技術 論 文

プレコート材の耐汚染性と加工性に及ぼすポリエチレンワックス添加量および融点の影響
Effects of the Content and Melting Point of Polyethylene Wax in Coating Filmson the Stain Resistance and Formability of Pre-Coated Aluminum Sheets

小澤武廣

斎藤

Takehiro Ozawa

概要正次

Masatsugu Saito

プレコート材の耐汚染性と加工性に及ぼすポリエチレンワックス添加量および融点の影響を検討した。耐汚染性は赤マジックインクを用いて評価した。また，加工性は絞り加工を行い，LDR を測定し評価した。ポリエチレンワックス添加量が 3% 以下では，耐汚染性は良好であるが，5% では，若干劣った。その塗膜表面に認められたポリエチレンワックス粒子中に赤マジックインクが浸透したことが確認された。したがって，耐汚染性はポリエチレンワックス粒子の状態に影響されると考えられる。また，ポリエチレンワックス融点が 343K ，373K ，393K ，403K では，耐汚染性は良好であった。次に，加工性についてはポリエチレンワックス添加量が増量するにつれて向上した。また，ポリエチレンワックス融点が 393K 以上では，加工性は劣った。
Abstract： Effects of the content and melting point of polyethylene wax in coating films on thestain resistance and formability of pre-coated aluminum sheets were investigated. In order to estimate stain resistance ，stain resistance test using red ink was performed. To estimate formability ，drawing test was performed and the limiting drawing ratio（LDR）was measured. Stain resistancewas good when the content of polyethylene wax in coating films was 3% or less ，but it wasslightly poor when the wax content was 5%. It was confirmed that red ink stains were osmosed in
the polyethylene wax particles observed in the surface of the coating film. It was considered thatstain resistance was influenced by the condition of the wax particles. Stain resistance was goodwhen the melting point of polyethylene wax was 343K ，373K ，393K and 403K. Formability
improved ，as the content of polyethylene wax increased. But it deteriorated ，as the melting pointof polyethylene wax was higher than 393K.

1.

はじめにが最も優れることを報告した 3）。また，加工性を向上させるためには，塗膜中にワックスを添加することが一般

アルミニウムは軽量，かつ加工性に優れた金属材料で的である。そこで，本報では，一般的に用いられるポリあり，家電分野，建築材料，土木構造物などに用いられエチレンワックスを用い，プレコート材の耐汚染性と加ている。近年，あらかじめ塗装の施された塗装板を素材工性に及ぼすポリエチレンワックス添加量および融点のとして使用し，成形や接合を行うプレコート方式の製造影響について報告する 4），5）。

方法が普及している。プレコート方式を採用することにより，ユーザーでは，塗装工程を省略でき，VOC 低減，CO2 削減，コスト低減などを達成することが可能になる。
一方，プレコート材には，成形後に塗装面が製品の外装として用いられる場合，加工性の他に，耐汚染性が要求される 1），2）。

2.

実験方法

2.1 供試材
供試材の作製手順を次に示す。素材には，表 1 および
表 2 に示す板厚 0.6 mm の A5052-H34 を使用した。塗装

筆者らはプレコート材の耐汚染性に関し研究を重ね，前処理として，強アルカリ系脱脂液を用いて脱脂した後，ゲル分率が大きい樹脂を用いたプレコート材の耐汚染性

りん酸クロメート液を用いて化成処理を施した。クロ29

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プレコート材の耐汚染性と加工性に及ぼすポリエチレンワックス添加量および融点の影響

メート皮膜量は 30 ± 5 mg/m2（金属クロム換算量）となるように調整した。

Estimation
point

135

次に，りん酸クロメート処理を施した素材の片面に，ポリエステル系樹脂塗料をバーコータで塗布し，熱風乾燥炉で焼付けて下塗り塗膜を作製した。さらに，アクリ

Appearance

ル系樹脂に対して添加量および融点の異なるポリエチレンワックスを添加した塗料をバーコータで塗布し，熱風乾燥炉で焼き付けて上塗り塗膜を作製し，供試材とした。
評価用供試材に塗布するアクリル系樹脂に添加したポリエチレンワックス添加量と融点の組み合わせ条件をStain resistance

PoorGood

図 1 耐汚染性評価後の外観と評価点
Fig.1 Appearance and estimation point of stain resistance.

表 3 に示す。
2.2.2 ゲル分率
表1
化学成分
Table 1 Chemical composition.
SiA5052

FeCuMnMg

Cr（mass%）

Zn

Ti

沸騰させた 2 - ブタノン中に下塗り塗装をせずに上塗り塗装のみをした供試材を浸漬し，ゲル分率を次式からAl算出した。ゲル分率は樹脂の架橋度をあらわす指標で，0.09 0.27 0.02 0.03 2.43 0.22 0.00 0.02 bal.

大きい値ほど赤マジック色素の拡散が少なく耐汚染性に優れていると考えられる。
（浸漬後重量−脱膜後重量）
ゲル分率（％）＝×100（初期重量−脱膜後重量）

表2
機械的特性
Table 2 Mechanical properties.
Tensile strength Yield strength（MPa）（MPa）
A5052-H34253238

Elongation（%）
42.2.3 加工性
供試材の塗装面が円筒成形品の外側になるように絞り

表3

評価用供試材のアクリル系樹脂に添加したポリエチ
レンワックス添加量と融点の組み合わせの条件
Table 3 Combination of the content and melting point ofpolyethylene waxes added to the acrylic series
resin, prepared for application to specimens.
ワックス融点（K）
343
ワックス添加量（％）

373

0○

1○

3○

5○393403

加工し，LDR（限界絞り比）を測定した。パンチ径は φ32.0 mm ，ダイス径はφ 33.7 mm とした。潤滑油には，
出光 AF-3A{ 動粘度 2.45 mm2/s（2.45 cst）}を用いた。
2.2.4 動摩擦係数
バウデンレーベン法 { 荷重 5N ，鋼球（φ 4.8 mm）｝
にて，供試材の動摩擦係数を測定した。
2.2.5 塗膜表面観察○○○

SEM により供試材の塗膜表面を観察した。
2.2.6 塗膜断面観察
耐汚染性評価後の表面を光学顕微鏡で観察し，赤マ

2.2 評価方法

ジックインキが残留した箇所をミクロトームで断面切断

2.2.1 耐汚染性

し，塗膜断面を光学顕微鏡で観察した。

汚染物はプレコート材の耐汚染性評価で代表的に使用される油性マジックインキを用い 1），6），次に示すとおり，その除去の程度を評価した。
塗装方向に対して垂直方向 30 mm ，塗装方向 50 mmの大きさに供試材の表面に赤マジックインキを塗布し2.2.7 赤外吸収スペクトルの測定
ポリエチレンワックスを 5% 添加した供試材を沸騰させた 2 - ブタノン中に浸漬したことにより生成した白色生成物とポリエチレンワックスの赤外吸収スペクトルをフーリエ変換赤外分光分析装置で測定した。

た。24 時間放置後にエタノールを染み込ませたキムワ
イプで拭き取り，赤マジックインキの除去の程度を目視

3.

実験結果と考察で評価した。ほとんど除去されないものを 1 点，跡残りなしのものを 5 点とし，5 段階で数値化した。図 1 に耐汚

3.1 耐汚染性

染性評価後の外観と評価点を示す。

3.1.1 ポリエチレンワックス添加量の影響

また，耐汚染性評価後の塗膜表面を光学顕微鏡で観察した。
30

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ポリエチレンワックス融点を 373K で一定とし，耐汚染性およびゲル分率に及ぼすポリエチレンワックス添加プレコート材の耐汚染性と加工性に及ぼすポリエチレンワックス添加量および融点の影響量の影響を図 2 に示す。ポリエチレンワックスが 3% まポリエチレンワックスを 5% 添加した供試材について，では，耐汚染性は変化せず良好であった。ポリエチレン沸騰させた 2 - ブタノンに浸漬前後の塗膜表面の SEM 像ワックスが 5% まで増えると，耐汚染性は若干劣る傾向を図 4 に示す。塗膜表面には，明瞭な円状粒子と不明瞭にあった。一方，ゲル分率はポリエチレンワックス添加な粒子が認められ，沸騰させた 2 - ブタノンに浸漬後の量により変化せず，97% 以上の大きい値を示した。ポリ塗膜表面には，円状粒子が脱落した跡が観察された。

エチレンワックスを 5% 添加した条件でもアクリル系樹脂の架橋反応は十分に進んでいると考えられる。ポリエ

Before extraction

After extraction

ステル系樹脂塗膜 6）に対するマジックインキ中に含まれる色素の拡散には，塗膜の架橋密度の影響が大きいと考えられている。すなわち，十分に架橋した塗膜では，色色素が拡散しやすいと考えられる。ポリエチレンワッ
クスを 5% 添加した塗膜は，十分に架橋した塗膜であり，この考え方に従えば，色素が拡散しにくく，耐汚染性は良好になるはずである。そこで，耐汚染性が若干劣る傾

10 µm

10 µm

素が拡散しにくいのに対し，架橋が不十分な塗膜では，
図4

ポリエチレンワックス 5% 添加塗膜表面の浸漬前後のSEM 像
Fig.4 SEM Images of the surface of the coating film
containing 5% polyethylene wax, before extraction
and after extraction.

向にあった原因を明らかにするため，次の分析を行った。
沸騰した2 -ブタノンを室温まで冷却させると，白色の沈殿物が認められた。濾過し，濾紙に残留した白色の沈殿（Good）

Stain resistance

4100321（Poor）

0246Gel fraction（%）

物とポリエチレンワックスの赤外吸収スペクトルを測定590した結果を図5に示す。2916 cm－1 ，2848 cm－1 ，1472 cm－1 ，1463 cm－1 ，730 cm－1 ，719 cm－1 にポリエチレンの特性吸収帯が認められ，原料のポリエチレンワックスとほぼ同じ赤外吸収スペクトルが得られた。よって，塗膜表面に認められる円状粒子はポリエチレンワックス粒子である。

Content of polyethylene wax（%）

Polyethylene wax

図2

耐汚染性およびゲル分率に及ぼすポリエチレンワック
ス添加量の影響
Fig.2 Effect of content of polyethylene wax on stain
resistance and gel fraction.

110.0
105
1303.9,97.2991.3,97.5
100
964.8,97.1
95 3749.1,98.7
1642.5,98.2
1377.4,93.5
908.7,94.2
90887.5,96.0
85
80
75
70
65
−1−160%T 55
50−1−14540
353025−120−1151050. 04000.0 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 650.0
cm −11472 cm

ポリエチレンワックスを 0% ，1% ，3% ，5% 添加した
供試材について，耐汚染性評価後の塗膜表面の光学顕微鏡像を図 3 に示す。ポリエチレンワックス添加量が 3%以下では，赤マジックインキが残留しなかった。しかし，

No waxaddition

Polyethylene
wax 1%Polyethylene
wax 3%Polyethylene
wax 5%

719 cm1463 cm

2916 cm

5% では，塗膜表面に赤マジックインキが残留した部分（円状粒子）が認められた。

729 cm2848 cmWhite product110. 0105
100959085
80
75
7065
60%T 55504540353025201510

1377.0,94.6

908.6,96.9

1058.1,93.9

1472 cm−1730 cm−11463 cm−1719 cm−12848 cm−12916 cm−1510 µm

10 µm

10 µm

0. 0
4000.010μm

図 3 耐汚染性評価後の塗膜表面光学顕微鏡像
Fig.3 Surface photographs of pre-coated film containing
polyethylene wax in various concentrations, afterstain resistance test.

3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000
cm −1800 650.0

図5

ポリエチレンワックスおよび白色生成物の赤外吸収ス
ペクトル
Fig.5 Infrared spectra of polyehylene wax and the whiteproduct.

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プレコート材の耐汚染性と加工性に及ぼすポリエチレンワックス添加量および融点の影響（Good）

供試材について，塗膜表面の SEM 像を図 6 に示す。ポリれるポリエチレンワックス粒子の粒径分布が変化し，粒径が大きくなり，個数も多くなる傾向にあった。
したがって，耐汚染性は塗膜表面に析出するポリエチレンワック
ス粒子の粒径や個数に影響を受けることを示唆している。

54Stain resistance

エチレンワックスが増えるにつれて，塗膜表面に認めら

100321330（Poor）

No waxaddition

Polyethylene
wax 1%Polyethylene
wax 3%Polyethylene
wax 5%

350

370

390

410

Gel fraction（%）

ポリエチレンワックスを 0% ，1% ，3% ，5% 添加した90

Melting point of polyethylene wax（K）

図8

耐汚染性およびゲル分率に及ぼすポリエチレンワッ
クス融点の影響
Fig.8 Effect of melting point of polyethylene wax on stain
resistance and gel fraction.

次に，添加したポリエチレンワックス融点が 343 K ，10 µm

10 µm

10 µm

10 µm

373K ，393K ，403K とした供試材について，塗膜表面のSEM 像を図 9 に示す。図 6 の赤マジックインキの残留が

図6

塗膜表面の SEM 像（ポリエチレンワックス添加量0% ，1% ，3% および 5%）
Fig.6 SEM images of the surface of the coating film
（containing polyethylene wax in 0% ，1% ，3% and 5%）.

認められた塗膜表面と比較すると，融点にかかわらず，いずれも大径の円状粒子は認められず，個数も少なかった。したがって，何れも塗膜表面に析出するポリエチレンワックス粒子の粒径が小さく，個数も少ないため，耐ポリエチレンワックスを 5% 添加した供試材について，耐汚染性評価後の塗膜断面の光学顕微鏡像を図 7 に汚染性に及ぼすポリエチレンワックス融点の影響が認められなかったと考えられる。

示す。塗膜に赤く呈色した粒子が観察された。これはポリエチレンワックス粒子に赤マジックインキが浸透していることを示している。ポリエチレンワックス粒子が大Melting point
343K

Melting point
373K

10 µm

10 µm

Melting point
393K

Melting point
403K

きいほど，その粒子の深い部分まで赤マジックインキが染み込むので，表面からふき取れず，耐汚染性が劣るものと考えられる。
10 µm

10 µm

図9
Top coat
Base coat

10 µm

5 µm

図7

ポリエチレンワックス 5% 添加塗膜の耐汚染性評価後の断面光学顕微鏡像
Fig.7 Optical microscopic images of the cross-sectionof the coating film containig 5% polyethylene wax,
after stain resistance test.

塗膜表面の SEM 像（ポリエチレンワックス融点343K ，373K ，393K ，403K）
Fig.9 SEM images of the surface of the coating film
（the melting point of polyethylene wax was 343K ，373K ，393K and 403K）.

3.2 加工性
3.2.1 ポリエチレンワックス添加量の影響
加工性（LDR）および動摩擦係数に及ぼすポリエチレンワックス添加量の影響を図 10 に示す。ポリエチレン

3.1.2 ポリエチレンワックス融点の影響

ワックスが増えるにつれて LDR は大きくなり，加工性ポリエチレンワックス添加量を 3% で一定とし，耐汚は向上する傾向にあった。また，動摩擦係数は小さくな染性およびゲル分率に及ぼすポリエチレンワックス融る傾向にあった。

点の影響を図 8 に示す。ポリエチレンワックス融点を変図 6 に示したとおり，ポリエチレンワックスが増える化させても，耐汚染性は変化せず良好であった。また，につれて，塗膜表面に析出したポリエチレンワックス粒同様にゲル分率も変化せず，97% 以上の大きい値を示し径が大きくなり，個数も多くなる傾向にあった。これは，た。

塗膜表面の潤滑性が向上し，加工性が向上したためである。

32

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プレコート材の耐汚染性と加工性に及ぼすポリエチレンワックス添加量および融点の影響

2.000.25

1.950.15

1.90
1.85

4.

0.35
Coeﬃcient of friction

Formability（LDR）

2.05

0246
Content of polyethelene wax（%）

0.05

おわりにプレコート材の耐汚染性と加工性に及ぼすポリエチレ
ンワックス添加量および融点の影響について調査した結果，次の知見を得た。
（1）耐汚染性は塗膜表面に析出するポリエチレンワッ
クス粒子の粒径と個数に影響されることが分った。
（2）ゲル分率が 97% 以上の塗膜に融点が 343K ～ 373K

図 10 加工性（LDR）および動摩擦係数に及ぼすポリエチレ
ンワックス添加量の影響
Fig.10 Effect of the content of polyethylene wax onformability（LDR）and friction coefficient.のポリエチレンワックスを 3% 添加すると，耐汚染性と加工性を両立できることが分った。
なお，本論文は㈳軽金属学会発行の軽金属，59（2009）

3.2.2 ポリエチレンワックス融点の影響に掲載されたものに一部修正を加え，転載しています。

加工性および動摩擦係数に及ぼすポリエチレンワック
ス融点の影響を図 11 に示す。ポリエチレンワックス融参考文献

点が 343K ～ 373K の範囲では，LDR は殆ど変化しなかった。393K でやや小さくなり，403K では，さらに小さくなる傾向にあった。一方，動摩擦係数は 343K ～ 373K の範囲では殆ど変化せず，393K でやや大きくなり，403Kではさらに大きくなる傾向にあった。図 9 において，明瞭な円状粒子と不明瞭な粒子が認められた。前述のとおり，明瞭な円状粒子は塗膜表面に析出したポリエチレンワックスである。一方，不明瞭な粒子は図 4 に示したとおり，沸騰した 2 - ブタノン浸漬後にも観察されたこと

1） 金井洋，岡襄二，堤正也：新日鉄技報第 353 号，（1994），26.
2） 古川博康，金井洋，長瀬孫則，橋本志帆：塗装工学，41（2006），
310.
3） 小澤武廣，斎藤正次：軽金属学会 第 110 回春期大会講演概要，（2006），259.
4） 小澤武廣，斎藤正次：軽金属学会 第 113 回秋期大会講演概要，（2007），215.
5） 小澤武廣，斎藤正次：軽金属学会 第 114 回春期大会講演概要，（2008），289.
6） 壱岐島健司，薄木 智亮，須藤 妙子，八内 昭博，塩田 俊明：色材，64（1991），780.

や，図 6 に示したとおり，ポリエチレンワックスを添加すると認められたことから，ポリエチレンワックス粒子が塗膜に覆われた状態と考えられる。塗膜表面に析出したポリエチレンワックス粒子の粒径は 343K ～ 393K の間

小澤

ではほぼ同等であるが，403K では小さくなる傾向にあっ

技術研究所

武廣 （Takehiro Ozawa）た。343K および 373K と比較して，393K では，塗膜表面に析出したポリエチレンワックス粒子の個数は少ない傾向にあった。これらのことから，393K 以上では，潤滑性斎藤が劣り，加工性が低下したものと考えられる。

正次 （Masatsugu Saito）

営業本部

2.00
1.95
1.90

0.35

Friction coeﬃcient

Formability（LDR）

2.05

第二営業部

0.25

0.15

1.85
0.05
420
340
360
380400Melting point of polyethylene wax（K）

図 11 加工性（LDR）及び動摩擦係数に及ぼすポリエチレンワックス融点の影響
Fig.11 Effect of the melting point of polyethylene wax onformability（LDR）and friction coefficient.

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