東洋鋼鈑Vol.42

建材用クロムフリー樹脂被覆鋼板の開発
吉末 幸浩＊１・山﨑 英輝＊２・藤井 駿介＊３
Development of Chrome-free Film Laminated Steel Sheet for Building Materials
Yukihiro YOSHISUE，Hideki YAMASAKI，Shunsuke FUJII

S y n o p s i s ： Resin-coated steel sheets laminated with decorative films are widely used as interiorbuilding materials.

Because steel plates are long-lasting materials, chromate treatment

has been used. On the other hand, due to recent environmental issues, chromate-free
products are being promoted worldwide. Additionally, in Japan, the JIS standard for hotdip galvanized steel sheets has been changed to chromate-free.
However, chromate treatment is still used for resin-coated steel sheets that are laminatedwith decorative films. This is because it is difficult to achieve both film adhesion andcorrosion resistance.
Therefore, we focused on surface treatment before film lamination. First, a cobalt metaloxide layer is formed on the zinc plating. Next, a chemical conversion treatment layer
is formed thereon. Using this method, the amount of film in each layer was verified andexcellent performance was obtained. We have developed a chrome-free resin-coated steel
sheet that has the same performance as conventional chromate treatment. These products
can be widely used as interior construction materials such as bathroom panels.
K e y W o r d s ： resin-coated steel sheet; chromate-free; environment; film adhesion; corrosion resistance１．緒なバリアー層及び基材密着性の3 点が特徴である．その中言でもクロメート被膜中の6 価クロムは水可溶成分からな
建材用途で使用される亜鉛めっき鋼板は，腐食環境下

り，欠陥が生じると被膜を再形成するため，耐食性に優れでの長期耐久性が要求されるため，塗布型クロメート処ている．多様な意匠バリエーションが要求される内装建理がこれまで幅広く使用されてきた．塗布型クロメート

Fig.1 に示す柄印刷を付与した意匠フィル
材においても，処理は極性基のOH 基残存による塗膜密着性，被膜中の6ムを，クロメート処理鋼板にラミネートした製品が，浴室

価クロム残存による自己修復機能，3 価クロムによる強固パネル等に展開されている．

Fig.1 Schematic view of chromate film laminated steel sheet.

＊１ 生産技術部 ビニトップ技術グループ グループリーダー＊２ 生産技術部 ビニトップ技術グループ＊３ 建装営業部 建装グループ

3

東洋鋼鈑

その一方で，近年の環境問題に対する背景から，使用済

Vol.42

力集中することが密着性に影響を及ぼしていると考え，

み廃棄製品による環境汚染防止のため，6 価クロムを含ま

亜鉛めっき上の表面処理に着目した．

ない製品の要求が高まっている．日本鉄鋼連盟において本報では，亜鉛めっき鋼板上に，第１被膜としてコバル

は，化成処理に6 価クロムを含まないことをクロメートフ

ト金属酸化層を置換型無電解めっきで形成し，その上にリーとし，化成処理にクロムを全く含まないことをクロ

第2 被膜として酸化ジルコニウム，シロキサン結合，ウレ

ムフリーと定義している. 電気，電子機器のRoHS 指令，

タン結合成分等を含有する複合被膜を塗布型処理で形成

自動車向けのELV 指令が施行されたことで，世界的にクした．この表面処理鋼板上へポリエステル系接着剤を介

ロメートフリー化の流れが促進している．また，国内ではして意匠フィルムをラミネートし，前述の課題解決を検環境調和に対する高い関心から，環境に配慮した製品を討した．本研究は，これらの各層の被膜量が及ぼす材料特購入する「グリーン調達」に取り組む動きも高まってい性（加工密着性，ブリスター）への影響を調査するとともる．このように，持続可能な社会に向けて，製造プロセスに，その発生メカニズムを考察した．また，本手法の妥当まで含めた6 価クロムの使用廃止が社会的要求となって性をクロメート処理材と品質性能を比較し，検証した．さいる．これに対して，溶融亜鉛めっき鋼板に関しても，JISらに，意匠フィルムはポリエステル樹脂やポリ塩化ビニ

G 3302 規格のクロメートフリー化が完了し，耐食性及びル樹脂を適用した構成がラミネート鋼板へ及ぼす影響に

塗料接着性において，クロメート比で同等の結果である

ついても調査を行った．

ことが報告されている．このように，6 価クロムは環境や人体に有害であるため，クロメート代替技術の開発が樹

２．実

験

２．１

供試材

脂被覆鋼板においても求められている．
しかしながら，意匠フィルムをラミネートする樹脂被２．１.1

覆鋼板では，性能面からクロメート処理がいまだ使用さ

基材

ラミネート基材は板厚0.45mm の溶融亜鉛めっき鋼板れている．これはフィルム厚みが厚膜の影響により，加工（JIS G 3302 SGCC, 無処理）を使用した１）．

時に基材とフィルム界面に働く応力が大きくなるため，被膜剥離しやすく，加工密着性が確保できないためであ２．１．２

る（Fig.2）．内装建材では，樹脂被覆鋼板の性能規格試験

フィルム

樹脂被覆鋼板用フィルムとしては，鋼板との接着面にとして井桁エリクセン試験により，基材とフィルム界面

ポリ塩化ビニル（以下，PVC）フィルムやポリブチレンテに働く応力を集中させ，密着性を評価することが一般的

レフタレート（以下，PBT）フィルム等が用いられる．そに要求されている．さらに，意匠材として長期間外観を維の中でも，意匠バリエーションに対応するため，印刷柄を持できるよう，腐食環境下での耐食性も要求されている．

設けた複層フィルム仕様が多用されている．

これはフィルム面に鋼へ到達する表面疵が起こった時，フィルム構成をFig.3 に示す．表層側は印刷柄を予め付

鋼素地露出部からの塗膜膨れ（以下，ブリスター）が意匠与した二軸延伸PET フィルムを適用した．下層側は密着性低下となるためである．このように，樹脂フィルムとの性および耐食性への影響を調査するため，PBT フィルムより高い加工密着性を備えることが，クロメート代替にまたはPVC フィルムの2 種類で検討を行った．いずれのは必要となる．

フィルムも，表層側と下層側をポリエステル系接着剤でそこで，樹脂被覆鋼板のクロムフリー化には加工密着

貼り合わせることで，複層フィルムを作製した．

性と耐食性を両立する専用の被膜設計が必要である．これに対応するため，我々はクロム酸およびクロム酸塩を２．１．３

使用しない，すなわちクロムを全く含まない化成処理と表面調整剤

表面調整は組成濃度が水酸化ナトリウム20 ～25%，硝してクロムフリー表面処理の検討を行った．これらの課

酸コバルト1 ～5%，硝酸第二鉄１～5% を含有し，pH13

題を解決する手段として，加工時に亜鉛めっき界面へ応Fig.2 Comparison of film adhesion by Erichsen test after parallel-cross cut to others.

4建材用クロムフリー樹脂被覆鋼板の開発

し，前述のコバルト金属酸化膜の上にコーティングバー
を用いて塗布し，熱風乾燥炉にて到達板温80℃で乾燥させた．
乾燥工程で，ブロックイソシアヌレートとポリエステ
ルポリオールがウレタン結合で硬化することにより，各成分を含有するジルコンシラン化合物縮合被膜を形成させた．すなわち，硬化後の化成処理膜はウレタン樹脂中にシロキサン結合（-Si-O-Si-）が分散した構成となっているとともに，酸化ジルコニウム及び表面調整で形成されたコバルト金属又は亜鉛めっき鋼板上の亜鉛，と結合（-SiO- 金属-）している．なお，乾燥被膜量は蛍光Ｘ線分析装置

Fig.3 Schematic view of Multilayer film.

で測定したジルコニウム量から，以下の計算式により換以上の金属キレート剤入りアルカリ性処理液を用いた．

算することができる．

液温度60℃以上，75℃以下となるよう調整した処理剤へ

乾燥被膜量（mg/m2）＝ジルコニウム量（mg/m2）×3.5

溶融亜鉛めっき鋼板を8 ～16 秒浸漬した後，表面に残留している処理剤成分を水洗除去し，熱風乾燥させた．

２．１．５

接着剤

表面調整剤により，亜鉛めっき表面へコバルト金属酸

飽和共重合ポリエステル樹脂とシリカ, ブロックイソ化膜を形成させた．すなわち，卑な金属である鋼板上のZn

シアネート，トリメトキシシリル基を有するシランカッを一部溶解（Zn →Zn2 ＋ ＋2e － ）し，その時に放出される

プリング剤からなる熱硬化型ポリエステルウレタン系接電子によって処理液中のCo2+2＋イオンが還元（Co＋2e－

着剤を用いた．

→Co）される置換型無電解めっき法を用いた．
２．２
２．１．４

化成処理剤

試料のラボ作製条件

２．２．１

表面処理鋼板の作製

化成処理はシラン系カップリング剤，酸化ジルコニウ

各層の被膜量が及ぼす材料特性への影響を明らかにすム，ブロックイソシアヌレート，およびポリエステルポリ

Table 1 に示すクロムフリー表面処理鋼板を作るため，オールを構成成分として含む有機無機複合の水系処理剤

製した．溶融亜鉛めっき鋼板（JIS G 3302, めっき付着量を用いた．水系処理剤はpH が5 以上，7 以下であって，且Z18）に表面調整剤を用いて，第1 被膜層のコバルト金属

つシラン系カップリング剤としてアミノアルキルシラン

量を増減させた．コバルト金属量の変更は浸漬処理時間，を含み，ブロックイソシアヌレートとして脂肪族ポリイ

液温度にて調整した．続いて，第1 被膜層上に化成処理剤

ソシアネート，およびピラゾール化合物を含んでいる．化

を用いて，第2 被膜層を増減させた．被膜量の変更は，コー成処理剤を加熱残分が3% 以上，4% 以下となるよう調整

ティングバーにてWet 塗布量を調整した．

Table 1 Test samples made in laboratory.

5

東洋鋼鈑

２．２．２

Vol.42面側の接着剤上にフィルムを積層した．

ラミネートサンプルの作製

前述のクロムフリー表面処理鋼板の上に，コーティン

さらに，
ラミネート鋼板を再加熱して樹脂フィルムの軟

グバーを用いて乾燥膜厚が3 μm になるようポリエステ

化温度以上の条件で鏡面エンボスロールを押し付け，
表面

ルウレタン系接着剤を塗布し，300℃の雰囲気温度で目標

形状を転写させるエンボス加工した後，直ちに冷却した．

板温まで加熱した．その後，簡易ラミネート装置で一対のゴム製ラミネートロールによりフィルムを熱圧着し，直２．４

ちに水冷することにより，ラミネートサンプルを作製し

２．４．１

評価方法
加工密着性評価

た．ラミネートにおいては，鋼板側にPBT フィルムまたはJIS K 6744 に準拠した方法で井桁エリクセン試験を

PVC フィルムが接するようにした．ラミネート圧下力は行い，基材に対するフィルムの加工密着性を評価した2）．

0.5MPa（4kgf）で行った．なお，到達板温としては，PBT

エリクセン試験機はJIS B 7729 による装置を用い，ダイ

フィルムの場合は230℃，PVC フィルムの場合は200℃

スとしわ押さえの間に締め付けた試験片を，球状の端部とした．

を持ったパンチで押し込んだときの移動距離を張り出し長さとした3）．試験片は中心線の両側2.5mm の距離に，適２．３

切な刃物を用いて鋼板に達する長さ50mm の縦横各々2

実機ラミネート鋼板の作製

Fig.4 に示す製造工程にて鋼板上に意匠フィルムをラ本の直線の切れ込みを入れた．なお，縦横の中心線の交点

ミネートし，サンプルを作製した．基材に施した被膜構成を試験位置とした．被覆面を試験機のダイス側とし，試験をTable 2 に示す．無処理の溶融亜鉛めっき鋼板に，表面位置がパンチ，ダイス及びしわ押さえの中心に一致する調整剤をスプレー浸漬処理し，第1 被膜を形成させた．次位置に設置した．

に，第1 被膜層上へ化成処理剤をロールコーターで塗布

室温（25℃）でパンチを一様の速さで8mm 押し込ん

し，熱風乾燥させることで第2 被膜層を施した．その後，だときのフィルム加工密着性を評価した．評価基準はフィルムラミネート面には接着剤を，その裏面には塗料

Fig.5 に示すとおり，張り出し加工後の試験片について，をそれぞれコーターにより塗布した．

フィルム浮きの有無を目視で5 段階の判定基準に基づき評価した4）．

続いて，ヒーティングゾーンでラミネート可能な温度まで鋼板を加熱し，一対のラミネートロールで挟んで表

Fig.4 Schematic view of production line.
Table 2 Test samples made on production line.

6

建材用クロムフリー樹脂被覆鋼板の開発

Fig.5 Standard for evaluation of film adhesion by Erichsen test after parallel-cross cut.

２．４．２（5）耐候性

耐食性評価

塩水噴霧試験（以下，SST）はJIS Z 2371 に従って行い，

太陽光に対する促進試験として，JIS A 1415 による

35℃の恒温槽内に5%NaCl 水溶液を連続噴霧し，サンプ

サンシャインカーボンアークランプによる暴露試験を

ルは垂直から20°傾斜させて設置した5）．試験片は平面部

WS-A 形で行った7）．JIS K 6744 に準拠した方法で，試験として，端部を四片シールした．また，試験片は鋼板に到片をサンシャインウェザーメーター（以下，SWOM）に達するクロスカット部を設けた水準と，クロスカットを

400hr 経時した後，フィルム面の割れ，剥離の有無を目視行わない水準の2 条件とした．クロスカットは傷による欠で評価した．

陥部を想定し，カッターナイフにて鋼素地まで切り込みを入れた．

３．結果及び考察

SST 環境下での腐食挙動の差を，フィルム表面に生成３．１

したブリスター幅で評価した．また，クロムフリー処理材

第１被膜層の検討結果

３．１．１とクロメート処理材でのSST によるクロスカット部の最加工密着性に及ぼすコバルト金属量の影響

Table 3 にコバルト金属量を変更したラミネート材

大ブリスター幅の経時変化を評価した．

について，加工密着性と耐食性を評価した結果を示す．
２．４．３

第1 被膜層のコバルト金属量に応じた加工密着性を，井建装材の一般特性評価

桁エリクセン試験により評価した．Fig．6 に示すとおり，

２．３にて解説した実機ラミネートサンプルについて，基材とフィルムの密着性は，コバルト金属量の増減で差

樹脂被覆鋼板に要求される一般的な材料特性を評価し異が認められた．コバルト金属量0mg/m2 のものはD・た．

E 評価となり，フィルム浮きが大きく，密着不良となった（1）耐湿熱性（sample Co-0）．コ バ ル ト 金 属 量5mg/m2 以 上，15mg/

塩化物イオンを含まない高湿潤環境下の促進試験

m2 以下のものはA 評価でフィルム浮きは発生せず，優れと し て，平 板 試 験 片 を 端 面 保 護 な し で 恒 温 恒 湿 槽 内

た密着性が得られた（sample Co-2,3,4,5）．一方，コバル（60℃,95%RH）へ2000hr 経時した．端面部からのフィル

ト金属量が25mg/m2 のものはB 評価でフィルムエッジ

ム剥離，膨れの有無を評価した．

部が少し浮いており，密着性が僅かに低下した（sample（2）耐沸騰水性Co-6）．さらに，コバルト金属量30mg/m2 になるとC 評

熱水，蒸気に対する耐久性試験として，JIS K 6744 に価でフィルムエッジ部が明らかに浮いており，密着性が準拠した方法で沸水へ20hr 浸漬を行い，フィルム面の剥大きく低下した（sample Co-7）．これらの試験結果よ離，膨れの有無を目視で評価した．

り，コバルト金属量の増加に伴って密着性が低下し，その（3）加工性場合にはコバルト金属層の凝集破壊が起きると推測され折り曲げ加工に対するフィルム接着面の耐加工性試験

る．したがって，第1 被膜層に含まれるコバルト金属量をとして，
JIS K 6744 に準拠した方法で試験片の180°曲げ

5mg/m2 以上，25mg/m2 以下の範囲で形成することが，を行い，フィルム面の割れ，剥離の有無を目視で評価した．

高い加工密着性を得るには最適であると判断した．

（4）耐衝撃性
瞬間的に外部から大きな力を受けた時の耐久力を，

３．１．２

デュポン式落下衝撃試験機で評価した．フィルム面を上耐食性に及ぼすコバルト金属量の影響

SST1000hr 経過後の外観写真をFig.7 に示す．コバルにした試験片を，一定の丸みをもつ撃ち型と一定のくぼ

ト金属量のより少ないものは耐食性の低下が認められみをもつ受け台の間に挟み，JIS K 5600 に準拠した方法

た．Sample Co-0 のコバルト金属量0mg/m2 において，で，50cm の高さより500g の重りを，撃ち型の上に落下

PVC フィルムを適用したものはフィルム全面が剥離しさせた後，衝撃変形によるフィルム面の割れ，剥離の有無

た．PBT フィルムを適用したものにおいても，ブリスターを目視で評価した6）．

7

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Vol.42

Table 3 Result of film initial adhesion and corrosion resistance.

Fig.6 Appearance of film initial adhesion by Erichsen test after parallel-cross cut.
（different amounts of cobalt surface control treatment）

Fig.7 Appearance of corrosion resistance after 1000 hours by salt spray test using cross-cut method.

8

建材用クロムフリー樹脂被覆鋼板の開発幅が大きくなり，腐食進行が早いことが分かる．これに対ニウムが残存していた．このことから，剥離界面は接着剤して，コバルト金属量5mg/m2 以上，25mg/m2 以下で形と亜鉛めっきの層間と判断した．また，原板表面から酸素成したものは，腐食進行を抑制できる結果が得られた．

（O）が強く検出されており，亜鉛が酸化していると推測さフィルム種でSST 試験結果に違いが見られたのは，れる．
目視観察からも，剥離部は白錆発生が認められた．
しフィルムを透過する水，酸素等が樹脂の結晶・非晶に依存

たがって，めっき層中の亜鉛が犠牲防食作用に伴って著しするためと考える．つまり，結晶性樹脂であるPBT フィル

く消費され，クロスカット部から内部へと進行し，腐食生

ムは，非晶性樹脂のPVC フィルムよりもSST 環境下にお成物によりフィルムが押し上げられたことが分かる8）．

いて，水分の透過および浸透が抑制され，腐食進行を遅らせたと推測される．以上のことから，第1 被膜として亜鉛

３．１．４

コバルト金属による防食機構

めっき上にコバルト金属を形成することが有効と判断し本実験からコバルト金属を亜鉛めっき表面に形成した

た．また，結晶性樹脂であるPBT フィルムの方がSST に

Fig.9 にそ後，化成処理を施すと優れた耐食性が得られた．

よる腐食環境下では，優れることが分かる．

の防食機構を示す．
Zn よりイオン化傾向の小さいCo が酸
素還元反応点（カソード）となり，塗膜下にカソード（Co）

３．１．３とアノード（Zn）のミクロセルが形成される．
これにより，

SST 環境下の腐食挙動

前述のとおり，
PVC フィルムを適用し，第１被膜層をpH 上昇による塗膜下腐食を抑制でOH －生成量が減少し，設けていないものは，基材とフィルム間で剥離を生じた

きたと考えられる．
すなわち，
Co がミクロセル形成に寄与（sample Co-0）．本現象を解明するため，
SST1000hr 経

し，
カソードブリスターを低減したと推測される9）．

過後の腐食生成物をSEM にて観察し，剥離界面を調査し（1）コバルト金属を形成しない塗膜下Fig.8 にブリスター断面部，フィルム剥離部におけるた．

クロスカットのめっき露出部には，
Zn2+ の溶出（アノー

原板側とフィルム側をEDX にて元素分析した結果を示

ド反応）が集中する．
一方，塗膜下全体ではカソード反応がす．断面観察から，フィルム側に接着剤起因のシリコンが進行し，電子を受け取り酸素が還元（1/2O2+H2O+2e −検出された．
剥離後の原板側には化成処理剤起因のジルコ→2OH −）される．この電子の移動は比較的大きなマクロ

Fig.8 SEM images and element mapping images of corrosion area. （Sample Co-0）

Fig.9 Schematic view of interface corrosion between chrome-free chemical treatment to zinc plating.

9

東洋鋼鈑

Vol.42セル（大きな回路）で行われるのが一般的である10）．すな

これに対して，本研究では無処理の溶融亜鉛めっき鋼

わち，マクロセルは酸化還元反応の面積も大きく，腐食速板に樹脂被覆までを連続処理することにより，一次防錆

度も早いため，塗膜下にOH － が多量生成されpH が上昇

性をラミネートフィルムで代替できる．このため，化成処した．これにより，高pH 環境となりアルカリ性に移行す

理層の被膜量は一般的な溶融亜鉛めっき鋼板と同様ではることで，化成処理層が溶解劣化し，カソードブリスターないと考えた．

は早く進行したと推測される．一般に塗膜と金属基材のFig.10 に第１被膜層を15mg/m2 とし, 第2 被膜層を接着界面は水素結合と言われており，アルカリ環境に弱増減したラミネート材について，加工密着性を評価した

いため，塗膜剥離はカソード部で起こることが多いと考結果を示す．樹脂被覆鋼板においては，フィルム厚みが厚11）．

い影響により，井桁エリクセン加工時に接着界面にかか（2）コバルト金属を形成した塗膜下る負荷が大きい性質がある．そこで，フィルムラミネート

えられている

亜鉛めっき上にコバルト金属を緻密に析出させること法に適した被膜量を調査した．
被 膜 量4mg/m2 のPBT フ ィ ル ム は，C 評 価 で フ ィ ル

で，Zn よりイオン化傾向の小さいコバルト（Co）がそれぞれ酸素還元の反応点（カソード）となる．この時，塗膜ムエッジ部が明らかに浮いており，密着不良となった

下にはCo 析出点（カソード）と露出したZn めっき（アノー（sample CF-1）．これに対して，被膜量10mg/m2 以上，ド）が混在し，電子をやりとりするミクロセル（小さな回50mg/m2 以下のものはA 評価でフィルム浮きは発生路）が形成される．ミクロセルは腐食速度が遅いことが一せ ず，密 着 性 に 優 れ て い た（sample CF-2，3）．被 膜 量

般的に知られており，OH の生成量は抑制される．すなわ

300mg/m2 のものは同一被膜量にも関わらず，PVC フィ

ち，塗膜下の酸素還元反応によるカソードブリスターがルムはA 評価，PBT フィルムはB 評価で違いが見られた抑制できると考えられる．

（sample CF-4）．一方，被膜量600mg/m2 のものは，いず－樹脂被覆鋼板はフィルムが厚膜であり，塗膜下ではれもB 評価で，僅かに密着性低下が確認できた（sample

腐 食 生 成 物 の 移 動 や 拡 散 が 妨 げ ら れ る．こ の た め，金CF-5）．さらに，被膜量を増加させ700mg/m2 にしたもの

属が金属イオンとなり溶解し，酸化反応するアノード

はC 評価で，フィルムエッジ部が明らかに浮いており，密

2+

－

2+

+

（OH）
と，酸素
（Zn →Zn +2e , Zn +2H2O →Zn
2+2H ）－

着不良となった（sample CF-6）．

−の還元反応が起こるカソード（1/2O 2+H 2O+2e →2OH ）これらの試験結果より，井桁エリクセン試験後の基材が分離された状態になりやすく，マクロ腐食が進行する．

とフィルムの密着性は，被膜量の増加につれ，低下する傾

本課題を解決するために，酸素還元反応を緩やかにする向が認められた．被膜量の増加に伴ってフィルム浮きがミクロセルを形成させることが，防食機能の向上には重発生し，その場合には被膜層の凝集破壊が起きると推測要となる．

される．すなわち，井桁エリクセン試験においては，加工により鋼板が張り出される際に，亜鉛めっき界面に応力３．２が集中すると推測される．つまり，無機成分を含む被膜層

第2 被膜層の検討結果
加工密着性に及ぼす被膜量の影響に応力負荷がかかる．前記記載のとおり被膜量を増加さ

溶融亜鉛めっき鋼板のクロメートフリー処理は，一般

せると，無機成分も比例し増加するため，被膜層が硬くな的に有機無機の複合被膜である場合が多く，有機系成分

り，伸縮性が低下する．このため，柔軟性が失われ，もっととしてエポキシ系，ウレタン系樹脂など，無機系成分としも負荷の掛かるエリクセンカット部にて，凝集破壊するてチタン，ジルコニウム，さらにシランカップリング剤なと考えられる．したがって，PBT フィルム，PVC フィルム

どの成分を複合化させている．また，化成処理量は製造後ともに，第2 被膜層を50mg/m2 で形成することが，高いからユーザー納入までの期間に必要となる一次防錆機能

加工密着性を得るには最適であると判断した.

３．２．１を付与させるため，被膜量600mg/m2 以上，800mg/m2

また，フィルム種による違いが見られ，PVC フィルム

以下で形成されている場合が多い．

の方が加工密着性に優れることが分かる．

Fig.10 Appearance of film initial adhesion by Erichsen test.（different amounts of chrome-free chemical treatment）

10

建材用クロムフリー樹脂被覆鋼板の開発

３．２．２

200℃，
PBT フィルムは230℃まで鋼板を加熱し，一対の加工密着性試験に及ぼすフィルム種の影響

前述のとおり，フィルム種により加工密着性に違いがラミネートロールで挟んで接着剤上にフィルムを積層し見られた．一般的にPVC フィルムは降伏点応力が小さく，た．

低荷重で塑性変形する柔らかい性質である．このため，エリクセン張出しに対して，フィルムが容易に変形できる

３．３．２

加工密着性の評価結果

ことで，加工追従性に優れていると考える．つまり，加工

Fig.11 に実機ラミネート材の井桁エリクセン試験の評部に集中した応力が，PVC フィルムの変形により軽減さ

価結果を示す．クロムフリー処理材の加工密着性は3．1，れたと推測される．これに対して，PBT フィルムは降伏点

3．2 のラボ検討の結果と同様に，PVC フィルム，PBT フィ

応力が大きく，硬く剛直な性質である．この影響により，ルムともに A 評価で密着性を合格した（sample

加工部へより局所的に応力集中するため，PVC フィルム

CF，PBT-CF）．また，比較評価したクロメート処理材のと比較した場合に，密着性が僅かに低下したと推測され加工密着性もA 評価であった（sample

る（sample CF-4）．

Cr）．したがって，実機ラミネート材においても，クロムフ

PVC-

PVC-Cr，
PBT-

リー処理材はクロメート処理材と同等の加工密着性を有３．３

していることが分かる．

実機ラミネート試験結果

３．３．１

ラミネート鋼板の作製条件

３．１ および ３．２ のラボ評価の結果から，実機でのラ３．３．３

耐食性の評価結果

Table 2 に示す表面処理およびミネート試験を行った．

クロメート処理材は，亜鉛系めっきの犠牲防食作用を

フィルムラミネートにより，建材用クロムフリー樹脂被維持したまま，鋼のアノードおよびカソード反応を抑制

覆鋼板を作製した．実機ラミネート試験においては，無させることで，めっきの消耗速度を低下させ，優れた耐食処理の溶融亜鉛めっき鋼板（JIS G 3302, めっき付着量性を発現することが知られている12）．そこで，クロムフ

Z18）に，表面調整剤をスプレー浸漬処理し，第1 被膜をリー処理材の防食性能をSST により比較した．

15mg/m2 形成した．次に，第1 被膜層上へ化成処理剤をFig.12 に実機ラミネート材の最大ブリスター幅の経ロールコーターで塗布し，熱風乾燥させることで第2 被膜時変化を示す．PBT フィルム仕様とPVC フィルム仕様で2を50mg/m 形成した．その後，フィルムラミネート面に比較すると，SST2000hr 経過後の最大ブリスター幅は，はポリエステルウレタン系接着剤を乾燥膜厚3 μm，そのPVC フィルム仕様の方が7mm 大きくPBT フィルム仕裏面には塗料を乾燥膜厚5 μm，それぞれコーターにより様の方が優れた耐食性を有していることが確認された．

塗布した．
続いて，
ヒーティングゾーンでPVC フィルムは

これは，3．1．2 で述べたとおり，PBT フィルムは結晶性樹Fig.11 Appearance of film initial adhesion by Erichsen test after parallel-cross cut.

Fig.12

Result of corrosion resistance by salt spray test using cross-cut method.

11

東洋鋼鈑

Vol.42

脂であるため，非晶性樹脂よりも，SST 環境下においててきても素地金属の腐食を抑制する機能の3 つが備わっ

水，酸素，塩化物イオンに対する透過および浸透が抑制さていると考えられる．

れ，腐食進行を遅らせると考えられる．
同一フィルムでクロムフリー処理材とクロメート処理

３．３．４

建装材の一般特性評価結果

材を比較すると，SST2000hr 経過後の最大ブリスター幅

実機ラミネート材の一般特性評価結果をTable 4 に示は1mm の差であり，同等であることが確認できた．した

す．本評価から，内装建材用途として必要な一般特性につがって，実機ラミネート材において，クロムフリー処理材

いて，クロムフリー処理材とクロメート処理材は，同等のはクロメート処理材と同等の防食性能を有していること性能を持つことが確認できた．
以上の結果から，今回開発したクロムフリー処理材はが分かる．
平 板 サ ン プ ル と ク ロ ス カ ッ ト サ ン プ ル に つ い て，

内装建材用途として使用されてきたクロメート処理材

SST2000hr 経過後の外観をFig.13 に示す．端部を四片と，同等の耐湿熱性，耐沸騰水性，加工性，耐衝撃性，耐候

シールし鋼板を塗膜で覆った平板サンプルは，いずれも性を有していることが分かる．

錆やブリスターの発生が認められなかった．したがって，
クロムフリー処理材は切断面が覆われた状態において

４．結言

も，塗膜下腐食は確認できず，クロメート処理材と同等の環境対応型製品の市場要求に対して，東洋鋼鈑では亜防食性能を有していることが分かる．つまり，水，酸素等

鉛めっき鋼板上に，コバルト金属が含有された第1 被膜層の腐食物質を遮断する機能，塗膜が腐食環境においてもと，シランカップリング剤成分等を含む第2 被膜層との二剥離しないよう素地に密着する機能，腐食物質が透過しFig.13 Appearance of corrosion resistance after 2000 hours by salt spray test.

Table 4 Result of fundamental characteristics of test samples.

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建材用クロムフリー樹脂被覆鋼板の開発

層構成にすることで，課題となる加工密着性と耐食性の引用文献向上を実現できた．また，従来のクロメート処理材と同等

1）JIS G 3302: 2019, 溶融亜鉛めっき鋼板及び鋼帯 .

の品質特性を有するクロムフリー樹脂被覆鋼板を開発し2）JIS K 6744: 2019, ポリ塩化ビニル被覆金属板及びた．得られた結論をまとめると以下のとおりである．

金属帯 .
3）JIS B 7729: 2005, エリクセン試験機 .

（1）樹脂被覆鋼板において，亜鉛めっき鋼板上に第1 被膜
24）神田勝美，林芳夫，中本哲男，清木和浩 : 東洋鋼鈑，2

層として5mg/m 以上，25mg/m 以下でコバルト金属

29（1991），17-30．

を形成することにより，耐食性低下の課題を解決した．亜5）JIS Z 2371: 2015, 塩水噴霧試験方法 .

鉛めっき鋼板表面におけるコバルト金属の効果は，以下6）JIS K 5600-5-3: 1999, 塗料一般試験方法－第 5 部 :のとおりである．亜鉛（Zn）よりイオン化傾向の小さいコ

塗膜の機械的性質－第 3 節 : 耐おもり落下性 .

バルト（Co）が酸素還元反応点（カソード）となるため，

7）JIS A 1415: 2013, 高分子系建築材料の実験室光源に

被膜下にはCo をカソード，Zn をアノードとするミクロ

よる暴露試験方法 .

−セルが形成される．これにより，被膜下においてOH の生

8）山本郷史，公文史城，峠本敏江，矢野宏和 : 日新製鋼

成量を減少させることができ，カソードブリスターの進

技報 , 89（2008），1-8．

行を抑制し，欠陥部の腐食速度を低減した．

9）島倉俊明 : 塗装工学，54（2019），184-204．

（2）樹脂被覆鋼板におけるフィルム加工密着性を確保す

10）福士英一 : 表面技術，69（2018），280-284．

2

るため，第1 被膜層上に塗布する第2 被膜層は10mg/m11）奥村美明 : 日本ペイント Techno-Cosmos，

以上，600mg/m2 以下に管理することが必要である．第21（2008），39-46.

22 被膜層は50mg/m の場合に最も良い結果が得られた．

12） 篠原正 : 表面技術，62（2011），25-29．

すなわち，一般的な溶融亜鉛めっき鋼板のクロメートフ
リー処理よりも減量することで，接着界面の加工追従性を向上させ，課題を解決した．
（3）第1 被膜層と第2 被膜層とを形成したクロムフリー表
面処理鋼板へ，第3 処理工程として，ポリエステルウレタ
ン系接着剤をロールコーターで3 μm 形成した．続いて，第4 処理工程として，到達板温まで加熱した前記接着層上
へフィルムを積層した．上記の4 工程を連続処理すること
により，化成処理の一次防錆性をフィルムで補完し，ラミ
ネート専用の表面処理を実現した．開発した樹脂被覆鋼
板は従来のクロメート処理材と同等の加工密着性，耐食性および内装建材用途の一般特性を有している．

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