JP5760355B2 - 容器用鋼板 - Google Patents
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Description
本発明者らは、特許文献2および3に記載の容器用鋼板を用いて、ネック部分に関するフィルム密着性について検討を行ったところ、昨今求められているレベルには到達しておらず、更なる改良が必要であることを見出した。
即ち、本発明者らは、上記課題が下記構成により解決されることを見出した。
化成処理皮膜層中の任意の粒子の一端と他端とを結ぶ線分のうち最大の長さを有する線分である長径の長さをa(nm)、粒子の一端と他端とを結ぶ線分であり長径と直交する線分のうち最大の長さを有する線分である短径の長さをb(nm)としたとき、化成処理皮膜表面に占める(a+b)/2>200(nm)となる粒子の面積比率が0.1〜50%であることを特徴とする、容器用鋼板。
(3) 下地ニッケル層は、金属ニッケル量で5mg/m2〜150mg/m2のニッケルを含有し、スズめっき層は、金属スズ量で300mg/m2〜3000mg/m2のスズを含有し、スズめっきの一部と下地ニッケル層の一部または全部との合金化は、溶融溶錫処理により行われる、(2)の記載の容器用鋼板。
スズめっき層上に化成処理皮膜層が設けられる、(1)に記載の容器用鋼板。
(5) スズめっき層は、金属スズ量で100mg/m2〜5600mg/m2のスズを含有する、(4)に記載の容器用鋼板。
ニッケルめっき層上に化成処理皮膜層が設けられる、(1)に記載の容器用鋼板。
(8) 化成処理皮膜層が、ジルコニウム皮膜、リン酸皮膜、および、フェノール樹脂皮膜を含む、(1)〜(7)のいずれかに記載の容器用鋼板。
より具体的には、本発明の容器用鋼板は、鋼板の少なくとも片面に、金属ジルコニウム量で0.1〜9mg/m2のジルコニウムを含有するジルコニウム皮膜、リン量で0.1〜8mg/m2のリン酸を含有するリン酸皮膜、及び炭素量で0.05〜8mg/m2のフェノール樹脂を含有するフェノール樹脂皮膜から選択された少なくとも2種以上の皮膜を含む化成処理皮膜層を有する。
まず、容器用鋼板を構成する鋼板および化成処理皮膜層について詳述する。
本発明の容器用鋼板の原板となる鋼板としては、特に規制されるものではなく、通常、容器材料として使用される鋼板を用いることができる。また、この原板の製造方法、材質なども特に規制されるものではなく、通常の鋼片製造工程から熱間圧延、酸洗、冷間圧延、焼鈍、調質圧延等の各工程を経て製造され、鋼板表面に化成処理層やめっき層等の金属表面処理層が設けられていてもよい。表面処理層を付与する方法については、特に制限されるものではなく、例えば、電気めっき法、真空蒸着法、スパッタリング法などの公知の方法を用いることができ、拡散層を付与するための加熱処理を組み合わせてもよい。
以下に、本発明で好適に使用できる下地めっき層について詳述する。
第1に、上記下地めっき層の例として、鋼板表面に施された下地ニッケル層と、この下地ニッケル層上に形成された島状スズめっき層とからなる複合めっき層について説明する。
ここでいう下地ニッケル層とは、鋼板の少なくとも片面に形成されるニッケルを含むめっき層であって、金属ニッケルによる金属ニッケルめっき層である場合、または、鉄−ニッケル合金めっきを施した鉄−ニッケル合金めっき層である場合がある。また、島状スズめっき層は、この下地ニッケル層上にスズめっきを施し、溶融溶錫処理により、下地ニッケル層の一部または全部とスズめっき層の一部が合金化することにより形成される合金めっき層であることが好ましい。ただし、ニッケル単独のめっき層上にスズめっきを施し、溶融溶錫処理を行っても、上記のような島状スズが形成しにくいため、下地ニッケル層としては、鉄−ニッケル合金めっき層を用いることが好ましい。
以下、このようなニッケルめっき層及び島状スズめっき層について詳細に説明する。
第2に、上記下地めっき層の例として、鋼板の少なくとも片面に形成されたスズめっき層(島状スズを含まないスズめっき層)について説明する。
第3に、上記下地めっき層の例として、鋼板の少なくとも片面に形成されたニッケルめっき層について説明する。
ニッケルは高耐食金属であるため、本発明の容器用鋼板のように、鋼板の表面にニッケルをめっきすることにより、耐食性をさらに向上させることができる。また、ニッケルと鉄を合金化させたFe−Ni合金めっき層を設けてもよい。
一方、ニッケルめっき層中のニッケル量が多くなるほど耐食性向上の効果は増加するが、ニッケル量が1000mg/m2を超えると、耐食性向上の効果は飽和するだけでなく、ニッケルは高価な金属であるため、1000mg/m2を超える量のニッケルをめっきすることは経済的にも不利となる。
上記Niめっき層中の金属Ni量およびSnめっき層中の金属Sn量は、例えば、蛍光X線法によって測定することができる。この場合、金属Ni量既知のNi付着量サンプルを用いて、金属Ni量に関する検量線をあらかじめ特定しておき、同検量線を用いて相対的に金属Ni量を特定する。金属Sn量についても同様に、金属Sn量既知のSn付着量サンプルを用いて、金属Sn量に関する検量線をあらかじめ特定しておき、同検量線を用いて相対的に金属Sn量を特定する。
上記鋼板上に、化成処理皮膜層が形成される。化成処理皮膜層は、ジルコニウム皮膜、リン酸皮膜およびフェノール樹脂皮膜のうちの少なくともいずれか2種の皮膜を含む。以下、本発明に係る化成処理皮膜層について詳細に説明する。
本発明の容器用鋼板は、上述したように、鋼板の少なくとも片面に化成処理皮膜層を有している。
この化成処理皮膜層中に含まれる粒子(例えば、化成処理皮膜層がZr成分を含む皮膜である場合は、酸化ジルコニウム、リン酸ジルコニウム等のジルコニウム化合物の粒子)について、任意に選択した粒子の大きさが、その粒子の一端a1と他端a2を結ぶ線分のうち最大の長さを有する線分(以下、「長径」という。)の長さをa(nm)、粒子の一端b1と他端b2を結ぶ線分であり長径と直交する線分のうち最大の長さを有する線分(以下、「短径」という。)の長さをb(nm)としたとき、化成処理皮膜表面に占める[(a+b)/2]>200(nm)の粒子(以後、適宜粒子Aとも称する)の面積比率が0.1〜50%となることが必要である。
なかでも、得られる鋼板のフィルム密着性と色調のバランスの観点から、粒子Aの面積比率は1〜20%がより好ましく、1〜10%がより好ましい。
また、粒子サイズが大きくなるほど粒子自身の強度が低下するため、皮膜内の凝集破壊が生じやすくなる。そのため、得られる容器用鋼板の有機樹脂密着性がより優れる点で、粒子Aの[(a+b)/2]は、200〜300nmであることが好ましい。
また、[(a+b)/2]が200(nm)超である粒子構造を有するジルコニウム皮膜は、詳しくは後述するように、20℃〜50℃という温度条件で陰極電解処理を行うことことにより得ることができるが、本願発明における長径aの値や短径bの値は、このように電解処理して得た容器用鋼板の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察することにより測定することができる。なお、SEMの倍率は30000倍程度とすることが好ましい。具体的には、例えば、容器用鋼板表面のSEM写真上で選択した任意の粒子(目視にて大きさが最大の粒子を含むようにする)の長径a及び短径bを測定し、SEM写真の倍率から換算することにより、長径a及び短径bの実際の値を得ることができる。
本発明の化成処理皮膜層に含まれるジルコニウム皮膜は、耐食性と有機樹脂との密着性(以下、「有機樹脂密着性」という。)を確保するために形成される。
ジルコニウム皮膜は、例えば、酸化ジルコニウム、水酸化ジルコニウム、フッ化ジルコニウム、リン酸ジルコニウム等の1種のジルコニウム化合物からなる皮膜、または、これら2種以上のジルコニウム化合物からなる複合皮膜として形成される。
このようなジルコニウム皮膜は優れた耐食性と有機樹脂密着性を有しているが、本発明者らは、この理由を以下のように考えている。すなわち、耐食性については、ジルコニウム皮膜は、ポリマー状のジルコニウム錯体による三次元架橋体を形成し、この架橋体が有するバリア性により耐食性を発揮するものと考えられる。また、密着性については、ジルコニウム皮膜の内部に存在する水酸基、あるいはリン酸基の水酸基と、鋼板等の金属表面に存在する水酸基とが脱水縮合することで、酸素原子を介して金属表面とジルコニウム皮膜とが共有結合することにより、密着性を発揮するものと考えられる。
従って、本発明の容器用鋼板においては、ジルコニウム皮膜の付着量は、金属ジルコニウム量で0.1mg/m2〜9mg/m2とする必要がある。好ましくは、ジルコニウム皮膜の付着量は、金属ジルコニウム量で1mg/m2〜8mg/m2である。ジルコニウム皮膜の付着量を1mg/m2〜8mg/m2の範囲とすることにより、レトルト後の耐食性が確保できるとともに、微細な付着ムラを低減することができる。
また、上記化成処理皮膜層に含まれるリン酸皮膜は、耐食性と有機樹脂密着性を確保するために形成される。リン酸皮膜は、例えば、下地(鋼板、ニッケルめっき層、スズめっき層、ジルコニウム皮膜、フェノール樹脂皮膜)と反応して形成されるリン酸鉄、リン酸ニッケル、リン酸スズ、リン酸ジルコニウム、リン酸フェノール等の1種のリン酸化合物からなる皮膜、または、これら2種以上のリン酸化合物からなる複合皮膜として形成される。このようなリン酸皮膜は優れた耐食性と有機樹脂密着性を有しているが、本発明者らは、この理由を、リン酸イオンが種々の金属イオンと錯体化し、上述したように三次元架橋体皮膜を形成すること、また、鉄、ニッケル等の金属イオンが溶出(腐食の第一段階)しても、リン酸塩化合物を形成することにより金属イオンが不溶化し、さらなる腐食を低減させる効果を有すること、によるものと考えている。
従って、本発明の容器用鋼板においては、リン酸皮膜の付着量は、リン量で0.1mg/m2〜8mg/m2とする必要がある。好ましくは、リン酸皮膜の付着量は、リン量で1mg/m2〜6mg/m2である。リン酸皮膜の付着量を1mg/m2〜6mg/m2の範囲とすることにより、レトルト後の耐食性が確保できるとともに、微細な付着ムラを低減することができる。
また、上記化成処理皮膜層は、上述したように、フェノール樹脂成分を含むフェノール樹脂皮膜を含んでいてもよい。
従って、本発明の容器用鋼板においては、フェノール樹脂皮膜の付着量は、炭素量で0.05mg/m2〜8mg/m2とする必要がある。好ましくは、フェノール樹脂皮膜の付着量は、炭素量で0.1mg/m2〜6mg/m2である。フェノール樹脂皮膜の付着量を0.1mg/m2〜6mg/m2の範囲とすることにより、微細な付着ムラ(付着による黄変)を低減することができ、かつ、上記フェノール添加効果を充分に発揮することができる。
本発明に係る化成処理皮膜層中に含有される金属ジルコニウム量、リン量は、例えば、蛍光X線分析等の定量分析法により測定することが可能である。また、化成処理皮膜層中の炭素量は、例えば、ガスクロマトグラフィによる全炭素量測定法により測定した値から、鋼板中に含まれる炭素量をバックグラウンドとして差し引くことにより求めることが可能である。
以上、本発明に係る容器用鋼板の構成について説明したが、次に、かかる容器用鋼板を得るための製造方法について詳細に説明する。
本発明の容器用鋼板の製造方法は、鋼板の少なくとも片面に上述したような下地めっき層が形成されためっき鋼板に対して低温陰極電解処理を行い、上記下地めっき層上に、上述したような化成処理皮膜層を形成するものである。このような化成処理皮膜を形成する方法としては、例えば、ジルコニウムイオンやリン酸イオンや低分子のフェノール樹脂等を溶解させた酸性溶液中に鋼板を浸漬する方法や、このような酸性溶液を用いて陰極電解処理を行う方法などがある。
陰極電解処理により上記化成処理皮膜層を形成するためには、上述した化成処理皮膜層に含まれるジルコニウム皮膜、リン酸皮膜、フェノール樹脂皮膜のうちの形成したい皮膜の種類に応じて、電解処理に用いる化成処理液中の成分を決めることが必要である。具体的には、ジルコニウム皮膜のみを含む化成処理皮膜層を形成したい場合には、化成処理液として、酸性溶液中にジルコニウムイオンを100質量ppm〜7500質量ppm含有させたものを用いればよく、ジルコニウム皮膜及びリン酸皮膜を含む化成処理皮膜層を形成したい場合には、化成処理液として、酸性溶液中にジルコニウムイオンを100質量ppm〜7500質量ppmとリン酸イオンを50質量ppm〜5000質量ppm含有させたものを用いればよく、ジルコニウム皮膜、リン酸皮膜及びフェノール樹脂皮膜を含む化成処理皮膜層を形成したい場合には、化成処理液として、酸性溶液中にジルコニウムイオンを100質量ppm〜7500質量ppmとリン酸イオンを50質量ppm〜5000質量ppmと質量平均分子量が5000程度である低分子量のフェノール樹脂を10質量ppm〜1500質量ppm含有させたものを用いればよい。
本発明の化成処理皮膜層を形成するための陰極電解処理は、化成処理液の温度(浴温)が20℃〜50℃という条件下で、通電、無通電を繰り返すことで断続的に行われることが好ましい。なかでも、40〜50℃の条件が好ましい。
通電する時間が合計で0.5秒未満の場合には、粒状析出物の成長が起こりにくく、目標の粒径分布の皮膜の形成が困難となる。一方、通電時間が10秒を超える場合には、皮膜付着量が所要量を超え、かつ、付着量が飽和してしまうこととなり、場合によっては、電解化成処理後の水洗等による洗浄工程で付着が不十分な皮膜が洗い流される(剥離する)など、経済的ではなく、また、化成処理液の温度の上昇を招き、上述した低温陰極電解処理の温度条件を維持するために化成処理液の冷却という余分な処理が必要となる場合がある。
まず、以下に示す方法で、化成処理皮膜層を形成させる鋼板を作製した。
(A1:Niめっき層およびSnめっき層を有する鋼板の製造方法)
冷間圧延後、焼鈍及び調圧された厚さが0.17〜0.23mmの鋼基材(鋼板)を、脱脂及び酸洗した後、ワット浴を用いてNiめっきを施し、引き続き、フェロスタン浴を用いてSnめっきを施し、その後、溶融溶錫処理を行い、Sn合金層を有するNi、Snめっき鋼板を作製した。
冷間圧延後、焼鈍及び調圧した厚さが0.17〜0.23mmの鋼基材(鋼板)を、脱脂及び酸洗した後、フェロスタン浴を用いてSnめっきを施し、その後、溶融溶錫処理を行い、Sn合金層を有する複合めっき鋼板を作製した。
冷間圧延後、厚さが0.17〜0.23mmの鋼基材(鋼板)を、脱脂及び酸洗した後、ワット浴を用いてNiめっきを施し、焼鈍時にNi拡散層を形成させ、脱脂、酸洗後、フェロスタン浴を用いてSnめっきを施し、その後、溶融溶錫処理を行い、Sn合金層を有するNi、Snめっき鋼板を作製した。
冷間圧延後、焼鈍及び調圧した厚さが0.17〜0.23mmの鋼基材(鋼板)を、脱脂及び酸洗した後、その両面に、ワット浴を使用してNiめっきを施し、Niめっき鋼板を作製した(A4)。
次に、上述の方法で作製した各容器用鋼板を試験材とし、これら実施例及び比較例の試験材について、フィルム密着性、外観、耐食性の各性能を評価した。以下、その具体的な評価方法及び評価基準について説明する。
実施例及び比較例の各試験材の両面に、厚さが20μmのPETフィルムを200℃でラミネートした後、絞りしごき加工を行って缶体を作製し、この缶体に対してネッキング加工を施し、この缶体をさらに水没させて130℃で60分間のレトルト処理を行い、缶のネック部分のフィルムの剥離状況で評価した。
その結果、剥離が全くなかったものを◎、実用上問題が無い程度の極僅かな剥離が生じていたものを○、部分的に剥離が生じて実用上問題があるものを△、大部分で剥離が生じていたものを×とした。結果を表3にまとめて示す。
実用上、「○」「◎」であることが必要である。
実施例及び比較例の各試験材を目視で観察し、実用上十分に明るい色調で、化成処理皮膜層に黒色のムラが全くなかったものを◎、実用上問題がない程度の明るさで、極僅かな黒色のムラがあったものを○、僅かな黒色ムラが発生し、実用上問題がある暗さを呈するものを△、著しく暗く、黒色のムラが発生していたものを×とした。結果を表3にまとめて示す。
実用上、「○」「◎」であることが必要である。
なお、通電を複数回行う場合の無通電時間は、0.5秒であった。
また、SEM観察写真(10μm×10μm)より、化成処理皮膜層表面における{(a+b)/2}>200nmの粒子が占める面積比率を求めた。
なお、後述する各実施例における{(a+b)/2}の最大値は、1000nm以下であり、特に、粒子Aの面積率が20%以下の実施例においては{(a+b)/2}の最大値は450nmであった。
実施例の各試験材の一方の面に、エポキシ−フェノール樹脂を塗布した後、200℃の温度条件下で30分間保持することにより焼付を行った。そして、この樹脂を塗布した部分に鋼基材に達する深さのクロスカットを入れたものを、クエン酸(1.5質量%)−食塩(1.5質量%)の混合液からなる試験液に、45℃の温度条件下で72時間浸漬し、洗浄及び乾燥した後、テープ剥離試験を行い、クロスカット部における塗膜(エポキシ−フェノール樹脂膜)の下の腐食状況及び平板部の腐食状況で評価した。
その結果、各実施例においては、塗膜の下で腐食が認められず、優れた耐食性を有することが確認された。
特に、鋼板の処理法がA1、A3およびA4においては、面積率が1〜20%にて、より優れたフィルム密着性を示した。また、面積率が10%以下の場合は、より優れた外観特性を示した。
また、比較例6〜13に示すように、Zr付着量、P付着量、C付着量、及び、所定の大きさを有する粒子の面積率が本発明の範囲外の場合、フィルム密着性または外観特性に劣っていた。
Claims (8)
- 鋼板の少なくとも片面に、金属ジルコニウム量で0.1〜9mg/m2のジルコニウムを含有するジルコニウム皮膜、リン量で0.1〜8mg/m2のリン酸を含有するリン酸皮膜、及び炭素量で0.05〜8mg/m2のフェノール樹脂を含有するフェノール樹脂皮膜から選択された少なくとも2種以上の皮膜を含む化成処理皮膜層を有し、
前記化成処理皮膜層中の任意の粒子の一端と他端とを結ぶ線分のうち最大の長さを有する線分である長径の長さをa(nm)、前記粒子の一端と他端とを結ぶ線分であり前記長径と直交する線分のうち最大の長さを有する線分である短径の長さをb(nm)としたとき、化成処理皮膜表面に占める{(a+b)/2}>200(nm)となる粒子の面積比率が0.1〜50%であることを特徴とする、容器用鋼板。 - 前記鋼板が、鋼板表面にニッケルめっきまたは鉄−ニッケル合金めっきを施した下地ニッケル層が形成され、前記下地ニッケル層上に施されたスズめっきの一部と前記下地ニッケル層の一部または全部とが合金化された島状スズを含むスズめっき層が形成されためっき鋼板である、請求項1に記載の容器用鋼板。
- 前記下地ニッケル層は、金属ニッケル量で5mg/m2〜150mg/m2のニッケルを含有し、前記スズめっき層は、金属スズ量で300mg/m2〜3000mg/m2のスズを含有し、前記スズめっきの一部と前記下地ニッケル層の一部または全部との合金化は、溶融溶錫処理により行われる、請求項2の記載の容器用鋼板。
- 前記鋼板が少なくとも片面にスズめっき層を有し、
前記スズめっき層上に前記化成処理皮膜層が設けられる、請求項1に記載の容器用鋼板。 - 前記スズめっき層は、金属スズ量で100mg/m2〜5600mg/m2のスズを含有する、請求項4に記載の容器用鋼板。
- 前記鋼板が少なくとも片面に、金属ニッケル量で10mg/m2〜1000mg/m2のニッケルを含有するニッケルめっき層を有し、
前記ニッケルめっき層上に前記化成処理皮膜層が設けられる、請求項1に記載の容器用鋼板。 - 前記化成処理皮膜層が、少なくとも前記ジルコニウム皮膜を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の容器用鋼板。
- 前記化成処理皮膜層が、前記ジルコニウム皮膜、前記リン酸皮膜、および、前記フェノール樹脂皮膜を含む、請求項1〜7のいずれかに記載の容器用鋼板。
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