説明

金属表面処理組成物、及び当該組成物を用いた金属表面処理方法

【課題】水系のラミネート接着剤であって、耐水試験後のラミネートフィルムと金属素材との密着性を高く維持するための、金属表面処理組成物を提供すること。
【解決手段】金属の表面処理に用いられる金属表面処理組成物であって、オキサゾリン基含有樹脂と、フェノール性水酸基含有樹脂と、を含有する金属表面処理組成物。この金属表面処理組成物によれば、オキサゾリン基とフェノール性水酸基が架橋構造を形成するため、耐水性に優れ、密着性の高い金属材料を提供することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属素材の表面に施され、ラミネートフィルムと金属素材との密着性を向上させるための金属表面処理組成物、及びこれを用いた金属表面処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、金属材料表面を保護し、意匠を施すために、金属素材の表面にラミネート加工を施すことが行われている。ラミネートフィルムは、成型加工性、耐食性、及び内容物のバリア性等に優れることから、食品缶等に用いられる包装用の金属材料の表面保護剤として、多く用いられている。
【0003】
ところで、ラミネートフィルムは、上述のような優れた特性を有する一方で、ラミネート加工を施した金属材料においては、金属素材とラミネートフィルムとの密着性が十分でないために、金属材料に包装材としての高度な加工を施したり、加工後の包装材に内容物を加えて加熱処理を施したりする際に、金属素材からラミネートフィルムが剥離することがあった。このような、金属素材からのラミネートフィルムの剥離は、金属材料の美観及び耐食性を低下させる大きな原因となっていた。
【0004】
したがって、ラミネート加工が施された金属材料における、このような問題を解決するため、ラミネート加工に先立って、金属素材の表面に金属表面処理組成物による表面処理層を形成し、ラミネートフィルムと金属素材との密着性を向上させることが行われている。
【0005】
例えば、特許文献1には、ドライラミネーション法に適した水性接着剤であって、イソシアネート基を有するカルボキシル基含有ウレタンプレポリマーの中和物、及びビニルモノマーを含む分散液中のビニルモノマーを重合した水性分散液、エポキシ樹脂、並びにヒダントイン骨格を有する酸ヒドラジド又はイミダゾール系化合物を含有する水性接着剤が開示されている。この水性接着剤によれば、ウレタン成分の有する接着性をより向上させ、かつ、耐水性も向上させることができるとされている。更に、耐白化性を有するとされている。
【0006】
また、特許文献2には、フェノキシ樹脂及びレゾール型フェノールホルムアルデヒド樹脂を含有することを特徴とするプラスチックフィルム被覆金属板用接着剤が開示されている。このプラスチックフィルム被覆金属板用接着剤によれば、接着部が水、熱水及び水蒸気に接触する条件下でも経時劣化することがないとされている。
【0007】
更に、特許文献3には、ビス(2−オキサゾリン)化合物(a)と芳香族ポリアミン(b)、必要に応じてビス(2−オキサゾリン)化合物と反応する(b)以外の化合物(c)及び/又は芳香族ポリアミンと反応する(a)以外の化合物(d)からなる組成物を反応させて得られる樹脂液に、熱潜在性触媒であるスルホン酸とアルカノールアミンの反応物を加えることにより得られる架橋樹脂原液が開示されている。
【0008】
同様に、特許文献4には、(a)カルボキシル基含有アクリルゴム100重量部、(b)フェノール樹脂5〜50重量部、(c)エポキシ樹脂10〜90重量部、(d)硬化剤0.1〜10重量部、に対し、アクリルゴム架橋剤として、(e)ビス−オキサゾリンを0.01〜5.0重量部添加することを特徴とするカバーレイフィルム用接着剤組成物が開示されている。
【特許文献1】特開2002−28514号公報
【特許文献2】特開平6−264042号公報
【特許文献3】特開平10−152557号公報
【特許文献4】特開2001−288437号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、特許文献1に記載の水性接着剤は、複雑な製造工程を経て製造されるものであり、長期間の保存により性質が変わりやすいという問題点を有する。更に、例えば熱水中120℃、30分のような過酷な条件における接着強度は十分ではない。
【0010】
また、特許文献2に記載のプラスチックフィルム被覆金属板用接着剤は、接着後に高度の加工を加え、その後レトルト処理した場合、凝集力不足に起因する接着破壊が発生する等の問題点があった。
【0011】
特許文献3に記載の架橋樹脂原液は、高強度、高靭性、低吸水性で耐熱性に優れる架橋樹脂を与えるとするが、もともと架橋性樹脂成型物を得るためのものであり、金属素材に適用するラミネート接着剤としての適用性については開示も示唆もしていない。
【0012】
特許文献4に記載のカバーレイフィルム用接着剤組成物は、フレキシブルプリント回路基板用カバーレイフィルムの製造を目的としており、金属素材に適用するラミネート接着剤としての適用性については開示も示唆もしていない。
【0013】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、水系のラミネート接着剤であって、耐水試験後のラミネートフィルムと金属素材との密着性を高く維持するための、金属表面処理組成物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】
【0014】
本発明者らは、オキサゾリン基含有樹脂、フェノール性水酸基含有樹脂、及びカチオン性基含有樹脂を含む金属表面処理組成物を用いたときに、ラミネートフィルムと金属素材との密着性を高く保てることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0015】
(1) 金属の表面処理に用いられる金属表面処理組成物であって、金属表面処理組成物固形分中、少なくとも2つのオキサゾリン基を含有するオキサゾリン基含有アクリル樹脂を5質量%以上90質量%以下と、少なくとも2つのフェノール性水酸基を含有するフェノール性水酸基含有樹脂を5質量%以上90質量%以下と、カチオン性基含有樹脂を5質量%以上90質量%以下とを含み、前記カチオン性基含有樹脂が、樹脂固形分中、5.0meq/g以上の1級アミノ基を含有するカチオン性基含有樹脂である、金属表面処理組成物。
【0016】
本発明における、「カチオン性基」は、具体的には、アミノ基、イミノ基、グアニジン基、及びビグアニド基からなる群から選択される少なくとも1種を意味する。
【0017】
(2) 前記カチオン性基含有樹脂が、ポリリジン及び/又はポリアリルアミンである、(1)に記載の金属表面処理組成物。
【0018】
(3) (1)又は(2)に記載の金属表面処理組成物を、金属素材の表面に接触させて、前記金属素材の表面に表面処理層を形成させる表面処理工程を含む金属表面処理方法。
【0019】
(4) 前記金属素材が、アルミニウム及び/又はアルミニウム合金である、(3)記載の金属表面処理方法。
【0020】
(5) 前記表面処理工程に先立って、前記金属素材の表面に、化成皮膜を形成させる化成処理工程を含む、(3)又は(4)に記載の金属表面処理方法。
【0021】
(6) (3)から(5)のいずれかに記載の金属表面処理方法により処理されてなる金属材料であって、前記表面処理層の全有機炭素換算の乾燥皮膜量は、5mg/m以上1000mg/m以下である金属材料。
【0022】
ここで、「全有機炭素換算の乾燥皮膜量」とは、当該乾燥皮膜中に含まれる全有機炭素量を意味する。なお、全有機炭素量は市販の全有機炭素自動分析装置等を用いて測定することができる。
【発明の効果】
【0023】
本発明の金属表面処理組成物によれば、耐水試験後であっても金属素材表面にラミネートフィルムを接着させたときに、ラミネートフィルムと金属素材との密着性を高く保つことができる
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【0025】
<金属表面処理方法>
本実施形態に係る金属表面処理方法は、金属素材の表面に、金属表面処理組成物を接触させる表面処理工程を含む。好ましくは、この表面処理工程に先立って、金属素材の表面に、必要に応じて化成処理剤による化成処理を施す化成処理工程を含む。
【0026】
[化成処理工程]
本実施形態に係る金属表面処理方法の化成処理工程では、後述する化成処理剤を用いて金属素材の表面に、化成処理を施す。化成処理を施す方法は特に限定されず、例えばスプレー処理、浸漬処理等による方法が挙げられる。化成処理に先立って、必要に応じて脱脂処理や酸洗、エッチング処理を施した後に、化成処理剤を適用してもよい。
【0027】
[表面処理工程]
本実施形態に係る金属表面処理方法の表面処理工程では、化成処理が施された、又は化成処理が施されていない金属素材の表面に、後述する金属表面処理組成物を接触させる。金属表面処理組成物を接触させる方法は特に限定されず、例えば、スプレー処理、浸漬処理等による方法が挙げられる。金属表面処理組成物を金属素材の表面に接触させた後は、40℃から150℃において、10秒から60秒加熱して、金属表面処理組成物を乾燥させる。
【0028】
表面処理層が形成された金属素材の表面と、ラミネートフィルムとを接触させ、200℃から300℃において、5秒から60秒加熱する。この加熱により、表面処理層中の高分子化合物の間に、オキサゾリン基とフェノール性水酸基との反応による架橋構造が形成され、表面処理層が硬化するとともに、表面処理層中のカチオン性基含有樹脂の効果により、ラミネート皮膜−表面処理層間、金属素材−表面処理層間にも水素結合や配位結合等の結合が形成されて、金属素材とラミネートフィルムとの密着性を向上させるものと考えられている。表面処理層に生じる凝集力は、また、金属素材とラミネートフィルムとの密着性に寄与するものと考えられる。
【0029】
<金属素材>
本実施形態に係る金属表面処理方法に用いる金属素材としては、特に限定されないが、鉄、亜鉛、アルミニウム、又はアルミニウム合金を好適に用いることができる。食品缶に用いる場合には、この中でも、アルミニウム及び/又はアルミニウム合金を特に好適に用いることができる。
【0030】
<化成処理剤>
本実施形態に係る化成処理剤は、一般的に用いられているどのような化成処理剤でも用いることができる。例えば、化成処理剤は、リン酸クロメート系化成処理剤であってもよいし、ノンクロム化成処理剤であってもよい。また、本実施形態においては、金属素材の表面に、化成処理剤による化成処理を施さず、直接、後述する接着性の樹脂組成物を塗布してもよい。
【0031】
[リン酸クロメート系化成処理剤]
本実施形態において用いることができる、リン酸クロメート系化成処理剤としては、特に限定されない。リン酸クロメート系化成処理剤は、市販されているものを用いることができ、例えば、「アルサーフ408」(商品名、日本ペイント社製)と、反応促進剤である「アルサーフ48」(商品名、日本ペイント社製)を用いることができる。
【0032】
[ノンクロム化成処理剤]
本実施形態に係るノンクロム化成処理剤としては、特に限定されないが、例えば、ジルコニウム系化成処理剤、及びチタン系化成処理剤を用いることができる。ジルコニウム系化成処理剤を用いる場合には、市販されているものを用いることができ、例えば、「アルサーフ402」(商品名、日本ペイント社製)及び「アルサーフ4130」(商品名、日本ペイント社製)を用いることができる。また、チタニウム系化成処理剤を用いる場合には、市販されているものとして、例えば、「アルサーフLX−340」(商品名、日本ペイント社製)を用いることができる。
【0033】
<金属表面処理組成物>
本実施形態に係る金属表面処理方法の表面処理工程では、化成処理剤による処理を施した後、又は、化成処理剤による処理を施さずに、金属表面処理組成物を用いて表面処理層を形成させる。金属表面処理組成物は、オキサゾリン基含有樹脂と、フェノール性水酸基含有樹脂とを含み、必要に応じてカチオン性基含有樹脂を含む。
【0034】
[オキサゾリン基含有樹脂]
本実施形態において用いることができる、オキサゾリン基含有樹脂としては、オキサゾリン基を複数個有しているものであれば、特に限定されない。即ち、オキサゾリン基含有樹脂は、主鎖がアクリル骨格のオキサゾリン基含有樹脂、主鎖がスチレン/アクリル骨格のオキサゾリン基含有樹脂、主鎖がスチレン骨格のオキサゾリン基含有樹脂、及び主鎖がアクリロニトリル/スチレン骨格のオキサゾリン基含有樹脂等を用いることができる。本実施形態においては、水溶媒中での相溶性、安定性に優れ、塗装後の外観が無色透明である点から、オキサゾリン基含有アクリル樹脂を用いることが好ましい。オキサゾリン基含有アクリル樹脂としては、市販のものを用いることができ、例えば、「エポクロスWS500」(商品名、日本触媒社製)、「エポクロスWS700」(商品名、日本触媒社製)、及び「NK Linker FX」(商品名、新中村化学工業社製)を用いることができる。なお、オキサゾリン基含有樹脂のオキサゾリン価は、200〜240であることが好ましい。これらの範囲外では、目的とする効果が得られないおそれがある。
【0035】
本実施形態に係る金属表面処理組成物におけるオキサゾリン基含有樹脂の含有量は、樹脂固形分当たり、5質量%以上90質量%以下であり、25質量%以上80質量%以下であることが好ましい。オキサゾリン基含有樹脂の含有量が5質量%未満では、オキサゾリン基の含有量が十分でないため、ラミネートフィルムと金属材料との密着性が低下し、90質量%を超えると、フェノール性水酸基含有樹脂の架橋効果が減少し、表面処理層の硬化度が低下して耐水性が低下する。このため、ラミネートフィルムと金属材料との密着性が低下する。
【0036】
[フェノール性水酸基含有樹脂]
本実施形態において用いることができる、フェノール性水酸基含有樹脂としては、特に限定されないが、例えば、レゾール型フェノール樹脂を用いることができる。レゾール型フェノール樹脂を用いた場合には、レゾール樹脂に含まれるフェノール性水酸基と、オキサゾリン基含有樹脂に含まれるオキサゾリン基とが、加熱により架橋構造を形成し、強固な3次元の網目構造が形成される。このため、金属表面処理組成物にフェノール性水酸基含有樹脂を添加することにより、ラミネートフィルムの貼り付け後の耐水性に優れた金属素材を提供することができる。レゾール型フェノール樹脂としては、市販のものを用いることができ、例えば、「BRL141B」(商品名、昭和高分子社製)、「BRL2854」(商品名、昭和高分子社製)、及び「BRL120Z」(商品名、昭和高分子社製)を用いることができる。
【0037】
本実施形態の金属表面処理組成物においては、フェノール性水酸基含有樹脂は、樹脂固形分当たり、5質量%以上90質量%以下含まれており、15質量%以上60質量%以下含まれていることが好ましい。フェノール性水酸基含有樹脂の含有量が5質量%未満では、フェノール性水酸基の含有量が十分でないため、ラミネートフィルムと金属材料との密着性が低下し、90質量%を超えると、オキサゾリン基含有樹脂の架橋効果が減少し、表面処理層の硬化度が低下して耐水性が低下する。このため、ラミネートフィルムと金属材料との密着性が低下する。なお、オキサゾリン基とフェノール性水酸基との当量比は、0.8〜1.25の範囲に設定すること架橋構造を形成する観点からが好ましい。
【0038】
[カチオン性基含有樹脂]
本実施形態において用いることができるカチオン性基含有樹脂は、樹脂固形分中にカチオン性基を5.0meq/g以上有するものであり、好ましくは、7.0meq/g以上有するものである。カチオン性基が5meq/gより少ない場合には、接着効果が弱いため密着性が低下する。その平均分子量は、500以上1000000以下であることが好ましく、1000以上70000以下であることが更に好ましい。これらの範囲外では、目的とする効果が得られないおそれがある。
【0039】
本実施形態において用いることができるカチオン性基含有樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリアリルアミン、ポリリジン、ポリビニルアミン、及びポリエチレンイミン等が挙げられ、これらのうち、ポリアリルアミン、ポリリジンが好ましく用いられる。カチオン性基含有樹脂としては、市販のものを用いることができ、例えば、ポリアリルアミンとして「PAA−01」(商品名、日東紡績社製)、「PAA−05」(商品名、日東紡績社製)、及び「PAA−10C」(商品名、日東紡績社製)、ポリリジンとして「ポリリジン」(商品名、チッソ社製)、並びにポリビニルアミンとして「PVAM−0595」(商品名、三菱化学社製)を用いることができる。
【0040】
本実施形態に係る金属表面処理組成物におけるカチオン性基含有樹脂に含有されるカチオン性基としては、アミノ基、イミノ基、グアニジン基、及びビグアニド基を挙げることができる。カチオン性基含有樹脂の含有量は、樹脂固形分当たり、5質量%以上90質量%以下であることが好ましい。カチオン性基含有樹脂の含有量が5質量%未満の場合には、カチオン性基含有樹脂の含有量が十分でないため、ラミネートフィルムと金属材料との密着性が低下し、90質量%を超える場合には、オキサゾリン基含有樹脂、及びフェノール性水酸基含有樹脂の架橋効果が減少し、表面処理層の硬化度が低下して耐水性が低下する。このため、ラミネートフィルムと金属材料との密着性が低下する。なお、各樹脂の含有量を合計すると、樹脂固形分の100質量%となる。
【0041】
[乾燥皮膜量]
上述の金属表面処理組成物により形成される表面処理層の全有機炭素換算の乾燥皮膜量は、5mg/m以上1000mg/m以下であることが好ましい。前記乾燥皮膜量が5mg/m未満の場合には、樹脂量(官能基量)が少ないため密着性が低下する。1000mg/mを超える場合には、膜厚が厚くなり密着性が低下する。
【0042】
<ラミネートフィルム>
本実施形態において用いることができる、ラミネートフィルムの加工方法としては、一般にはドライラミネート法、押出ラミネート法を用いることができるが、特に限定されない。また、フィルムの素材としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート(PC)、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエステル、ポリオレフィン、及びアクリル等の熱可塑性の樹脂を挙げることができる。
【実施例】
【0043】
次に本発明を実施例及び比較例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【0044】
<実施例1〜9、比較例1〜4>
0.5cm×10cmに切断した2枚のアルミニウム材(3004板材)に、2%の脱脂剤(「SCL420N−2」、日本ペイント社製)を65℃で7秒間スプレー塗布し、水洗により脱脂剤を洗い流して、水分をゴムロールによって搾り取った。次に、樹脂成分を表1の通り含有する金属表面処理組成物をナイロンバーで塗布し、80℃で60秒間乾燥させた。全有機炭素換算の乾燥皮膜量は、全有機炭素測定装置(製品名「RC−412」、LECO社製)を用いて行った。
【0045】
なお、表面処理組成物の各成分の供給源としては、以下のものを用いた。
オキサゾリン基含有樹脂;「エポクロスWS700」(商品名、日本触媒社製、オキサゾリン価220)
フェノール性水酸基含有樹脂;「BRL2854」(商品名、昭和高分子社製)
カチオン性基含有樹脂A;「PAA−10C」(商品名、日東紡績社製、ポリアリルアミン、分子量15000)
カチオン性基含有樹脂B;「ポリリジン」(商品名、チッソ社製)
【0046】
[Tピール試験]
これらのアルミニウム材2枚の間に、PETフィルムを挟み、239℃、30kgf/mで15秒間熱圧着した。この試験片に、なんらの処理も施さず(初期)、又は115℃で60分間耐水試験を行い(耐水試験後)、「テンシロン試験機」(商品名、東洋ボールドウィン社製)にて剥離強度の測定を行った。剥離強度の測定の際の引き剥がし速度は40mm/minであった。
【0047】
剥離強度の結果を表1に示した。
○;引っ張り強度1.5kgf/5mm以上
△;引っ張り強度0.5kgf/5mm以上1.5kgf/5mm未満
×;引っ張り強度0.5kgf/5mm未満
【0048】
<実施例10〜13>
0.5cm×10cmに切断した2枚のアルミニウム材(3004板材)に、2%の脱脂剤「SCL420N−2」(商品名、日本ペイント社製)を65℃で7秒間スプレー処理し、2%の硫酸を50℃で3秒間スプレー塗布した。これを水洗により洗浄し、表1に示す、各化成処理剤により50℃で4秒間スプレー塗布した。水洗により化成処理剤を洗い流して、水分をゴムロールで搾り取り、樹脂成分を表1の通り含有する金属表面処理組成物をナイロンバーで塗布して、80℃で60秒間乾燥させた。
【0049】
また、化成処理は以下の化成処理剤で行った。
リン酸Cr;「アルサーフ408/48」(商品名、日本ペイント社製)
Zr系;「アルサーフ402」(商品名、日本ペイント社製)
Ti系;「アルサーフLX−304」(商品名、日本ペイント社製)
【0050】
[Tピール試験]
これらのアルミニウム材2枚の間に、PETフィルムを挟み、239℃、30kgf/mで15秒間熱圧着した。この試験片に、なんらの処理も施さず(初期)、又は115℃で60分間耐水試験を行い(耐水試験後)、「テンシロン試験機」(商品名、東洋ボールドウィン社製)にて剥離強度の測定を行った。剥離強度の測定の際の引き剥がし速度は40mm/minであった。
【0051】
剥離強度の結果を表1に示した。
○;引っ張り強度1.5kgf/5mm以上
△;引っ張り強度0.5kgf/5mm以上1.5kgf/5mm未満
×;引っ張り強度0.5kgf/5mm未満
【0052】
【表1】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属の表面処理に用いられる金属表面処理組成物であって、
金属表面処理組成物固形分中、少なくとも2つのオキサゾリン基を含有するオキサゾリン基含有アクリル樹脂を5質量%以上90質量%以下と、少なくとも2つのフェノール性水酸基を含有するフェノール性水酸基含有樹脂を5質量%以上90質量%以下と、カチオン性基含有樹脂を5質量%以上90質量%以下とを含み、
前記カチオン性基含有樹脂が、樹脂固形分中、5.0meq/g以上の1級アミノ基を含有するカチオン性基含有樹脂である、金属表面処理組成物。
【請求項2】
前記カチオン性基含有樹脂が、ポリリジン及び/又はポリアリルアミンである、請求項1に記載の金属表面処理組成物。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の金属表面処理組成物を、金属素材の表面に接触させて、前記金属素材の表面に表面処理層を形成させる表面処理工程を含む金属表面処理方法。
【請求項4】
前記金属素材が、アルミニウム及び/又はアルミニウム合金である、請求項3記載の金属表面処理方法。
【請求項5】
前記表面処理工程に先立って、前記金属素材の表面に、化成皮膜を形成させる化成処理工程を含む、請求項3又は4に記載の金属表面処理方法。
【請求項6】
請求項3から5のいずれかに記載の金属表面処理方法により処理されてなる金属材料であって、
前記表面処理層の全有機炭素換算の乾燥皮膜量は、5mg/m以上1000mg/m以下である金属材料。

【公開番号】特開2008−184557(P2008−184557A)
【公開日】平成20年8月14日(2008.8.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−20049(P2007−20049)
【出願日】平成19年1月30日(2007.1.30)
【出願人】(000230054)日本ペイント株式会社 (626)
【Fターム(参考)】