金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液、および自己析出被膜処理方法
【課題】従来の塗装工程と比較して工程長を短縮し、スラッジ等の環境に有害な副生成物をほとんど生じず、袋構造部内部のつきまわり性に優れ、クロム化合物のような環境に有害な成分を使用せず、耐食性を有し、かつ得られた塗膜の上に更に焼き付け塗装を重ね塗り可能な自己析出被膜処理用表面処理液の提供。
【解決手段】少なくとも１種のタンニンと、フェノール性ヒドロキシル基及び／又はフェノール核と熱硬化反応可能な架橋基を有する少なくとも１種の架橋剤と、第二鉄イオンと、溶解型フッ素元素と、酸化剤とを含む水溶液であって、前記タンニンと前記架橋剤との固形分質量濃度比が１：１から１：１０の範囲であり、前記溶解型フッ素元素のモル濃度が前記第二鉄イオンの少なくとも３倍であり、かつ、ｐＨが２から６であることを特徴とする、金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【解決手段】少なくとも１種のタンニンと、フェノール性ヒドロキシル基及び／又はフェノール核と熱硬化反応可能な架橋基を有する少なくとも１種の架橋剤と、第二鉄イオンと、溶解型フッ素元素と、酸化剤とを含む水溶液であって、前記タンニンと前記架橋剤との固形分質量濃度比が１：１から１：１０の範囲であり、前記溶解型フッ素元素のモル濃度が前記第二鉄イオンの少なくとも３倍であり、かつ、ｐＨが２から６であることを特徴とする、金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車車体や自動車部品、スチール家具、および家電製品のように耐食性が必要とされ、かつ用途に応じて塗料の重ね塗りが施されることがある鉄系金属材料表面に、単独でも十分な耐食性を有し、かつ塗料の重ね塗りが可能な有機塗膜を化学反応で析出させるための自己析出被膜処理用表面処理液、自己析出被膜処理方法、および自己析出被膜を有する金属材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料を使用した工業製品は、一部の特別な用途、および材料を除き、そのほとんどが塗装されている。塗装の目的は、美観の向上もさることながら、金属の宿命である酸化、すなわち腐食を防止することである。ここで、金属材料に用いられる塗料は、その塗装方法や成分で様々に分類することができ、被塗装材料に要求される性能や可能な塗装方法によって選定される。ここで、自動車車体のように、被塗装材料が複雑な構造を有し、かつ高度な耐食性を要求される場合には、つきまわり性と称される袋構造部内部の塗膜厚の確保が重要である。
【０００３】
袋構造部内部の耐食性を確保するために用いられる一般的な方法は、塗装下地用の化成処理であるリン酸亜鉛処理とカチオン電着塗装の組み合わせである。何れの方法も、被塗装材料を処理浴に浸漬して化成処理、および塗装を行うため、袋構造部内部までも化成処理液、および塗料と接触させることができる。しかしながら、リン酸亜鉛処理工程は、湯洗→予備脱脂→脱脂→多段水洗（通常２から３段）→表面調整→皮膜化成→多段水洗（通常２から３段）→イオン交換水洗であり、さらにカチオン電着塗装工程は、電着塗装→多段水洗（通常３から５段）→イオン交換水洗→焼き付けであるため、その処理工程は非常に長く、例えば自動車車体の場合には200mを超える工程長となる。
【０００４】
リン酸亜鉛処理工程においては、従来から知られている通り、皮膜析出反応の副反応であるリン酸鉄スラッジの発生が避けられず、環境問題の観点から改良が望まれている。また、昨今のカチオン電着塗料は改良されてはいるものの、塗膜が電解によって析出し、析出した塗膜の電気抵抗によって塗膜がつきまわっていくメカニズム上、初期に塗膜が析出する外板部と遅れて塗膜が析出する袋構造部内部との膜厚差の発生は避けては通れない課題である。
【０００５】
そこで、化学反応によって有機塗膜を析出させることで、工程短縮を図りつつ、リン酸鉄スラッジ発生の問題と袋構造部内部の塗膜厚の問題を解決すべく技術が古くから提案されており、このような組成物はオートデポジション組成物、または自己析出組成物、または自己沈着組成物と称されている。
【０００６】
例えば、特許文献１は、塩化ビニリデンコポリマーを用いたオートデポジション組成物に関するものである。塩化ビニリデン樹脂は、防湿性、耐湿性、およびガスバリア性が非常に優れるため、塗膜とした際の腐食に対する抑制作用が非常に大きい。しかしながら、塩化ビニリデン樹脂は周知の通り耐熱性が非常に低い。そこで、特許文献１には、塩化ビニリデンモノマーをコモノマーたとえばアクリル系コモノマーと共重合させ、鎖中に熱により安定なコモノマーを挿入することで耐熱性を改善できることが開示されている。しかしながら、鎖中に安定な部位を挿入しても、塩化ビニリデン基本構造の耐熱性の低さは根本的に改善できない。従って、塩化ビニリデンを用いたオートデポジション技術は、高温に晒される環境で使用される金属材料には使用できないばかりか、オートデポジション塗膜の上に、焼き付け塗装による重ね塗りが出来ない問題点を有していた。
【０００７】
塩化ビニリデンを使用しないオートデポジション組成物も数多く開示されている。塩化ビニリデン以外にオートデポジション組成物に用いられる樹脂成分の例としては、特許文献２，３および４に引用されるとおり、スチレンブタジエン、アクリル重合体およびその共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリルブタジエンおよびウレタン樹脂が開示されている。
【０００８】
しかしながら、何れの方法においてもオートデポジション塗膜の耐食性は、塩化ビニリデンを用いたものと比較すると著しく低かった。そこで、耐食性を向上させるためには、特許文献３に示される通り、現在では環境問題の観点から使用が規制されるクロム化合物を使用した後処理をオートデポジション塗装の後に施す必要があった。
【０００９】
そこで、近年になって特許文献５に示される通り、エポキシ樹脂と架橋剤とを組み合わせたオートデポジション組成物が提案された。しかしながら、本発明者らが前記発明の効果を検証した結果、エポキシ樹脂を使用したオートデポジション塗膜は、耐食性が未だ十分であるとは言い難く、かつ、溶剤塗料との密着性が著しく低く、重ね塗りが出来ないという致命的な欠陥を有することを見出した。
【００１０】
特許文献６および７には、水分散性フェノール樹脂、及び柔軟剤重合体からなる、金属支持体上に自動付着できることを特徴とする水性塗料組成物が開示されている。しかしながら、本方法で得られた焼き付け前のオートデポジション塗膜には多量の水分を含んでいるため、焼き付け前の塗膜を水洗することができない。従って、平板な被塗装材料であれば問題はないが、袋構造部を有する材料である場合には、袋構造部内部に残った塗料を洗い出すことができないため、焼き付け後に塗膜膨れや剥離等の、耐食性に著しい影響を及ぼす重大な欠陥が生じる。
【００１１】
また、タンニン酸を用いた表面処理技術も過去から提案されている。例えば、特許文献８には、金属表面を水溶性又は水分散性有機高分子水溶液にタンニンを０．１−２０重量パーセント添加した処理液で処理する金属表面の保護被膜形成方法が開示されている。また、特許文献９には、チタンフッ化水素酸，ジルコニウムフッ化水素酸，シリカ，タンニン酸及び水分散性有機樹脂からなり、水分散性有機樹脂に対するタンニン酸の質量比率が１００：０．５〜１５，乾燥質量換算でタンニン酸及び水分散性有機樹脂の合計量に対する無機物の質量比が１：０．５〜２であることを特徴とする塗装前処理用化成処理液が開示されている。
【００１２】
前記いずれの方法も、被処理金属材料表面に付着した処理液をロール等で絞って付着量を制御した後に乾燥して皮膜形成を行う塗布型表面処理に関するものである。従って、前記文献に示された方法では、得られる膜厚が非常に薄いものであり、かつ化学反応によって皮膜を析出させる方法ではないため、袋構造部内部に皮膜を析出させることは不可能であった。
【００１３】
さらに特許文献１０には、（Ａ）ポリイソシアネート化合物、（Ｂ）水酸基を２個以上有するポリオール化合物及び、（Ｃ）イソシアネート基と反応可能な活性水素を２個以上有し、かつカルボキシル基とスルホニル基から選ばれる１種以上の親水性基を有する官能性化合物を重合させて得られるウレタンポリマーが水に分散され、上記ウレタンポリマー１００重量部に、ポリタンニン酸化合物を０．５〜２０重量部添加されていることを特徴とするウレタン系水性接着剤組成物が開示されている。しかしながら、本特許文献が接着剤組成物に関するものであり、自己析出組成物に関わる処理液組成、および方法に関しては何ら開示されていない。
【００１４】
また、特許文献１１には、水溶性の熱硬化型樹脂および架橋剤と多価フェノール化合物からなる処理液を金属材に施した表面処理金属材であって、水溶性熱硬化型樹脂がポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂から選ばれ、かつ架橋剤がアミノ樹脂、イソシアネートから選ばれ、多価フェノール化合物がタンニン酸であり、また全固形分に対し0.1mass%以上50mass%以下含有され、表面処理鋼板がZn系めっき鋼板である表面処理金属材が開示されている。しかしながら、本特許文献も塗布型表面処理に関するものであり、かつ対象とされる金属材料がZn系めっき鋼板に限られていた。
【００１５】
従って、従来技術では、リン酸亜鉛処理と電着塗装の組み合わせからなる塗装工程と比較して工程長を短縮し、スラッジ等の環境に有害な副生成物を生じず、袋構造部内部のつきまわり性に優れ、クロム化合物のような環境に有害な成分を使用せず、耐食性を有し、かつ得られた塗膜の上に更に焼き付け塗装を重ね塗り可能な自己析出被膜を提供することは不可能であった。また、従来のタンニンを利用した技術では、電着塗装に置き換えることが可能なほどの高膜厚を得ることは不可能であった。
【００１６】
【特許文献１】特開昭60-58474
【特許文献２】特開昭47-32039
【特許文献３】特開昭48-13428
【特許文献４】特開昭61-168673
【特許文献５】特開2003-176449
【特許文献６】特表2002-501100
【特許文献７】特表2002-501124
【特許文献８】特開昭53-116240
【特許文献９】特開2002-266081
【特許文献１０】特開平8-92540
【特許文献１１】特開2003-301274
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、従来技術の問題点を解決することである。すなわち、リン酸亜鉛処理と電着塗装の組み合わせからなる塗装工程と比較して工程長を短縮し、スラッジ等の環境に有害な副生成物をほとんど生じず、袋構造部内部のつきまわり性に優れ、クロム化合物のような環境に有害な成分を使用せず、耐食性を有し、かつ得られた塗膜の上に更に焼き付け塗装を重ね塗り可能である従来の電着塗装に置き換えることが可能な自己析出皮膜を、環境に無害なタンニンを利用して提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは前記課題を解決するための手段について鋭意検討した結果、従来技術にはない自己析出被膜処理用表面処理液、自己析出被膜処理方法、及び自己析出被膜を有する金属材料を発明するに至った。
【００１９】
すなわち、本発明は少なくとも１種のタンニンと、フェノール性ヒドロキシル基及び／又はフェノール核と熱硬化反応可能な架橋基を有する少なくとも１種の架橋剤と、第二鉄イオンと、溶解型フッ素元素と、酸化剤とを含む水溶液であって、
前記タンニンと前記架橋剤との固形分質量濃度比が１：１から１：１０の範囲であり、前記溶解型フッ素元素のモル濃度が前記第二鉄イオンの少なくとも３倍であり、かつ、ｐＨが２から６である
ことを特徴とする、金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液である。
【００２０】
前記少なくとも１種の架橋剤の熱硬化反応可能な架橋基が、イソシアネート基であることが好ましく、さらに前記少なくとも１種の架橋剤が、１モルのポリオールに対して、予め一方のイソシアネート基をブロック剤でブロックされた少なくとも２モルのポリイソシアネートを付加した多官能ブロックイソシアネートであることが好ましい。
【００２１】
前記少なくとも１種の架橋剤中のポリオールが、少なくとも一分子のビスフェノールＡ構造を有することが好ましく、及び／又は、前記少なくとも１種の架橋剤が、ポリオールにポリエーテルポリオールを使用した自己乳化型ブロックイソシアネートであることが好ましい。
【００２２】
前記タンニンの少なくとも1種の濃度が水溶液中の固形分濃度として１〜５質量％であることが好ましい。
【００２３】
酸化剤が過塩素酸、次亜塩素酸、溶存酸素、オゾン、過マンガン酸、過酸化水素から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
【００２４】
白金電極で測定される酸化還元電位が、３００から５００mVであることが好ましい。
【００２５】
さらに本発明の自己析出被膜処理用表面処理液には、フッ化セリウム、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を、タンニンと架橋剤の合計固形分濃度の０．１〜１０質量％の範囲で含有することが好ましい。
【００２６】
また、本発明は、予め脱脂、水洗処理によって表面を清浄化した金属材料を、前記何れかの自己析出被膜処理用表面処理液と接触させた後、さらに水洗工程で該金属材料表面に付着した余剰な前記処理液を除去し、次いで焼き付け処理を行うことによって被膜を熱硬化させることを特徴とする金属材料の自己析出被膜処理方法である。
【００２７】
また、本発明に用いられる金属材料は鉄系金属材料であることが好ましい。
【００２８】
さらに本発明は、前記方法によって析出した自己析出被膜層を有し、かつ焼き付け硬化後の自己析出被膜層の膜厚が１０〜５０μmであることを特徴とする自己析出被覆金属材料である。
【００２９】
ここで、本特許請求の範囲及び本明細書において使用する各用語の意味について説明する。「第二鉄イオン」とは、Ｆｅ３＋で示されるイオンであれば、表面処理用処理液中での存在形態は特に限定されず、例えば、Ｆｅ３＋や配位子が配位した状態のものを示す。フッ素元素が第二鉄イオンに配位した状態の例としては、ＦｅＦ２＋、ＦｅＦ２＋、ＦｅＦ３等を挙げることができる。「溶解型フッ素元素」とは、分子の状態、イオンの状態など、その形態に特に限定されないが、本発明の自己析出被膜処理用表面処理液中において溶解せずに固体粒子として存在する塩等に含まれるフッ素元素は除かれる。従って、「溶解型フッ素元素」とは、フッ化水素、及び又はその塩等のフッ素含有化合物によって自己析出被膜表面処理液中に供給される溶解しているフッ素元素全般を意味する。更に「溶解型フッ素元素」の濃度とは、系内に存在する様々な溶解しているフッ素元素の合計モル濃度である。例えば、前記フッ素含有化合物によって供給されるフッ素元素は水溶液のｐＨによって、Ｆ−、ＨＦ、ＨＦ２−等の解離形態をとることが出来、ここで言う溶解しているフッ素元素の濃度とは、水溶液中の全てのＦの合計モル濃度である。更には、第二鉄イオンと錯体を形成している場合、当該錯体は「第二鉄イオン」を含み「溶解型フッ素元素」をも含む。「タンニン」とは、フェノール性水酸基を持ち、獣皮をなめす性質を示す植物由来化合物の総称であり、加水分解型タンニンと縮合型タンニンとに大別される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の自己析出被膜処理方法を用いることで、湯洗→予備脱脂→脱脂→多段水洗（通常２から３段）→表面調整→皮膜化成→多段水洗（通常２から３段）→イオン交換水洗→電着塗装→多段水洗（通常３から５段）→イオン交換水洗→焼き付けからなる従来技術、すなわちリン酸亜鉛処理と電着塗装の組み合わせからなる塗装工程と比較して工程長を短縮することが可能である。さらに、本発明の方法によるとスラッジ等の環境に有害な副生成物を生じず、かつ自己析出被膜処理浴にはクロム化合物のような有害な成分を使用しないため、環境に対する影響も小さい。また、本発明の自己析出被膜は被膜単独での耐食性に非常に優れ、かつ袋構造部内部のつきまわり性に優れるため、複雑な構造を有する被塗装物の耐食性の向上にも有効である。さらに、本発明の自己析出被覆金属材料は、自己析出被膜の上に焼き付け塗装を重ね塗りすることが可能である。従って、様々な塗装と組み合わせて使用することが可能である。
【００３１】
架橋剤をイソシアネートとすることにより、より耐食性にすぐれた自己析出被膜を形成できるという効果を奏する。
【００３２】
架橋剤として多官能ブロックイソシアネートを使用することにより、よりいっそう耐食性に優れた自己析出被膜を形成できるという効果を奏する。
【００３３】
架橋剤に少なくとも一分子のビスフェノールＡ構造を有するものを使用することにより、よりいっそう耐食性に優れた自己析出被膜を形成できるという効果を奏する。
【００３４】
架橋剤が、ポリオールにポリエーテルポリオールを使用した自己乳化型ブロックイソシアネートであることにより、よりいっそう大きな膜厚が確保できるという効果を奏する。
【００３５】
前記タンニンの少なくとも１種の濃度が水溶液中の固形分濃度として１〜５質量％とすることにより、耐食性を得るのに十分な膜厚を有し、且つ、成分の消費量を抑えることができる。
【００３６】
前記タンニンの少なくとも１種と、少なくとも１種の架橋剤との固形分質量濃度比を１：１から１：１０とすることにより、均一な自己析出被膜外観が得られ、かつ耐食性も向上するという効果を奏する。
【００３７】
前記酸化剤を過塩素酸、次亜塩素酸、溶存酸素、オゾン、過マンガン酸、過酸化水素から選ばれる少なくとも一種とすることにより、自己析出被膜処理用処理液の安定性を損なわずに自己析出反応を促進するという効果を奏する。
【００３８】
白金電極で測定される酸化還元電位を３００から５００mVとすることにより、浴中に存在する全ての鉄イオンを第二鉄イオンに酸化しその酸化状態を維持するに十分な量の酸化剤が存在することとなり、自己析出膜の析出反応を促進し、かつ第一鉄イオンによる自己析出被膜処理液の不安定化を抑制することができる。
【００３９】
フッ化セリウム、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を、タンニンと架橋剤の合計固形分濃度の０．１〜１０質量％の範囲で含有することにより、自己析出被膜の耐食性、特に耐塩温水性が向上するという効果を奏する。
【００４０】
本発明に係る自己析出被膜処理方法によれば、本発明に係る処理液を使用することにより、より耐食性に優れた自己析出被膜を形成できるという効果を奏する。
【００４１】
金属材料が、鉄系金属材料であることにより、より自己析出被膜を形成し易くなり、耐食性に優れた該膜を形成することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明者らは、少なくとも１種のタンニンと、フェノール性ヒドロキシル基及び／又はフェノール核と熱硬化反応可能な架橋基を有する少なくとも１種の架橋剤と、第二鉄イオンと、溶解型フッ素元素と、酸化剤とを含む水溶液であって、前記タンニンと前記架橋剤との固形分質量濃度比が１：１から１：１０の範囲であり、前記溶解型フッ素元素のモル濃度が前記第二鉄イオンの少なくとも３倍であり、かつ、ｐＨが２から６であることを特徴とする、金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液を用いることで、金属材料表面に耐食性に優れる自己析出被膜を析出させることを可能としたのである。
【００４３】
本発明の自己析出被膜処理用表面処理液は、鉄系金属材料や亜鉛めっき鋼板などの金属材料に適用することができる。しかしながら、もっとも適した金属材料は鉄系金属材料である。ここで言う鉄系金属材料とは、冷延鋼板、及び熱間圧延鋼板等の鋼板や、鋳鉄、及び焼結材等の鉄系金属を示す。
【００４４】
本発明の金属材料の用途は、自動車車体や自動車部品、スチール家具、および家電製品等であり、各々の用途に応じて本発明の自己析出被膜のみの状態か、溶剤塗装等の他の上塗り塗装と組み合わせて使用することができる。
【００４５】
本発明に用いることが出来るタンニンとしては、チェストナット、オーク、ユーカリブタス、ディビディビ、タラ、オーク、スマック、ミラボラム、アルガロビア、バロニア、五倍子、および没食子等の加水分解型タンニン、ケプラチョ、ビルマカッチ、ワットル、スプルーム、ヘムロック、マングローブ、カシワ樹皮、アバラム、ガンビア、茶、および柿等の縮合型タンニン、および特開昭６１−４７７５に開示されるような合成タンニンが挙げられる。
【００４６】
中でも好ましいタンニンは、加水分解型タンニンであり、さらに好ましくは五倍子、および没食子である。特に五倍子は、工業用原料として入手が容易であるばかりか、本発明の自己析出被膜の析出性、および性能の点から最も適したタンニンである。
【００４７】
タンニンと金属イオンとの錯体形成反応は古くから知られており、錯体形成反応を利用した表面処理技術も既に開示されている。例えば、前記特許文献８，９および１１は、亜鉛イオンとタンニンとの錯体形成反応を利用した塗布方式の表面処理技術であるが、得られる膜厚はいずれも１μm未満である。対して本発明においては、被膜析出反応の基本にはタンニンと金属イオン、特に鉄イオンとの錯体形成反応を利用しているが、他の成分と組み合わせることによって、従来にない数10μmもの被膜厚を得ることに成功した。
【００４８】
タンニンと組み合わせる第一の成分は、フェノール性ヒドロキシル基及び／又はフェノール核と熱硬化反応可能な架橋基を有する少なくとも１種の架橋剤である。ここで言うフェノール性ヒドロキシル基とは、フェノール類のヒドロキシル基、フェノール核とは、フェノール類のヒドロキシル基に対してオルソ位、又はパラ位の炭素を示す。前記架橋剤の架橋基としては、メチロール基、カルボキシル基、グリシジル基、グリシジル基が開環した二級アルコール基、およびイソシアネート基等を用いることができ、中でもイソシアネート基であることが好ましい。
【００４９】
さらに前記架橋剤が、１モルのポリオールに対して、予め一方のイソシアネート基がブロック剤でブロックされた少なくとも２モルのポリイソシアネートを付加した多官能ブロックイソシアネートであることが好ましい。イソシアネート基は、ブロック剤でブロックすることによって水との反応を抑制することができ、かつ熱を与えることでブロック剤が解離して架橋反応が起こるため、本発明の架橋剤として最適である。
【００５０】
本発明に用いることができるポリイソシアネートとしては、公知のものを用いることができる。例えば、１，４−テトラメチレンジイソシアネート、エチル（２，６−ジイソシアナート）ヘキサノエート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、１，１２−ドデカメチレンジイソシアネート、２，２，４−または２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートの様な脂肪族ジイソシアネート、１，３，６−ヘキサメチレントリイソシアネート、１，８−ジイソシアナート−４−イソシアナートメチルオクタン、２−イソシアナートエチル（２，６−ジイソシアナート）ヘキサノエートの様な脂肪族トリイソシアネートやイソホロンジイソシアネートの様な環状構造を有するジイソシアネート、更には、ｍ−またはｐ−フェニレンジイソシアネート、トルエン−２，４−または２，６−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート、ジフェニル−４，４’−ジイソシアネート、４，４’−ジイソシアナート−３，３’−ジメチルジフェニル、３−メチル−ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、ジフェニルエーテル−４，４’−ジイソシアネートの様な芳香族ジイソシアネート等を用いることができる。
【００５１】
本発明に好適なポリイソシアネートは、得られる被膜の柔軟性の観点からは１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、イソシアネート基の反応性の観点からはトルエン−２，４−または２，６−ジイソシアネートである。
【００５２】
本発明に用いるイソシアネート基のブロック剤としては、公知のものを用いることができる。例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、ｉｓｏ−プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｉｓｏ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、フェノール、メチルフェノール、クロルフェノール、ｐ−ｉｓｏ−ブチルフェノール、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、ｐ−ｉｓｏ−アミルフェノール、ｐ−オクチルフェノール、ｐ−ノニルフェノール等のフェノール類、マロン酸ジメチルエステル、マロン酸ジエチルエステル、アセチルアセトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等の活性メチレン化合物類、ホルムアルドキシム、アセトアルドキシム、アセトンオキシム、メチルエチルケトンオキシム、シクロヘキサノンオキシム、アセトフェノンオキシム、ベンゾフェノンオキシム、２−ブタノンオキシム等のオキシム類、ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム等のラクタム類、およびチオ硫酸塩等が挙げられる。
【００５３】
イソシアネート基からの解離温度が低いブロック剤を選択することによって、本発明の自己析出被膜処理における被膜の焼き付け温度を低下させることができる。しかしながら、あまりにも解離温度が低い場合には、自己析出被膜処理用表面処理液の安定性を損なう恐れがある。そこで、ホルムアルドキシム、アセトアルドキシム、アセトンオキシム、シクロヘキサノンオキシム、アセトフェノンオキシム、ベンゾフェノンオキシム、２−ブタノンオキシム等のオキシム類、およびチオ硫酸塩の使用が好ましい。尚、ここで用いるブロック剤は、イソシアネート基に対して、使用するポリイソシアネートがジイソシアネートの場合は１／２倍のモル量が好ましく、トリイソシアネートの場合には２／３倍のモル量が好ましい。当該ブロック剤を用いると、ポリオールと反応させた後の架橋剤の水との反応を抑制し、自己析出表面処理用処理液の安定性を維持しつつ、焼き付け前の自己析出被膜に熱を与えることで塗膜を硬化させるという効果を奏する。
【００５４】
本発明に用いることができるポリオールとしては、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールの共重合体の様なポリエーテルポリオール、ポリエチレンアジベート、ポリジエチレンアジベート、ポリプロピレンアジベート、ポリテトラメチレンアジベート、ポリ-ε-カプロラクトンの様なポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオール、トリメチロールプロパン、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡＤ等が挙げられる。
【００５５】
中でも、分子構造中に少なくとも一分子のビスフェノールＡ構造を有するエポキシポリオールやビスフェノールＡが好ましい。ここで、「少なくとも一分子のビスフェノールＡ構造を有する」とは、前記エポキシポリオールのようなポリマーの直鎖の中に組み込まれていることや、ビスフェノールＡの繰り返し単位を一部に有するポリマーであることや、ビスフェノールＡのホモポリマーや、ビスフェノールＡそのものであることを意味する。ビスフェノールＡは、ベンゼン環を基本骨格に有し、かつ二つのベンゼン環が二つのメチル基がついたメチレン鎖で繋がれているため、樹脂自体の頑丈さ（堅さ）と高い耐薬品性を併せ持つ構造である（ＨＯ−Ｃ６Ｈ４−Ｃ（ＣＨ３）２−Ｃ６Ｈ４−ＯＨ）。従って、ビスフェノールＡ構造を有するポリオールを本発明の多官能ブロックイソシアネートに用いることによって、本発明によって得られる耐食性が飛躍的に向上するのである。
【００５６】
さらに、前記少なくとも1種の架橋剤が、ポリオールにポリエーテルポリオールを使用した自己乳化型ブロックイソシアネートであることが好ましい。現時点では詳細な機構は不明であるが、本発明者等は、ポリオールにポリエーテルポリオールを使用した自己乳化型ブロックイソシアネートを使用することによって、本発明における自己析出被膜の析出速度が著しく向上することを見出したのである。ここで、自己乳化型ブロックイソシアネートとは、ブロックイソシアネートポリマー分子中に、アニオン性、カチオン性、又はノニオン性の親水基を付加することによって、ポリマー分子自身が水との親和性を持ち、水中で乳化分散することができるものを示す。
【００５７】
ここで、ポリエーテルポリオールとしては、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、及びポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの共重合体を用いることができる。特にポリエチレングリコールは、その水溶性と本発明における自己析出被膜の析出速度とのバランスから好適である。
【００５８】
前記タンニンの少なくとも１種の濃度が水溶液中の固形分濃度として１〜５質量％であることが好ましく、より好ましくは、１〜３質量％である。その濃度が１質量％よりも小さい時は、十分な自己析出性が得られず、本発明の効果のひとつである耐食性を得られるだけの自己析出塗膜厚が得られない。また、５質量％よりも大きい場合は、被塗装物による処理液の持ち出しに起因する自己析出浴成分の消費量が増えるばかりか、持ち出された処理液は水洗工程で除去されて排水処理工程へ送られるため、不要な廃棄物の増大を招くこととなる。従って、より好ましいタンニンの上限濃度は３質量％である。
【００５９】
表面処理液中のタンニンと架橋剤との固形分質量濃度比が１：１から１：１０であることが好ましく、より好ましくは１：１から１：６であり、更に好ましくは１：１から１：３である。タンニンに対する架橋剤の比率が１倍未満の場合は、架橋密度が低く十分な耐食性を得ることができない。また、１０倍よりも大きい場合には、架橋密度が高すぎて塗膜が脆くなり実用に適さないのである。
【００６０】
さらに本発明には、表面処理液中の成分、特に架橋剤の水溶性向上、および焼き付け硬化後の被膜の外観を向上するための溶剤成分を添加することができる。本発明に好適な溶剤としては、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、および２，２，４−トリメチルペンタンジオール−１，３−モノイソブチレート等が挙げられる。
【００６１】
本発明は自己析出被膜処理用表面処理液に関するものである。ここで、本発明における自己析出反応は、ｐＨが２から６であることによる鉄系金属材料の溶解反応、および第二鉄イオンによる金属鉄の酸化反応によって浴中に溶け出した第一鉄イオンと、タンニンの多価フェノールが第一鉄イオンと錯体を形成することによって、タンニンが不溶化し自己析出被膜として析出するのである。さらに、架橋剤としてポリオールにポリエーテルポリオールを使用した自己乳化型ブロックイソシアネートを使用することで自己析出反応が促進される。
【００６２】
自己析出反応に使用されなかった余剰の第一鉄イオンは、本発明の自己析出処理浴中の酸化剤によって速やかに第二鉄イオンに酸化される。酸化された第二鉄イオンは、そのままでは自己析出処理浴の安定性を損なう原因となり得るが、本発明の処理浴に含まれる溶解したフッ素元素が配位することによって、処理浴の安定性が保たれるのである。
【００６３】
ここで、鉄イオンの供給源としては、可溶性の鉄塩、例えば硝酸鉄、硫酸鉄、塩化鉄等を用いることができ、第一鉄塩、第二鉄塩のいずれを用いても、自己析出被膜処理用表面処理液中の酸化剤で酸化することによって、処理液中で第二鉄イオンとすることができる。また、鉄粉、酸化鉄、水酸化鉄等をフッ化水素酸で溶解して使用してもよい。
【００６４】
前記自己析出反応が起こるための第二鉄イオンの濃度は０．１〜３g/Lであり、好ましくは０．５〜２．５g/Lであり、より好ましくは１〜２g/Lである。尚、第二鉄イオンの濃度は、当業界で一般的な方法で測定でき、例えば、予め樹脂分を酸と加熱によって分解、分離した自己析出被膜処理用表面処理液を用い、原子吸光法、ＩＣＰ発光分析、ＥＤＴＡによるキレート分析法によって測定することができる。また、溶解型フッ素元素の好ましい濃度は、第二鉄イオンの少なくとも三倍モル濃度である。上限は特に限定されないが、例えば、第二鉄イオンの十倍モル濃度以下である。尚、溶解型フッ素元素の濃度は、当業界で一般的な方法で測定でき、例えば、本発明の自己析出被膜処理用表面処理液中の固形物粒子をフィルターで除去した後に、さらに蒸留操作を行い蒸留液中のフッ素元素濃度をイオンクロマトグラフやキャピラリー電気泳動装置によって測定することができる。第二鉄イオン濃度が０．１g/L未満では、自己析出に好適な量の鉄の酸化溶解反応を起こしにくくなる。また、３g/Lよりも大きい場合には、析出した自己析出塗膜にとりこまれる鉄分濃度が上昇し、鉄イオンとともに塗膜中に取り込まれる水分量が増えるために、自己析出塗膜が後の水洗工程で剥離しやすくなる。
【００６５】
溶解したフッ素元素の供給源としては、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、酸性フッ化アンモニウム、フッ化ナトリウム、二フッ化水素ナトリウム、フッ化カリウム、二フッ化水素カリウム等を用いることができる。ここで、フッ化水素酸以外のフッ化物を用いる場合には、硝酸、硫酸等の酸を使用して自己析出被膜処理用表面処理液のpHを調整してもよい。
【００６６】
本発明の自己析出被膜処理用表面処理液の好ましいpHは２から６、より好ましくは、２．５から５、より好ましくは２．５から４である。尚、ｐＨの測定方法は、ＪＩＳ Ｚ ８８０２の方法によるものとする。本発明の自己析出被膜処理方法は、前述したとおり、自己析出被膜処理用表面処理液中のフッ化水素酸による鉄系金属材料の溶解反応、および第二鉄イオンによる金属鉄の酸化反応を起点とするものである。従って、pHが６よりも大きいと金属材料の溶解反応が起こりにくく、かつ第二鉄イオンの還元反応も起こりにくくなるのである。また、pHが２よりも小さいと自己析出被膜の析出反応に対する金属材料の溶解反応が大きくなりすぎて、自己析出被膜処理用表面処理液の安定性が損なわれる恐れがあるのである。
【００６７】
前記酸化剤は過塩素酸、次亜塩素酸、溶存酸素、オゾン、過マンガン酸、過酸化水素から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。過酸化水素は、入手が容易であり、かつ自身の還元反応による副生成物が水であることから自己析出被膜処理液に対する影響を考慮する必要がなく、本発明に好適な酸化剤である。
【００６８】
本発明の自己析出処理液における酸化剤の濃度は、白金電極を作用局に用いた市販のＯＲＰ電極で測定される酸化還元電位で管理することができる。ここで、本発明の自己析出反応メカニズムからは、全ての第一鉄イオンを第二鉄イオンに酸化した状態で余剰の酸化剤が処理浴に存在する状態が好ましい。即ち、酸化剤の量は、浴中に存在する全ての鉄イオンを第二鉄イオンに酸化しその酸化状態を維持するに十分な量が好ましい。酸化還元電位を選択した酸化剤によって与えられる値の最小値以上に保つことによって、前記状態を維持することが可能となる、ここで、過酸化水素を例にとった場合の好ましい酸化還元電位は、少なくとも３００mV以上であり、より好ましくは３５０mV以上であり、さらにより好ましくは４００mV以上である。上限は特に限定されないが５００ｍＶ以下である。
【００６９】
さらに、本発明の自己析出被膜処理用表面処理液には、フッ化セリウム、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を、タンニンと架橋剤の合計固形分濃度の０．１〜１０質量％の範囲で含有することが好ましい。
【００７０】
前記フッ化物は、フッ化水素酸水溶液中での溶解度が小さいため、本発明の表面処理液中では供給した前記フッ化物がほとんど固体粒子として存在し、自己析出反応によって有機被膜が析出する際に被膜中に取り込まれる。取り込まれたフッ化物粒子によって、自己析出被膜の耐食性が向上するのである。現時点では、前記フッ化物の粒子の作用効果は明確ではないが、フッ化物粒子が被膜中に存在することによって、被膜中に進入した腐食促進成分が金属界面まで到達する速度を遅らせる効果と、焼き付け時におけるタンニンと架橋剤との架橋反応を促進する効果を有するものと考えられる。
【００７１】
フッ化セリウム、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも１種としては、市販の塩を使用しても構わないし、硝酸セリウム等の可溶性金属塩とフッ化水素酸とを反応させることによって析出した沈殿物である粒子を使用して構わない。ここで、本発明の自己析出被膜層の好ましい膜厚は、１０〜５０μmである。従って、フッ化セリウム、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の好ましい平均粒径は５０μm以下であり、より好ましくは１０μm以下である。また、フッ化物の微粒子の平均粒径の好ましい下限は、それによる腐食促進成分の移動速度を遅らせる作用からは、０．１μmである。
【００７２】
前記フッ化物微粒子の平均粒径は、市販のレーザー散乱粒度分布測定装置、または光散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
【００７３】
また、本発明の自己析出被膜処理用処理液には、可溶性成分としてヘキサフルオロジルコニウム酸、およびヘキサフルオロチタニウム酸を添加することができる。前記可溶性成分は、自己析出被膜析出時の界面pHの上昇によって、ジルコニウム、又はチタニウムが酸化物、及び又は水酸化物として析出し、本発明の自己析出被膜の耐食性を更に高める効果を有するのである。
【００７４】
さらに、本発明の金属材料の自己析出被膜処理方法は、鉄系金属材料を予め脱脂、水洗処理によって表面を清浄化した後、前記自己析出被膜処理方法に記載された水溶液と接触させた後、さらに水洗工程で該金属材料表面に付着した余剰な水溶液を除去し、次いで焼き付け処理を行うことによって被膜を熱硬化させることによって行う。焼き付け工程における好ましい焼き付け温度は、１７０〜２２０℃、より好ましくは１８０〜２００℃である。
【００７５】
ここで、脱脂処理は従来から一般に用いられている溶剤脱脂、アルカリ脱脂等を用いることができ、その工法も流しかけ、スプレー、浸漬、および電解等なんら制約されるものではない。また、脱脂処理後、および自己析出被膜処理後に行われる水洗処理に関しても何ら制約はなく、流しかけ、スプレー、浸漬等から選択することができる。水洗に用いられる水の水質にも特に制約はないが、自己析出被膜処理浴への微少成分の持ち込み、および塗膜中への残存を考慮するとイオン交換水が望ましい選択である。
【００７６】
本発明の自己析出被膜処理は、被塗装物を処理浴へ浸漬する浸漬法によって行われる。浸漬法が行われる処理浴に関しては、処理浴中の成分濃度が均一に保たれる程度の攪拌を備えているのみでよい。
【００７７】
本発明の自己析出被膜処理における自己析出被膜処理槽への被処理金属材料の浸漬時間には特に限定はないが、工業的に利用可能な短い処理時間で、十分な膜厚の被膜を析出させることができることも本発明の効果の一つである。ここで、本発明の自己析出被膜を得るために好ましい浸漬時間は、１０秒から１０分、より好ましくは３０秒から５分、更により好ましくは１分から３分である。
【００７８】
被塗装材料の表面状態によっては酸洗工程を採用することもできる。その場合の処理工程は、脱脂→多段水洗（通常２から３段）→酸洗→多段水洗（通常１〜２段）→自己析出被膜化成→多段水洗（通常２から３段）→焼き付けとなる。
【００７９】
さらに、自己析出被膜処理工程の後に後処理工程を組み合わせることによって、耐食性をさらに高めることも可能である。後処理工程を用いた場合の処理工程は、脱脂→多段水洗（通常２から３段）→自己析出被膜化成→多段水洗（通常２から３段）→後処理→焼き付けとなる。ここで、本発明に用いることができる後処理成分としては、セリウム、アルミニウム、コバルト、カルシウム、ストロンチウム、およびイットリウム等の可溶性塩類、又は、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン等のアミン類を用いることができる。
【００８０】
本発明は金属材料表面に前記方法によって析出した自己析出被膜層を有し、かつ焼き付け硬化後の自己析出被膜層の膜厚が１０〜５０μmであることを特徴とする自己析出被覆金属材料である。当該範囲内では、十分な耐食性を有し、クラックや収縮といった外観不良が生じにくくなる。
【００８１】
〔実施例〕
【００８２】
以下に実施例を比較例とともに挙げ、本発明の自己析出被膜処理用処理液、自己析出被膜処理方法および自己析出被膜処理された金属材料の効果を具体的に説明する。尚、実施例で使用した被処理金属材料、脱脂剤、及び塗料は市販されている材料の中から任意に選定したものであり、本発明の自己析出被膜処理方法、及び自己析出被膜処理された金属材料の実際の用途における材料の組み合わせを何ら限定するものではない。
【００８３】
（供試板）
実施例と比較例に用いた供試板の略号と内訳を以下に示す。
・ CRS（冷延鋼板：ＪＩＳ−Ｇ−３１４１）
【００８４】
（自己析出被膜処理用処理液組成と処理工程）
【００８５】
・ 製造例１：架橋剤の合成
乾燥窒素雰囲気下で、１７４ｇのトルエンジイソシアネート（コロネートT80：日本ポリウレタン工業（株）製）に８７ｇの2-ブタノンオキシムを、反応温度が４０℃を超えないように外部から冷却しながら加えた。４０℃で1時間保持した後に、反応容器を７０℃に加温した。そこに、ビスフェノールＡ（試薬）１１３ｇ、さらにジブチル錫ラウレート（STANN BL：三共有機合成（株）製）０．０２ｇを加え１２０℃で２時間保持した後、エチレングリコールモノブチルエーテル（試薬）で固形分濃度が３０質量％となるように希釈した。
【００８６】
・ 製造例２：架橋剤の合成
乾燥窒素雰囲気下で、１７４ｇのトルエンジイソシアネート（コロネートT80：日本ポリウレタン工業（株）製）に８７ｇの2-ブタノンオキシムを、反応温度が４０℃を超えないように外部から冷却しながら加えた。４０℃で1時間保持した後に、反応容器を７０℃に加温した。そこに、1,1,1-トリス（ヒドロキシメチル）プロパン（試薬）４５ｇ、さらにジブチル錫ラウレート（STANN BL：三共有機合成（株）製）０．０２ｇを加え１２０℃で２時間保持した後、エチレングリコールモノブチルエーテル（試薬）で固形分濃度が３０質量％となるように希釈した。
【００８７】
・ 実施例１〜５、および比較例１
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記、表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の五倍子タンニン（商品名タンニン酸ＡＬ：富士化学工業（株）製）、架橋剤Aとして製造例１の架橋剤、架橋剤Bとして市販のポリエチレングリコール自己乳化タイプのブロックイソシアネート（商品名タケネートＷＢ−９２０：三井化学ポリウレタン（株）製）、鉄粉（試薬）、フッ化水素酸（試薬）、及び過酸化水素水（試薬）を用いて調整した表１に示す自己析出被膜処理浴に浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１８０℃で２０分間焼き付けを行った。自己析出浴への浸漬時間は、膜厚が１５μmとなるように設定した。各々の実施例および比較例で得られた自己析出被覆金属材料を後述する方法に従って評価した。
【００８８】
・ 実施例６〜９、および比較例２，３
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記、表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の五倍子タンニン（商品名タンニン酸ＡＬ：富士化学工業（株）製）、架橋剤Aとして製造例２の架橋剤、架橋剤Bとして市販のポリエチレングリコール自己乳化タイプのブロックイソシアネート（商品名タケネートＷＢ−９２０：三井化学ポリウレタン（株）製）、鉄粉（試薬）、フッ化水素酸（試薬）、及び過酸化水素水（試薬）を用いて調整した表２に示す自己析出被膜処理浴に浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１８０℃で２０分間焼き付けを行った。さらに市販のアミノアルキッド系中塗り塗装（商品名アミラックTP-37グレー：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）、および市販のアミノアルキッド系上塗り塗装（商品名アミラックTM-13白：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）を行った。各々の実施例および比較例で得られた自己析出被覆金属材料を後述する方法に従って評価した。
【００８９】
・ 実施例１０〜１２
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記、表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の五倍子タンニン（商品名タンニン酸ＡＬ：富士化学工業（株）製）、架橋剤Aとして市販の水溶性ブロックイソシアネート（商品名エラストロンＨ３８：第一工業製薬（株）製）、架橋剤Bとして市販のポリエチレングリコール自己乳化タイプのブロックイソシアネート（商品名タケネートＷＢ−９２０：三井化学ポリウレタン（株）製）、鉄粉（試薬）、フッ化水素酸（試薬）、及び過酸化水素水（試薬）を用いて調整した表３に示す自己析出被膜処理浴に２分間浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１８０℃で２０分間焼き付けを行った。さらに市販のアミノアルキッド系中塗り塗装（商品名アミラックTP-37グレー：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）、および市販のアミノアルキッド系上塗り塗装（商品名アミラックTM-13白：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）を行った。各々の実施例で得られた自己析出被覆金属材料を後述する方法に従って評価した。
【００９０】
・比較例４
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記、表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の五倍子タンニン（商品名タンニン酸ＡＬ：富士化学工業（株）製）、架橋剤Aとして市販の水溶性ブロックイソシアネート（商品名エラストロンＨ３８：第一工業製薬（株）製）、架橋剤Bとして市販のポリエチレングリコール自己乳化タイプのブロックイソシアネート（商品名タケネートＷＢ−９２０：三井化学ポリウレタン（株）製）、塩化第二鉄（試薬）、鉄粉（試薬）、フッ化水素酸（試薬）、及び過酸化水素水（試薬）を用いて調整した表３に示す自己析出被膜処理浴に２分間浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１８０℃で２０分間焼き付けを行った。なお、塩化第二鉄と鉄粉の配合割合は、塩化第二鉄を鉄分として１ｇ／Ｌ、残りの鉄分を鉄粉とした。さらに市販のアミノアルキッド系中塗り塗装（商品名アミラックTP-37グレー：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）、および市販のアミノアルキッド系上塗り塗装（商品名アミラックTM-13白：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）を行った。各々の実施例で得られた自己析出被覆金属材料を後述する方法に従って評価した。
【００９１】
・ 実施例１３〜１５
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記、表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の五倍子タンニン（商品名タンニン酸ＡＬ：富士化学工業（株）製）、架橋剤Aとして市販の水溶性ブロックイソシアネート（商品名エラストロンＨ３８：第一工業製薬（株）製）、架橋剤Bとして市販のポリエチレングリコール自己乳化タイプのブロックイソシアネート（商品名タケネートＷＢ−９２０：三井化学ポリウレタン（株）製）、鉄粉（試薬）、フッ化水素酸（試薬）、過酸化水素水（試薬）、及びフッ化セリウム（試薬）、フッ化アルミニウム（試薬）を用いて調整した表４に示す自己析出被膜処理浴に２分間浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１８０℃で２０分間焼き付けを行った。なお、表４中のフッ化物粒子の濃度は、自己析出被膜処理用表面処理液中の固形分に対する質量％を示す。また、セリウム、およびフッ化アルミニウム試薬は、事前にジルコニアビーズを使用したサンドミルで粉砕し、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置（LA-920：（株）堀場製作所製）で平均粒径を測定した結果、各々５．８μm、および８．２μmであった。さらに市販のアミノアルキッド系中塗り塗装（商品名アミラックTP-37グレー：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）、および市販のアミノアルキッド系上塗り塗装（商品名アミラックTM-13白：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）を行った。各々の実施例で得られた自己析出被覆金属材料を後述する方法に従って評価した。
【００９２】
・ 比較例５
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の五倍子タンニン（商品名タンニン酸ＡＬ：富士化学工業（株）製）を固形分として６質量％、鉄粉（試薬）を１．５g/L、フッ化水素酸（試薬）をフッ素として１．６g/L、及び過酸化水素水（試薬）を用いてORPを４００mVに調整した自己析出被膜処理浴に5分間浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１８０℃で２０分間焼き付けを行った。得られた自己析出被覆金属材料を後述する方法に従って評価した。
【００９３】
・ 比較例６
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の自己析出被膜処理薬剤であるＮＳＤ−１０００（塩化ビニリデンタイプ：日本パーカライジング（株）製）をカタログ値の中心に調整した処理浴に２分間浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１００℃で２０分間焼き付けを行った。さらに市販のアミノアルキッド系中塗り塗装（商品名アミラックTP-37グレー：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）、および市販のアミノアルキッド系上塗り塗装（商品名アミラックTM-13白：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）を行った。上塗り塗装まで行った供試板塗膜の密着性を後述する方法に従って評価した。
【００９４】
（自己析出被覆処理金属材料の外観および膜厚評価）
実施例、及び比較例の自己析出被膜処理用表面処理液を用いて処理を行った供試板の外観を目視で判定した。また、被膜厚を電磁式膜厚計（フィッシャースコープＭＭＳ：FISCHER製）を用いて測定した。
【００９５】
（自己析出被覆金属材料の性能評価）
実施例、及び比較例の性能評価を行った。評価項目と略号を以下に示す。尚、焼き付け完了後の自己析出被膜を自己析出塗膜、上塗り塗装後に焼き付けまでを行った塗膜を3coats塗膜と称することとする。
（１）SST：塩水噴霧試験（自己析出塗膜）
（２）SDT：塩温水試験（自己析出塗膜）
（３）1stADH：１次密着性（3coats塗膜）
（４）2ndADH：耐水２次密着性（3coats塗膜）
【００９６】
・SST
鋭利なカッターでクロスカットを入れた自己析出塗膜板に５質量％塩水を１０００時間噴霧（ＪＩＳ−Ｚ−２３７１に準ずる）した。噴霧終了後にクロスカット部からの両側最大ふくれ幅を測定した。
【００９７】
・SDT
鋭利なカッターでクロスカットを入れた自己析出塗膜板を、50℃に昇温した5質量％のNaCl水溶液に240時間浸漬した。浸漬終了後に水道水で水洗→常温乾燥したクロスカット部を粘着テープで剥離し、塗膜の両側最大剥離幅を測定した。
【００９８】
・ 1stADH
3coats塗膜に鋭利なカッターで2mm間隔の碁盤目を100個切った。碁盤目部を粘着テープで剥離し、碁盤目の残存個数を数えた。
【００９９】
・2ndADH
3coats塗装板を40℃の脱イオン水に240時間浸漬した。浸漬後に鋭利なカッターで2mm間隔の碁盤目を100個切った。碁盤目部を粘着テープで剥離し、碁盤目の残存個数を数えた。
【０１００】
表５に実施例１から５、および比較例１で得られた自己析出被膜の評価結果を示した。実施例１から５は、全ての水準において均一な外観が得られ、かつ耐食性も優れていた。対して、比較例１は、焼き付け後の自己析出被膜全面にクラックが発生したため、耐食性評価を行わなかった。
【０１０１】
表６に実施例６から９、および比較例２，３で得られた自己析出被膜の評価結果を示した。実施例６から９は、架橋剤にビスフェノールＡ構造を導入していないため、実施例１から５と比較すると若干劣るものの実用上十分な耐食性を示した。また、中上塗り塗装後の密着性も良好であった。対して、比較例２の自己析出被覆金属材料は、密着性は得られたものの、膜厚が低いため耐食性に劣る結果であった。比較例３では、焼き付け後の自己析出被膜のエッジ部にクラックが発生したため、耐食性評価を行わなかった。
【０１０２】
表７には、実施例１０から１２、および比較例４で得られた自己析出被膜の評価結果を示した。実施例１０から１２は、全ての水準において均一な外観が得られ、かつ耐食性も優れていた。また、中上塗り塗装後の密着性も良好であった。対して比較例４では、自己析出被膜処理工程の次工程である水洗工程において、焼き付け前の塗膜が剥離した。
【０１０３】
表８に実施例１３から１５で得られた自己析出被膜の評価結果を示した。本実施例からフッ化物粒子の添加による耐食性向上効果が明らかである。特に、SDT試験において耐食性が著しく向上した。
【０１０４】
表９に比較例５で得られた自己析出被膜の評価結果を示した。比較例５においては、自己析出被膜は得られたが、架橋剤を使用しなかったため膜厚が著しく低く、外観も不均一であり、かつ耐食性に劣る結果であった。
【０１０５】
表１０には、比較例６で得られた自己析出被膜の評価結果を示した。比較例６は市販の自己析出被膜処理剤であるため、比較的良好な耐食性を示した。しかしながら、中上塗り塗装後の密着性評価では、碁盤目部の塗膜が全て剥離した。
【０１０６】
以上より、本発明の効果は明らかである。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車車体や自動車部品、スチール家具、および家電製品のように耐食性が必要とされ、かつ用途に応じて塗料の重ね塗りが施されることがある鉄系金属材料表面に、単独でも十分な耐食性を有し、かつ塗料の重ね塗りが可能な有機塗膜を化学反応で析出させるための自己析出被膜処理用表面処理液、自己析出被膜処理方法、および自己析出被膜を有する金属材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料を使用した工業製品は、一部の特別な用途、および材料を除き、そのほとんどが塗装されている。塗装の目的は、美観の向上もさることながら、金属の宿命である酸化、すなわち腐食を防止することである。ここで、金属材料に用いられる塗料は、その塗装方法や成分で様々に分類することができ、被塗装材料に要求される性能や可能な塗装方法によって選定される。ここで、自動車車体のように、被塗装材料が複雑な構造を有し、かつ高度な耐食性を要求される場合には、つきまわり性と称される袋構造部内部の塗膜厚の確保が重要である。
【０００３】
袋構造部内部の耐食性を確保するために用いられる一般的な方法は、塗装下地用の化成処理であるリン酸亜鉛処理とカチオン電着塗装の組み合わせである。何れの方法も、被塗装材料を処理浴に浸漬して化成処理、および塗装を行うため、袋構造部内部までも化成処理液、および塗料と接触させることができる。しかしながら、リン酸亜鉛処理工程は、湯洗→予備脱脂→脱脂→多段水洗（通常２から３段）→表面調整→皮膜化成→多段水洗（通常２から３段）→イオン交換水洗であり、さらにカチオン電着塗装工程は、電着塗装→多段水洗（通常３から５段）→イオン交換水洗→焼き付けであるため、その処理工程は非常に長く、例えば自動車車体の場合には200mを超える工程長となる。
【０００４】
リン酸亜鉛処理工程においては、従来から知られている通り、皮膜析出反応の副反応であるリン酸鉄スラッジの発生が避けられず、環境問題の観点から改良が望まれている。また、昨今のカチオン電着塗料は改良されてはいるものの、塗膜が電解によって析出し、析出した塗膜の電気抵抗によって塗膜がつきまわっていくメカニズム上、初期に塗膜が析出する外板部と遅れて塗膜が析出する袋構造部内部との膜厚差の発生は避けては通れない課題である。
【０００５】
そこで、化学反応によって有機塗膜を析出させることで、工程短縮を図りつつ、リン酸鉄スラッジ発生の問題と袋構造部内部の塗膜厚の問題を解決すべく技術が古くから提案されており、このような組成物はオートデポジション組成物、または自己析出組成物、または自己沈着組成物と称されている。
【０００６】
例えば、特許文献１は、塩化ビニリデンコポリマーを用いたオートデポジション組成物に関するものである。塩化ビニリデン樹脂は、防湿性、耐湿性、およびガスバリア性が非常に優れるため、塗膜とした際の腐食に対する抑制作用が非常に大きい。しかしながら、塩化ビニリデン樹脂は周知の通り耐熱性が非常に低い。そこで、特許文献１には、塩化ビニリデンモノマーをコモノマーたとえばアクリル系コモノマーと共重合させ、鎖中に熱により安定なコモノマーを挿入することで耐熱性を改善できることが開示されている。しかしながら、鎖中に安定な部位を挿入しても、塩化ビニリデン基本構造の耐熱性の低さは根本的に改善できない。従って、塩化ビニリデンを用いたオートデポジション技術は、高温に晒される環境で使用される金属材料には使用できないばかりか、オートデポジション塗膜の上に、焼き付け塗装による重ね塗りが出来ない問題点を有していた。
【０００７】
塩化ビニリデンを使用しないオートデポジション組成物も数多く開示されている。塩化ビニリデン以外にオートデポジション組成物に用いられる樹脂成分の例としては、特許文献２，３および４に引用されるとおり、スチレンブタジエン、アクリル重合体およびその共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリルブタジエンおよびウレタン樹脂が開示されている。
【０００８】
しかしながら、何れの方法においてもオートデポジション塗膜の耐食性は、塩化ビニリデンを用いたものと比較すると著しく低かった。そこで、耐食性を向上させるためには、特許文献３に示される通り、現在では環境問題の観点から使用が規制されるクロム化合物を使用した後処理をオートデポジション塗装の後に施す必要があった。
【０００９】
そこで、近年になって特許文献５に示される通り、エポキシ樹脂と架橋剤とを組み合わせたオートデポジション組成物が提案された。しかしながら、本発明者らが前記発明の効果を検証した結果、エポキシ樹脂を使用したオートデポジション塗膜は、耐食性が未だ十分であるとは言い難く、かつ、溶剤塗料との密着性が著しく低く、重ね塗りが出来ないという致命的な欠陥を有することを見出した。
【００１０】
特許文献６および７には、水分散性フェノール樹脂、及び柔軟剤重合体からなる、金属支持体上に自動付着できることを特徴とする水性塗料組成物が開示されている。しかしながら、本方法で得られた焼き付け前のオートデポジション塗膜には多量の水分を含んでいるため、焼き付け前の塗膜を水洗することができない。従って、平板な被塗装材料であれば問題はないが、袋構造部を有する材料である場合には、袋構造部内部に残った塗料を洗い出すことができないため、焼き付け後に塗膜膨れや剥離等の、耐食性に著しい影響を及ぼす重大な欠陥が生じる。
【００１１】
また、タンニン酸を用いた表面処理技術も過去から提案されている。例えば、特許文献８には、金属表面を水溶性又は水分散性有機高分子水溶液にタンニンを０．１−２０重量パーセント添加した処理液で処理する金属表面の保護被膜形成方法が開示されている。また、特許文献９には、チタンフッ化水素酸，ジルコニウムフッ化水素酸，シリカ，タンニン酸及び水分散性有機樹脂からなり、水分散性有機樹脂に対するタンニン酸の質量比率が１００：０．５〜１５，乾燥質量換算でタンニン酸及び水分散性有機樹脂の合計量に対する無機物の質量比が１：０．５〜２であることを特徴とする塗装前処理用化成処理液が開示されている。
【００１２】
前記いずれの方法も、被処理金属材料表面に付着した処理液をロール等で絞って付着量を制御した後に乾燥して皮膜形成を行う塗布型表面処理に関するものである。従って、前記文献に示された方法では、得られる膜厚が非常に薄いものであり、かつ化学反応によって皮膜を析出させる方法ではないため、袋構造部内部に皮膜を析出させることは不可能であった。
【００１３】
さらに特許文献１０には、（Ａ）ポリイソシアネート化合物、（Ｂ）水酸基を２個以上有するポリオール化合物及び、（Ｃ）イソシアネート基と反応可能な活性水素を２個以上有し、かつカルボキシル基とスルホニル基から選ばれる１種以上の親水性基を有する官能性化合物を重合させて得られるウレタンポリマーが水に分散され、上記ウレタンポリマー１００重量部に、ポリタンニン酸化合物を０．５〜２０重量部添加されていることを特徴とするウレタン系水性接着剤組成物が開示されている。しかしながら、本特許文献が接着剤組成物に関するものであり、自己析出組成物に関わる処理液組成、および方法に関しては何ら開示されていない。
【００１４】
また、特許文献１１には、水溶性の熱硬化型樹脂および架橋剤と多価フェノール化合物からなる処理液を金属材に施した表面処理金属材であって、水溶性熱硬化型樹脂がポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂から選ばれ、かつ架橋剤がアミノ樹脂、イソシアネートから選ばれ、多価フェノール化合物がタンニン酸であり、また全固形分に対し0.1mass%以上50mass%以下含有され、表面処理鋼板がZn系めっき鋼板である表面処理金属材が開示されている。しかしながら、本特許文献も塗布型表面処理に関するものであり、かつ対象とされる金属材料がZn系めっき鋼板に限られていた。
【００１５】
従って、従来技術では、リン酸亜鉛処理と電着塗装の組み合わせからなる塗装工程と比較して工程長を短縮し、スラッジ等の環境に有害な副生成物を生じず、袋構造部内部のつきまわり性に優れ、クロム化合物のような環境に有害な成分を使用せず、耐食性を有し、かつ得られた塗膜の上に更に焼き付け塗装を重ね塗り可能な自己析出被膜を提供することは不可能であった。また、従来のタンニンを利用した技術では、電着塗装に置き換えることが可能なほどの高膜厚を得ることは不可能であった。
【００１６】
【特許文献１】特開昭60-58474
【特許文献２】特開昭47-32039
【特許文献３】特開昭48-13428
【特許文献４】特開昭61-168673
【特許文献５】特開2003-176449
【特許文献６】特表2002-501100
【特許文献７】特表2002-501124
【特許文献８】特開昭53-116240
【特許文献９】特開2002-266081
【特許文献１０】特開平8-92540
【特許文献１１】特開2003-301274
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、従来技術の問題点を解決することである。すなわち、リン酸亜鉛処理と電着塗装の組み合わせからなる塗装工程と比較して工程長を短縮し、スラッジ等の環境に有害な副生成物をほとんど生じず、袋構造部内部のつきまわり性に優れ、クロム化合物のような環境に有害な成分を使用せず、耐食性を有し、かつ得られた塗膜の上に更に焼き付け塗装を重ね塗り可能である従来の電着塗装に置き換えることが可能な自己析出皮膜を、環境に無害なタンニンを利用して提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは前記課題を解決するための手段について鋭意検討した結果、従来技術にはない自己析出被膜処理用表面処理液、自己析出被膜処理方法、及び自己析出被膜を有する金属材料を発明するに至った。
【００１９】
すなわち、本発明は少なくとも１種のタンニンと、フェノール性ヒドロキシル基及び／又はフェノール核と熱硬化反応可能な架橋基を有する少なくとも１種の架橋剤と、第二鉄イオンと、溶解型フッ素元素と、酸化剤とを含む水溶液であって、
前記タンニンと前記架橋剤との固形分質量濃度比が１：１から１：１０の範囲であり、前記溶解型フッ素元素のモル濃度が前記第二鉄イオンの少なくとも３倍であり、かつ、ｐＨが２から６である
ことを特徴とする、金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液である。
【００２０】
前記少なくとも１種の架橋剤の熱硬化反応可能な架橋基が、イソシアネート基であることが好ましく、さらに前記少なくとも１種の架橋剤が、１モルのポリオールに対して、予め一方のイソシアネート基をブロック剤でブロックされた少なくとも２モルのポリイソシアネートを付加した多官能ブロックイソシアネートであることが好ましい。
【００２１】
前記少なくとも１種の架橋剤中のポリオールが、少なくとも一分子のビスフェノールＡ構造を有することが好ましく、及び／又は、前記少なくとも１種の架橋剤が、ポリオールにポリエーテルポリオールを使用した自己乳化型ブロックイソシアネートであることが好ましい。
【００２２】
前記タンニンの少なくとも1種の濃度が水溶液中の固形分濃度として１〜５質量％であることが好ましい。
【００２３】
酸化剤が過塩素酸、次亜塩素酸、溶存酸素、オゾン、過マンガン酸、過酸化水素から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。
【００２４】
白金電極で測定される酸化還元電位が、３００から５００mVであることが好ましい。
【００２５】
さらに本発明の自己析出被膜処理用表面処理液には、フッ化セリウム、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を、タンニンと架橋剤の合計固形分濃度の０．１〜１０質量％の範囲で含有することが好ましい。
【００２６】
また、本発明は、予め脱脂、水洗処理によって表面を清浄化した金属材料を、前記何れかの自己析出被膜処理用表面処理液と接触させた後、さらに水洗工程で該金属材料表面に付着した余剰な前記処理液を除去し、次いで焼き付け処理を行うことによって被膜を熱硬化させることを特徴とする金属材料の自己析出被膜処理方法である。
【００２７】
また、本発明に用いられる金属材料は鉄系金属材料であることが好ましい。
【００２８】
さらに本発明は、前記方法によって析出した自己析出被膜層を有し、かつ焼き付け硬化後の自己析出被膜層の膜厚が１０〜５０μmであることを特徴とする自己析出被覆金属材料である。
【００２９】
ここで、本特許請求の範囲及び本明細書において使用する各用語の意味について説明する。「第二鉄イオン」とは、Ｆｅ３＋で示されるイオンであれば、表面処理用処理液中での存在形態は特に限定されず、例えば、Ｆｅ３＋や配位子が配位した状態のものを示す。フッ素元素が第二鉄イオンに配位した状態の例としては、ＦｅＦ２＋、ＦｅＦ２＋、ＦｅＦ３等を挙げることができる。「溶解型フッ素元素」とは、分子の状態、イオンの状態など、その形態に特に限定されないが、本発明の自己析出被膜処理用表面処理液中において溶解せずに固体粒子として存在する塩等に含まれるフッ素元素は除かれる。従って、「溶解型フッ素元素」とは、フッ化水素、及び又はその塩等のフッ素含有化合物によって自己析出被膜表面処理液中に供給される溶解しているフッ素元素全般を意味する。更に「溶解型フッ素元素」の濃度とは、系内に存在する様々な溶解しているフッ素元素の合計モル濃度である。例えば、前記フッ素含有化合物によって供給されるフッ素元素は水溶液のｐＨによって、Ｆ−、ＨＦ、ＨＦ２−等の解離形態をとることが出来、ここで言う溶解しているフッ素元素の濃度とは、水溶液中の全てのＦの合計モル濃度である。更には、第二鉄イオンと錯体を形成している場合、当該錯体は「第二鉄イオン」を含み「溶解型フッ素元素」をも含む。「タンニン」とは、フェノール性水酸基を持ち、獣皮をなめす性質を示す植物由来化合物の総称であり、加水分解型タンニンと縮合型タンニンとに大別される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の自己析出被膜処理方法を用いることで、湯洗→予備脱脂→脱脂→多段水洗（通常２から３段）→表面調整→皮膜化成→多段水洗（通常２から３段）→イオン交換水洗→電着塗装→多段水洗（通常３から５段）→イオン交換水洗→焼き付けからなる従来技術、すなわちリン酸亜鉛処理と電着塗装の組み合わせからなる塗装工程と比較して工程長を短縮することが可能である。さらに、本発明の方法によるとスラッジ等の環境に有害な副生成物を生じず、かつ自己析出被膜処理浴にはクロム化合物のような有害な成分を使用しないため、環境に対する影響も小さい。また、本発明の自己析出被膜は被膜単独での耐食性に非常に優れ、かつ袋構造部内部のつきまわり性に優れるため、複雑な構造を有する被塗装物の耐食性の向上にも有効である。さらに、本発明の自己析出被覆金属材料は、自己析出被膜の上に焼き付け塗装を重ね塗りすることが可能である。従って、様々な塗装と組み合わせて使用することが可能である。
【００３１】
架橋剤をイソシアネートとすることにより、より耐食性にすぐれた自己析出被膜を形成できるという効果を奏する。
【００３２】
架橋剤として多官能ブロックイソシアネートを使用することにより、よりいっそう耐食性に優れた自己析出被膜を形成できるという効果を奏する。
【００３３】
架橋剤に少なくとも一分子のビスフェノールＡ構造を有するものを使用することにより、よりいっそう耐食性に優れた自己析出被膜を形成できるという効果を奏する。
【００３４】
架橋剤が、ポリオールにポリエーテルポリオールを使用した自己乳化型ブロックイソシアネートであることにより、よりいっそう大きな膜厚が確保できるという効果を奏する。
【００３５】
前記タンニンの少なくとも１種の濃度が水溶液中の固形分濃度として１〜５質量％とすることにより、耐食性を得るのに十分な膜厚を有し、且つ、成分の消費量を抑えることができる。
【００３６】
前記タンニンの少なくとも１種と、少なくとも１種の架橋剤との固形分質量濃度比を１：１から１：１０とすることにより、均一な自己析出被膜外観が得られ、かつ耐食性も向上するという効果を奏する。
【００３７】
前記酸化剤を過塩素酸、次亜塩素酸、溶存酸素、オゾン、過マンガン酸、過酸化水素から選ばれる少なくとも一種とすることにより、自己析出被膜処理用処理液の安定性を損なわずに自己析出反応を促進するという効果を奏する。
【００３８】
白金電極で測定される酸化還元電位を３００から５００mVとすることにより、浴中に存在する全ての鉄イオンを第二鉄イオンに酸化しその酸化状態を維持するに十分な量の酸化剤が存在することとなり、自己析出膜の析出反応を促進し、かつ第一鉄イオンによる自己析出被膜処理液の不安定化を抑制することができる。
【００３９】
フッ化セリウム、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を、タンニンと架橋剤の合計固形分濃度の０．１〜１０質量％の範囲で含有することにより、自己析出被膜の耐食性、特に耐塩温水性が向上するという効果を奏する。
【００４０】
本発明に係る自己析出被膜処理方法によれば、本発明に係る処理液を使用することにより、より耐食性に優れた自己析出被膜を形成できるという効果を奏する。
【００４１】
金属材料が、鉄系金属材料であることにより、より自己析出被膜を形成し易くなり、耐食性に優れた該膜を形成することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明者らは、少なくとも１種のタンニンと、フェノール性ヒドロキシル基及び／又はフェノール核と熱硬化反応可能な架橋基を有する少なくとも１種の架橋剤と、第二鉄イオンと、溶解型フッ素元素と、酸化剤とを含む水溶液であって、前記タンニンと前記架橋剤との固形分質量濃度比が１：１から１：１０の範囲であり、前記溶解型フッ素元素のモル濃度が前記第二鉄イオンの少なくとも３倍であり、かつ、ｐＨが２から６であることを特徴とする、金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液を用いることで、金属材料表面に耐食性に優れる自己析出被膜を析出させることを可能としたのである。
【００４３】
本発明の自己析出被膜処理用表面処理液は、鉄系金属材料や亜鉛めっき鋼板などの金属材料に適用することができる。しかしながら、もっとも適した金属材料は鉄系金属材料である。ここで言う鉄系金属材料とは、冷延鋼板、及び熱間圧延鋼板等の鋼板や、鋳鉄、及び焼結材等の鉄系金属を示す。
【００４４】
本発明の金属材料の用途は、自動車車体や自動車部品、スチール家具、および家電製品等であり、各々の用途に応じて本発明の自己析出被膜のみの状態か、溶剤塗装等の他の上塗り塗装と組み合わせて使用することができる。
【００４５】
本発明に用いることが出来るタンニンとしては、チェストナット、オーク、ユーカリブタス、ディビディビ、タラ、オーク、スマック、ミラボラム、アルガロビア、バロニア、五倍子、および没食子等の加水分解型タンニン、ケプラチョ、ビルマカッチ、ワットル、スプルーム、ヘムロック、マングローブ、カシワ樹皮、アバラム、ガンビア、茶、および柿等の縮合型タンニン、および特開昭６１−４７７５に開示されるような合成タンニンが挙げられる。
【００４６】
中でも好ましいタンニンは、加水分解型タンニンであり、さらに好ましくは五倍子、および没食子である。特に五倍子は、工業用原料として入手が容易であるばかりか、本発明の自己析出被膜の析出性、および性能の点から最も適したタンニンである。
【００４７】
タンニンと金属イオンとの錯体形成反応は古くから知られており、錯体形成反応を利用した表面処理技術も既に開示されている。例えば、前記特許文献８，９および１１は、亜鉛イオンとタンニンとの錯体形成反応を利用した塗布方式の表面処理技術であるが、得られる膜厚はいずれも１μm未満である。対して本発明においては、被膜析出反応の基本にはタンニンと金属イオン、特に鉄イオンとの錯体形成反応を利用しているが、他の成分と組み合わせることによって、従来にない数10μmもの被膜厚を得ることに成功した。
【００４８】
タンニンと組み合わせる第一の成分は、フェノール性ヒドロキシル基及び／又はフェノール核と熱硬化反応可能な架橋基を有する少なくとも１種の架橋剤である。ここで言うフェノール性ヒドロキシル基とは、フェノール類のヒドロキシル基、フェノール核とは、フェノール類のヒドロキシル基に対してオルソ位、又はパラ位の炭素を示す。前記架橋剤の架橋基としては、メチロール基、カルボキシル基、グリシジル基、グリシジル基が開環した二級アルコール基、およびイソシアネート基等を用いることができ、中でもイソシアネート基であることが好ましい。
【００４９】
さらに前記架橋剤が、１モルのポリオールに対して、予め一方のイソシアネート基がブロック剤でブロックされた少なくとも２モルのポリイソシアネートを付加した多官能ブロックイソシアネートであることが好ましい。イソシアネート基は、ブロック剤でブロックすることによって水との反応を抑制することができ、かつ熱を与えることでブロック剤が解離して架橋反応が起こるため、本発明の架橋剤として最適である。
【００５０】
本発明に用いることができるポリイソシアネートとしては、公知のものを用いることができる。例えば、１，４−テトラメチレンジイソシアネート、エチル（２，６−ジイソシアナート）ヘキサノエート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、１，１２−ドデカメチレンジイソシアネート、２，２，４−または２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートの様な脂肪族ジイソシアネート、１，３，６−ヘキサメチレントリイソシアネート、１，８−ジイソシアナート−４−イソシアナートメチルオクタン、２−イソシアナートエチル（２，６−ジイソシアナート）ヘキサノエートの様な脂肪族トリイソシアネートやイソホロンジイソシアネートの様な環状構造を有するジイソシアネート、更には、ｍ−またはｐ−フェニレンジイソシアネート、トルエン−２，４−または２，６−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート、ジフェニル−４，４’−ジイソシアネート、４，４’−ジイソシアナート−３，３’−ジメチルジフェニル、３−メチル−ジフェニルメタン−４，４’−ジイソシアネート、ジフェニルエーテル−４，４’−ジイソシアネートの様な芳香族ジイソシアネート等を用いることができる。
【００５１】
本発明に好適なポリイソシアネートは、得られる被膜の柔軟性の観点からは１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、イソシアネート基の反応性の観点からはトルエン−２，４−または２，６−ジイソシアネートである。
【００５２】
本発明に用いるイソシアネート基のブロック剤としては、公知のものを用いることができる。例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、ｉｓｏ−プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｉｓｏ−ブチルアルコール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、フェノール、メチルフェノール、クロルフェノール、ｐ−ｉｓｏ−ブチルフェノール、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、ｐ−ｉｓｏ−アミルフェノール、ｐ−オクチルフェノール、ｐ−ノニルフェノール等のフェノール類、マロン酸ジメチルエステル、マロン酸ジエチルエステル、アセチルアセトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル等の活性メチレン化合物類、ホルムアルドキシム、アセトアルドキシム、アセトンオキシム、メチルエチルケトンオキシム、シクロヘキサノンオキシム、アセトフェノンオキシム、ベンゾフェノンオキシム、２−ブタノンオキシム等のオキシム類、ε−カプロラクタム、δ−バレロラクタム、γ−ブチロラクタム等のラクタム類、およびチオ硫酸塩等が挙げられる。
【００５３】
イソシアネート基からの解離温度が低いブロック剤を選択することによって、本発明の自己析出被膜処理における被膜の焼き付け温度を低下させることができる。しかしながら、あまりにも解離温度が低い場合には、自己析出被膜処理用表面処理液の安定性を損なう恐れがある。そこで、ホルムアルドキシム、アセトアルドキシム、アセトンオキシム、シクロヘキサノンオキシム、アセトフェノンオキシム、ベンゾフェノンオキシム、２−ブタノンオキシム等のオキシム類、およびチオ硫酸塩の使用が好ましい。尚、ここで用いるブロック剤は、イソシアネート基に対して、使用するポリイソシアネートがジイソシアネートの場合は１／２倍のモル量が好ましく、トリイソシアネートの場合には２／３倍のモル量が好ましい。当該ブロック剤を用いると、ポリオールと反応させた後の架橋剤の水との反応を抑制し、自己析出表面処理用処理液の安定性を維持しつつ、焼き付け前の自己析出被膜に熱を与えることで塗膜を硬化させるという効果を奏する。
【００５４】
本発明に用いることができるポリオールとしては、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールの共重合体の様なポリエーテルポリオール、ポリエチレンアジベート、ポリジエチレンアジベート、ポリプロピレンアジベート、ポリテトラメチレンアジベート、ポリ-ε-カプロラクトンの様なポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、アクリルポリオール、エポキシポリオール、トリメチロールプロパン、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＡＤ等が挙げられる。
【００５５】
中でも、分子構造中に少なくとも一分子のビスフェノールＡ構造を有するエポキシポリオールやビスフェノールＡが好ましい。ここで、「少なくとも一分子のビスフェノールＡ構造を有する」とは、前記エポキシポリオールのようなポリマーの直鎖の中に組み込まれていることや、ビスフェノールＡの繰り返し単位を一部に有するポリマーであることや、ビスフェノールＡのホモポリマーや、ビスフェノールＡそのものであることを意味する。ビスフェノールＡは、ベンゼン環を基本骨格に有し、かつ二つのベンゼン環が二つのメチル基がついたメチレン鎖で繋がれているため、樹脂自体の頑丈さ（堅さ）と高い耐薬品性を併せ持つ構造である（ＨＯ−Ｃ６Ｈ４−Ｃ（ＣＨ３）２−Ｃ６Ｈ４−ＯＨ）。従って、ビスフェノールＡ構造を有するポリオールを本発明の多官能ブロックイソシアネートに用いることによって、本発明によって得られる耐食性が飛躍的に向上するのである。
【００５６】
さらに、前記少なくとも1種の架橋剤が、ポリオールにポリエーテルポリオールを使用した自己乳化型ブロックイソシアネートであることが好ましい。現時点では詳細な機構は不明であるが、本発明者等は、ポリオールにポリエーテルポリオールを使用した自己乳化型ブロックイソシアネートを使用することによって、本発明における自己析出被膜の析出速度が著しく向上することを見出したのである。ここで、自己乳化型ブロックイソシアネートとは、ブロックイソシアネートポリマー分子中に、アニオン性、カチオン性、又はノニオン性の親水基を付加することによって、ポリマー分子自身が水との親和性を持ち、水中で乳化分散することができるものを示す。
【００５７】
ここで、ポリエーテルポリオールとしては、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、及びポリエチレングリコールとポリプロピレングリコールとの共重合体を用いることができる。特にポリエチレングリコールは、その水溶性と本発明における自己析出被膜の析出速度とのバランスから好適である。
【００５８】
前記タンニンの少なくとも１種の濃度が水溶液中の固形分濃度として１〜５質量％であることが好ましく、より好ましくは、１〜３質量％である。その濃度が１質量％よりも小さい時は、十分な自己析出性が得られず、本発明の効果のひとつである耐食性を得られるだけの自己析出塗膜厚が得られない。また、５質量％よりも大きい場合は、被塗装物による処理液の持ち出しに起因する自己析出浴成分の消費量が増えるばかりか、持ち出された処理液は水洗工程で除去されて排水処理工程へ送られるため、不要な廃棄物の増大を招くこととなる。従って、より好ましいタンニンの上限濃度は３質量％である。
【００５９】
表面処理液中のタンニンと架橋剤との固形分質量濃度比が１：１から１：１０であることが好ましく、より好ましくは１：１から１：６であり、更に好ましくは１：１から１：３である。タンニンに対する架橋剤の比率が１倍未満の場合は、架橋密度が低く十分な耐食性を得ることができない。また、１０倍よりも大きい場合には、架橋密度が高すぎて塗膜が脆くなり実用に適さないのである。
【００６０】
さらに本発明には、表面処理液中の成分、特に架橋剤の水溶性向上、および焼き付け硬化後の被膜の外観を向上するための溶剤成分を添加することができる。本発明に好適な溶剤としては、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、および２，２，４−トリメチルペンタンジオール−１，３−モノイソブチレート等が挙げられる。
【００６１】
本発明は自己析出被膜処理用表面処理液に関するものである。ここで、本発明における自己析出反応は、ｐＨが２から６であることによる鉄系金属材料の溶解反応、および第二鉄イオンによる金属鉄の酸化反応によって浴中に溶け出した第一鉄イオンと、タンニンの多価フェノールが第一鉄イオンと錯体を形成することによって、タンニンが不溶化し自己析出被膜として析出するのである。さらに、架橋剤としてポリオールにポリエーテルポリオールを使用した自己乳化型ブロックイソシアネートを使用することで自己析出反応が促進される。
【００６２】
自己析出反応に使用されなかった余剰の第一鉄イオンは、本発明の自己析出処理浴中の酸化剤によって速やかに第二鉄イオンに酸化される。酸化された第二鉄イオンは、そのままでは自己析出処理浴の安定性を損なう原因となり得るが、本発明の処理浴に含まれる溶解したフッ素元素が配位することによって、処理浴の安定性が保たれるのである。
【００６３】
ここで、鉄イオンの供給源としては、可溶性の鉄塩、例えば硝酸鉄、硫酸鉄、塩化鉄等を用いることができ、第一鉄塩、第二鉄塩のいずれを用いても、自己析出被膜処理用表面処理液中の酸化剤で酸化することによって、処理液中で第二鉄イオンとすることができる。また、鉄粉、酸化鉄、水酸化鉄等をフッ化水素酸で溶解して使用してもよい。
【００６４】
前記自己析出反応が起こるための第二鉄イオンの濃度は０．１〜３g/Lであり、好ましくは０．５〜２．５g/Lであり、より好ましくは１〜２g/Lである。尚、第二鉄イオンの濃度は、当業界で一般的な方法で測定でき、例えば、予め樹脂分を酸と加熱によって分解、分離した自己析出被膜処理用表面処理液を用い、原子吸光法、ＩＣＰ発光分析、ＥＤＴＡによるキレート分析法によって測定することができる。また、溶解型フッ素元素の好ましい濃度は、第二鉄イオンの少なくとも三倍モル濃度である。上限は特に限定されないが、例えば、第二鉄イオンの十倍モル濃度以下である。尚、溶解型フッ素元素の濃度は、当業界で一般的な方法で測定でき、例えば、本発明の自己析出被膜処理用表面処理液中の固形物粒子をフィルターで除去した後に、さらに蒸留操作を行い蒸留液中のフッ素元素濃度をイオンクロマトグラフやキャピラリー電気泳動装置によって測定することができる。第二鉄イオン濃度が０．１g/L未満では、自己析出に好適な量の鉄の酸化溶解反応を起こしにくくなる。また、３g/Lよりも大きい場合には、析出した自己析出塗膜にとりこまれる鉄分濃度が上昇し、鉄イオンとともに塗膜中に取り込まれる水分量が増えるために、自己析出塗膜が後の水洗工程で剥離しやすくなる。
【００６５】
溶解したフッ素元素の供給源としては、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、酸性フッ化アンモニウム、フッ化ナトリウム、二フッ化水素ナトリウム、フッ化カリウム、二フッ化水素カリウム等を用いることができる。ここで、フッ化水素酸以外のフッ化物を用いる場合には、硝酸、硫酸等の酸を使用して自己析出被膜処理用表面処理液のpHを調整してもよい。
【００６６】
本発明の自己析出被膜処理用表面処理液の好ましいpHは２から６、より好ましくは、２．５から５、より好ましくは２．５から４である。尚、ｐＨの測定方法は、ＪＩＳ Ｚ ８８０２の方法によるものとする。本発明の自己析出被膜処理方法は、前述したとおり、自己析出被膜処理用表面処理液中のフッ化水素酸による鉄系金属材料の溶解反応、および第二鉄イオンによる金属鉄の酸化反応を起点とするものである。従って、pHが６よりも大きいと金属材料の溶解反応が起こりにくく、かつ第二鉄イオンの還元反応も起こりにくくなるのである。また、pHが２よりも小さいと自己析出被膜の析出反応に対する金属材料の溶解反応が大きくなりすぎて、自己析出被膜処理用表面処理液の安定性が損なわれる恐れがあるのである。
【００６７】
前記酸化剤は過塩素酸、次亜塩素酸、溶存酸素、オゾン、過マンガン酸、過酸化水素から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。過酸化水素は、入手が容易であり、かつ自身の還元反応による副生成物が水であることから自己析出被膜処理液に対する影響を考慮する必要がなく、本発明に好適な酸化剤である。
【００６８】
本発明の自己析出処理液における酸化剤の濃度は、白金電極を作用局に用いた市販のＯＲＰ電極で測定される酸化還元電位で管理することができる。ここで、本発明の自己析出反応メカニズムからは、全ての第一鉄イオンを第二鉄イオンに酸化した状態で余剰の酸化剤が処理浴に存在する状態が好ましい。即ち、酸化剤の量は、浴中に存在する全ての鉄イオンを第二鉄イオンに酸化しその酸化状態を維持するに十分な量が好ましい。酸化還元電位を選択した酸化剤によって与えられる値の最小値以上に保つことによって、前記状態を維持することが可能となる、ここで、過酸化水素を例にとった場合の好ましい酸化還元電位は、少なくとも３００mV以上であり、より好ましくは３５０mV以上であり、さらにより好ましくは４００mV以上である。上限は特に限定されないが５００ｍＶ以下である。
【００６９】
さらに、本発明の自己析出被膜処理用表面処理液には、フッ化セリウム、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を、タンニンと架橋剤の合計固形分濃度の０．１〜１０質量％の範囲で含有することが好ましい。
【００７０】
前記フッ化物は、フッ化水素酸水溶液中での溶解度が小さいため、本発明の表面処理液中では供給した前記フッ化物がほとんど固体粒子として存在し、自己析出反応によって有機被膜が析出する際に被膜中に取り込まれる。取り込まれたフッ化物粒子によって、自己析出被膜の耐食性が向上するのである。現時点では、前記フッ化物の粒子の作用効果は明確ではないが、フッ化物粒子が被膜中に存在することによって、被膜中に進入した腐食促進成分が金属界面まで到達する速度を遅らせる効果と、焼き付け時におけるタンニンと架橋剤との架橋反応を促進する効果を有するものと考えられる。
【００７１】
フッ化セリウム、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも１種としては、市販の塩を使用しても構わないし、硝酸セリウム等の可溶性金属塩とフッ化水素酸とを反応させることによって析出した沈殿物である粒子を使用して構わない。ここで、本発明の自己析出被膜層の好ましい膜厚は、１０〜５０μmである。従って、フッ化セリウム、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の好ましい平均粒径は５０μm以下であり、より好ましくは１０μm以下である。また、フッ化物の微粒子の平均粒径の好ましい下限は、それによる腐食促進成分の移動速度を遅らせる作用からは、０．１μmである。
【００７２】
前記フッ化物微粒子の平均粒径は、市販のレーザー散乱粒度分布測定装置、または光散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
【００７３】
また、本発明の自己析出被膜処理用処理液には、可溶性成分としてヘキサフルオロジルコニウム酸、およびヘキサフルオロチタニウム酸を添加することができる。前記可溶性成分は、自己析出被膜析出時の界面pHの上昇によって、ジルコニウム、又はチタニウムが酸化物、及び又は水酸化物として析出し、本発明の自己析出被膜の耐食性を更に高める効果を有するのである。
【００７４】
さらに、本発明の金属材料の自己析出被膜処理方法は、鉄系金属材料を予め脱脂、水洗処理によって表面を清浄化した後、前記自己析出被膜処理方法に記載された水溶液と接触させた後、さらに水洗工程で該金属材料表面に付着した余剰な水溶液を除去し、次いで焼き付け処理を行うことによって被膜を熱硬化させることによって行う。焼き付け工程における好ましい焼き付け温度は、１７０〜２２０℃、より好ましくは１８０〜２００℃である。
【００７５】
ここで、脱脂処理は従来から一般に用いられている溶剤脱脂、アルカリ脱脂等を用いることができ、その工法も流しかけ、スプレー、浸漬、および電解等なんら制約されるものではない。また、脱脂処理後、および自己析出被膜処理後に行われる水洗処理に関しても何ら制約はなく、流しかけ、スプレー、浸漬等から選択することができる。水洗に用いられる水の水質にも特に制約はないが、自己析出被膜処理浴への微少成分の持ち込み、および塗膜中への残存を考慮するとイオン交換水が望ましい選択である。
【００７６】
本発明の自己析出被膜処理は、被塗装物を処理浴へ浸漬する浸漬法によって行われる。浸漬法が行われる処理浴に関しては、処理浴中の成分濃度が均一に保たれる程度の攪拌を備えているのみでよい。
【００７７】
本発明の自己析出被膜処理における自己析出被膜処理槽への被処理金属材料の浸漬時間には特に限定はないが、工業的に利用可能な短い処理時間で、十分な膜厚の被膜を析出させることができることも本発明の効果の一つである。ここで、本発明の自己析出被膜を得るために好ましい浸漬時間は、１０秒から１０分、より好ましくは３０秒から５分、更により好ましくは１分から３分である。
【００７８】
被塗装材料の表面状態によっては酸洗工程を採用することもできる。その場合の処理工程は、脱脂→多段水洗（通常２から３段）→酸洗→多段水洗（通常１〜２段）→自己析出被膜化成→多段水洗（通常２から３段）→焼き付けとなる。
【００７９】
さらに、自己析出被膜処理工程の後に後処理工程を組み合わせることによって、耐食性をさらに高めることも可能である。後処理工程を用いた場合の処理工程は、脱脂→多段水洗（通常２から３段）→自己析出被膜化成→多段水洗（通常２から３段）→後処理→焼き付けとなる。ここで、本発明に用いることができる後処理成分としては、セリウム、アルミニウム、コバルト、カルシウム、ストロンチウム、およびイットリウム等の可溶性塩類、又は、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリビニルアミン等のアミン類を用いることができる。
【００８０】
本発明は金属材料表面に前記方法によって析出した自己析出被膜層を有し、かつ焼き付け硬化後の自己析出被膜層の膜厚が１０〜５０μmであることを特徴とする自己析出被覆金属材料である。当該範囲内では、十分な耐食性を有し、クラックや収縮といった外観不良が生じにくくなる。
【００８１】
〔実施例〕
【００８２】
以下に実施例を比較例とともに挙げ、本発明の自己析出被膜処理用処理液、自己析出被膜処理方法および自己析出被膜処理された金属材料の効果を具体的に説明する。尚、実施例で使用した被処理金属材料、脱脂剤、及び塗料は市販されている材料の中から任意に選定したものであり、本発明の自己析出被膜処理方法、及び自己析出被膜処理された金属材料の実際の用途における材料の組み合わせを何ら限定するものではない。
【００８３】
（供試板）
実施例と比較例に用いた供試板の略号と内訳を以下に示す。
・ CRS（冷延鋼板：ＪＩＳ−Ｇ−３１４１）
【００８４】
（自己析出被膜処理用処理液組成と処理工程）
【００８５】
・ 製造例１：架橋剤の合成
乾燥窒素雰囲気下で、１７４ｇのトルエンジイソシアネート（コロネートT80：日本ポリウレタン工業（株）製）に８７ｇの2-ブタノンオキシムを、反応温度が４０℃を超えないように外部から冷却しながら加えた。４０℃で1時間保持した後に、反応容器を７０℃に加温した。そこに、ビスフェノールＡ（試薬）１１３ｇ、さらにジブチル錫ラウレート（STANN BL：三共有機合成（株）製）０．０２ｇを加え１２０℃で２時間保持した後、エチレングリコールモノブチルエーテル（試薬）で固形分濃度が３０質量％となるように希釈した。
【００８６】
・ 製造例２：架橋剤の合成
乾燥窒素雰囲気下で、１７４ｇのトルエンジイソシアネート（コロネートT80：日本ポリウレタン工業（株）製）に８７ｇの2-ブタノンオキシムを、反応温度が４０℃を超えないように外部から冷却しながら加えた。４０℃で1時間保持した後に、反応容器を７０℃に加温した。そこに、1,1,1-トリス（ヒドロキシメチル）プロパン（試薬）４５ｇ、さらにジブチル錫ラウレート（STANN BL：三共有機合成（株）製）０．０２ｇを加え１２０℃で２時間保持した後、エチレングリコールモノブチルエーテル（試薬）で固形分濃度が３０質量％となるように希釈した。
【００８７】
・ 実施例１〜５、および比較例１
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記、表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の五倍子タンニン（商品名タンニン酸ＡＬ：富士化学工業（株）製）、架橋剤Aとして製造例１の架橋剤、架橋剤Bとして市販のポリエチレングリコール自己乳化タイプのブロックイソシアネート（商品名タケネートＷＢ−９２０：三井化学ポリウレタン（株）製）、鉄粉（試薬）、フッ化水素酸（試薬）、及び過酸化水素水（試薬）を用いて調整した表１に示す自己析出被膜処理浴に浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１８０℃で２０分間焼き付けを行った。自己析出浴への浸漬時間は、膜厚が１５μmとなるように設定した。各々の実施例および比較例で得られた自己析出被覆金属材料を後述する方法に従って評価した。
【００８８】
・ 実施例６〜９、および比較例２，３
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記、表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の五倍子タンニン（商品名タンニン酸ＡＬ：富士化学工業（株）製）、架橋剤Aとして製造例２の架橋剤、架橋剤Bとして市販のポリエチレングリコール自己乳化タイプのブロックイソシアネート（商品名タケネートＷＢ−９２０：三井化学ポリウレタン（株）製）、鉄粉（試薬）、フッ化水素酸（試薬）、及び過酸化水素水（試薬）を用いて調整した表２に示す自己析出被膜処理浴に浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１８０℃で２０分間焼き付けを行った。さらに市販のアミノアルキッド系中塗り塗装（商品名アミラックTP-37グレー：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）、および市販のアミノアルキッド系上塗り塗装（商品名アミラックTM-13白：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）を行った。各々の実施例および比較例で得られた自己析出被覆金属材料を後述する方法に従って評価した。
【００８９】
・ 実施例１０〜１２
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記、表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の五倍子タンニン（商品名タンニン酸ＡＬ：富士化学工業（株）製）、架橋剤Aとして市販の水溶性ブロックイソシアネート（商品名エラストロンＨ３８：第一工業製薬（株）製）、架橋剤Bとして市販のポリエチレングリコール自己乳化タイプのブロックイソシアネート（商品名タケネートＷＢ−９２０：三井化学ポリウレタン（株）製）、鉄粉（試薬）、フッ化水素酸（試薬）、及び過酸化水素水（試薬）を用いて調整した表３に示す自己析出被膜処理浴に２分間浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１８０℃で２０分間焼き付けを行った。さらに市販のアミノアルキッド系中塗り塗装（商品名アミラックTP-37グレー：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）、および市販のアミノアルキッド系上塗り塗装（商品名アミラックTM-13白：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）を行った。各々の実施例で得られた自己析出被覆金属材料を後述する方法に従って評価した。
【００９０】
・比較例４
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記、表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の五倍子タンニン（商品名タンニン酸ＡＬ：富士化学工業（株）製）、架橋剤Aとして市販の水溶性ブロックイソシアネート（商品名エラストロンＨ３８：第一工業製薬（株）製）、架橋剤Bとして市販のポリエチレングリコール自己乳化タイプのブロックイソシアネート（商品名タケネートＷＢ−９２０：三井化学ポリウレタン（株）製）、塩化第二鉄（試薬）、鉄粉（試薬）、フッ化水素酸（試薬）、及び過酸化水素水（試薬）を用いて調整した表３に示す自己析出被膜処理浴に２分間浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１８０℃で２０分間焼き付けを行った。なお、塩化第二鉄と鉄粉の配合割合は、塩化第二鉄を鉄分として１ｇ／Ｌ、残りの鉄分を鉄粉とした。さらに市販のアミノアルキッド系中塗り塗装（商品名アミラックTP-37グレー：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）、および市販のアミノアルキッド系上塗り塗装（商品名アミラックTM-13白：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）を行った。各々の実施例で得られた自己析出被覆金属材料を後述する方法に従って評価した。
【００９１】
・ 実施例１３〜１５
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記、表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の五倍子タンニン（商品名タンニン酸ＡＬ：富士化学工業（株）製）、架橋剤Aとして市販の水溶性ブロックイソシアネート（商品名エラストロンＨ３８：第一工業製薬（株）製）、架橋剤Bとして市販のポリエチレングリコール自己乳化タイプのブロックイソシアネート（商品名タケネートＷＢ−９２０：三井化学ポリウレタン（株）製）、鉄粉（試薬）、フッ化水素酸（試薬）、過酸化水素水（試薬）、及びフッ化セリウム（試薬）、フッ化アルミニウム（試薬）を用いて調整した表４に示す自己析出被膜処理浴に２分間浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１８０℃で２０分間焼き付けを行った。なお、表４中のフッ化物粒子の濃度は、自己析出被膜処理用表面処理液中の固形分に対する質量％を示す。また、セリウム、およびフッ化アルミニウム試薬は、事前にジルコニアビーズを使用したサンドミルで粉砕し、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置（LA-920：（株）堀場製作所製）で平均粒径を測定した結果、各々５．８μm、および８．２μmであった。さらに市販のアミノアルキッド系中塗り塗装（商品名アミラックTP-37グレー：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）、および市販のアミノアルキッド系上塗り塗装（商品名アミラックTM-13白：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）を行った。各々の実施例で得られた自己析出被覆金属材料を後述する方法に従って評価した。
【００９２】
・ 比較例５
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の五倍子タンニン（商品名タンニン酸ＡＬ：富士化学工業（株）製）を固形分として６質量％、鉄粉（試薬）を１．５g/L、フッ化水素酸（試薬）をフッ素として１．６g/L、及び過酸化水素水（試薬）を用いてORPを４００mVに調整した自己析出被膜処理浴に5分間浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１８０℃で２０分間焼き付けを行った。得られた自己析出被覆金属材料を後述する方法に従って評価した。
【００９３】
・ 比較例６
市販のアルカリ脱脂剤であるファインクリーナーL4460（日本パーカライジング（株）製）を水で２質量％に希釈し４０℃に加温した液を供試板にスプレー装置で噴霧し脱脂処理を行った。脱脂処理後の供試板表面を、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄した。前記表面を脱脂洗浄した供試板を、市販の自己析出被膜処理薬剤であるＮＳＤ−１０００（塩化ビニリデンタイプ：日本パーカライジング（株）製）をカタログ値の中心に調整した処理浴に２分間浸漬した後、スプレー装置を用いてイオン交換水で洗浄し、次いで１００℃で２０分間焼き付けを行った。さらに市販のアミノアルキッド系中塗り塗装（商品名アミラックTP-37グレー：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）、および市販のアミノアルキッド系上塗り塗装（商品名アミラックTM-13白：関西ペイント（株）製、膜厚35μｍ、スプレー塗装、140℃で20分間焼き付け）を行った。上塗り塗装まで行った供試板塗膜の密着性を後述する方法に従って評価した。
【００９４】
（自己析出被覆処理金属材料の外観および膜厚評価）
実施例、及び比較例の自己析出被膜処理用表面処理液を用いて処理を行った供試板の外観を目視で判定した。また、被膜厚を電磁式膜厚計（フィッシャースコープＭＭＳ：FISCHER製）を用いて測定した。
【００９５】
（自己析出被覆金属材料の性能評価）
実施例、及び比較例の性能評価を行った。評価項目と略号を以下に示す。尚、焼き付け完了後の自己析出被膜を自己析出塗膜、上塗り塗装後に焼き付けまでを行った塗膜を3coats塗膜と称することとする。
（１）SST：塩水噴霧試験（自己析出塗膜）
（２）SDT：塩温水試験（自己析出塗膜）
（３）1stADH：１次密着性（3coats塗膜）
（４）2ndADH：耐水２次密着性（3coats塗膜）
【００９６】
・SST
鋭利なカッターでクロスカットを入れた自己析出塗膜板に５質量％塩水を１０００時間噴霧（ＪＩＳ−Ｚ−２３７１に準ずる）した。噴霧終了後にクロスカット部からの両側最大ふくれ幅を測定した。
【００９７】
・SDT
鋭利なカッターでクロスカットを入れた自己析出塗膜板を、50℃に昇温した5質量％のNaCl水溶液に240時間浸漬した。浸漬終了後に水道水で水洗→常温乾燥したクロスカット部を粘着テープで剥離し、塗膜の両側最大剥離幅を測定した。
【００９８】
・ 1stADH
3coats塗膜に鋭利なカッターで2mm間隔の碁盤目を100個切った。碁盤目部を粘着テープで剥離し、碁盤目の残存個数を数えた。
【００９９】
・2ndADH
3coats塗装板を40℃の脱イオン水に240時間浸漬した。浸漬後に鋭利なカッターで2mm間隔の碁盤目を100個切った。碁盤目部を粘着テープで剥離し、碁盤目の残存個数を数えた。
【０１００】
表５に実施例１から５、および比較例１で得られた自己析出被膜の評価結果を示した。実施例１から５は、全ての水準において均一な外観が得られ、かつ耐食性も優れていた。対して、比較例１は、焼き付け後の自己析出被膜全面にクラックが発生したため、耐食性評価を行わなかった。
【０１０１】
表６に実施例６から９、および比較例２，３で得られた自己析出被膜の評価結果を示した。実施例６から９は、架橋剤にビスフェノールＡ構造を導入していないため、実施例１から５と比較すると若干劣るものの実用上十分な耐食性を示した。また、中上塗り塗装後の密着性も良好であった。対して、比較例２の自己析出被覆金属材料は、密着性は得られたものの、膜厚が低いため耐食性に劣る結果であった。比較例３では、焼き付け後の自己析出被膜のエッジ部にクラックが発生したため、耐食性評価を行わなかった。
【０１０２】
表７には、実施例１０から１２、および比較例４で得られた自己析出被膜の評価結果を示した。実施例１０から１２は、全ての水準において均一な外観が得られ、かつ耐食性も優れていた。また、中上塗り塗装後の密着性も良好であった。対して比較例４では、自己析出被膜処理工程の次工程である水洗工程において、焼き付け前の塗膜が剥離した。
【０１０３】
表８に実施例１３から１５で得られた自己析出被膜の評価結果を示した。本実施例からフッ化物粒子の添加による耐食性向上効果が明らかである。特に、SDT試験において耐食性が著しく向上した。
【０１０４】
表９に比較例５で得られた自己析出被膜の評価結果を示した。比較例５においては、自己析出被膜は得られたが、架橋剤を使用しなかったため膜厚が著しく低く、外観も不均一であり、かつ耐食性に劣る結果であった。
【０１０５】
表１０には、比較例６で得られた自己析出被膜の評価結果を示した。比較例６は市販の自己析出被膜処理剤であるため、比較的良好な耐食性を示した。しかしながら、中上塗り塗装後の密着性評価では、碁盤目部の塗膜が全て剥離した。
【０１０６】
以上より、本発明の効果は明らかである。
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種のタンニンと、フェノール性ヒドロキシル基及び／又はフェノール核と熱硬化反応可能な架橋基を有する少なくとも１種の架橋剤と、第二鉄イオンと、溶解型フッ素元素と、酸化剤とを含む水溶液であって、
前記タンニンと前記架橋剤との固形分質量濃度比が１：１から１：１０の範囲であり、前記溶解型フッ素元素のモル濃度が前記第二鉄イオンの少なくとも３倍であり、かつ、ｐＨが２から６である
ことを特徴とする、金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項２】
前記少なくとも１種の架橋剤の熱硬化反応可能な架橋基が、イソシアネート基である、請求項１に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項３】
前記少なくとも１種の架橋剤が、１モルのポリオールに対して、予め一方のイソシアネート基がブロック剤でブロックされた少なくとも２モルのポリイソシアネートを付加した多官能ブロックイソシアネートである、請求項２に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項４】
前記少なくとも１種の架橋剤中のポリオールが、少なくとも一分子のビスフェノールＡ構造を有することを特徴とする、請求項３に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項５】
前記少なくとも１種の架橋剤が、ポリオールにポリエーテルポリオールを使用した自己乳化型ブロックイソシアネートであることを特徴とする、請求項３又は４に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項６】
前記タンニンの少なくとも１種の濃度が水溶液中の固形分濃度として１〜５質量％であることを特徴とする、請求項１から５の何れか一項に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項７】
酸化剤が過塩素酸、次亜塩素酸、溶存酸素、オゾン、過マンガン酸、過酸化水素から選ばれる少なくとも一種である、請求項１から６の何れか一項に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項８】
白金電極で測定される酸化還元電位が、３００から５００mVであることを特徴とする、請求項７に記載の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項９】
フッ化セリウム、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を、タンニンと架橋剤の合計固形分濃度の０．１〜１０質量％の範囲で含有することを特徴とする、請求項１から８何れか一項に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項１０】
予め脱脂、水洗処理によって表面を清浄化した金属材料を、請求項１から９の何れか一項に記載された表面処理液と接触させた後、さらに水洗工程で該金属材料表面に付着した余剰な前記処理液を除去し、次いで焼き付け処理を行うことによって被膜を熱硬化させることを特徴とする金属材料の自己析出被膜処理方法。
【請求項１１】
前記金属材料が鉄系金属材料であることを特徴とする請求項１０に記載の自己析出被膜処理方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載された方法によって析出した自己析出被膜層を有し、かつ焼き付け硬化後の自己析出被膜層の膜厚が１０〜５０μmであることを特徴とする自己析出被覆金属材料。
【請求項１】
少なくとも１種のタンニンと、フェノール性ヒドロキシル基及び／又はフェノール核と熱硬化反応可能な架橋基を有する少なくとも１種の架橋剤と、第二鉄イオンと、溶解型フッ素元素と、酸化剤とを含む水溶液であって、
前記タンニンと前記架橋剤との固形分質量濃度比が１：１から１：１０の範囲であり、前記溶解型フッ素元素のモル濃度が前記第二鉄イオンの少なくとも３倍であり、かつ、ｐＨが２から６である
ことを特徴とする、金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項２】
前記少なくとも１種の架橋剤の熱硬化反応可能な架橋基が、イソシアネート基である、請求項１に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項３】
前記少なくとも１種の架橋剤が、１モルのポリオールに対して、予め一方のイソシアネート基がブロック剤でブロックされた少なくとも２モルのポリイソシアネートを付加した多官能ブロックイソシアネートである、請求項２に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項４】
前記少なくとも１種の架橋剤中のポリオールが、少なくとも一分子のビスフェノールＡ構造を有することを特徴とする、請求項３に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項５】
前記少なくとも１種の架橋剤が、ポリオールにポリエーテルポリオールを使用した自己乳化型ブロックイソシアネートであることを特徴とする、請求項３又は４に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項６】
前記タンニンの少なくとも１種の濃度が水溶液中の固形分濃度として１〜５質量％であることを特徴とする、請求項１から５の何れか一項に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項７】
酸化剤が過塩素酸、次亜塩素酸、溶存酸素、オゾン、過マンガン酸、過酸化水素から選ばれる少なくとも一種である、請求項１から６の何れか一項に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項８】
白金電極で測定される酸化還元電位が、３００から５００mVであることを特徴とする、請求項７に記載の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項９】
フッ化セリウム、フッ化イットリウム、フッ化アルミニウム、フッ化ストロンチウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を、タンニンと架橋剤の合計固形分濃度の０．１〜１０質量％の範囲で含有することを特徴とする、請求項１から８何れか一項に記載の金属材料の自己析出被膜処理用表面処理液。
【請求項１０】
予め脱脂、水洗処理によって表面を清浄化した金属材料を、請求項１から９の何れか一項に記載された表面処理液と接触させた後、さらに水洗工程で該金属材料表面に付着した余剰な前記処理液を除去し、次いで焼き付け処理を行うことによって被膜を熱硬化させることを特徴とする金属材料の自己析出被膜処理方法。
【請求項１１】
前記金属材料が鉄系金属材料であることを特徴とする請求項１０に記載の自己析出被膜処理方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載された方法によって析出した自己析出被膜層を有し、かつ焼き付け硬化後の自己析出被膜層の膜厚が１０〜５０μmであることを特徴とする自己析出被覆金属材料。
【公開番号】特開２００９−２９３１００（Ｐ２００９−２９３１００Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４９９９３（Ｐ２００８−１４９９９３）
【出願日】平成２０年６月７日（２００８．６．７）
【出願人】（０００２２９５９７）日本パーカライジング株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月７日（２００８．６．７）
【出願人】（０００２２９５９７）日本パーカライジング株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
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