用いた以外は、実施例2と同様な操作を行って5種類の粉体塗料を作製し、得られた粉体塗料を用いて、厚さ70μmの塗膜を有する粉体塗料塗装品を得た。塗膜の性能評価結果を表4に示す。
【0048】
【表4】

【0049】
表2、表3および表4の結果より、下記のことが明らかとなった。
(i)化成処理アルミニウムフレークの体積%(VAl)と亜鉛粒子の体積%(VZn)との合計含有量(VAl+VZn)が、本発明の所望範囲6〜28体積%に含まれる6.0〜28.0体積%であり、比率(VZn/VAl)が、本発明の所望範囲である1/1〜17/1に含まれる1.4/1〜16.7/1である実施例2および実施例3においては、亜鉛粒子が化成処理されていない場合(表2の実施例2)および化成処理されている場合(表3の実施例3)のいずれにおいても塗膜の密着性試験、耐食性試験、塗膜外観、耐食性試験前と後の光沢度、光沢保持率のいずれにおいても優れているが、化成処理した亜鉛粒子を用いた表3の実施例3が化成処理されていない亜鉛粒子を用いた表2の実施例2よりも耐食性試験後の光沢度、光沢保持率に優れている。
【0050】
(ii)実施例2において、化成処理アルミニウムフレークの代わりに化成処理されていないアルミニウムフレークを用いた表4の比較例2においては、すべての試験項目が実施例2に比べて劣っていた。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明の粉体塗料は、塗膜の金属部材との密着性に優れ、塗膜外観上および塗膜欠陥も解決し、かつ耐食性の向上した塗装品を与えることが可能であり、例えば自動車用ディスクブレーキのブレーキパッドやドラムブレーキのバッキングプレートなどの塗装に好適に適用できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
化成処理されたアルミニウムフレークを含むことを特徴とする粉体塗料。
【請求項2】
化成処理されたアルミニウムフレークが、平均厚み(t)0.01〜1μm、平均長径5〜40μmである、請求項1に記載の粉体塗料。
【請求項3】
化成処理されたアルミニウムフレークの含有量が粉体塗料100体積%に対して1.0〜3.5体積%である、請求項1または2に記載の粉体塗料。
【請求項4】
さらに亜鉛粒子を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の粉体塗料。
【請求項5】
亜鉛粒子が化成処理されていないものまたは化成処理されたものである、請求項4に記載の粉体塗料。
【請求項6】
化成処理されたアルミニウムフレークと亜鉛粒子との合計含有量が粉体塗料100体積%に対して6〜28体積%である、請求項4または5に記載の粉体塗料。
【請求項7】
化成処理されたアルミニウムフレークの体積VAlに対する亜鉛粒子の体積VZnの比率VZn/VAlが1/1〜17/1である、請求項4〜6のいずれか1項に記載の粉体塗料。
【請求項8】
化成処理がリン酸塩処理である、請求項1〜3、5〜7のいずれか1項に記載の粉体塗料。
【請求項9】
リン酸塩処理がリン酸亜鉛処理またはリン酸アルミニウム処理である、請求項8に記載の粉体塗料。
【請求項10】
請求項1〜9のいずれか1項に記載の粉体塗料を金属部材に静電塗装することを特徴とする粉体塗装方法。
【請求項11】
金属部材が化成処理されたものである、請求項10に記載の粉体塗装方法。
【請求項12】
金属部材が鋼材である、請求項10または11に記載の粉体塗装方法。

【公開番号】特開2013−14701(P2013−14701A)
【公開日】平成25年1月24日(2013.1.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−148988(P2011−148988)
【出願日】平成23年7月5日(2011.7.5)
【出願人】(000000516)曙ブレーキ工業株式会社 (621)
【Fターム(参考)】