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WO2024121954A1 - 塗装素形材、複合体および自動車部材 - Google Patents

塗装素形材、複合体および自動車部材 Download PDF

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Publication number
WO2024121954A1
WO2024121954A1 PCT/JP2022/044991 JP2022044991W WO2024121954A1 WO 2024121954 A1 WO2024121954 A1 WO 2024121954A1 JP 2022044991 W JP2022044991 W JP 2022044991W WO 2024121954 A1 WO2024121954 A1 WO 2024121954A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
base material
coating film
coated base
pigment
organic resin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2022/044991
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
大地 上田
敦雄 古賀
浩平 植田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to PCT/JP2022/044991 priority Critical patent/WO2024121954A1/ja
Publication of WO2024121954A1 publication Critical patent/WO2024121954A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/56Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits
    • B29C65/64Joining a non-plastics element to a plastics element, e.g. by force

Definitions

  • the conductive pigment is non-oxide ceramic particles selected from the group consisting of boride ceramics, carbide ceramics, nitride ceramics, and silicide ceramics; Stainless steel particles, and The coated base material according to [6], comprising at least one type of particle selected from the group consisting of iron-based alloy particles containing at least one element selected from the group consisting of Mn, Si, W, Mo, V, Ti, Ni, B, and Nb. [8] The coated base material according to [6] or [7], wherein the conductive pigment is a particle having a ratio (B/A) of an average particle size (B) of the conductive pigment to a thickness (A) of the coating film of 1 or more.
  • the non-conductive pigment is titanium oxide particles or zinc oxide particles.
  • the ratio (C/B) of the average particle size (C) of the non-conductive pigment to the average particle size (B) of the conductive pigment is 1/21 or more and 1/2 or less; The coated base material according to [9] or [10].
  • Preformed material refers to inorganic materials, organic materials, stone, wood, etc. that have been molded or subjected to force to give a shape.
  • the material of the preformed material may be any material that can be given a shape, and is not limited to the above examples.
  • examples of the inorganic material include metals, glass, and ceramics, and examples of the organic material include resin compositions such as thermoplastic resins and thermosetting resins.
  • the preformed material is heated to a temperature higher than the softening temperature of the organic resin contained in the coating film or the resin composition that constitutes the resin molded body to be joined during production, so it is desirable that the preformed material does not deform even at a temperature higher than the softening temperature of the organic resin or resin composition.
  • the base material is made of a material having a tensile strength of 590 MPa or more, more preferably 780 MPa or more, and even more preferably 980 MPa or more, or a material that has been subjected to plating or chemical conversion treatment.
  • the upper limit of the tensile strength is not particularly limited, but can be 1470 MPa or less.
  • the coating film prevents the deterioration of the bond strength between the base material and the resin molding when exposed to a high-temperature, high-humidity environment, improving the durability of the composite.
  • the inorganic pigments include chromates such as zinc chromate and yellow lead, metal oxides such as titanium oxide, zinc oxide (zinc oxide), iron oxide and zirconium dioxide, sulfates such as barium sulfate and lead sulfate, silicates such as calcium silicate, carbonates such as calcium carbonate, phosphates such as cobalt phosphate and manganese phosphate, and particulate metal powder pigments such as aluminum powder and copper powder, as well as flake pigments of these metals, metallic pigments, pearl pigments, and carbon black.
  • chromates such as zinc chromate and yellow lead
  • metal oxides such as titanium oxide, zinc oxide (zinc oxide), iron oxide and zirconium dioxide
  • sulfates such as barium sulfate and lead sulfate
  • silicates such as calcium silicate
  • carbonates such as calcium carbonate
  • phosphates such as cobalt phosphate and manganese phosphate
  • the inorganic pigment preferably contains an electrocoatable pigment, and more preferably contains pigment particles having an electrical resistivity at 25° C. of 0.1 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm or more and 185 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm or less.
  • the electrocoatable pigment used in electrocoatability coating usually has an electrical resistivity of 0.1 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm or more.
  • the type of conductive pigment is not particularly limited, and well-known conductive particles such as non-oxide ceramic particles, iron-based alloy particles, stainless steel particles, and particles other than iron-based alloys (metal particles, metal alloy particles, etc.) can be used. Of these, it is preferable that the conductive pigment is non-oxide ceramic particles, stainless steel particles, or iron-based alloy particles, as these are less likely to deteriorate in the pigment paint.
  • the conductive pigment contains many pigment particles with a larger particle size
  • the non-conductive pigment contains many pigment particles with a smaller particle size from the viewpoint of ensuring the adhesion of the resin molding.
  • the ratio (C/B) of the average particle size (C) of the non-conductive pigment to the average particle size (B) of the conductive pigment is preferably 1/21 or more and 1/2 or less, more preferably 1/10 or more and 1/3 or less, and even more preferably 1/4 or more and 1/3 or less.
  • the ratio (Y/X) of the total volume (Y) of the non-conductive pigments to the total volume (X) of the conductive pigments in the coating film is preferably 2/1 or more and 9/1 or less, more preferably 3/1 or more and 8/1 or less, and even more preferably 4/1 or more and 7/1 or less.
  • PC-containing polyurethane has polycarbonate units in the molecular chain.
  • Polycarbonate units refers to the structure shown below that is contained in the polyurethane molecular chain.
  • the polycarbonate units may be present individually or continuously in the PC-containing polyurethane.
  • the content of polycarbonate units in the coating film is preferably 15% by mass to 80% by mass based on the total mass of all resins in the coating film from the viewpoint of increasing the adhesive strength to the base material and the resin molded body. From the above viewpoint, the content of polycarbonate units in the coating film is more preferably 20% by mass to 70% by mass, and even more preferably 35% by mass to 60% by mass.
  • the mass ratio of polycarbonate units to the mass of all resins can be determined by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR analysis) using a sample obtained by dissolving the coating film in chloroform.
  • polystyrene which is a standard substance
  • a resin collected from the coating film are each dissolved in tetrahydrofuran.
  • the speed at which the solution passes through the porous column is then measured, and the molecular weight can be calculated from the ratio to the passing speed of the standard substance.
  • the acid-modified polypropylene can be prepared, for example, as an acid-modified polypropylene-based emulsion in which the acid-modified polypropylene is a dispersoid.
  • the acid-modified polypropylene-based emulsion can be prepared by preparing the acid-modified polypropylene, and then blending and dispersing the acid-modified polypropylene in water.
  • various surfactants can be added as emulsifiers to the acid-modified polypropylene-based emulsion.
  • the type of organic resin contained in the organic resin layer is not particularly limited as long as it has adhesion to the organic resin constituting the coating film and to the resin molded body.
  • organic resins contained in the organic resin layer include epoxy resins, polyolefin resins, phenol resins, acrylic resins, polyester resins, and polyurethane resins that do not contain polycarbonate units. These resins may be used alone or in combination of two or more.
  • the type of organic resin contained in the organic resin layer is the same as the type of organic resin contained in the coating film.
  • the same type of organic resin means that the type of bond structure that is formed between monomers when the monomers are polymerized and that constitutes the main chain of the resin is the same.
  • the rust inhibitor improves the corrosion resistance of the coated base material, and as a result, improves the corrosion resistance of the composite.
  • the rust inhibitor may be of one type or more.
  • Examples of rust inhibitors include metal compound rust inhibitors, nonmetal compound rust inhibitors, and organic compound rust inhibitors.
  • the content of the rust inhibitor in the organic resin layer can be appropriately determined depending on the type of rust inhibitor from the range in which the rust inhibitor's rust prevention effect and the effect of the present invention can be obtained.
  • etching agent improves the adhesion of the organic resin layer to the metal material by activating the surface of the metal material.
  • etching agents include fluorides such as hydrofluoric acid, ammonium fluoride, zirconium hydrogen fluoride, and titanium hydrogen fluoride.
  • thermoplastic resin composition (resin molded body) may be any molded body having a shape that fits closely to the surface of the coated base material.
  • the shape of the resin molded body is not particularly limited as long as it satisfies the above conditions, and can be appropriately determined depending on the application of the composite.
  • the molding shrinkage rate of the thermoplastic resin composition is preferably 1.1% or less from the viewpoint of suppressing deformation due to temperature changes during the production of the composite.
  • the molding shrinkage rate of the thermoplastic resin composition can be adjusted by a known method.
  • the molding shrinkage rate can be adjusted by adding a filler to the thermoplastic resin composition or by adjusting the mixing ratio of the crystalline resin and the non-crystalline resin in the thermoplastic resin composition.
  • the non-crystalline resin include PVC and PMMA.
  • Examples of the crystalline resin include PE, PP, and POM.
  • the molding shrinkage rate can be reduced, for example, by increasing the filler content or increasing the mixing ratio of the non-crystalline resin to the crystalline resin.
  • ⁇ p/ ⁇ m is 6 or less from the viewpoint of suppressing deformation due to temperature changes during the production of the composite.
  • ⁇ p is the linear expansion coefficient of the thermoplastic resin composition
  • ⁇ m is the linear expansion coefficient of the metal base material. If ⁇ p/ ⁇ m is greater than 6, the coated base material may not be bonded sufficiently firmly to the resin molded body. From the viewpoint of further increasing the bonding strength of the coated base material to the resin molded body, it is preferable that ⁇ p/ ⁇ m is 4.5 or less.
  • ⁇ m and ⁇ p are each determined by measuring the amount of dimensional change accompanying temperature changes of the material, for example, by TMA (Thermal Mechanical Analysis). For example, ⁇ p becomes smaller when the content of filler in the thermoplastic resin composition is high.
  • thermoplastic resin composition may further contain other components in addition to the organic resins described above, as long as the effects of the present invention are achieved.
  • other components include fillers and thermoplastic elastomers.
  • Another embodiment of the present invention relates to a method for producing the above-mentioned composite.
  • the coated base material may be a pre-fabricated one, or may be prepared by forming a pigment layer and an organic resin layer on the surface of the base material.
  • Organic resin paints can be prepared by mixing the above organic resins and, optionally, rust inhibitors, etc., in an aqueous medium.
  • the resin molded body is placed on the surface of the coated base material on which the coating film is disposed, so that at least the portion of the resin molded body to be joined comes into contact with the portion of the coated base material to be joined, and so that the resin molded body is placed in contact with the coating film (or organic resin layer).
  • Step 2 Step of heating the contact area between the coated base material and the resin molded product
  • the coated base material in contact with the resin molded product is heated to fuse the resin molded product to the coating film or organic resin layer, thereby obtaining a composite in which the coated base material and the resin molded product are bonded together.
  • thermoplastic resin composition is injected at high pressure into the inside of the mold in which the coated base material is placed. At this time, it is preferable to provide a gas vent in the mold so that the thermoplastic resin composition flows smoothly.
  • the high-temperature thermoplastic resin composition comes into contact with the coating film or organic resin layer formed on the surface of the coating, and the organic resin contained in the coating film or organic resin layer becomes compatible with the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin composition.
  • the thermoplastic resin composition is molded into the shape of the mold by cooling, and a molded body of the thermoplastic resin composition bonded to the surface of the coated base material is formed.
  • the temperature of the mold is preferably near the melting point of the thermoplastic resin composition.
  • the mold After injection is complete, the mold can be opened and demolded to obtain the composite.
  • the composite obtained by injection molding may be annealed after molding to eliminate internal distortion caused by molding shrinkage.
  • the above-mentioned composite can be used as a component of any machine, building, or structure, such as various electronic devices, household appliances, medical devices, transportation equipment parts, vehicle-mounted items, and building materials.
  • the above-mentioned composite is lighter than a metal component of the same shape because it contains a lightweight resin molded body and suppresses the decrease in bonding strength in a high-temperature, high-humidity environment. Therefore, the above-mentioned composite is suitable for transportation equipment parts, particularly automobile components, which are likely to be placed in an environment where they come into contact with water and are always required to be lightweight.
  • Experimental Example 1 shows an experiment using a polyurethane resin for the coating film and the results thereof.
  • Base Material Several types of cold-rolled steel sheets containing C, Si, Mn, P, S, Al, and N, and optionally containing Ti, Cr, Ni, Cu, and Ca, and differing in tensile strength were prepared.
  • Base material 1 Cold-rolled steel plate with a tensile strength of 270 MPa was used as "base material 1."
  • a hot-dip galvanized steel sheet obtained by applying hot-dip Zn-6 mass% Al-3 mass% Mg plating to a cold-rolled steel sheet having a tensile strength of 270 MPa so that the coating weight per side was 45 g/m2 was used as the "base material 2".
  • a cold-rolled steel sheet having a tensile strength of 270 MPa was heated in a heating furnace at an average heating rate of 3.5°C/s until it reached a maximum temperature of 820°C, and then annealed by soaking in a soaking furnace at 820°C for a certain period of time, and cooled to 450°C.
  • the heating furnace and soaking furnace were in a nitrogen gas atmosphere containing 3% hydrogen.
  • the steel sheet was plated with hot-dip Zn-0.1% Al so that the coating weight per side was 45 g/ m2 , and further heated to 480°C in an alloying furnace to alloy the plating layer and diffuse Fe during plating.
  • the obtained hot-dip galvannealed steel sheet was used as "base material 3".
  • a galvannealed steel sheet obtained by subjecting a cold-rolled steel sheet with a tensile strength of 490 MPa to alloying hot-dip galvanizing in the same manner as for the substrate 3 was used as the "base material 4."
  • a galvannealed steel sheet obtained by subjecting a cold-rolled steel sheet having a tensile strength of 780 MPa to alloying hot-dip galvanizing in the same manner as for the substrate 3 was used as the "base material 5."
  • a galvannealed steel sheet obtained by subjecting a cold-rolled steel sheet with a tensile strength of 980 MPa to alloying hot-dip galvanizing in the same manner as for the substrate 3 was used as the "base material 6."
  • polyurethane resins were used as the resin emulsion. These were used alone or mixed with an appropriate amount of Adekabontitor HUX232 to adjust the content of polycarbonate units in the polyurethane resin.
  • PU1 Superflex 420 (polyurethane resin containing 50% by mass of polycarbonate units), manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.
  • PU2 Superflex 470 (polyurethane resin containing 70% by mass of polycarbonate units), manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.
  • PU3 Adeka Bonditer HUX386 (polyurethane resin containing 80% by mass of polycarbonate units), manufactured by ADEKA Corporation
  • PU4 Test product prepared by a resin manufacturer, polyurethane resin containing 90% by mass of polycarbonate units
  • PU5 Adeka Bonditer HUX232 (polyurethane resin not containing polycarbonate units), manufactured by ADEKA Corporation
  • Inorganic pigments were added to the resulting resin paint to make a pigment paint.
  • TiO 2 titanium oxide particles (SA-1, manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.; titanium oxide particles that have not been surface-treated, average particle size 0.15 ⁇ m, electrical resistivity greater than 185 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm, specific gravity 4.0).
  • Hydrophilized TiO 2 titanium oxide particles (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., GTR-100, titanium oxide particles surface-treated with alumina, average particle size 0.26 ⁇ m, electrical resistivity greater than 185 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm, specific gravity 4.0).
  • ZnO-1 zinc oxide particles (manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd., FINEX-50.
  • ZnO-2 Zinc oxide particles (manufactured by Hakusui Tech Co., Ltd., ultrafine zinc oxide. Average particle size 0.35 ⁇ m, electrical resistivity greater than 185 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm, specific gravity 5.6.)
  • ZnO-3 zinc oxide particles (manufactured by Hakusui Tech Co., Ltd., JIS standard zinc oxide.
  • TiN titanium nitride particles (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.; average particle size 1.6 ⁇ m, electrical resistivity 70 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm, specific gravity 5.24)
  • ZrB 2 -1 Zirconium boride particles (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.; average particle size 2.2 ⁇ m, electrical resistivity 20 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm, specific gravity 6.09).
  • ZrB 2 -2 Zirconium boride particles (manufactured by Japan New Metals Co., Ltd.; average particle size 3.6 ⁇ m, electrical resistivity 20 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm, specific gravity 6.09).
  • TiC-1 Titanium carbide particles (manufactured by Nippon Shinkinzoku Co., Ltd.; average particle size 1.4 ⁇ m, electrical resistivity 180 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm, specific gravity 4.93)
  • TiC-2 titanium carbide particles (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.; average particle size 3.2 ⁇ m, electrical resistivity 180 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm, specific gravity 4.93)
  • Ni 2 Si Nickel silicide particles (NII11PB, manufactured by Kojundo Chemical Laboratory. The reagent is stirred with water, and after 5 minutes, the suspended fine particles are filtered and used. Average particle size 4.8 ⁇ m, electrical resistivity 40 ⁇ 10 ⁇ 6 ⁇ cm, specific gravity 7.40.)
  • the type and amount of inorganic pigment added to each pigment paint was changed to obtain pigment paints with different types of organic resin (polycarbonate unit content), types of inorganic pigment, and pigment addition rates.
  • the pigment addition rate was calculated by determining the added volumes of the resin and inorganic pigment from their specific gravities and amounts added (mass), and then calculating the ratio of the volume of the inorganic pigment to the total volume of the organic resin and the inorganic pigment.
  • a resin emulsion was added to water to prepare a resin paint with a non-volatile content of 20% by mass.
  • the following polyurethane resin was used as the resin emulsion.
  • PU1 Superflex 420 (polyurethane resin containing 50% by mass of polycarbonate units), manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.
  • PU3 Adeka Bonditer HUX386 (polyurethane resin containing 80% by mass of polycarbonate units), manufactured by ADEKA Corporation
  • the anti-rust agents used were oxides of Ti, Zr, V and Mo.
  • Ti potassium titanium (IV) fluoride (Junsei Kagaku Co., Ltd.) was used.
  • Zr ammonium zirconium carbonate (Daiichi Kigenso Kagaku Co., Ltd.) was used.
  • V vanadium pentoxide (Taiyo Koko Co., Ltd.) was used.
  • Mo hexaammonium heptamolybdate tetrahydrate (Kishida Chemical Co., Ltd.) was used.
  • the content of the anti-rust agent in the organic resin paint was adjusted so that the Ti-equivalent content in the organic resin layer formed was 0.25% by mass, the Zr-equivalent content was 0.5% by mass, the V-equivalent content was 0.25% by mass, and the Mo-equivalent content was 0.5% by mass.
  • An organic resin paint was applied to the surface of the coating film formed on the surface of the above-mentioned base material using a roll coater, and then dried in a hot air dryer so that the plate temperature reached 150°C, forming an organic resin layer and obtaining a coated base material.
  • Tables 1 to 6 show the type and tensile strength of the base materials used to make Coated Base Material 1 to Coated Base Material 68, the type of organic resin (polyurethane resin is referred to as "PU resin” in the table) used to form the coating (the amount of polycarbonate units in the organic resin (referred to as “PC unit amount” in the table)), the type and amount of pigment (average particle size is also listed for conductive pigments), and the coating thickness.
  • PU resin polyurethane resin
  • Resin Composition A polycarbonate (PC)-based resin composition, which is a thermoplastic resin composition, was used as the resin composition.
  • PC-based resin Iupilon GSH2030FT (Mitsubishi Engineering Plastics Corporation) was used.
  • Coated base material 1 to coated base material 68 with the pigment layer and organic resin layer formed thereon were placed inside a mold, and the resin composition was poured into an injection molding machine and melted. The resin composition was then injected into the mold in which the coated base material was placed, and the inside of the mold was then cooled to obtain composites 1 to 68, respectively.
  • the shape of the composites was that of a Type B test piece as defined in ISO 19095-2 (2015).
  • the maximum test force (referred to as P) was measured when the specimen broke using the tensile shear test method specified in ISO 19095-3 (2015).
  • the above test specimen was left to stand for 2000 hours in an environment of 85°C and 85RH (high temperature and high humidity test conforming to ISO 19095-4 (2015)), and the maximum test force (referred to as P') was measured when the specimen broke using the tensile shear test method specified in ISO 19095-3 (2015).
  • the durability was evaluated by calculating the rate of decrease (P'/P) in the maximum test force due to the high temperature and high humidity test. Specifically, the ratio of the breaking strength before and after the high temperature and high humidity test method was obtained, and the rate of decrease (P'/P) in the maximum test force due to the high temperature and high humidity test was calculated, and the durability of the composite was evaluated according to the following criteria.
  • a The reduction rate of maximum test force (P'/P) is 70% or more.
  • B The reduction rate of maximum test force (P'/P) is 50% or more and less than 70%.
  • C The reduction rate of maximum test force (P'/P) is 30% or more and less than 50%.
  • D The reduction rate of maximum test force (P'/P) is less than 30%.
  • Electrodeposition Coatability (appearance and adhesion) of each coated base material to a coated base material was evaluated by the following procedure.
  • the coating film of the painted base material was degreased with an alkali and treated with a surface conditioner, then immersed in a bath of a highly weather-resistant epoxy-acrylic electrocoating liquid adjusted to 25°C, and coated to an average film thickness of 20 ⁇ m. After painting, the sample was washed with water to remove excess paint, and then heated and dried at 160°C for 20 minutes to obtain an electrocoating film.
  • an adhesion test (adhesion test) was performed using a cross-cut method in accordance with JIS K 5600-5-6 (2018). Based on the ratio of the area where peeling of the electrodeposition coating film occurred (peeled area) to the test area (paint peeling rate), the adhesion of the electrodeposition coating film was evaluated according to the following criteria.
  • B The paint peeling rate (peeled area/test area) is 5% or more and less than 10%.
  • C The paint peeling rate (peeled area/test area) is 10% or more and less than 15%.
  • D The paint peeling rate (peeled area/test area) is 15% or more.
  • coated base material 1 to coated base material 64 which have a coating containing 3% to 50% by volume of inorganic pigment and organic resin, are less likely to lose bond strength with the resin molding even in a high-temperature, high-humidity environment, and also have a high initial bond strength with the resin molding.
  • coated base material 17 to coated base material 20 coated base material 23 to coated base material 26, coated base material 29 to coated base material 53, and coated base material 54, in which the base material is a galvannealed steel sheet, had higher initial bond strength with the resin molded body.
  • coated base materials 33 to 53 whose coatings contain conductive pigments, have good electrodeposition paintability
  • coated base materials 33, 35, 36, 38, and 40 to 53 whose coatings have a ratio (B/A) of the average particle size (B) of the conductive pigment to the coating thickness (A) of 1 or more, have even better electrodeposition paintability.
  • coated base material 44 to coated base material 48 in which the ratio (Y/X) of the total volume of non-conductive pigments (Y) to the total volume of conductive pigments (X) in the coating film is 2/1 or more and 9/1 or less, had better adhesion to the electrocoat coating film than coated base material 42 and coated base material 43, in which Y/X is smaller, and coated base material 49, in which Y/X is larger.
  • Experimental Example 2 shows an experiment using polypropylene resin for the coating film and the results thereof.
  • the following polypropylene resins were used as the resin emulsion. These were used alone or mixed with an appropriate amount of PU (Superflex 830 (polyurethane resin) manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) to adjust the amount of acid-modified polypropylene in the resin.
  • PU Superflex 830 (polyurethane resin) manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.
  • PP1 Hardlen EW-5303 (acid-modified polypropylene), manufactured by Toyobo Co., Ltd.
  • PP2 Hardlen NZ-1005 (acid-modified polypropylene), manufactured by Toyobo Co., Ltd.
  • Inorganic pigments were added to the resulting resin paint to make a pigment paint.
  • the type and amount of inorganic pigment added to each pigment paint was changed to obtain pigment paints with different types of organic resin (polycarbonate unit content), types of inorganic pigment, and pigment addition rates.
  • the pigment addition rate was calculated by determining the added volumes of the resin and inorganic pigment from their specific gravities and amounts added (mass), and then calculating the ratio of the volume of the inorganic pigment to the total volume of the organic resin and the inorganic pigment.
  • a resin emulsion was added to water to prepare a resin paint with 20% by mass of non-volatile components.
  • the following polypropylene resin was used as the resin emulsion.
  • PP3 Polypropylene emulsion MGP-1650 (acid-modified polypropylene), manufactured by Maruyoshi Chemical Co., Ltd.
  • PP1 Hardlen EW-5303 (acid-modified polypropylene), manufactured by Toyobo Co., Ltd.
  • the anti-rust agents used were oxides of Ti, Zr, V and Mo.
  • Ti potassium titanium (IV) fluoride (Junsei Kagaku Co., Ltd.) was used.
  • Zr ammonium zirconium carbonate (Daiichi Kigenso Kagaku Co., Ltd.) was used.
  • V vanadium pentoxide (Taiyo Koko Co., Ltd.) was used.
  • Mo hexaammonium heptamolybdate tetrahydrate (Kishida Chemical Co., Ltd.) was used.
  • the content of the anti-rust agent in the organic resin paint was adjusted so that the Ti-equivalent content in the organic resin layer formed was 0.25% by mass, the Zr-equivalent content was 0.5% by mass, the V-equivalent content was 0.25% by mass, and the Mo-equivalent content was 0.5% by mass.
  • An organic resin paint was applied to the surface of the coating film formed on the surface of the above-mentioned base material using a roll coater, and then dried in a hot air dryer so that the plate temperature reached 150°C, forming an organic resin layer and obtaining a coated base material.
  • Tables 12 to 17 show the type and tensile strength of the base materials used to make Coated Base Material 69 to Coated Base Material 138, the type of organic resin (polypropylene resin is referred to as "PP resin” in the table) used to form the coating (the amount of acid-modified polypropylene (referred to as “acid-modified PP” in the table) in the organic resin), the type of pigment and its amount (average particle size is also listed for conductive pigments), and the coating thickness.
  • PP resin polypropylene resin
  • Resin Composition A polypropylene (PP)-based resin composition, which is a thermoplastic resin composition, was used as the resin composition.
  • Prime Polypro R-350G (Prime Polymer Co., Ltd.) was used as the PP-based resin.
  • Coated preforms 69 to 138 with the pigment layer and organic resin layer formed thereon were placed inside a mold, and the resin composition was poured into an injection molding machine and melted. The resin composition was then injected into the mold with the coated preforms placed inside, and the inside of the mold was then cooled to obtain composites 69 to 138, respectively.
  • the shape of the composites was that of a Type B test piece as defined in ISO 19095-2 (2015).
  • the maximum test force (referred to as P) was measured when the specimen broke using the tensile shear test method specified in ISO 19095-3 (2015).
  • the above test specimen was left to stand for 2000 hours in an environment of 85°C and 85RH (high temperature and high humidity test conforming to ISO 19095-4 (2015)), and the maximum test force (referred to as P') was measured when the specimen broke using the tensile shear test method specified in ISO 19095-3 (2015).
  • the durability was evaluated by calculating the rate of decrease (P'/P) in the maximum test force due to the high temperature and high humidity test. Specifically, the ratio of the breaking strength before and after the high temperature and high humidity test method was obtained, and the rate of decrease (P'/P) in the maximum test force due to the high temperature and high humidity test was calculated, and the durability of the composite was evaluated according to the following criteria.
  • a The reduction rate of maximum test force (P'/P) is 70% or more.
  • B The reduction rate of maximum test force (P'/P) is 50% or more and less than 70%.
  • C The reduction rate of maximum test force (P'/P) is 30% or more and less than 50%.
  • D The reduction rate of maximum test force (P'/P) is less than 30%.
  • the initial bonding strength (P) The maximum test force before the high temperature and high humidity test was defined as the initial bonding strength (P), and the bonding strength of the composite was evaluated according to the following criteria.
  • E The initial bond strength (P) is less than 2 MPa.
  • Electrodeposition Coatability (appearance and adhesion) of each coated base material to a coated base material was evaluated by the following procedure.
  • the coating film of the painted base material was degreased with an alkali and treated with a surface conditioner, then immersed in a bath of a highly weather-resistant epoxy-acrylic electrocoating liquid adjusted to 25°C, and coated to an average film thickness of 20 ⁇ m. After painting, the sample was washed with water to remove excess paint, and then heated and dried at 160°C for 20 minutes to obtain an electrocoating film.
  • an adhesion test (adhesion test) was performed using a cross-cut method in accordance with JIS K 5600-5-6 (2018). Based on the ratio of the area where peeling of the electrodeposition coating film occurred (peeled area) to the test area (paint peeling rate), the adhesion of the electrodeposition coating film was evaluated according to the following criteria.
  • B The paint peeling rate (peeled area/test area) is 5% or more and less than 10%.
  • C The paint peeling rate (peeled area/test area) is 10% or more and less than 15%.
  • D The paint peeling rate (peeled area/test area) is 15% or more.
  • coated base material 69 to coated base material 134 which have a coating containing 3% to 50% by volume of inorganic pigment and organic resin, are less likely to lose bond strength with the resin molded body even in a high-temperature, high-humidity environment, and also have a high initial bond strength with the resin molded body.
  • coated base material 88 to coated base material 90, coated base material 94 to coated base material 96, coated base material 100 to coated base material 123, and coated base material 134 which contain a material with a tensile strength of 490 MPa or more, had higher initial bond strength with the resin molded body.
  • coated base material 103 to coated base material 123 whose coating contains conductive pigment, have good electrodeposition paintability
  • coated base material 115 and coated base materials 120 to 122 in which the ratio (C/B) of the average particle size of the non-conductive pigment (C) to the average particle size of the conductive pigment (B) is between 1/21 and 1/2, showed better adhesion of the electrocoat coating film than coated base material 123, in which C/B is greater than 1/2 under the same conditions.
  • coated base materials 114 to 118 in which the ratio (Y/X) of the total volume of non-conductive pigments (Y) to the total volume of conductive pigments (X) in the coating film is 2/1 or more and 9/1 or less, had better adhesion to the electrocoat coating film than coated base materials 112 and 113, in which Y/X is smaller, and coated base material 119, in which Y/X is larger.
  • the composite of the present invention has high durability in high temperature and high humidity environments and is therefore suitable for use in, for example, various electronic devices, household electrical appliances, medical devices, automobile bodies, vehicle mounted items, building materials, and the like.

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Abstract

本発明は、十分な接合強度が得られ、かつ高温高湿環境でも接合強度が低下しにくい、樹脂組成物の成形体との接合用の塗装素形材を提供する。素形材と、前記素形材の表面に形成された、無機顔料および有機樹脂を含む塗膜と、を有する、樹脂組成物の成形体との接合用の塗装素形材が提供される。前記塗装素形材において、前記塗膜は、膜厚が0.2μm以上15μm以下であり、かつ、前記塗膜は、前記塗膜の全体積に対する前記無機顔料の含有量が3体積%以上50体積%以下である。

Description

塗装素形材、複合体および自動車部材
 本発明は、塗装素形材、複合体および自動車部材に関する。
 金属、ガラスおよびセラミクスなどを含む無機材料、樹脂などを含む有機材料、石材、ならびに木材などに熱または圧力などにより形状を付与した、いわゆる「素形材」に、樹脂組成物の成形体(以下、単に「樹脂成形体」ともいう。)を接合させた複合体が知られている。たとえば、金属板もしくはそのプレス成形品、または鋳造、鍛造、切削および粉末冶金などの方法により成形された金属製の部材である、いわゆる「金属素形材」は、自動車などの様々な工業製品に使用されている。また、金属素形材と樹脂組成物の成形体とが接合された複合体は、金属のみからなる部品よりも軽量であり、かつ樹脂のみからなる部品よりも強度が高いため、携帯電話機やパーソナルコンピューターなどの様々な電子機器に使用されている。
 上記素形材は、一般的に樹脂成形体との接着性が低い。そのため、素形材に関して、素形材の表面を粗面化してアンカー効果により接着力を高めたり、素形材の表面に接着剤を塗布したりして、樹脂成形体との接合強度を向上させるための方法が検討されている。
 アンカー効果による接合強度の向上に関して、特許文献1には、表面粗さ(Ra)が0.3~10μmである凹凸面を有する上記素形材としての金属体の、上記凹凸面の凸部の先端側に、粒径が100~1000nmである金属粒子を結合させてなる複合体が記載されている。特許文献1には、上記金属粒子は、金属体(素形材)と樹脂体(樹脂成形体)との接着面積をさらに増加させたり界面形態をより複雑化させたりして、凹凸面が有するアンカー効果による接合強度を増大させると記載されている。
 接着剤による接合強度の向上に関して、特許文献2には、接着剤と、実質的に板状のニッケルコーティングされた黒鉛粒子と、を含む、平均厚さが10ミクロン~100ミクロンの導電性接着剤層が記載されている。特許文献2には、上記実質的に板状のニッケルコーティングされた黒鉛粒子は、接着剤層を剥離しにくくし、かつ導電性を高めることが記載されている。
 また、接着剤による接合強度の向上に関して、特許文献3には、金属部(素形材)を有する第1の部材の表面にフェロシリコンまたはV(バナジウム)を含む非酸化物セラミックスからなる無機粒子を含む皮膜部を形成し、この皮膜部を介して、接着剤層により第1の部材を第2の部材と接合させた、接着接合構造体が記載されている。特許文献3には、皮膜部が有する無機粒子の一部を接着剤層に向けて突出させ、かつ無機粒子の少なくとも一部の粒径を皮膜部の膜厚未満としている。特許文献3には、上記突出した無機粒子により、接着剤層と第1の部材との接着界面における水の侵入が防止され、構造体の接着耐久性が向上する、と記載されている。
 また、特許文献4には、金属部材と炭素繊維強化樹脂材料(CFRP)とを接合させるための接着剤層として機能する、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂等をバインダ樹脂とする樹脂皮膜層の中に、導電粒子を含ませた、金属-炭素繊維強化樹脂材料複合体が記載されている。特許文献4には、上記導電粒子は炭素繊維材料と接触した際に金属イオンとして溶出し、金属部材や炭素繊維材料の表面に酸化物や水酸化物として沈着し、これらの酸化を防止する(耐食性を付与する)と記載されている。また、特許文献4には、上記導電性顔料は、炭素繊維材料と金属部材との間を電気的に導通させて、より均一な電着塗装を可能とすると記載されている。 
特開2019-181711号公報 特開2019-206683号公報 国際公開第2020/067447号 国際公開第2020/202461号
 特許文献1~特許文献4などに記載のように、素形材と樹脂成形体とを接合するための種々の方法が検討されている。これらの方法で素形材と樹脂組成物の成形体とが接合された複合体には、素形材と樹脂組成物の成形体との間の接合強度が部材として十分であることが求められる。また、自動車部品などに上記複合体を応用する際には、高温高湿環境などの苛酷な条件下でも接合強度が低下しにくいことなども求められている。しかし、従来の、アンカー効果や接着剤などによる接合では、これらの要求を十分に満たす程度に接合強度を向上させることができていなかった。
 本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、十分な接合強度が得られ、かつ高温高湿環境でも接合強度が低下しにくい、樹脂組成物の成形体との接合用の塗装素形材、当該塗装素形材を含む複合体、および当該複合体を含む自動車部材を提供することをその目的とする。
 上記課題を解決するための本発明の一実施形態は、下記[1]~[13]の塗装素形材に関する。
 [1]素形材と、
 前記素形材の表面に形成された、無機顔料および有機樹脂を含む塗膜と、を有し、
 前記塗膜は、膜厚が0.2μm以上15μm以下であり、かつ、
 前記塗膜は、前記塗膜の全体積に対する前記無機顔料の含有量が3体積%以上50体積%以下である、
 樹脂組成物の成形体との接合用の塗装素形材。
 [2]前記有機樹脂は、ポリカーボネート含有ポリウレタンを含む、[1]に記載の塗装素形材。
 [3]前記有機樹脂は、酸変性ポリプロピレンを含む、[1]または[2]に記載の塗装素形材。
 [4]前記素形材は、合金化溶融亜鉛めっき層を有する鋼材である、[1]~[3]のいずれかに記載の塗装素形材。
 [5]前記素形材は、抗張力が490MPa以上の材料を含む、[1]~[4]のいずれかに記載の塗装素形材。
 [6]前記無機顔料は、25℃における電気抵抗率が0.1×10-6Ωcm以上185×10-6Ωcm以下の導電性顔料を含む、[1]~[5]のいずれかに記載の塗装素形材。
 [7]前記導電性顔料は、
 ホウ化物セラミクス、炭化物セラミクス、窒化物セラミクス、およびケイ化物セラミクスからなる群から選択さえる非酸化物セラミクス粒子、
 ステンレス粒子、ならびに、
 Mn、Si、W、Mo、V、Ti、Ni、B、およびNbからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む鉄系合金粒子からなる群から選択される少なくとも1種の粒子を含む、[6]に記載の塗装素形材。
 [8]前記導電性顔料は、前記塗膜の膜厚(A)に対する前記導電性顔料の平均粒子径(B)の比率(B/A)が1以上となる粒子である、[6]または[7]に記載の塗装素形材。
 [9]前記無機顔料は、25℃における電気抵抗率が185×10-6Ωcmより大きい非導電性顔料を含む、[6]~[8]のいずれかに記載の塗装素形材。
 [10]前記非導電性顔料は、酸化チタンの粒子または酸化亜鉛の粒子である、[9]に記載の塗装素形材。
 [11]前記導電性顔料の平均粒子径(B)に対する前記非導電性顔料の平均粒子径(C)の比率(C/B)は、1/21以上1/2以下である、
 [9]または[10]に記載の塗装素形材。
 [12]前記塗膜中に占める、導電性顔料の全体積(X)に対する非導電性顔料の全体積(Y)の比率(Y/X)は、2/1以上9/1以下である、
 [9]~[11]のいずれかに記載の塗装素形材。
 [13]前記塗膜の、前記素形材とは反対側に配置された、膜厚が0.2μm以上である有機樹脂層を有し、
 前記有機樹脂層および前記塗膜は、膜厚の合計が0.5μm以上である、
 [1]~[12]のいずれかに記載の塗装素形材。
 また、上記課題を解決するための本発明の一実施形態は、下記[14]の複合体に関する。
 [14][1]~[13]のいずれかに記載の塗装素形材と、
 前記塗装素形材の前記塗膜が形成された面に接合した樹脂組成物の成形体と、を有する、
 複合体。
 また、上記課題を解決するための本発明の一実施形態は、下記[15]の自動車部材に関する。
 [15][14]に記載の複合体を含む、自動車部材。
 本発明によれば、十分な接合強度が得られ、かつ高温高湿環境でも接合強度が低下しにくい、樹脂組成物の成形体との接合用の塗装素形材、当該塗装素形材を含む複合体、および当該複合体を含む自動車部材が提供される。
 1.塗装素形材
 本発明の一実施形態は、樹脂組成物の成形体(樹脂成形体)を接合させるための塗膜を形成した素形材(以下、単に「塗装素形材」ともいう。)に関する。
 塗装素形材は、素形材と、上記素形材の表面に形成された、無機顔料および有機樹脂を含む塗膜と、を有する。上記塗膜は、膜厚が0.2μm以上15μm以下である。そして、上記塗膜は、塗膜の全体積に対する上記無機顔料の含有量が3体積%以上50体積%以下である。上記塗膜は、これを介して、樹脂成形体を素形材に溶着させて接合させることができる。
 1-1.素形材
 素形材とは、無機材料、有機材料、石材および木材などが、成形されたり力などが加えられたりして、形を与えられたものをいう。素形材の材料は、形状を付与できるものであればよく、上記した例には限定されない。上記無機材料の例には、金属、ガラスおよびセラミクスなどが含まれ、上記有機材料の例には、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂などの樹脂組成物などが含まれる。なお、後述するように、上記素形材は、製造時に、塗膜に含まれる有機樹脂または接合される樹脂成形体を構成する樹脂組成物の軟化温度より高い温度に加熱されるため、上記有機樹脂または樹脂組成物の軟化温度より高い温度でも変形しないことが望ましい。たとえば、上記素形材の材料が熱可塑性樹脂組成物であるとき、当該熱可塑性樹脂組成物は、JIS K 7191-1(2015年)、JIS K 7191-2(2015年)、またはJIS K 7191-3(2007年)に準じて測定される荷重たわみ温度が、上記有機樹脂または樹脂組成物の軟化温度より高い樹脂組成物であることが望ましい。また、後述するように複合体を電着塗装するためには、素形材は、金属などの導電性の材料を含むことが好ましい。
 なお、金属を材料とする素形材である金属素形材は、成形体との接合が容易ではないことが多い。そのため、上記複合体は、素形材が金属素形材であるときに、その応用できる範囲を従来よりも広げることが可能である。金属素形材は、金属板、そのプレス成形品、あるいは、鋳造、鍛造、切削、粉末冶金などにより成形された金属製の部材である。
 金属素形材の種類は、特に限定されない。金属素形材の例には、金属板、金属板のプレス加工などによる加工品、および金属部材などが含まれる。上記金属板の例には、鋼板、アルミニウム板、アルミニウム合金板、および銅板などが含まれる。上記鋼板の種類は、特に限定されない。上記鋼板の例には、JIS G 3131(2018年)に記載の熱延軟鋼板および鋼帯、JIS G 3113(2018年)に記載の自動車用熱延鋼板および鋼帯、JIS G 3141(2021年)に記載の冷延鋼板および鋼帯、ならびに各種ステンレス鋼板(オーステナイト系、マルテンサイト系、フェライト系、およびフェライト・マルテンサイト二相系を含む)などが含まれる。上記金属部材の例には、アルミダイカストおよび亜鉛ダイカストを含む鋳造、鍛造、切削加工、および粉末冶金などにより成形された各種金属部材などが含まれる。
 上記金属板は、めっき処理を施されていなくてもよいが、めっき処理を施されていることが好ましく、めっき処理を施された鋼材であることがより好ましい。上記めっき処理の例には、亜鉛系めっき、Niめっき、熱処理によりFeを拡散させてNiめっき中を合金化させた合金化Niめっき、Alめっき、スズめっき、およびクロムめっきなどが含まれる。これらのうち、素形材の耐食性をより高める観点からは、亜鉛系めっきが好ましい。これらのめっき処理が施された鋼材の種類は特に限定されず、鋼板およびその加工品などとすることができる。
 上記亜鉛系めっきの種類は、特に限定されない。上記亜鉛系めっきの例には、溶融亜鉛めっき(GI)(Zn-Al系溶融めっき、Zn-Al-Mg系溶融めっき、およびZn-Al-Mg-Si系溶融めっきなどを含む)、合金化溶融亜鉛めっき(GA)、および電気亜鉛めっき(EA)などが含まれる。これらのうち、樹脂成形体の接合強度をより高める観点からは、溶融亜鉛めっき(GI)および合金化溶融亜鉛めっき(GA)が好ましく、合金化溶融亜鉛めっき(GA)がより好ましい。特に合金化溶融亜鉛めっき(GA)は、表面の祖度が大きく、接合面積の増大およびアンカー効果の増大による接合強度の向上効果が十分に発揮されるため、接合強度の向上効果が顕著である。
 また、上記素形材は、JIS Z 2241(2011年)に記載の方法に準じて測定される抗張力(引張強さ)が490MPa以上の材料、または当該材料にめっき処理や化成処理等を施された材料からなることが好ましい。抗張力が490MPa以上であると、引張応力やせん断応力が印加されても材料が変形しにくくなり、上記変形による接合強度の低下が抑制される。特に、上記素形材がめっきを施された素形材であるときには、上記変形によるめっき層などの剥がれが生じにくくなり、上記めっき層の剥がれなどによる接合強度の低下が抑制される。また、合金化溶融亜鉛めっき(GA)を施された鋼板であるときには、当該鋼板の変形による硬くて脆いΓ層の破壊が抑制され、Γ層の破壊によってめっき層が剥がれることによる接合強度の低下が生じ得る。これに対し、抗張力が大きい材料を用いると、上記Γ層の破壊による接合強度の低下が抑制されることによる、上記接合強度の低下の抑制効果が顕著である。上記観点から、素形材は、抗張力が590MPa以上、より好ましくは780MPa以上、さらに好ましくは980MPa以上以上の材料、または当該材料にめっき処理や化成処理等を施された材料からなることが好ましい。上記抗張力の上限値は特に限定されないものの、1470MPa以下とすることができる。
 上記抗張力を有する素形材(またはその材料)の例には、いわゆる高強度鋼板が含まれる。上記高強度鋼板は、その全質量に対して、Cを0.050質量%以上0.400質量%以下、Siを0.10質量%以上2.50質量%以下、Mnを1.20質量%以上3.50質量%以下含有し、残部がFeおよび不純物である組成を有していることが好ましい。これらの元素を上記範囲で含む鋼板は、強度および伸びが高く、一方で加工性も良好である。また、上記高強度鋼板は、C、Si、Mnを上記の含有量で含み、かつ、Pの量が0.100質量%以下であり、Sの量が0.0100質量%以下であり、Alの量が1.200質量%以下の量が、Nの量が0.0100質量%以下であることがより好ましい。これらの元素の量が上記範囲であると、鋼板の脆化による割れの発生や、加工性の低下などを抑制することができる。鋼板に含まれる元素の量は、誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP)で測定することができる。ただし、CおよびSの原子量の測定方法は燃焼/赤外線吸収法、Nの原子量の測定方法は不活性ガス融解/熱伝導度法を用いればよい。なお、鋼板に含まれる元素の量を測定する際は、表面のめっき層、塗膜および有機樹脂層(有機樹脂層がある場合)を、機械研削等により除去してから、分析を行う。
 なお、素形材は、公知の塗装前処理が施されていてもよい。たとえば、素形材が金属素形材であるときは、必要に応じて、脱脂、酸洗などの公知の塗装前処理が施されていてもよい。
 また、金属素形材は、金属素形材と塗膜との間に、クロメート処理、クロムフリー処理、およびリン酸塩処理などの公知の化成処理による化成処理皮膜が形成されていてもよい。化成処理皮膜は、金属素形材の表面に形成されており、金属素形材と塗膜との間の密着性および金属素形材の耐食性を向上させる。化成処理皮膜は、金属素形材の表面のうち、少なくとも樹脂成形体が接合する領域に形成されていればよいが、皮膜形成を容易にする観点からは、金属素形材の表面全体に形成されることが好ましい。
 1-2.塗膜
 塗膜は、素形材の、樹脂成形体が接合される表面に形成された、無機顔料および有機樹脂を含む膜である。
 塗膜は、素形材の表面のうち、樹脂成形体との界面となる領域の少なくとも一部に形成されていればよいが、密着性をより高める観点からは、塗膜は、樹脂成形体との界面となる領域の全体に形成されることが好ましい。
 上記無機顔料は、塗膜中での水分の移動を抑制し、樹脂成形体側から素形材側へ、または素形材側から樹脂成形体側へ、の水分の透過を抑制する。また、上記無機顔料は、塗膜中において水分を吸収しにくい材料の占める割合を高めて、塗膜による水分の吸収を抑制する。
 上記有機樹脂は、上記無機材料を素形材の表面に留めおくバインダーとして作用する。その他、上記有機樹脂は、樹脂成形体への溶着により素形材と樹脂成形体とを接合させる作用を有していてもよい。なお、上記有機樹脂は、樹脂成形体への溶着性を有さず、後述する有機樹脂層が、樹脂成形体への溶着により素形材と樹脂成形体とを接合させる作用を有していてもよい。
 一方で、高温高湿環境下においては、塗膜や有機樹脂層の内部に多量の水分が浸入すると、これらに含まれる有機樹脂が加水分解などにより劣化し、これにより樹脂成形体の接合強度が低下することがある。また、上記多量に浸入した水分が塗膜から素形材の表面に移動(透過)すると、表面自由エネルギーが小さい素形材(特には金属)の表面に水分が堆積して水分層を形成し、これにより素形材への塗膜および有機樹脂層の密着性が低下することがある。
 これに対し、無機顔料は、塗膜への水分の浸入や有機樹脂層への塗膜側から水分の浸入などを抑制し、かつ塗膜による浸入した水分の吸収量を低減させて、塗膜および有機樹脂層の水分による劣化を抑制する。さらには、無機顔料は、塗膜から素形材の表面への水分の移動を抑制して、上記水分層の形成による密着性の低下を抑制する。
 これらの作用により、塗膜は、高温高湿環境にさらされたときの素形材と樹脂成形体との接合強度の低下を抑制し、複合体の耐久性を向上させる。
 1-2-1.無機顔料
 上記の作用を十分に奏させる観点から、塗膜中の無機顔料の含有量は、塗膜の全体積に対して3体積%以上50体積%以下とする。上記含有量が3体積%以上であると、水分の透過および吸収が十分に抑制され、高温高湿環境下における接合強度の低下が十分に抑制される。上記含有量が50体積%以下であると、素形材と、塗膜中の有機樹脂と、の接着面積の相対的な低下による接合初期からの接合強度の不足が生じにくい。また、上記含有量が50体積%以下であると、塗膜を形成するための塗料(顔料塗料)の貯蔵安定性が低下しにくい。上記観点からは、無機顔料の上記含有量は5体積%以上50体積%以下であることが好ましく、10体積%以上50体積%以下であることがより好ましく、15体積%以上40体積%以下であることがさらに好ましい。なお、後述するように塗膜は複数種の無機顔料を含み得るが、このときの上記含有量は、複数種の無機顔料全体の含有量である。
 無機顔料の上記含有量は、以下の方法で測定された値とすることができる。まず、塗装素形材または複合体をその表面に対し垂直な方向に切断し、観察用の小片を作成する。次いで、その小片を埋込樹脂にて包埋する。その後、埋込樹脂ごと小片の研磨を行い、塗膜の断面を露出させる。この断面は、塗膜表面に対し垂直な方向で切断されたものである。こうして得られた塗膜断面に、走査型電子顕微鏡による観察およびエネルギー分散型X線分析装置での元素マッピング分析を実施する。なお、観察倍率は5000倍とし、水平方向に500μmの長さ分を観察する。次いで、この視野について、無機顔料の成分に該当する元素マッピング画像を撮影する。その撮影画像を画像処理ソフト(ImageJ)に取り込み、次いでグレースケール化し、しきい値50で2値化処理する。無機顔料は処理画像の白色領域に該当することから、白色領域の面積を測定することで無機顔料の分布する面積を算出する。同様の手法で塗膜の分布する領域の全面積を求める。これにより、無機顔料面積/塗膜面積の割合を算出し、この割合を当該測定試料における無機顔料の含有量とする。上記測定を無作為に選び出した20箇所について行い、各測定試料についての無機顔料の含有量の平均値を、当該塗装素形材における塗膜中の無機顔料の含有量とする。
 無機顔料の平均粒子径は特に限定されないものの、0.01μm以上5μm以下とすることができる。無機顔料の平均粒子径が0.01μm以上であると、無機顔料が水分の透過を抑制することによる接合強度の低下の抑制効果が顕著である。無機顔料の平均粒子径が5μm以下であると、顔料塗料中での無機顔料の沈降が生じにくい。上記観点からは、無機顔料の平均粒子径は、0.02μm以上3μm以下であることが好ましい。なお、後述するように塗膜は複数種の無機顔料を含み得るが、このときの上記平均粒子径は、複数種の無機顔料全体の平均粒子径である。
 無機顔料の平均粒子径は、以下の方法で測定された値とすることができる。まず、塗装素形材または複合体をその表面に対し垂直な方向に切断し、観察用の小片を作成する。次いで、その小片を埋込樹脂にて包埋する。その後、埋込樹脂ごと小片の研磨を行い、塗膜の断面を露出させる。この断面は、塗膜表面に対し垂直な方向で切断されたものである。こうして得られた塗膜断面に、走査型電子顕微鏡による観察を実施する。なお、観察倍率は5000倍とし、水平方向に500μmの長さ分を観察する。上記観察像の視野に存在する無機顔料のうち、無作為に少なくとも20個を選び出し、それぞれの無機顔料の長辺長さと短辺長さを顕微鏡観察ソフトウェア中の寸法計測ツールにより測定し、これら長辺長さの平均値と短辺長さの平均値を算出し、さらにこれらを平均して、当該視野における塗膜中の無機顔料の平均粒子径とする。
 上記無機顔料は、塗膜を構成する有機樹脂との間で分散性を有する無機顔料であればよく、着色顔料であってもよいし、体質顔料であってもよい。
 上記無機顔料の例には、クロム酸亜鉛および黄鉛などを含むクロム酸塩、酸化チタン、酸化亜鉛(亜鉛華)、酸化鉄および二酸化ジルコニウムなどを含む金属酸化物、硫酸バリウムおよび硫酸鉛などを含む硫酸塩、ケイ酸カルシウムなどを含むケイ酸塩、炭酸カルシウムなどを含む炭酸塩、リン酸コバルトおよびリン酸マンガンなどを含むリン酸塩、ならびにアルミニウム粉および銅粉などを含む粒子状の金属粉末顔料、ならびにこれらの金属のフレーク顔料、メタリック顔料、パール顔料、ならびにカーボンブラックなどが含まれる。
 上記無機顔料は、親水性を高めて、塗膜を形成するための顔料塗料中での無機顔料の分散性を高めるための、親水化処理などの表面処理がなされていることが好ましい。顔料塗料中での無機顔料の分散性を高めることで、塗膜中での無機顔料の分散性を高めて、無機顔料による水分透過の阻害効果をより均一に奏させることができる。また、無機顔料を親水化処理することで、塗膜内部を移動する水分を無機顔料に捕捉させて、無機顔料による水分透過の阻害効果をより十分に奏させることができる。
 上記無機顔料の分散性を高める観点から、塗膜は分散剤を含んでいてもよい。分散剤は、上記無機顔料を分散させるための公知の分散剤であればよく、たとえば、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤およびアニオン性界面活性剤などの各種の界面活性剤、ならびに水酸基またはカルボキシル基を有する樹脂などを使用すればよい。
 1-2-1-1.導電性顔料
 ところで、複合体を自動車部材の一部として使用するときなどには、塗装素形材のうち、樹脂成形体と接合していない部分の表面を電着塗装することがある。そのため、塗装素形材は、電着塗装性が良好であることが好ましい。そして、電着塗装性を良好にする観点からは、上記無機顔料は、導電性顔料を含むことが好ましく、25℃における電気抵抗率が0.1×10-6Ωcm以上185×10-6Ωcm以下の顔料粒子を含むことがより好ましい。電着塗装に用いられる導電性顔料は、通常、上記電気抵抗率が0.1×10-6Ωcm以上である。また、上記電気抵抗率が0.1×10-6Ωcm以下である導電性顔料は、導電性が良好であり、塗装素形材の電着塗装性を良好にさせやすい。上記観点から、上記無機顔料は、上記電気抵抗率が0.1×10-6Ωcm以上100×10-6Ωcm以下の顔料粒子を含むことがさらに好ましい。
 上記電気抵抗率は、たとえば、株式会社三菱化学アナリテック製の抵抗率計ロレスタEP(MCP-T360型)とESPプローブ(端子の平頭部の直径2mm)とによる4端子4探針法を利用した定電流印加方式で、JIS K 7194(1994年)に準拠して25℃で測定して得られた電気抵抗率とすることができる。
 導電性顔料の種類は特に限定されず、非酸化物セラミクス粒子、鉄系合金粒子、ステンレス粒子、鉄系合金以外の粒子(金属粒子および金属合金粒子など)などの周知の導電性粒子を用いることができる。これらのうち、顔料塗料中で劣化しにくいことから、導電性顔料は、非酸化物セラミクス粒子、ステンレス粒子、または鉄系合金粒子であることが好ましい。
 上記非酸化物セラミクス粒子とは、酸素を含まない化合物を主成分とするセラミクスから形成される粒子を意味する。具体的には、上記非酸化物セラミクス粒子の例には、ホウ化物セラミクス、炭化物セラミクス、窒化物セラミクス、およびケイ化物セラミクスの粒子が含まれる。
 上記ホウ化物セラミクスは、ホウ素を主要な非金属構成元素とする非酸化物セラミクスである。ホウ化物セラミクスの具体例には、周期律表のIV族(Ti、Zr、Hf)、V族(V、Nb、Ta)、およびVI族(Cr、Mo、W)の各遷移金属、Mn、Fe、Co、Ni、希土類元素、ならびに、BeおよびMg以外のアルカリ土類金属(Ca、Sr、Ba)、のホウ化物が含まれる。
 上記炭化物セラミクスは、炭素を主要な非金属構成元素とする非酸化物セラミクスである。炭化物セラミクスの具体例には、IV族、V族、およびVI族の各遷移金属、Mn、Fe、Co、ならびにNiの炭化物が含まれる。
 上記窒化物セラミクスは、窒素を主要な非金属構成元素とする非酸化物セラミクスである。窒素物セラミクスの具体例には、IV族、V族、およびVI族の各遷移金属、Mn、Fe、Co、ならびにNiの窒化物が含まれる。
 上記ケイ化物セラミクスは、ケイ素を主要な非金属構成元素とする非酸化物セラミクスである。窒素物セラミクスの具体例には、IV族、V族、およびVI族の各遷移金属、Mn、Fe、Co、ならびにNiのケイ化物が含まれる。
 上記非酸化物セラミクスの好ましい例には、BaB(77×10-6Ωcm)、CeB(30×10-6Ωcm)、CoB(33×10-6Ωcm)、CoB(76×10-6Ωcm)、FeB(80×10-6Ωcm)、GdB(31×10-6Ωcm)、GdB6(45×10-6Ωcm)、LaB4(12×10-6Ωcm)、LaB6(15×10-6Ωcm)、MoB(40×10-6Ωcm)、MoB(35×10-6Ωcm)、MoB(45×10-6Ωcm)、Mo(26×10-6Ωcm)、Nb(45×10-6Ωcm)、NbB(6.5×10-6Ωcm)、Nb(34×10-6Ωcm)、NbB(10×10-6Ωcm)、NdB(39×10-6Ωcm)、NdB(20×10-6Ωcm)、PrB(40×10-6Ωcm)、PrB(20×10-6Ωcm)、SrB(77×10-6Ωcm)、TaB(100×10-6Ωcm)、TaB2(100×10-6Ωcm)、TiB(40×10-6Ωcm)、TiB(28×10-6Ωcm)、VB(35×10-6Ωcm)、VB(150×10-6Ωcm)、W(80×10-6Ωcm)、YB(29×10-6Ωcm)、YB(40×10-6Ωcm)、YB12(95×10-6Ωcm)、ZrB(60×10-6Ωcm)、MoC(97×10-6Ωcm)、MoC(100×10-6Ωcm)、NbC(144×10-6Ωcm)、NbC(74×10-6Ωcm)、TaC(49×10-6Ωcm)、TaC(30×10-6Ωcm)、TiC(180×10-6Ωcm)、VC(140×10-6Ωcm)、VC(150×10-6Ωcm)、WC(80×10-6Ωcm)、WC(80×10-6Ωcm)、ZrC(70×10-6Ωcm)、MoN(20×10-6Ωcm)、NbN(142×10-6Ωcm)、NbN(54×10-6Ωcm)、ScN(25×10-6Ωcm)、TaN(135×10-6Ωcm)、TiN(22×10-6Ωcm)、ZrN(14×10-6Ωcm)、CoSi(18×10-6Ωcm)、MoSi(22×10-6Ωcm)、MoSi(46×10-6Ωcm)、MoSi(22×10-6Ωcm)、NbSi(6.3×10-6Ωcm)、NiSi(20×10-6Ωcm)、TaSi(124×10-6Ωcm)、TaSi(8.5×10-6Ωcm)、TiSi(63×10-6Ωcm)、TiSi(123×10-6Ωcm)、VSi(115×10-6Ωcm)、VSi(9.5×10-6Ωcm)、WSi(93×10-6Ωcm)、WSi(33×10-6Ωcm)、ZrSi(49×10-6Ωcm)、およびZrSi(76×10-6Ωcm)などが含まれる。なお、括弧内の数値は、各化合物の25℃における電気抵抗率を示す。
 これらのうち、一般的に導電性が高いことから、Tiを含む非酸化物セラミクス(たとえば、TiB、TiB、TiC、TiN、TiSi、TiSiなど)、およびZrを含む非酸化物セラミクス(たとえば、ZrB、ZrC、ZrN、ZrSi、ZrSiなど)が好ましい。
なお、上記非酸化物セラミクス粒子は、これらのうち2種類以上の混合物により形成された粒子であってもよいし、金属の結合材ともに焼結されてなるサーメット粒子であってもよい。
 上記ステンレス粒子は、ステンレスから形成される粒子である。上記ステンレスは、公知のいずれのステンレスであってもよい。
 上記鉄系合金粒子は、Mn、Si、W、Mo、V、Ti、Ni、B、またはNbと、鉄と、の合金から形成される粒子である。これらのうち、耐食性が高いことから、Siとの合金(フェロシリコン)およびMnとの合金(フェロマンガン)が好ましい。
 上記導電性顔料の粒子形状は、特に限定されず、球状(真球状のほか、楕円球状、鶏卵状、ラグビーボール状、多面体状などを含む)、棒状(繊維状)、および平面形状などのいずれの形状であってもよいが、均一な導電通路を形成して電着塗装性を均一化する観点からは、球状であることが好ましい。球状とは、上記した無機顔料の平均粒子径の測定方法を実施する際に得られる、導電性顔料の長径と短径との比率(アスペクト比)が、1以上3未満の形状を意味する。
 また、上記導電性顔料は、塗膜の膜厚(A)に対する顔料粒子(無機顔料)の平均粒子径(B)の比率(B/A)が、0.5以上であることが好ましく、1以上であることがより好ましい。B/Aが1以上のとき、導電性顔料には、その多くが塗膜の膜厚よりも粒子径が大きい顔料粒子が多数含まれることになる。このような大きい顔料粒子は、塗膜の表面から素形材(特には金属素形材)への良好な導電通路を形成するため、電着塗装性をより良好にすることができる。B/Aは、1以上であることが好ましく、1.5以上であることがより好ましく、2.0以上であることがさらに好ましい。B/Aの上限は特に限定されないものの、加工時に顔料が金型に接触することによる顔料の剥がれ落ちを抑制し、加工性をより良好にする観点や、塗膜表面から突出した導電性顔料による樹脂成形体の密着性の低下を抑制する観点からは、3.5以下とすることができる。なお、塗装素形材が後述する有機樹脂層を含むときは、塗膜の膜厚と有機樹脂層の膜厚との合計に対する、導電性顔料の平均粒子径の比率を、上記範囲としてもよい。
 1-2-1-2.非導電性顔料
 また、塗膜は、上記導電性顔料とともに、あるいは上記導電性顔料に代えて、非導電性顔料を含んでもよく、具体的には、25℃における電気抵抗率が185×10-6Ωcmより大きい顔料粒子を含んでもよい。
 上記無機顔料は、塗膜への分散性が良好であり、かつ塗膜の耐久性をより高め得ることから、金属酸化物の粒子であることが好ましく、酸化チタンの粒子、酸化亜鉛の粒子、酸化鉄の粒子、二酸化ジルコニウムの粒子、硫酸バリウムの粒子、硫酸鉛の粒子、炭酸カルシウムの粒子、アルミニウム粉、および銅粉であることがより好ましく、酸化チタンの粒子または酸化亜鉛の粒子であることがさらに好ましい。また、無機顔料が上述した親水化処理などの表面処理をなされていた無機粒子を含むときは、上記表面処理をされた無機粒子は非導電性顔料であることが好ましい。一方で上記表面処理をされた無機粒子は、導電性粒子ではないことが好ましい。このとき、それ自体が非導電性である顔料粒子(つまり、25℃における電気抵抗率が185×10-6Ωcmより大きい顔料粒子)が表面処理をされていてもよいし、それ自体は導電性である顔料粒子(つまり、25℃における電気抵抗率が0.1×10-6Ωcm以上185×10-6Ωcm以下の顔料粒子)の一部または全部が表面処理をされて非導電性顔料とされていてもよい。
 また、上記非導電性顔料は、塗膜の膜厚(A)に対する非導電性顔料の平均粒子径(C)の比率(C/A)が、1未満であることが好ましい。C/Aが1未満であると、非導電性顔料は塗膜表面から突出しにくい。そのため、塗膜表面から突出した非導電性顔料による樹脂成形体の密着性の低下を抑制することができる。一方で、非導電性顔料による、塗膜中での水分の移動の抑制効果および塗膜による水分吸収の抑制効果をより十分に奏させる観点から、C/Aは0.001以上であることが好ましい。これらを両立させる観点から、C/Aは、0.001以上0.8以下であることが好ましく、0.01以上0.8以下であることがより好ましく、0.1以上0.6以下であることがさらに好ましい。なお、塗装素形材が後述する有機樹脂層を含むときは、塗膜の膜厚と有機樹脂層の膜厚との合計に対する、非導電性顔料の平均粒子径の比率を、上記範囲としてもよい。
 上述したように、導電性顔料は、電着塗装性を高める観点から、粒子径がより大きい顔料粒子を多く含むことが好ましいが、非導電性顔料は、樹脂成形体の密着性を確保する観点から、粒子径がより小さい顔料粒子を多く含むことが好ましい。これらを両立させる観点から、塗膜が導電性顔料および非導電性顔料の両方を含むとき、導電性顔料の平均粒子径(B)に対する非導電性顔料の平均粒子径(C)の比率(C/B)は、1/21以上1/2以下であることが好ましく、1/10以上1/3以下であることがより好ましく、1/4以上1/3以下であることがさらに好ましい。
 また、導電性顔料による電着塗装性の向上と、非導電性顔料による塗膜の耐久性の向上とをより高度に両立させる観点から、塗膜が導電性顔料および非導電性顔料の両方を含むとき、塗膜中に占める、導電性顔料の全体積(X)に対する非導電性顔料の全体積(Y)の比率(Y/X)は、2/1以上9/1以下であることが好ましく、3/1以上8/1以下であることがより好ましく、4/1以上7/1以下であることがさらに好ましい。
 1-2-2.有機樹脂
 上記有機樹脂は、素形材に密着できるものであれば特に限定されない。たとえば、素形材が金属素形材であるときは、上記有機樹脂は、金属素形材と水素結合する官能基(水素結合性官能基)を有するものであれば、特に限定されない。上記水素結合性官能基の例には、カルボキシル基およびアミノ基が含まれる。水素結合性官能基を有する樹脂の例には、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂が含まれる。これらの樹脂は、単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 エポキシ系樹脂の例には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールAD型エポキシ樹脂などが含まれる。オレフィン系樹脂の例には、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などが含まれる。フェノール系樹脂には、ノボラック型樹脂、レゾール型樹脂などが含まれる。ポリウレタン系樹脂は、ジオールとジイソシアネートが共重合することで得られる。ジオールの例には、ポリカーボネートジオール以外であって、ビスフェノールA、1,6-ヘキサンジオール、1,5-ペンタンジオールなどが含まれる。イソシアネートの例には、芳香族ジイソシアネート、脂肪族ジイソシアネート、脂環族ジイソシアネートなどが含まれる。
 前述した有機樹脂は、市販品として入手することが可能である。また、塗膜中の上記有機樹脂の存在は、NMR、IR、およびGC-MSなどの通常の分析機器によって確認することが可能である。
 さらに、上記有機樹脂は、架橋されていてもよい。上記有機樹脂の架橋は、たとえば、有機樹脂中の上記水素結合性官能基と反応する二以上の架橋性官能基を有する架橋剤によって行うことができる。上記有機樹脂を架橋することは、塗膜中の水分透過性をより低め、かつ塗膜の強度を向上させる観点から好ましい。上記架橋剤には、上記有機樹脂の架橋に用いられる公知の架橋剤を用いることができる。架橋剤の例には、イソシアネート系架橋剤、エポキシ系架橋剤、オキサゾリン系架橋剤、メラミン系架橋剤、および金属塩を有する架橋剤が含まれる。架橋剤の使用量は、素形材に対する塗膜の接着性と、上記有機樹脂における架橋による効果との両方が得られる範囲で適宜に決められる。
 上記有機樹脂は、ポリウレタン系樹脂またはポリプロピレン系樹脂であることが好ましい。塗膜が有機樹脂としてポリウレタン系樹脂またはポリプロピレン系樹脂を含むと、塗膜と樹脂成形体との間の接合強度をより高めることができる。上記ポリウレタン系樹脂は、ポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂を含んでいることが好ましい。
 (ポリウレタン系樹脂)
 上記ポリウレタン系樹脂は、ポリウレタン骨格と、上記水素結合性官能基とを含む高分子化合物であることが好ましい。上記ポリウレタン系樹脂の例には、ポリカーボネート含有ポリウレタン(以下、「PC含有ポリウレタン」とも言う)が含まれる。上記ポリウレタン系樹脂中の当該水素結合性官能基の量は、金属素形材に対する十分な接着性が得られる範囲から適宜に決められる。また、上記ポリウレタン系樹脂は、上記水素結合性官能基以外の他の官能基をさらに含んでいてもよい。また、上記ポリウレタン系樹脂の重量平均分子量は、本発明の効果が得られる範囲において特に限定されない。
 PC含有ポリウレタンは、分子鎖中にポリカーボネートユニットを有する。「ポリカーボネートユニット」とは、ポリウレタンの分子鎖中に含まれる下記に示す構造をいう。ポリカーボネートユニットは、上記PC含有ポリウレタン中に、個別に存在していてもよいし、連続して存在していてもよい。塗膜中のポリカーボネートユニットの含有量は、塗膜中の全樹脂の合計質量に対して15質量%以上80質量%以下であることが、素形材および樹脂成形体に対する接着強度を高める観点から好ましい。上記観点からは、塗膜中のポリカーボネートユニットの含有量は20質量%以上70質量%以下であることがより好ましく、35質量%以上60質量%以下であることがさらに好ましい。全樹脂の質量に対するポリカーボネートユニットの質量の割合は、塗膜をクロロホルムに溶解させたサンプルを用いて、核磁気共鳴分光法(NMR分析)により求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 PC含有ポリウレタンは、例えば、以下の工程により調製することができる。まず、有機ポリイソシアネートと、ポリカーボネートポリオールと、三級アミノ基またはカルボキシル基を有するポリオールとを反応させてウレタンプレポリマーを生成する。なお、本発明の効果が得られる範囲内において、ポリカーボネートポリオール以外のポリオール、例えばポリエステルポリオールやポリエーテルポリオールなどを併用することは可能である。
 次いで、製造したウレタンプレポリマーの三級アミノ基を、酸で中和するかまたは四級化剤で四級化した後、水で鎖伸長する。こうして、カチオン性のポリカーボネートユニット含有ポリウレタンを生成することができる。あるいは、上記ウレタンプレポリマーのカルボキシル基を、トリエチルアミンやトリメチルアミン、ジエタノールモノメチルアミン、ジエチルエタノールアミン、苛性ソーダ、苛性カリウムなどの塩基性化合物で中和してカルボン酸の塩類に変換する。こうして、アニオン性のポリカーボネートユニット含有ポリウレタンを生成することができる。上記PC含有ポリウレタンは、カチオン性のポリカーボネートユニット含有ポリウレタンであってもよいし、アニオン性のポリカーボネートユニット含有ポリウレタンであってもよい。
 上記有機ポリイソシアネートの種類は、特に限定されない。有機ポリイソシアネートの例には、2,4-トリレンジイソシアネート、2,6-トリレンジイソシアネート、m-フェニレンジイソシアネート、p-フェニレンジイソシアネート、4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート、2,2’-ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’-ジメチル-4,4’-ビフェニレンジイソシアネート、3,3’-ジクロロ-4,4’-ビフェニレンジイソシアネート、1,5-ナフタレンジイソシアネート、1,5-テトラヒドロナフタレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、1,6-ヘキサメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,3-シクロヘキシレンジイソシアネート、1,4-シクロヘキシレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、水素添加キシリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、および4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートが含まれる。上記有機ポリイソシアネートは、一種でもそれ以上でもよい。
 上記ポリカーボネートポリオールは、カーボネート化合物と、ジオール化合物と、を反応させることで得られる。上記カーボネート化合物の例には、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、およびプロピレンカーボネートなどが含まれる。上記ジオール化合物の例には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、メチルペンタンジオール、ジメチルブタンジオール、ブチルエチルプロパンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、1,4-ブタンジオール、1,4-シクロヘキサンジオール、および1,6-ヘキサンジオールなどが含まれる。上記ポリカーボネートポリオールは、イソシアネート化合物によって鎖延長された化合物であってもよい。上記ポリカーボネートポリオールは、一種でもそれ以上でもよい。
 三級アミノ基またはカルボキシル基を有するポリオールは、例えば、開始剤の存在下でアルカノールアミン類とジカルボン酸とを、酸塩基反応または脱水縮合させることによって得られる。上記開始剤の例には、アンモニア、第1級または第2級のモノアミン類、第1級または第2級の脂肪族ポリアミン類、および第1級または第2級の芳香族モノまたは芳香族ポリアミン類などが含まれる。上記第1級または第2級のモノアミン類の例には、メチルアミン、およびエチルアミンなどが含まれる。上記第1級または第2級の脂肪族ポリアミン類の例には、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、N,N’-ジメチルエチレンジアミンなどが含まれる。上記第1級または第2級の芳香族モノまたは芳香族ポリアミン類の例には、アニリン、ジフェニルアミン、トルエンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、およびN-メチルアニリンなどが含まれる。上記アルカノールアミン類の例には、モノエタノールアミンおよびジエタノールアミンなどが含まれる。上記ジカルボン酸の例には、アジピン酸およびフタル酸などが含まれる。上記三級アミノ基またはカルボキシル基を有するポリオールは、イソシアネート化合物によって鎖延長された化合物であってもよい。上記三級アミノ基またはカルボキシル基を有するポリオールは、一種でもそれ以上でもよい。
 (ポリプロピレン系樹脂)
 上記ポリプロピレン系樹脂は、ポリプロピレン骨格と、水素結合性官能基とを含む高分子化合物であることが好ましい。上記ポリプロピレン系樹脂の例には、酸変性ポリプロピレンが含まれる。上記酸変性ポリプロピレンは、ポリプロピレンの構成単位中にカルボキシル基またはその無水物基が導入されたポリプロピレンである。上記ポリプロピレン系樹脂中の当該水素結合性官能基の量は、金属素形材に対する十分な接着性が得られる範囲から適宜に決められる。また、上記ポリプロピレン系樹脂は、上記水素結合性官能基以外の他の官能基をさらに含んでいてもよい。
 上記酸変性ポリプロピレンの含有量は、塗膜中の全樹脂の合計質量に対して40質量%以上であることが、塗膜と樹脂成形体との間の接合力を高める観点から好ましい。上記観点から、50質量%以上がより好ましく、60質量%以上がさらに好ましい。酸変性ポリプロピレンの上記含有量の上限値は、本発明の効果が得られる範囲において、適宜に決めることができる。酸変性ポリプロピレンの含有量は、核磁気共鳴スペクトル測定(NMR)にて測定することができる。構造が既知の基準物質と塗膜から採取した樹脂をそれぞれ重水素化溶媒に溶解させて、H-NMRを測定する。得られた基準物質由来のピークと塗膜中の酸変性ポリプロピレン由来のピークの積分値の比、基準物質と塗膜の重量および基準物質の分子量から、酸変性ポリプロピレンの含有量を算出することができる。
 上記酸変性ポリプロピレンで構成された塗膜の溶融粘度は、1000mPa・s以上10000mPa・s以下であることが好ましい。当該溶融粘度が1000mPa・s以上であると、樹脂成形体との溶着の際に塗膜が流動してしまうことによる接合強度の低下を抑制できる。一方、上記溶融粘度が10000mPa・s以下であると、樹脂成形体に対する塗膜の接合強度を十分に高めることができる。上記溶融粘度は、ブルックフィールド型粘度計で測定される。塗膜の溶融粘度は、電気炉に設置した白金るつぼに塗膜から採取した樹脂を入れ、樹脂が溶融するまで加熱した後、ブルックフィールド型粘度計で測定した値とすることができる。
 酸変性ポリプロピレンの酸価は、1mgKOH/g以上500mgKOH/g以下であることが好ましい。酸変性ポリプロピレンの酸価が上記の範囲内であれば、後述のエマルジョンを作製する際に酸変性ポリプロピレンを中和することで、酸変性ポリプロピレン自体が界面活性剤として作用する。酸変性ポリプロピレンの酸価は、JIS K0070:1992に準じて、滴定法で測定することができる。具体的には、塗膜から採取した樹脂をテトラヒドロフランに溶解させ、指示薬としてフェノールフタレインを混合し、水酸化カリウム水溶液で滴定を行う。そして、水酸化カリウム滴下後に、指示薬の色が消えない時点を終点とし、終点までの滴定に要した水酸化カリウム水溶液の量から酸価を求めることができる。
 上記酸変性ポリプロピレンの融点は60℃以上120℃以下であることが好ましい。また、上記酸変性ポリプロピレンの結晶化度は5℃以上20%以下であることが好ましい。上記融点または結晶化度を有する酸変性ポリプロピレンは、金属素形材の表面に対する濡れ性が高い。このため、金属素形材の表面の微細な凹凸にも密着した塗膜を形成することができる。また、上記融点または結晶化度を有する酸変性ポリプロピレンは、常温で軟化しにくいため、保管時の塗装素形材の耐ブロッキング性を十分にすることができる。酸変性ポリプロピレンの融点は、JIS K7121け2012に準じて、示差走査熱量測定(DSC)で測定することができる。具体的には、塗膜から採取した樹脂を示差走査熱量測定装置にて、10℃/分で300℃まで昇温し、300℃で5分間保持した後に‐10℃/分で-30℃まで降温し、-30℃で5分間保持した後に10℃/分で300℃まで昇温した際に、最後の昇温で融解曲線を得る。このとき現れる融解ピークのピークトップ温度を融点とする。なお、複数の融解ピークが得られた場合は、ピークトップ高さが最大のものを融点とする。
 上記酸変性ポリプロピレンの重量平均分子量は、1000以上300000以下であることが好ましく、5000以上100000以下であることがより好ましい。ポリプロピレンの重量平均分子量が1000以上であると、塗膜の強度をより高めることができる。一方、ポリプロピレンの重量平均分子量が300000以下であると、ポリプロピレンを酸変性する際に、粘度が増大してしまうことによる作業性の低下が抑制される。酸変性ポリプロピレンの重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定することができる。具体的には、標準物質であるポリスチレンと塗膜から採取した樹脂をそれぞれテトラヒドロフランに溶解させる。その後、溶液が多孔質カラムを通過する速度を測定し、標準物質の通過速度との比から分子量を算出することができる。
 上記酸変性ポリプロピレンは、たとえば、酸変性ポリプロピレンを分散質とする酸変性ポリプロピレン系エマルジョンとして調製されうる。酸変性ポリプロピレン系エマルジョンは、酸変性ポリプロピレンを調製した後、酸変性ポリプロピレンを水に配合して分散することで調製されうる。また、酸変性ポリプロピレン系エマルジョンには、乳化剤として各種界面活性剤を添加してもよい。
 ポリプロピレンには、アイソタクティク、アタクティク、シンジオタクティク、ヘミアイソタクティクおよびステレオタクティクの立体規則性が知られている。酸変性ポリプロピレンにおけるポリプロピレンの立体規則性は、剛性や衝撃強さなどの力学特性または耐久性をより高める観点から、アイソタクティクであることが好ましい。
 ポリプロピレンの酸変性は、ポリプロピレンをトルエンまたはキシレンに溶解させ、ラジカル発生剤の存在下で、α,β-不飽和カルボン酸、α,β-不飽和カルボン酸の酸無水物、または1分子当たり1個以上の二重結合を有する化合物を用いて行うことができる。または、ポリプロピレンの軟化温度あるいは融点以上まで昇温させることができる機器を使用し、ラジカル発生剤の存在下または非存在下で、α,β-不飽和カルボン酸、α,β-不飽和カルボン酸の酸無水物、または1分子当たり1個以上の二重結合を有する化合物を用いて行うことができる。
 上記ラジカル発生剤の例には、パーオキサイドおよびアゾニトリルが含まれる。上記アゾニトリルの例には、ジ-tert-ブチルパーフタレート、tert-ブチルヒドロパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、tert-ブチルパーオキシベンゾエート、tert-ブチルパーオキシエチルヘキサノエート、tert-ブチルパーオキシピバレート、メチルエチルケトンパーオキサイド、およびジ-tert-ブチルパーオキサイドなどが含まれる。上記アゾニトリルの例には、アゾビスイソブチロニトリル、およびアゾビスイソプロピオニトリルなどが含まれる。ラジカル発生剤の配合量は、ポリプロピレン100質量部に対して0.1質量部以上50質量部以下であることが好ましく、0.5質量部以上30質量部以下であることがより好ましい。
 上記α,β-不飽和カルボン酸またはその酸無水物の例には、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、無水シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸、無水イタコン酸、アコニット酸、および無水アコニット酸が含まれる。上記α,β-不飽和カルボン酸またはその酸無水物は、一種でもそれ以上でもよい。上記α,β-不飽和カルボン酸またはその酸無水物の2種以上を組み合わせて使用すると、塗膜の物性が良好になる場合が多い。
 上記の1分子当たり1個以上の二重結合を有する化合物の例には、(メタ)アクリル酸系モノマーおよびスチレン系モノマーが含まれる。上記(メタ)アクリル酸系モノマーの例には、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸-2-ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸-2-ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸-4-ヒドロキブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸-2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸、ジ(メタ)アクリル酸(ジ)エチレングリコール、ジ(メタ)アクリル酸-1,4-ブタンジオール、ジ(メタ)アクリル酸-1,6-ヘキサンジオール、トリ(メタ)アクリル酸トリメチロールプロパン、ジ(メタ)アクリル酸グリセリン、(メタ)アクリル酸-2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸ステアリル、およびアクリルアミドなどが含まれる。上記スチレン系モノマーの例には、スチレン、α-メチルスチレン、パラメチルスチレン、およびクロロメチルスチレンなどが含まれる。さらに、上記化合物に、ジビニルベンゼン、酢酸ビニル、バーサチック酸のビニルエステルなどのビニル系モノマーを併用することができる。
 上記の1分子当たり1個以上の二重結合を有する化合物は、一種でもそれ以上でもよい。当該化合物の配合量は、ポリプロピレン100質量部に対して0.1質量部以上50質量部以下であることが好ましく、0.5質量部以上30質量部以下であることがより好ましい。
 1-2-3.膜厚
 塗膜の膜厚は、0.2μm以上15μm以下である。塗膜の厚みが0.2μm以上であると、水分の透過が十分に抑制され、高温高湿環境下における接合強度の低下が十分に抑制される。塗膜の厚みが15μm以下であると、塗膜の形成が容易であり、かつ低コストで可能である。上記観点からは、塗膜の厚みは、0.3μm以上10μm以下であることが好ましい。0.5μm以上5μm以下であることがより好ましい。なお、塗膜の膜厚とは、無機粒子が塗膜表面から突出しているときは当該突出部分を含まない膜厚、具体的には塗膜を構成する有機樹脂の膜厚を意味する。塗膜の膜厚は、以下の方法で測定された値とすることができる。まず、塗装素形材をその表面に対し垂直な方向に切断し、観察用の小片を作成する。次いで、その小片を埋込樹脂にて包埋する。その後、埋込樹脂ごと小片の研磨を行い、塗膜の断面を露出させる。この断面は、塗膜表面に対し垂直な方向で切断されたものである。こうして得られた塗膜断面に、走査型電子顕微鏡による観察を実施する。なお、観察倍率は5000倍とし、無作為に少なくとも5ヶ所を選び出し、それぞれの塗膜の厚みを顕微鏡観察ソフトウェア中の寸法計測ツールにより測定し、これらを平均して、塗膜の膜厚とする。
 なお、塗膜が導電性顔料を含まないとき、通常は塗膜の膜厚が厚くなるほど塗膜は電気を通しにくくなり、電着塗装性は低下していく。一方で、塗膜の膜厚が0.5μm以下であれば、塗膜が導電性顔料を含まなくても塗膜が電流をある程度は通すため、電着塗装性は良好である。そのため、塗膜が導電性顔料を含まないときに、高温高湿環境下における接合強度の低下の抑制と、電着塗装性の向上とを両立させる観点からは、塗膜の厚みは、0.2μm以上0.5μm以下であることが好ましく、0.3μm以上0.5μm以下であることがより好ましい。
 1-3.有機樹脂層
 塗装素形材は、塗膜の表面(塗膜の、素形材とは反対側の表面)に形成された有機樹脂層を有してもよい。有機樹脂層は、有機樹脂を含む層であり、塗装素形材と樹脂成形体とをより強固に密着させて、これらの接合強度をより高める。
 有機樹脂層は、塗膜の表面のうち、樹脂成形体との接合面の少なくとも一部に形成されていればよいが、接合強度をより高める観点からは、有機樹脂層は、接合面の全体に形成されることが好ましい。
 有機樹脂層が含有する有機樹脂の種類は、塗膜を構成する有機樹脂との溶着性および樹脂成形体に対する溶着性を有するものであれば、特に限定されない。有機樹脂層が含有する有機樹脂の例には、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネートユニット非含有ポリウレタン系樹脂が含まれる。これらの樹脂は、単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
 樹脂成形体との間の密着性をより高める観点からは、有機樹脂層の材料である有機樹脂はポリウレタン系樹脂またはポリプロピレン系樹脂であることが好ましい。上記ポリウレタン系樹脂は、ポリカーボネートユニット含有ポリウレタン樹脂を含んでいることが好ましい。
 塗膜と有機樹脂層との間の密着性をより高める観点からは、有機樹脂層に含まれる有機樹脂の種類は、塗膜に含まれる有機樹脂の種類と同じであることが好ましい。なお、有機樹脂の種類が同じであるとは、モノマーが重合するときにモノマー間で形成されて樹脂の主鎖を構成することになる結合構造の種類が同じであることを意味する。
 有機樹脂層に含まれる有機樹脂は、塗膜に含まれる有機樹脂と同様に架橋されていることが好ましく、またその他の物性も塗膜に含まれる有機樹脂と共通していることが好ましい。
 有機樹脂層は、本発明の効果が得られる範囲において、添加剤をさらに含有していてもよい。当該添加剤の例には、金属酸化物、防錆剤、リン化合物、潤滑剤、消泡剤、エッチング剤、無機化合物、ならびに色材などが含まれる。
 上記防錆剤は、塗装素形材の耐食性を向上させ、その結果、複合体の耐食性を向上させる。防錆剤は、一種でもそれ以上でもよい。防錆剤の例には、金属化合物系防錆剤、非金属化合物系防錆剤、および有機化合物系防錆剤が含まれる。有機樹脂層における防錆剤の含有量は、防錆剤の種類に応じて、防錆剤による防錆効果と本発明の効果とが得られる範囲から適宜に決めることができる。
 上記金属化合物系防錆剤の例には、Si、Ti、Zr、V、Mo、Cr、Hf、Nb、Ta、W、MgおよびCaからなる群から選択される金属の酸化物、水酸化物またはフッ化物、が含まれる。
 有機樹脂層における上記防錆剤の含有量は、当該金属酸化物の機能が発現される範囲において、適宜に決めることができる。たとえば、有機樹脂層における当該防錆剤の含有量は、上記耐食性の観点からは、Si換算含有量が0.5質量%以上、Ti換算含有量が0.005質量%以上、Zr換算含有量が0.05質量%以上、Mo換算含有量が0.005質量%以上、V換算含有量が0.02質量%以上であることが好ましい。また、有機樹脂層における防錆剤の含有量は、上記有機樹脂塗料の保管安定性の観点から、Si換算含有量が23.5質量%未満、Ti換算含有量が0.6質量%未満、Zr換算含有量が12.0質量%未満、Mo換算含有量が3.0質量%未満、V換算含有量が3.0質量%未満であることが好ましい。有機樹脂層中の各種防錆剤の含有量は、誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP)で測定することができる。具体的には、塗装素形材を塩酸に浸漬させ、有機樹脂層を溶解させる。その後、溶液をろ過し、ろ液と固形分(ろ過後にろ紙上に不溶成分)に分離する。そして、ろ液をICP分析することで防錆剤の含有量を測定することができる。なお、Si成分は不溶成分のため、固形分を用いて測定する。具体的には、固形分を650℃で加熱した後、炭酸ナトリウムと四ほう酸ナトリウムを添加させて融解させる。その後、塩酸で溶融物を溶液化し、この溶液をICP分析することで防錆剤のSi成分含有量を測定することができる。
 上記非金属化合物系防錆剤の例には、リン酸水素二アンモニウムなどのリン酸化合物、および、チオ尿素などのチオール化合物、が含まれる。
 上記有機化合物系防錆剤の例には、インヒビターおよびキレート化剤が含まれる。当該インヒビターの例には、オレイン酸、ダイマー酸、ナフテン酸などのカルボン酸、カルボン酸金属石鹸(ラノリンCa、ナフテン酸Zn、酸化ワックスCa、Ba塩など)、スルフォン酸塩(Na、Ca、Baスルフォネート)、アミン塩、および、エステル(高級脂肪酸のグリセリンエステル,ソルビタンモノイソステアレート,ソルビタンモノオレートなど)が含まれる。上記キレート化剤の例には、EDTA(エチランジアミンテトラ酢酸)、グルコン酸,NTA(ニトリロトリ酢酸)、HEDTA(ヒドロキシエチル、エチレンジアミン三酢酸)、DTPA(ジエチレントリアミン五酢酸)、および、クエン酸Naが含まれる。
 上記潤滑剤は、塗装素形材の表面におけるカジリの発生を抑制することができる。潤滑剤は、一種でもそれ以上でもよく、潤滑剤の種類は、特に限定されない。潤滑剤の例には、フッ素系やポリエチレン系、スチレン系、ポリプロピレン系などの有機ワックス、および、二硫化モリブデンやタルクなどの無機潤滑剤、が含まれる。有機樹脂層中の潤滑剤の含有量は、有機樹脂層における上記有機樹脂および上記他の樹脂の総量100質量部に対して1~20質量部であることが好ましい。潤滑剤が1質量部未満の場合、カジリの発生を十分に抑制することができないことがある。一方、潤滑剤が20質量部超の場合、カジリの発生を抑制する効果が頭打ちとなり、また、潤滑性が高すぎて取り扱い性が劣ることがある。
 上記消泡剤は、後述する有機樹脂塗料の調製時における気泡の発生を抑制する。消泡剤は、一種でもそれ以上でもよい。消泡剤の種類は、特に限定されない。消泡剤は、シリコーン系消泡剤などの既知の消泡剤を適量添加すればよい。
 上記エッチング剤は、金属素形材の表面を活性化することで、金属素形材に対する有機樹脂層の密着性を向上させる。エッチング剤の例には、フッ化水素酸、フッ化アンモニウム、ジルコンフッ化水素、チタンフッ化水素などのフッ化物が含まれる。
 上記無機化合物は、有機樹脂層を緻密化して耐水性を向上させる。無機化合物の例には、シリカ、アルミナ、ジルコニアなどの無機系酸化物ゾル、リン酸ナトリウム、リン酸カルシウム、リン酸マンガン、リン酸マグネシウムなどのリン酸塩などが含まれる。
 上記色材は、有機樹脂層に所定の色調を付与する。色材の例には、無機顔料、有機顔料および有機染料などが含まれる。なお、有機樹脂層に無機顔料が含まれるとき、有機樹脂層中の無機顔料の量は、有機樹脂層の全体積に対して3体積%未満である。
 (有機樹脂層の性状)
 上記有機樹脂層の厚さは特に限定されないが、0.2μm以上とすることが好ましい。有機樹脂層の厚さが0.2μm以上であると、塗装素形材に対する樹脂成形体の接合強度を十分に高めることができる。有機樹脂層の厚さの上限値は、特に限定されないが、上記の効果が頭打ちになる観点や、生産性の観点、コストの観点などから決めることができる。たとえば、有機樹脂層の厚さは、10μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましい。有機樹脂層の膜厚は、塗膜の膜厚と同様の方法により測定することができる。
 このとき、塗装素形材に対する樹脂成形体の接合強度をより十分に高める観点からは、塗膜の膜厚と有機樹脂層の厚さ(膜厚)との合計が0.5μm以上となることが好ましい。顔料層の膜厚と有機樹脂層の膜厚との合計が0.5μm以上であると、顔料層に含まれる有機樹脂と、有機樹脂層に含まれる有機樹脂と、がともに上記成形体の接合に寄与することによる、上記成形体の接合力が十分に高まる。このとき、顔料層の膜厚と有機樹脂層の膜厚との合計は、10μm以下が好ましく、3μm以下がより好ましい。
 なお、有機樹脂層は無機顔料を実質的に含まない層である。そのため、有機樹脂層の膜厚が厚くなるほど、塗装素形材の電着塗装性は低下していく。一方で、塗膜が導電性顔料を含むときは、有機樹脂層の膜厚が0.5μm以下であれば、あるいは塗膜が導電性顔料を含まないときは、塗膜の膜厚と有機樹脂層の膜厚との合計が0.5μm以下であれば、電着塗装性は良好である。
 上記有機樹脂層は、前述した有機樹脂および任意に配合される上記添加剤を含む組成物によって構成される。当該組成物の融点は、樹脂成形体の融点と同等以下が好ましく、例えば60℃以上160℃以下であることが好ましい。上記組成物の融点が60℃以上であると、有機樹脂層が軟化しやすくなることによる塗装素形材の耐ブロッキング性の低下を抑制することができる。上記組成物の融点が160℃以下であると、有機樹脂層が溶着しやすくなり、樹脂成形体に対する塗装素形材の接合強度を十分に高めることができる。上記樹脂組成物の融点は、有機樹脂の種類および添加剤の使用によって調整することが可能である。有機樹脂層を構成する組成物の融点は、ナノインデンテーション試験による粘弾性測定にて測定することができる。具体的には、加熱装置を備えたナノインデンテーション試験装置の圧子を塗装素形材の表面に押し込む。ナノインデンテーション試験装置はナノメートル単位で押し込み深さを調整できるため、有機樹脂層のみに圧子を押し込み、有機樹脂層のみの粘弾性測定を行うことができる。この圧子に動的振動を加え、加熱温度ごとの変位を測定して、弾性と粘性の温度依存性を得る。この時得られた弾性と粘性から算出される弾性率変化点(tanδ変化点)の温度を融点とすることができる。なお、複数のtanδが得られた場合は、最も高い温度を融点とすることができる。
 なお、有機樹脂層は塗装素形材と熱可塑性樹脂組成物の成形体との密着性を高めるものの、本実施形態の塗装素形材は、有機樹脂層を有さなくても、熱可塑性樹脂組成物の成形体との密着性が高い。そのため、接合部の厚みを薄くする観点からは、塗装素形材は有機樹脂層を有さず、塗膜がその熱可塑性樹脂組成物の成形体と接合する側の最表面に配置されていてもよい。
 1-4.熱可塑性樹脂組成物の成形体
 熱可塑性樹脂組成物の成形体(樹脂成形体)は、塗装素形材の表面に密着する形状を有する成形体であればよい。樹脂成形体の形状は、上記条件を充足する限りにおいて、特に限定されず、複合体の用途に応じて適宜に決めることができる。
 樹脂成形体を構成する熱可塑性樹脂組成物の例には、ポリプロピレン(PP)系樹脂組成物、ポリブチレンテレフタレート(PBT)系樹脂組成物、ポリアミド(PA)系樹脂組成物、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン(ABS)系樹脂組成物、ポリ塩化ビニル(PVC)系樹脂組成物、メタクリル酸(PMMA)系樹脂組成物、ポリエチレン(PE)系樹脂組成物、ポリアセタール(POM)系樹脂組成物、および、これらの組み合わせ、が含まれる。上記熱可塑性樹脂組成物の種類は、塗膜との溶着性に応じて決めることが可能である。
 上記熱可塑性樹脂組成物の成形収縮率は、1.1%以下であることが、複合体の製造時の温度変化による変形を抑制する観点から好ましい。熱可塑性樹脂組成物の成形収縮率は、公知の方法で調整することができる。たとえば、上記成形収縮率は、熱可塑性樹脂組成物へのフィラーの添加や、熱可塑性樹脂組成物中の結晶性樹脂および非結晶性樹脂の混合割合などによって調整することができる。非結晶性樹脂は、例えば、PVCやPMMAなどである。結晶性樹脂は、例えば、PEや、PP、POMなどである。上記成形収縮率は、例えば、フィラーの含有量を多くすることや、結晶性樹脂に対する非結晶性樹脂の混合比率を高くすることなどによって、低くすることができる。
 上記成形収縮率(%)は、溶融状態の熱可塑性樹脂組成物(例えば熱可塑性樹脂の融点の熱可塑性樹脂組成物あるいは射出成形の金型のキャビティーの容積)の体積をVa、当該溶融状態から冷却して固化した熱可塑性樹脂組成物(例えば室温(20℃)の熱可塑性樹脂組成物)の体積をVbとしたときに、下記式で求められる。
 {(Va-Vb)/Va}×100
 上記成形収縮率が1.1%よりも大きいと、樹脂成形体に対して塗装素形材が十分強固に接合しないことがある。上記成形収縮率は、樹脂成形体に対する塗装素形材の接合力をより高める観点から、0.9%以下であることが好ましく、0.7%以下であることがより好ましい。
 また、αp/αmが6以下であることが、複合体の製造時の温度変化による変形を抑制する観点から好ましい。αpは、熱可塑性樹脂組成物の線膨張係数であり、αmは、金属素形材の線膨張係数である。αp/αmが6よりも大きいと、樹脂成形体に対して塗装素形材が十分強固に接合しないことがある。αp/αmは、樹脂成形体に対する塗装素形材の接合力をより高める観点から4.5以下であることが好ましい。αmおよびαpは、それぞれ、例えばTMA(Thermal Mechanical Analysis:熱機械分析法)により、材料の温度変化に伴う寸法変化量を測定することによって求められる。αpは、例えば、熱可塑性樹脂組成物中のフィラーの含有量が多いと小さくなる。
 熱可塑性樹脂組成物は、本発明の効果が得られる範囲において、上記有機樹脂以外の他の成分をさらに含有していてもよい。このような他の成分の例には、フィラーおよび熱可塑性エラストマーが含まれる。
 上記フィラーは、樹脂成形体の成形収縮率を低減させるとともに、樹脂成形体の剛性を向上させる。フィラーの種類は、特に限定されず、既知の物質を使用することができる。フィラーは、一種でもそれ以上でもよい。フィラーの例には、ガラス繊維、炭素繊維およびアラミド樹脂などの繊維系フィラー、カーボンブラック、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、ガラス、粘土、リグニン、雲母、石英粉およびガラス球などの粉フィラー、ならびに、炭素繊維やアラミド繊維の粉砕物が含まれる。中でも、ガラス繊維は、樹脂成形体の光透過性を保つ観点から、より好ましい。熱可塑性樹脂組成物におけるフィラーの含有量は、上記の観点から5~60質量%であることが好ましく、10~40質量%であることがより好ましい。
 上記熱可塑性エラストマーは、樹脂成形体の耐衝撃性を向上させる。熱可塑性エラストマーの種類は、特に限定されず、熱可塑性エラストマーは、一種でもそれ以上でもよい。熱可塑性エラストマーの例には、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、および、これらの組み合わせ、が含まれる。
 2.複合体の製造方法
 本発明の他の実施形態は、上述した複合体の製造方法に関する。
 2-1.溶着による方法
 上記複合体は、(1-1)上述した塗装素形材に対して、塗膜または有機樹脂層と接するように樹脂成形体を配置する工程と、(1-2)塗装素形材と樹脂成形体との接触部を加熱する工程と、を有する方法により製造することができる。
 (1-1)成形体を配置する工程
 塗装素形材は、既に作製してあるものを用意してもよいし、素形材の表面に顔料層および有機樹脂層を形成して作製してもよい。
 塗膜は、素形材の表面に、前述の無機顔料および有機樹脂を含む顔料塗料を塗布し、焼き付ける方法で形成することができる。顔料塗料の塗布方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜選択すればよい。塗布方法の例には、ロールコート法、カーテンフロー法、スピンコート法、スプレー法、および浸漬引き上げ法などが含まれる。顔料塗料の焼き付け条件は、顔料塗料の組成などに応じて適宜設定すればよい。たとえば、塗料を塗布した素形材を乾燥オーブン内に投入し、到達板温が60~180℃の範囲内となるように熱風乾燥機で乾燥させることで、素形材の表面に均一な顔料層を形成することができる。なお、有機樹脂層を形成するときは、有機樹脂層の形成時にも塗膜(顔料塗料)が乾燥されるので、本工程で顔料塗料を完全に乾燥させなくてもよい。
 顔料塗料は、水系の媒体に上記無機顔料および有機樹脂を添加して混合して調製することができる。このとき、顔料塗料の固形分の全体積に対する無機顔料の体積の比率を3体積%以上50体積%以下とする。
 有機樹脂層は、上記形成された塗膜の表面に、前述の有機樹脂を含む有機樹脂塗料を塗布し、焼き付ける方法で形成することができる。有機樹脂塗料の塗布方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜選択すればよい。塗布方法の例には、ロールコート法、カーテンフロー法、スピンコート法、スプレー法、および浸漬引き上げ法などが含まれる。有機樹脂塗料の焼き付け条件は、有機樹脂塗料の組成などに応じて適宜設定すればよい。たとえば、有機樹脂塗料を塗布した素形材を乾燥オーブン内に投入し、到達板温が110~200℃℃の範囲内となるように熱風乾燥機で乾燥させることで、塗膜の表面に均一な有機樹脂層を形成することができる。
 有機樹脂塗料は、水系の媒体に上記有機樹脂および任意に防錆剤などを添加して混合して調製することができる。
 樹脂成形体は、少なくとも、樹脂成形体の接合されるべき部分と、塗装素形材の接合されるべき部分とが接するように、塗装素形材の塗膜が配置された表面に、上記塗膜(または有機樹脂層)に接するように配置される。
 (1-2)塗装素形材と樹脂成形体との接触部を加熱する工程
 本工程では、樹脂成形体と接触している塗装素形材を加熱して、樹脂成形体と塗膜または有機樹脂層とを溶着させる。これにより、塗装素形材と樹脂成形体とが接合した複合体が得られる。
 加熱は、樹脂成形体と塗装素形材とが接触している面の少なくとも一部に行えばよいが、より密着性を高める観点からは、上記接触している面の全面に対して行うことが好ましい。
 加熱方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜選択すればよい。そのような加熱方法の例には、炎などによる直接加熱、ヒーター加熱、超音波加熱、電磁誘導加熱およびレーザー加熱が含まれる。
 2-2.射出による方法
 上記複合体は、(2-1)上述した塗装素形材を金型の内部に配置する工程と、(2-2)上記配置された塗装素形材の塗膜または有機樹脂層に対して熱可塑性樹脂組成物を射出する工程と、を有する方法により製造することもできる。
 (2-1)成形体を配置する工程
 本工程では、上述した塗装素形材を金型の内部に配置する。
 (2-2)射出する工程
 本工程では、塗装素形材を配置した金型の内部に、高温の熱可塑性樹脂組成物を高圧で射出する。このとき、金型にガス抜きを設けて、熱可塑性樹脂組成物が円滑に流れるようにすることが好ましい。高温の熱可塑性樹脂組成物は、塗装の表面に形成された塗膜または有機樹脂層に接触し、塗膜または有機樹脂層に含まれる有機樹脂と熱可塑性樹脂組成物を構成する熱可塑性樹脂とが相溶する。その後、冷却により熱可塑性樹脂組成物が金型の形状に成形されて、塗装素形材の表面に接合された可塑性樹脂組成物の成形体が成形される。金型の温度は、熱可塑性樹脂組成物の融点近傍であることが好ましい。
 射出終了後、金型を開き離型して、複合体を得ることができる。射出成形により得られた複合体は、成形後にアニール処理をして、成形収縮による内部歪みを解消してもよい。
 3.複合体の用途
 上述した複合体は、任意の機械、建築物、および構造物、たとえば各種電子機器、家庭用電化製品、医療機器、輸送機器用部品、車両搭載用品、および建築資材などの部材として用いることができる。特に、上記複合体は、高温高湿環境下における接合強度の低下が抑制されており、かつ軽量な樹脂成形体を含むため、同形状の金属部材よりも軽量である。そのため、上記複合体は、水と接触する環境下に置かれやすく、軽量化が常に求められる輸送機器用部品、特には自動車部材に適している。
 上記自動車部材は特に限定されない。上記自動車部材の例には、フランジで接着した閉断面部材(たとえば、Aピラー、Bピラー、およびサイドシルなど)、補強および補剛などを目的に部分的に材料を積層した部材(たとえば、Bピラーレインフォースメント、およびアウターパネルなど)、ならびに、ヘム加工部を有するパネル部材(たとえばドア、およびフードなど)などが含まれる。
 以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。
 [実験例1]
 実験例1は、塗膜にポリウレタン樹脂を用いた実験およびその結果である。
 1.塗装素形材の作製
 (1)素形材
 C、Si、Mn、P、S、AlおよびN、ならびに任意成分としてTi、Cr、Ni、CuおよびCaを含み、抗張力が異なる複数種の冷延鋼板を用意した。
 抗張力が270MPaの冷延鋼板を、「素形材1」として使用した。
 抗張力が270MPaの冷延鋼板に、片面あたりのめっき付着量が45g/mとなるように溶融Zn-6質量%Al-3質量%Mgめっきを施して得られた溶融亜鉛めっき鋼板を、「素形材2」として使用した。
 抗張力が270MPaの冷延鋼板を、昇温炉内で、最高到達温度である820℃となるまで、3.5℃/秒の平均昇温速度で昇温し、その後、820℃で一定時間、均熱炉内で均熱することで焼鈍し、450℃まで冷却した。なお、昇温炉および均熱炉は、3%水素を含む窒素ガス雰囲気とした。その後、片面あたりのめっき付着量が45g/mとなるように溶融Zn-0.1%Alめっきを施し、さらに、合金化炉にて480℃に加熱することで、めっき層を合金化させて、めっき中にFeを拡散させて得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、「素形材3」として使用した。
 抗張力が490MPaの冷延鋼板に、基材3と同様の方法で合金化溶融亜鉛めっきを施して得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、「素形材4」として使用した。
 抗張力が780MPaの冷延鋼板に、基材3と同様の方法で合金化溶融亜鉛めっきを施して得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、「素形材5」として使用した。
 抗張力が980MPaの冷延鋼板に、基材3と同様の方法で合金化溶融亜鉛めっきを施して得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、「素形材6」として使用した。
 (2)塗料の調製
 樹脂のエマルジョンを水に添加して、不揮発成分が20質量%の樹脂塗料を調製した。
 樹脂のエマルジョンとしては、以下のポリウレタン樹脂を使用した。これらを単独で使用するか、あるいは適量のアデカボンタイターHUX232と混合することで、ポリウレタン樹脂中のポリカーボネートユニットの含有量を調整した。
 ・PU1:第一工業製薬株式会社製、スーパーフレックス420(ポリカーボネートユニットを50質量%含有するポリウレタン樹脂)
 ・PU2:第一工業製薬株式会社製、スーパーフレックス470(ポリカーボネートユニットを70質量%含有するポリウレタン樹脂)
 ・PU3:株式会社ADEKA製、アデカボンタイターHUX386(ポリカーボネートユニットを80質量%含有するポリウレタン樹脂)
 ・PU4:樹脂メーカーが調整した試験品、ポリカーボネートユニットを90質量%含有するポリウレタン樹脂
 ・PU5:株式会社ADEKA製、アデカボンタイターHUX232(ポリカーボネートユニットを含まないポリウレタン樹脂)
 得られた樹脂塗料に無機顔料を添加して、顔料塗料とした。
 無機顔料としては、以下の顔料粒子を使用した。
 ・TiO:酸化チタン粒子(堺化学工業株式会社製、SA-1。表面処理されていない酸化チタン粒子、平均粒子径0.15μm、電気抵抗率185×10-6Ωcmより大、比重4.0。)
 ・親水化TiO:酸化チタン粒子(堺化学工業株式会社製、GTR-100、アルミナで表面処理された酸化チタン粒子、平均粒子径0.26μm、電気抵抗率185×10-6Ωcmより大、比重4.0。)
 ・ZnO-1:酸化亜鉛粒子(堺化学工業株式会社製、FINEX-50。平均粒子径0.02μm、電気抵抗率185×10-6Ωcmより大、比重5.6。)
 ・ZnO-2:酸化亜鉛粒子(ハクスイテック株式会社製、超微粒子酸化亜鉛。平均粒子径0.35μm、電気抵抗率185×10-6Ωcmより大、比重5.6。)
 ・ZnO-3:酸化亜鉛粒子(ハクスイテック株式会社製、JIS規格酸化亜鉛。平均粒子径1.00μm、電気抵抗率185×10-6Ωcmより大、比重5.6。)
 ・TiN:窒化チタン粒子(富士フィルム和光純薬株式会社製。平均粒子径1.6μm、電気抵抗率70×10-6Ωcm、比重5.24。)
 ・ZrB-1:ホウ化ジルコニウム粒子(富士フィルム和光純薬株式会社製。平均粒子径2.2μm、電気抵抗率20×10-6Ωcm、比重6.09。)
 ・ZrB-2:ホウ化ジルコニウム粒子(日本新金属株式会社製。平均粒子径3.6μm、電気抵抗率20×10-6Ωcm、比重6.09。)
 ・TiC-1:炭化チタン粒子(日本新金属株式会社製。平均粒子径1.4μm、電気抵抗率180×10-6Ωcm、比重4.93。)
 ・TiC-2:炭化チタン粒子(富士フィルム和光純薬株式会社製。平均粒子径3.2μm、電気抵抗率180×10-6Ωcm、比重4.93。)
 ・NiSi:ケイ化ニッケル粒子(高純度化学研究所製、NII11PB。試薬を水で撹拌し、5分後に浮遊している微粒子を濾別して使用。平均粒子径4.8μm、電気抵抗率40×10-6Ωcm、比重7.40。)
 それぞれの顔料塗料に添加した無機顔料の種類および量を変更して、有機樹脂の種類(ポリカーボネートユニットの含有量)、無機顔料の種類および顔料添加率が異なる顔料塗料を得た。なお、顔料添加率は、樹脂および無機顔料の比重および添加量(質量)からそれぞれの添加した体積を求め、有機樹脂の体積と無機顔料の体積との合計に対する無機顔料の体積の比率を算出した。
 (3)塗膜の形成
 上記用意した素形材を液温40℃、pH12のアルカリ脱脂水溶液(日本ペイント株式会社製、SD-270)に1分間浸漬して表面を脱脂した。脱脂した表面に、いずれかの顔料塗料をロールコーターで塗布し、到達板温が80℃となるように熱風乾燥器で乾燥し、顔料層を形成した。なお、顔料塗料の塗布量を変更することにより、顔料層の膜厚を調整した。
 (4)有機樹脂層の形成
 上記素形材に塗膜を形成して得られた塗装素形材のうちいくつかには、以下の手順で有機樹脂層を形成した。
 樹脂のエマルジョンを水に添加して、不揮発成分が20質量%の樹脂塗料を調製した。樹脂のエマルジョンとしては、以下のポリウレタン樹脂を使用した。
 ・PU1:第一工業製薬株式会社製、スーパーフレックス420(ポリカーボネートユニットを50質量%含有するポリウレタン樹脂)
 ・PU3:株式会社ADEKA製、アデカボンタイターHUX386(ポリカーボネートユニットを80質量%含有するポリウレタン樹脂)
 得られた塗料に防錆剤を添加して、有機樹脂塗料とした。防錆剤には、Ti、Zr、VおよびMoの酸化物を用いた。Tiには、フッ化カリウムチタン(IV)(純正科学株式会社)を用いた。Zrには、炭酸ジルコニウムアンモニウム(第一稀元素化学工業株式会社)を用いた。Vには、五酸化バナジウム(太陽鉱工株式会社)を用いた。Moには、七モリブテン酸六アンモニウム四水和物(キシダ化学株式会社)を用いた。有機樹脂塗料中の防錆剤の含有量は、形成される有機樹脂層中のTi換算含有量が0.25質量%、Zr換算含有量が0.5質量%、V換算含有量が0.25質量%、Mo換算含有量が0.5質量%となる量に調整した。
 上記素形材の表面に形成した塗膜の表面に、有機樹脂塗料をロールコーターで塗布し、到達板温が150℃となるように熱風乾燥器で乾燥し、有機樹脂層を形成して、塗装素形材を得た。
 塗装素形材1~塗装素形材68の作製に用いた素形材の種類および抗張力、塗膜の形成に用いた有機樹脂(ポリウレタン樹脂を表中では「PU樹脂」と表記する)の種類(有機樹脂中のポリカーボネートユニットの量(表中では「PCユニット量」と表記する))、顔料の種類およびその量(導電顔料については平均粒子径も記載する)、および塗膜の膜厚を、表1~表6に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 2.複合体の製造
 (1)樹脂組成物
 樹脂組成物として、熱可塑性樹脂組成物であるポリカーボネート(PC)系樹脂組成物を用いた。PC系樹脂としては、ユーピロンGSH2030FT(三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社)を用いた。
 金型の内部に上記顔料層および有機樹脂層を形成した塗装素形材1~塗装素形材68を配置して、射出成形機の内部に投入して溶融させた上記樹脂組成物を、上記塗装素形材を配置した金型の内部に射出し、その後金型の内部を冷却して、それぞれ複合体1~複合体68を得た。複合体の形状は、ISO 19095-2(2015年)に定められたタイプBの試験片の形状とした。
 3.複合体の評価
 (1)接合性
 それぞれの複合体の、塗装素形材と樹脂組成物の成形体との間の接合性(耐久性および接合強度)は、以下の手順で評価した。
 まず、ISO 19095-3(2015年)に定められた引張せん断試験方法により破断させたときの最大試験力(Pとする)を測定した。次に、上記試験片を85℃・85RHの環境下で2000時間静置下後(ISO 19095-4(2015年)に準じた高温高湿試験)の試験片を、ISO 19095-3(2015年)に定められた引張せん断試験方法により破断させたときの最大試験力(P’とする)を測定した。
 (耐久性)
 耐久性は高温高湿試験による最大試験力の低下率(P’/P)を算出し、評価した。具体的には、高温高湿試験方法の前後の破断強度の比を求めて、高温高湿試験による最大試験力の低下率(P’/P)を算出し、以下の基準で複合体の耐久性を評価した。
 A 最大試験力の低下率(P’/P)は70%以上である
 B 最大試験力の低下率(P’/P)は50%以上70%未満である
 C 最大試験力の低下率(P’/P)は30%以上50%未満である
 D 最大試験力の低下率(P’/P)は30%未満である
 (接合強度)
 高温高湿試験を行う前の最大試験力を初期接合強度(P)とし、以下の基準で複合体の接合強度を評価した。
 A 初期接合強度(P)は25MPa以上である
 B 初期接合強度(P)は20MPa以上25MPa未満である
 C 初期接合強度(P)は10MPa以上20MPa未満である
 D 初期接合強度(P)は5MPa以上10MPa未満である
 E 初期接合強度(P)は5MPa未満である
 (2)電着塗装性
 それぞれの塗装素形材の、塗装素形材への電着塗装性(外観および密着性)は、以下の手順で評価した。
 塗装素形材の塗膜に対し、アルカリ脱脂および表面調整剤による処理を行った後、25℃に調温したエポキシ-アクリル系の高耐候性電着塗装液の浴中に浸漬して、平均膜厚20μmになるように塗装を行った。塗装後のサンプルを水洗して余剰の塗料を洗浄した後、160℃で20分間加熱乾燥させて、電着塗膜を得た。
 (外観)
 電着塗膜の外観を目視観察し、以下の基準により電着塗装後の塗装素形材の外観を評価した。
 A 均一な電着塗膜が得られた
 B ムラがあり不均一ではあったが、電着塗膜は得られた
 C 電着塗膜は形成されなかった
 (密着性)
 電着塗膜に対して80hrの塩水噴霧を行った後、JIS K 5600-5-6(2018年)に準じてクロスカット法による付着性試験(密着試験)を行った。このときの、試験面積に対する電着塗装膜の剥離が生じた面積(剥離面積)の割合(塗装剥離率)をもとに、以下の基準により電着塗膜の密着性を評価した。
 A 塗装剥離率(剥離面積/試験面積)は5%未満である
 B 塗装剥離率(剥離面積/試験面積)は5%以上10%未満である
 C 塗装剥離率(剥離面積/試験面積)は10%以上15%未満である
 D 塗装剥離率(剥離面積/試験面積)は15%以上である
 塗装素形材1~塗装素形材68(複合体1~複合体68)の上記評価の結果を、表7~表11に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 表7~表11から明らかなように、3体積%以上50体積%以下の無機顔料と有機樹脂とを含む塗膜を有する塗装素形材1~塗装素形材64は、高温高湿環境下でも樹脂成形体との接合強度が低下しにくく、かつ樹脂成形体との初期の接合強度も高くなっていた。
 また、素形材が合金化溶融亜鉛めっき鋼板である塗装素形材17~塗装素形材20、塗装素形材23~塗装素形材26、塗装素形材29~塗装素形材53、および塗装素形材54は、樹脂成形体との初期の接合強度がより高かった。
 また、抗張力が490MPa以上の材料を素形材が含む塗装素形材18~塗装素形材20、塗装素形材24~塗装素形材26、塗装素形材30~塗装素形材53、および塗装素形材64は、樹脂成形体との初期の接合強度がより高かった。
 また、塗膜が導電性顔料を含む塗装素形材33~53は、電着塗装性が良好であり、塗膜の膜厚(A)に対する導電性顔料の平均粒子径(B)の比率(B/A)が1以上となる塗装素形材33、塗装素形材35、塗装素形材36、塗装素形材38、および塗装素形材40~塗装素形材53は、電着塗装性がさらに良好だった。
 また、導電性顔料の平均粒子径(B)に対する非導電性顔料の平均粒子径(C)の比率(C/B)が  1/21以上1/2以下である塗装素形材45、塗装素形材50~塗装素形材52は、同条件でC/Bが1/2以下より大きい塗装素形材53よりも電着塗装膜の密着性が良好だった。
 また、塗膜中に占める、導電性顔料の全体積(X)に対する非導電性顔料の全体積(Y)の比率(Y/X)が2/1以上9/1以下である塗装素形材44~塗装素形材48は、Y/Xがより小さい塗装素形材42および塗装素形材43や、Y/Xがより大きい塗装素形材49よりも電着塗装膜の密着性が良好だった。
 なお、複合体1~複合体68について、85℃常湿の環境下に2000時間静置した(耐熱試験)後に、耐久性を高温高湿試験した試験片と同様に測定したところ、評価はすべてA(最大試験力の低下率(P’/P)は70%以上である)だった。つまり、上記接合強度が低下しにくくなる効果は、高温高湿環境下では認められたが単に高温にしたのみの環境(耐熱試験)では認められなかった。このことから、耐久性の向上は、無機顔料が塗膜への水分の浸入や有機樹脂層への塗膜側から水分の浸入などを抑制し、かつ塗膜による浸入した水分の吸収量を低減させることにより奏されたものであることがわかる。
 [実験例2]
 実験例2は、塗膜にポリプロピレン樹脂を用いた実験およびその結果である。
 1.塗装素形材の作製
 実験例1と同様に、素形材1~素形材6を用意した。
 (2)塗料の調製
 樹脂のエマルジョンを水に添加して、不揮発成分が20質量%の樹脂塗料を調製した。
 樹脂のエマルジョンとしては、以下のポリプロピレン樹脂を使用した。これらを単独で使用するか、あるいは適量のPU(第一工業製薬株式会社製、スーパーフレックス830(ポリウレタン樹脂))と混合することで、樹脂中の酸変性ポリプリピレンの含有量を調整した。
 ・PP1:東洋紡株式会社製、ハードレン EW-5303(酸変性ポリプロピレン)
 ・PP2:東洋紡株式会社製、ハードレン NZ-1005(酸変性ポリプロピレン)
 得られた樹脂塗料に無機顔料を添加して、顔料塗料とした。
 無機顔料としては、実験例1と同様の顔料粒子を使用した。
 それぞれの顔料塗料に添加した無機顔料の種類および量を変更して、有機樹脂の種類(ポリカーボネートユニットの含有量)、無機顔料の種類および顔料添加率が異なる顔料塗料を得た。なお、顔料添加率は、樹脂および無機顔料の比重および添加量(質量)からそれぞれの添加した体積を求め、有機樹脂の体積と無機顔料の体積との合計に対する無機顔料の体積の比率を算出した。
 (3)塗膜の形成
 上記用意した素形材を液温40℃、pH12のアルカリ脱脂水溶液(日本ペイント株式会社製、SD-270)に1分間浸漬して表面を脱脂した。脱脂した表面に、いずれかの顔料塗料をロールコーターで塗布し、到達板温が80℃となるように熱風乾燥器で乾燥し、顔料層を形成した。なお、顔料塗料の塗布量を変更することにより、顔料層の膜厚を調整した。
 (4)有機樹脂層の形成
 上記素形材に塗膜を形成して得られた塗装素形材のうちいくつかには、以下の手順で有機樹脂層を形成した。
 樹脂のエマルジョンを水に添加して、不揮発成分が20質量%の樹脂塗料を調製した。樹脂のエマルジョンとしては、以下のポリプロピレン樹脂を使用した。
 ・PP3:丸芳化学式会社製、ポリプロピレンエマルジョンMGP-1650(酸変性ポリプロピレン)
 ・PP1:東洋紡株式会社製、ハードレン EW-5303(酸変性ポリプロピレン)
 得られた塗料に防錆剤を添加して、有機樹脂塗料とした。防錆剤には、Ti、Zr、VおよびMoの酸化物を用いた。Tiには、フッ化カリウムチタン(IV)(純正科学株式会社)を用いた。Zrには、炭酸ジルコニウムアンモニウム(第一稀元素化学工業株式会社)を用いた。Vには、五酸化バナジウム(太陽鉱工株式会社)を用いた。Moには、七モリブテン酸六アンモニウム四水和物(キシダ化学株式会社)を用いた。有機樹脂塗料中の防錆剤の含有量は、形成される有機樹脂層中のTi換算含有量が0.25質量%、Zr換算含有量が0.5質量%、V換算含有量が0.25質量%、Mo換算含有量が0.5質量%となる量に調整した。
 上記素形材の表面に形成した塗膜の表面に、有機樹脂塗料をロールコーターで塗布し、到達板温が150℃となるように熱風乾燥器で乾燥し、有機樹脂層を形成して、塗装素形材を得た。
 塗装素形材69~塗装素形材138の作製に用いた素形材の種類および抗張力、塗膜の形成に用いた有機樹脂(ポリプロピレン樹脂を表中では「PP樹脂」と表記する)の種類(有機樹脂中の酸変性ポリプロピレン(表中では「酸変性PP」と表記する)の量)、顔料の種類およびその量(導電顔料については平均粒子径も記載する)、および塗膜の膜厚を、表12~表17に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
 2.複合体の製造
 (1)樹脂組成物
 樹脂組成物として、熱可塑性樹脂組成物であるポリプロピレン(PP)系樹脂組成物を用いた。PP系樹脂としては、プライムポリプロR-350G(株式会社プライムポリマー)を用いた。
 金型の内部に上記顔料層および有機樹脂層を形成した塗装素形材69~塗装素形材138を配置して、射出成形機の内部に投入して溶融させた上記樹脂組成物を、上記塗装素形材を配置した金型の内部に射出し、その後金型の内部を冷却して、それぞれ複合体69~複合体138を得た。複合体の形状は、ISO 19095-2(2015年)に定められたタイプBの試験片の形状とした。
 3.複合体の評価
 (1)接合性
 それぞれの複合体の、塗装素形材と樹脂組成物の成形体との間の接合性(耐久性および接合強度)を、以下の手順で評価した。
 まず、ISO 19095-3(2015年)に定められた引張せん断試験方法により破断させたときの最大試験力(Pとする)を測定した。次に、上記試験片を85℃・85RHの環境下で2000時間静置下後(ISO 19095-4(2015年)に準じた高温高湿試験)の試験片を、ISO 19095-3(2015年)に定められた引張せん断試験方法により破断させたときの最大試験力(P’とする)を測定した。
 (耐久性)
 耐久性は高温高湿試験による最大試験力の低下率(P’/P)を算出し、評価した。具体的には、高温高湿試験方法の前後の破断強度の比を求めて、高温高湿試験による最大試験力の低下率(P’/P)を算出し、以下の基準で複合体の耐久性を評価した。
 A 最大試験力の低下率(P’/P)は70%以上である
 B 最大試験力の低下率(P’/P)は50%以上70%未満である
 C 最大試験力の低下率(P’/P)は30%以上50%未満である
 D 最大試験力の低下率(P’/P)は30%未満である
 (接合強度)
 高温高湿試験を行う前の最大試験力を初期接合強度(P)とし、以下の基準で複合体の接合強度を評価した。
 A 初期接合強度(P)は15MPa以上である
 B 初期接合強度(P)は10MPa以上15MPa未満である
 C 初期接合強度(P)は5MPa以上10MPa未満である
 D 初期接合強度(P)は2MPa以上5MPa未満である
 E 初期接合強度(P)は2MPa未満である
 (2)電着塗装性
 それぞれの塗装素形材の、塗装素形材への電着塗装性(外観および密着性)は、以下の手順で評価した。
 塗装素形材の塗膜に対し、アルカリ脱脂および表面調整剤による処理を行った後、25℃に調温したエポキシ-アクリル系の高耐候性電着塗装液の浴中に浸漬して、平均膜厚20μmになるように塗装を行った。塗装後のサンプルを水洗して余剰の塗料を洗浄した後、160℃で20分間加熱乾燥させて、電着塗膜を得た。
 (外観)
 電着塗膜の外観を目視観察し、以下の基準により電着塗装後の塗装素形材の外観を評価した。
 A 均一な電着塗膜が得られた
 B ムラがあり不均一ではあったが、電着塗膜は得られた
 C 電着塗膜は形成されなかった
 (密着性)
 電着塗膜に対して80hrの塩水噴霧を行った後、JIS K 5600-5-6(2018年)に準じてクロスカット法による付着性試験(密着試験)を行った。このときの、試験面積に対する電着塗装膜の剥離が生じた面積(剥離面積)の割合(塗装剥離率)をもとに、以下の基準により電着塗膜の密着性を評価した。
 A 塗装剥離率(剥離面積/試験面積)は5%未満である
 B 塗装剥離率(剥離面積/試験面積)は5%以上10%未満である
 C 塗装剥離率(剥離面積/試験面積)は10%以上15%未満である
 D 塗装剥離率(剥離面積/試験面積)は15%以上である
 塗装素形材69~塗装素形材138(複合体69~複合体138)の上記評価の結果を、表18~表22に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000023
 表18~表22から明らかなように、3体積%以上50体積%以下の無機顔料と有機樹脂とを含む塗膜を有する塗装素形材69~塗装素形材134は、高温高湿環境下でも樹脂成形体との接合強度が低下しにくく、かつ樹脂成形体との初期の接合強度も高くなっていた。
 また、素形材が合金化溶融亜鉛めっき鋼板である塗装素形材87~塗装素形材90、塗装素形材93~塗装素形材96、塗装素形材99~塗装素形材123、および塗装素形材134は、樹脂成形体との初期の接合強度がより高かった。
 また、抗張力が490MPa以上の材料を素形材が含む塗装素形材88~塗装素形材90、塗装素形材94~塗装素形材96、塗装素形材100~塗装素形材123、および塗装素形材134は、樹脂成形体との初期の接合強度がより高かった。
 また、塗膜が導電性顔料を含む塗装素形材103~塗装素形材123は、電着塗装性が良好であり、塗膜の膜厚(A)に対する導電性顔料の平均粒子径(B)の比率(B/A)が1以上となる塗装素形材103、塗装素形材105、塗装素形材106、塗装素形材108、および塗装素形材110~塗装素形材123は、電着塗装性がさらに良好だった。
 また、導電性顔料の平均粒子径(B)に対する非導電性顔料の平均粒子径(C)の比率(C/B)が1/21以上1/2以下である塗装素形材115、塗装素形材120~塗装素形材122は、同条件でC/Bが1/2以下より大きい塗装素形材123よりも電着塗装膜の密着性が良好だった。
 また、塗膜中に占める、導電性顔料の全体積(X)に対する非導電性顔料の全体積(Y)の比率(Y/X)が2/1以上9/1以下である塗装素形材114~塗装素形材118は、Y/Xがより小さい塗装素形材112および塗装素形材113や、Y/Xがより大きい塗装素形材119よりも電着塗装膜の密着性が良好だった。
 なお、複合体61~複合体138について、85℃常湿の環境下に2000時間静置した(耐熱試験)後に、耐久性を高温高湿試験した試験片と同様に測定したところ、評価はすべてA(最大試験力の低下率(P’/P)は70%以上である)だった。つまり、上記接合強度が低下しにくくなる効果は、高温高湿環境下では認められたが単に高温にしたのみの環境(耐熱試験)では認められなかった。このことから、耐久性の向上は、無機顔料が塗膜への水分の浸入や有機樹脂層への塗膜側から水分の浸入などを抑制し、かつ塗膜による浸入した水分の吸収量を低減させることにより奏されたものであることがわかる。
 本発明の複合体は、高温高湿環境下での耐久性が高いため、例えば各種電子機器、家庭用電化製品、医療機器、自動車車体、車両搭載用品、建築資材などに好適に用いられる。
 

Claims (15)

  1.  素形材と、
     前記素形材の表面に形成された、無機顔料および有機樹脂を含む塗膜と、を有し、
     前記塗膜は、膜厚が0.2μm以上15μm以下であり、かつ、
     前記塗膜は、前記塗膜の全体積に対する前記無機顔料の含有量が3体積%以上50体積%以下である、
     樹脂組成物の成形体との接合用の塗装素形材。
  2.  前記有機樹脂は、ポリカーボネート含有ポリウレタンを含む、請求項1に記載の塗装素形材。
  3.  前記有機樹脂は、酸変性ポリプロピレンを含む、請求項1に記載の塗装素形材。
  4.  前記素形材は、合金化溶融亜鉛めっき層を有する鋼材である、請求項1に記載の塗装素形材。
  5.  前記素形材は、抗張力が490MPa以上の材料を含む、請求項1に記載の塗装素形材。
  6.  前記無機顔料は、25℃における電気抵抗率が0.1×10-6Ωcm以上185×10-6Ωcm以下の導電性顔料を含む、請求項1に記載の塗装素形材。
  7.  前記導電性顔料は、
     ホウ化物セラミクス、炭化物セラミクス、窒化物セラミクス、およびケイ化物セラミクスからなる群から選択さえる非酸化物セラミクス粒子、
     ステンレス粒子、ならびに、
     Mn、Si、W、Mo、V、Ti、Ni、B、およびNbからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む鉄系合金粒子からなる群から選択される少なくとも1種の粒子を含む、請求項6に記載の塗装素形材。
  8.  前記導電性顔料は、前記塗膜の膜厚(A)に対する前記導電性顔料の平均粒子径(B)の比率(B/A)が1以上となる粒子である、請求項6に記載の塗装素形材。
  9.  前記無機顔料は、25℃における電気抵抗率が185×10-6Ωcmより大きい非導電性顔料を含む、請求項6に記載の塗装素形材。
  10.  前記非導電性顔料は、酸化チタンの粒子または酸化亜鉛の粒子である、請求項9に記載の塗装素形材。
  11.  前記導電性顔料の平均粒子径(B)に対する前記非導電性顔料の平均粒子径(C)の比率(C/B)は、1/21以上1/2以下である、
     請求項9に記載の塗装素形材。
  12.  前記塗膜中に占める、導電性顔料の全体積(X)に対する非導電性顔料の全体積(Y)の比率(Y/X)は、2/1以上9/1以下である、
     請求項9に記載の塗装素形材。
  13.  前記塗膜の、前記素形材とは反対側に配置された、膜厚が0.2μm以上である有機樹脂層を有し、
     前記有機樹脂層および前記塗膜は、膜厚の合計が0.5μm以上である、
     請求項1に記載の塗装素形材。
  14.  請求項1~13のいずれか1項に記載の塗装素形材と、
     前記塗装素形材の前記塗膜が形成された面に接合した樹脂組成物の成形体と、を有する、
     複合体。
  15.  請求項14に記載の複合体を含む、自動車部材。
     
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018034437A (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 日新製鋼株式会社 複合体の製造方法
JP2021195500A (ja) * 2020-06-18 2021-12-27 大日本塗料株式会社 塗料組成物及び塗膜

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