(57)【要約】【課題】外観に優れた化成処理亜鉛系めっき鋼板を提供する。【解決手段】有機樹脂および無機化合物を含む化成処理皮膜によって被覆された亜鉛系めっき層を有し、かつ、有機樹脂中に最大長さ２００ｎｍ以上の無機化合物微粒子が分散し、かつ、これらの無機化合物微粒子の断面での平均存在率が１０％以上である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機樹脂および無機化合物を含む化成処理皮膜によって被覆された亜鉛系めっき層を有し、かつ、前記有機樹脂中に最大長さ２００ｎｍ以上の無機化合物微粒子が分散し、かつ、これらの無機化合物微粒子は鋼板面に直交する断面での平均存在率が１０％以上であることを特徴とする外観に優れた化成処理亜鉛系めっき鋼板。
【請求項２】
前記無機化合物微粒子がＺｎおよびＰを含有することを特徴とする請求項１記載のめっき鋼板。
【請求項３】
平均粒径が０．５μｍ以上の樹脂粒子を含む樹脂エマルジョンを用いて、前記無機化合物微粒子を前記有機樹脂中に粗大に分散させたことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項記載のめっき鋼板。
【請求項４】
前記亜鉛系めっき層が溶融亜鉛めっきであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のめっき鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家電製品や建材などの用途に適した外観に優れた化成処理亜鉛系めっき鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
家電製品および建材には、従来から亜鉛系めっき鋼板またはアルミニウム系めっき鋼板の表面に、耐食性（耐白錆性、耐赤錆性）を向上させる目的でクロム酸、重クロム酸またはその塩類を主成分とする処理液で処理した鋼板が幅広く用いられている。この、所謂、クロメート処理は耐食性の改善効果に優れ、比較的簡便に行える経済的な処理である。
【０００３】
クロメート処理は公害規制物質である６価クロムを使用するものであるが、工業的には密閉系で行われるため、６価クロムが処理工程で自然界に放出されることはない。また、製品においても有機皮膜シーリングなどの工夫によって、クロメート皮膜中からの６価クロム溶出はほとんど無視できるレベルまで抑制されている。したがって、実際にはクロメート処理によって環境や人体が汚染される危険性は極めて低いと言える。
【０００４】
しかしながら、最近の地球環境問題から、６価クロムを含めた重金属の使用を自主的に削減する動きや、廃棄製品のシュレッダーダストを投棄した場合にも環境を汚染しないようにするため、製品中の重金属の量を規制しようとする動きがさらに強くなってきている。
【０００５】
このような背景から、亜鉛系めっき鋼板の耐食性の向上、特に、亜鉛めっきの白錆の発生を抑制するため、クロメート処理に依存しない化成処理技術、所謂、クロムフリー化成処理技術が注目されている。この種の技術として、例えば特許文献１および特許文献２に記載されているように、無機化合物、有機化合物、有機高分子材料、あるいは、これらを組み合わせた溶液を用い、浸漬、塗布、電解処理などの方法によって薄膜を生成させる方法などが知られている。
【特許文献１】特開２００３−１０５５５４号公報
【特許文献２】特開２００２−０５３９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
現在実用化されているクロムフリー化成処理技術はそのほとんどが、樹脂と無機化合物の複合皮膜となっている。その皮膜厚みは０．３〜１μｍ程度のものが一般的であり、溶融亜鉛めっき鋼板のように表面が平滑で光沢のあるめっき上に成膜する場合は、干渉色によって鋼板の外観品質が著しく悪化するという問題点がある。
【０００７】
化成処理亜鉛系めっき鋼板において干渉色の生じない極薄膜０．１μｍ程度以下もしくは極厚膜２．０μｍ程度以上にすれば干渉色は避けられるものの、前者の場合は耐食性を確保することが困難になり、後者の場合は薬液コストが上昇するという問題を生じる。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、通常の皮膜厚さのクロムフリー化成処理皮膜においても良好な外観を有する化成処理亜鉛系めっき鋼板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、化成処理亜鉛系めっき鋼板における干渉色を無くすことに関して鋭意研究した結果、その解決手段として、クロムフリー皮膜に含有される無機化合物を粗大に分散させて光の散乱源とすることを着想するに至った。さらに、本発明者らは鋭意研究を進めて努力を積み重ねた結果、上記着想（考え方）に則した皮膜構造を有する場合に干渉色を有効に抑制できることを確認した。その内容は以下のとおりである。
【００１０】
（１）第１の発明として、有機樹脂および無機化合物を含む化成処理皮膜によって被覆された亜鉛系めっき層を有し、かつ、前記有機樹脂中に最大長さ２００ｎｍ以上の無機化合物微粒子が分散し、かつ、これらの無機化合物微粒子は鋼板面に直交する断面での平均存在率が１０％以上であることを特徴とする外観に優れた化成処理亜鉛系めっき鋼板を提供する。
【００１１】
（２）第２の発明として、（１）のめっき鋼板において、無機化合物微粒子がＺｎおよびＰを含有する。
【００１２】
（３）第３の発明として、（１）又は（２）のめっき鋼板において、平均粒径が０．５μｍ以上の樹脂粒子を含む樹脂エマルジョンを用いて、前記無機化合物微粒子を前記有機樹脂中に粗大に分散させたものである。
【００１３】
（４）第４の発明として、（１）〜（３）のめっき鋼板において、亜鉛系めっき層が溶融亜鉛めっきである。
【００１４】
以下、本発明の詳細とその限定理由について説明する。
【００１５】
まず、第１の発明で表面処理皮膜の構造を規定する理由について説明する。
【００１６】
本発明者らは、化成処理皮膜の成膜条件とその皮膜構造との関係を明らかにするために、膜厚に直交する被膜の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察することによりこれらの皮膜構造を徹底的に調査し、得られた知見を外観品質（干渉色の有無）と照合した。その結果、樹脂と無機化合物からなる皮膜において、最大長さ２００ｎｍ以上の無機化合物微粒子を有機樹脂中に分散させると、化成処理亜鉛系めっき鋼板の外観が優れたものになることが判明した。このような皮膜構造において、めっき鋼板の外観が優れたものとなるのは、無機化合物の微粒子が皮膜中で光の散乱源となることに起因しているものと、本発明者らは推察している。
【００１７】
本発明において、無機化合物微粒子の最大長さの下限値を２００ｎｍとした理由は、微粒子の最大長さが２００ｎｍを下回るとその散乱効果が低下するかまたは失われてしまうからである。ここで「最大長さ」とは、形状が歪な異形の微粒子を考慮したものであり、例えば三次元的な広がりを持つ円柱、紡錘、円錐、角錐、直方体、Ｕ字形、ブーメラン形および多様な多面体など種々の非球形微粒子における最大の径（差し渡し）のことをいうものと定義する。なお、無機化合物微粒子の最大長さの上限値については特に規定していないが、微粒子があまりに大きくなりすぎた場合にも光の散乱効果が低下するので、確かなところまでは実証できていないが、微粒子の最大長さが約１００００ｎｍ（１０μｍ）を上回らないようにすることが望ましい。
【００１８】
無機化合物の微粒子を分散させるにあたり、処理液成分としてリン酸を用い、亜鉛皮膜との反応を利用することが効率的である。第２の発明を規定するのはそのためである。
【００１９】
同様に、無機化合物の微粒子を分散させるにあたり、処理液成分として、平均粒径０．５μｍ以上の樹脂エマルジョンを使用することが有効である。第３の発明を規定するのはそのためである。
【００２０】
本発明のベースとなるめっき鋼板は溶融亜鉛めっき層を有する表面処理鋼板としたが、これは、溶融亜鉛めっき鋼板でしか現時点で実験的な検証が済んでいないためであり、他の亜鉛系めっき鋼板をベースとした場合にも、その原理から考え当然、外観の向上が期待される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、外観に優れた、家電や建材用途に最適な化成処理亜鉛系めっき鋼板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（実施例）  
まず、本発明の化成処理亜鉛系めっき鋼板の製造方法について説明する。
【００２３】
実施例および比較例を作成するための化成処理用組成物は、水分散性エポキシ系樹脂、リン酸、Ｓｉ化合物（（Ｃ2Ｈ5Ｏ）3ＳｉＣ3Ｈ6ＮＨ2）をそれぞれ、重量比率で１００：２０：２０の比率で配合した後、塗料用撹拌機（ホモミキサー）を用いて撹拌して調製した。
【００２４】
化成処理する亜鉛めっき原板には付着量６０ｇ／ｍ2の溶融亜鉛めっき鋼板を用いた（ブライト調圧ミニマムスパングル）。この亜鉛めっき原板を湯洗、乾燥させた後、その表面に上記の化成処理用組成物をバーコーターで所定量塗布して、表１の樹脂エマルジョン粒径と加熱乾燥条件で６種類の表面処理鋼板を作製した。すなわち、樹脂エマルジョン粒径をＮｏ．１〜Ｎｏ．４試料では０．１μｍ、Ｎｏ．５試料では０．３μｍ、Ｎｏ．６試料では０．５μｍとした。また、加熱乾燥条件を、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３試料は１４０℃でそれぞれ２．２秒間、１０秒間、６０秒間の時間だけ誘導加熱し、Ｎｏ．４試料は１４０℃で１０秒間だけ熱風吹き付け加熱し、Ｎｏ．５とＮｏ．６試料は１４０℃でそれぞれ１０秒間ずつ誘導加熱した。
【００２５】
このようにして作製した化成処理皮膜の断面サンプルを集束イオンビームで作製し、任意断面において最大長さが２００ｎｍ以上の無機化合物微粒子が占める面積率を評価した。その結果を表１に示す。最大長さが２００ｎｍ以上の無機化合物微粒子の面積率の結果は、Ｎｏ．１試料が０％、Ｎｏ．２試料が８％、Ｎｏ．３試料が１５％、Ｎｏ．４試料が０％、Ｎｏ．５試料が５％、Ｎｏ．６試料が４０％であった。
【００２６】
めっき鋼板の外観の評価方法は自然光の下で肉眼により観察した。その評価結果を、表１において、干渉色が認められる試料は×で表示し、干渉色が認められ無い試料は○で表示した。外観評価結果は、Ｎｏ．３試料およびＮｏ．６試料が優れていた。
【表１】
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【００２７】
図１にＮｏ．３試料の断面ＳＥＭ像を、図２にＮｏ．４試料の断面ＳＥＭ像をそれぞれ示す。図１と図２に示すように、化成処理皮膜中に無機化合物の微粒子が分散しているのが観察できた。
【００２８】
これらの図１、図２および表１から明らかなように、平均粒径２００ｎｍ以上の無機化合物の微粒子を皮膜中に存在させることにより、干渉色を抑制することができた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】Ｎｏ．３試料の断面組織を示すＳＥＭ像である。
【図２】Ｎｏ．４試料の断面組織を示すＳＥＭ像である。
【図１】
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【図２】
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