JP3070411B2 - Method for forming water-repellent coating film on iron-based member - Google Patents
Method for forming water-repellent coating film on iron-based memberInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、鉄系部材に撥水性の高
い被覆層を形成する方法に関する。The present invention relates to a method for forming a coating layer having high water repellency on an iron-based member.
【0002】[0002]
【従来の技術】鉄系部材、例えば鋼板の耐久性を向上さ
せるため、各種の表面処理方法が用いられている。しか
しながら、従来の方法、例えばクロメート処理は防錆作
用が一時的であり、長期間の防錆付与には適さない。ま
た、有機樹脂被覆法はある程度の期間の防錆作用を有す
るが、有機樹脂被覆膜にはピンホールが存在し、このピ
ンホールから水分が侵入して鉄系部材が腐食することが
ある。さらに、有機樹脂被覆膜は耐熱性が低く、従って
高熱環境において用いられる鉄系部材、例えば内燃機関
の部材に用いることはできない。2. Description of the Related Art Various surface treatment methods have been used to improve the durability of iron-based members, for example, steel plates. However, conventional methods, such as chromate treatment, have a temporary rust-preventive action and are not suitable for long-term rust-proofing. Further, the organic resin coating method has a rust-preventing action for a certain period of time. However, pinholes are present in the organic resin coating film, and moisture may enter through the pinholes to corrode the iron-based member. Further, the organic resin coating film has low heat resistance, and therefore cannot be used for iron-based members used in a high-temperature environment, for example, members of an internal combustion engine.
【0003】このような問題を解決するため、特開昭64
−68477 号公報において、フルオロアルキルシランとA
l、Zr、Ti、Si、W、Ce、Sn、Yのアルコキ
シドより形成された無機酸化物被膜を形成することによ
り鋼板の耐久性、耐熱性を高めることが提案された。こ
の被膜は、上記金属が脱水縮合して架橋した複合無機酸
化物被膜であるため耐久性及び耐熱性に優れ、かつフル
オロアルキル基に由来する撥水性をも有している。In order to solve such a problem, Japanese Patent Laid-Open No.
-68477, a fluoroalkylsilane and A
It has been proposed to increase the durability and heat resistance of a steel sheet by forming an inorganic oxide coating formed from alkoxides of 1, Zr, Ti, Si, W, Ce, Sn, and Y. This coating is a composite inorganic oxide coating formed by cross-linking by dehydration condensation of the above-mentioned metal, so that it has excellent durability and heat resistance, and also has water repellency derived from a fluoroalkyl group.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記鋼
板に代表される鉄系部材は、上記のような無機酸化物の
被膜を形成する場合、表面活性が低いため密着性が低
い。また、鉄元素は拡散し易く、被膜の表面に析出し、
撥水作用を示すフルオロアルキル基を覆ってしまう。ま
た加熱過程において鉄酸化物が生成するため被膜の撥水
性が低下し、被膜と鉄系部材との密着性が低下してしま
う。However, when an iron-based member represented by the above-mentioned steel sheet is formed with the above-mentioned inorganic oxide film, it has a low surface activity and thus low adhesion. In addition, the iron element is easily diffused and precipitates on the surface of the coating,
It covers the fluoroalkyl group that exhibits water repellency. In addition, since iron oxide is generated during the heating process, the water repellency of the coating is reduced, and the adhesion between the coating and the iron-based member is reduced.
【0005】本発明は、前記のような被膜の欠点を解消
し、鉄系部材との密着性が高く、かつ撥水性の低下が抑
制された耐熱劣化性を有する撥水性被覆膜の形成方法を
提供することを目的とする。The present invention solves the above-mentioned drawbacks of the coating, and provides a method of forming a water-repellent coating film having high adhesion to an iron-based member and having heat deterioration resistance in which a decrease in water repellency is suppressed. The purpose is to provide.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、鉄系部材に撥
水性被覆膜を形成する方法であって、鉄系部材の表面に
水酸基を付加する工程、金属アルコキシドとアルコキシ
ル基の一部がフルオロアルキル基により置換されたフル
オロアルキル基置換金属アルコキシドとの混合溶液を前
記水酸基を付加した鉄系部材表面上に塗布し塗膜を形成
する工程、及び前記塗膜を焼成し、被覆膜を形成する工
程からなることを特徴とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for forming a water-repellent coating film on an iron-based member, comprising a step of adding a hydroxyl group to the surface of the iron-based member, a method for forming a metal alkoxide and a part of an alkoxyl group. A step of applying a mixed solution with a fluoroalkyl group-substituted metal alkoxide substituted by a fluoroalkyl group on the surface of the iron-based member to which the hydroxyl group has been added to form a coating film, and baking the coating film to form a coating film Is formed.
【0007】また、本発明は、鉄系部材に撥水性被覆膜
を形成する方法であって、鉄系部材の表面にMn、Z
n、Ni、Cu、Mg、Co、Fe、Ti、Zr、V、
Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Y
b、Lu、Y、Ba、Sr、及びPbから選ばれた少な
くとも1種の金属の酸化物の被覆膜を形成する工程、金
属アルコキシドとアルコキシル基の一部がフルオロアル
キル基により置換されたフルオロアルキル基置換金属ア
ルコキシドとの混合溶液を前記金属酸化物の被覆膜上に
塗布し塗膜を形成する工程、及び前記塗膜を焼成し、被
覆膜を形成する工程からなることを特徴とするものであ
る。Further, the present invention is a method for forming a water-repellent coating film on an iron-based member, wherein Mn, Z
n, Ni, Cu, Mg, Co, Fe, Ti, Zr, V,
Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Y
forming a coating film of an oxide of at least one metal selected from the group consisting of b, Lu, Y, Ba, Sr, and Pb; and a method in which a metal alkoxide and a part of an alkoxyl group are substituted with a fluoroalkyl group. A step of applying a mixed solution with an alkyl group-substituted metal alkoxide on the coating film of the metal oxide to form a coating film, and baking the coating film to form a coating film. It is characterized by becoming.
【0008】また、本発明は、鉄系部材に撥水性被覆膜
を形成する方法であって金属アルコキシドと、アルコキ
シル基の一部がフルオロアルキル基により置換されたフ
ルオロアルキル基置換金属アルコキシドと、Mn、Z
n、Ni、Cu、Mg、Co、Fe、V、Sm、Eu、
Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、B
a、Sr、及びPbから選ばれた少なくとも1種の金属
のアルコキシドとの混合溶液を鉄系部材の表面に塗布し
塗膜を形成する工程、及び前記塗膜を焼成し、被覆膜を
形成する工程からなることを特徴とするものである。Further, the present invention is a method for forming a water-repellent coating film on an iron-based member, comprising: a metal alkoxide; a fluoroalkyl group-substituted metal alkoxide in which a part of the alkoxyl group is substituted by a fluoroalkyl group; Mn, Z
n, Ni, Cu, Mg, Co, Fe, V, Sm, Eu,
Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, B
a step of applying a mixed solution with an alkoxide of at least one metal selected from a, Sr, and Pb to the surface of the iron-based member to form a coating film, and baking the coating film to form a coating film The process is characterized by comprising the steps of:
【0009】さらに、本発明は、鉄系部材に撥水性被覆
膜を形成する方法であって、pH3〜5の硫酸水溶液に
下式 Cn H2n+1SO4 - ・Na+ (上式中、nは7〜15である)で表される塩を2×10
-1〜10-3M/L溶解した溶液を鉄系部材に塗布し、乾燥
することを特徴とするものである。Furthermore, the present invention provides a method of forming a water-repellent coating film on ferrous member, the following equation aqueous sulfuric acid solution pH3~5 C n H 2n + 1 SO 4 - · Na + ( above formula Wherein n is 7 to 15).
A solution obtained by dissolving -1 to 10 -3 M / L is applied to an iron-based member and dried.
【0010】[0010]
【作用】請求項1記載の発明では、撥水性被覆膜を形成
する前処理として、鉄系部材上にOH基を付与すること
により、鉄系部材の表面を活性化し、被覆膜との密着性
を向上させる。また、このOH基の存在は、被覆膜の形
成における焼成時に分解、消失するフルオロアルキル基
を減少させ、焼成後に被覆膜内に残留するフッ素濃度を
向上させ、被覆膜の初期撥水性を向上させる。さらに、
鉄系部材表面に均一かつ緻密に生成した安定な酸化鉄被
膜層により、以後生成する酸化鉄の被覆膜表面への析出
を抑制し、その結果、被覆膜の耐熱性を向上させる。According to the first aspect of the present invention, the surface of the iron-based member is activated by providing an OH group on the iron-based member as a pre-treatment for forming the water-repellent coating film, and the water-repellent coating film is activated. Improves adhesion. In addition, the presence of the OH group reduces fluoroalkyl groups that decompose and disappear during firing in the formation of the coating film, improves the concentration of fluorine remaining in the coating film after firing, and improves the initial water repellency of the coating film. Improve. further,
The stable and stable formation of the iron oxide film uniformly and densely on the surface of the iron-based member suppresses the subsequent generation of iron oxide on the surface of the coating film, thereby improving the heat resistance of the coating film.
【0011】請求項2記載の発明では、撥水性被覆膜を
形成する前処理として、鉄系部材上に上記金属から選ば
れた少なくとも1種の金属の酸化物を被覆することによ
り、この金属酸化物がその後形成される被覆膜と鉄系部
材表面とのなじみを向上させる。さらに、鉄系部材から
生成する酸化鉄と金属酸化物被覆層内の金属が、スピネ
ル、イルメナイト、ペロブスカイト、ガーネット、もし
くはマグネトプランバイト等の安定な複合酸化物を形成
することにより、鉄系部材からの酸化鉄を撥水性被覆層
の下の金属酸化物層内でトラップし、撥水性被覆層への
析出を抑制する。その結果、耐熱性が向上する。In the invention according to the second aspect, as a pre-treatment for forming a water-repellent coating film, an iron-based member is coated with an oxide of at least one metal selected from the above-mentioned metals, whereby this metal The oxide improves the conformity between the coating film formed thereafter and the surface of the iron-based member. Furthermore, the iron oxide generated from the iron-based member and the metal in the metal oxide coating layer form a stable composite oxide such as spinel, ilmenite, perovskite, garnet, or magnetoplumbite, thereby reducing the iron-based member. Is trapped in the metal oxide layer below the water-repellent coating layer, thereby suppressing precipitation on the water-repellent coating layer. As a result, heat resistance is improved.
【0012】請求項3記載の発明では、撥水性被覆層内
に上記のような鉄系部材からの酸化鉄と安定な複合酸化
物を形成する金属が存在しているため、この酸化鉄を撥
水性被覆層内でトラップし、表面への析出を抑制する。
その結果、耐熱性が向上する。According to the third aspect of the present invention, since a metal that forms a stable composite oxide with iron oxide from an iron-based member as described above exists in the water-repellent coating layer, the iron oxide is repelled. It traps in the aqueous coating layer and suppresses deposition on the surface.
As a result, heat resistance is improved.
【0013】請求項4記載の発明では、上記式で表され
る界面活性剤は鉄系部材の清浄表面に吸着され、SO4
Feの塩を形成し、鉄系部材と結合を形成する。上記界
面活性剤の硫酸溶液を塗布し、乾燥すると、吸着された
硫酸根に結合しているアルキル基が配列し、鉄系部材の
表面上に並ぶ。このアルキル基は一般に撥水性であり、
前記のように鉄系部材表面上に強固に固定されるため、
乾燥後安定な撥水性を示す。[0013] In the invention according to claim 4, the surfactant represented by the above formula is adsorbed on the clean surface of the iron-based member, and the surface active agent is dissolved in SO 4.
It forms a salt of Fe and forms a bond with an iron-based member. When the sulfuric acid solution of the above surfactant is applied and dried, the alkyl groups bonded to the adsorbed sulfate groups are arranged and arranged on the surface of the iron-based member. This alkyl group is generally water repellent,
Because it is firmly fixed on the iron-based member surface as described above,
Shows stable water repellency after drying.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段の補足説明】鉄系部材へ水
酸基を付加する方法は特に制限はなく、どのような方法
を用いてもよいが、例えば以下の方法が例示される。 1.鉄系部材を大気中において200 ℃以上、かつ再熱処
理を要しない温度、すなわち変態点以下で十分に加熱し
た後、水中で冷却する。 2.鉄系部材を高温の水蒸気に曝す。 3.鉄系部材を酸化性の酸、例えば硝酸に短時間浸漬
し、次いで蒸留水で十分に洗浄する。 上記の方法を数回繰り返すことにより多量の水酸基を鉄
系部材の表面上に付加することができる。Supplementary Description of Means for Solving the Problems The method for adding a hydroxyl group to the iron-based member is not particularly limited, and any method may be used. For example, the following method is exemplified. 1. The iron-based member is sufficiently heated in air at a temperature of 200 ° C. or higher and does not require reheat treatment, that is, at a temperature lower than the transformation point, and then cooled in water. 2. Exposing the iron-based member to high-temperature steam. 3. The iron-based member is immersed in an oxidizing acid, for example, nitric acid for a short time, and then sufficiently washed with distilled water. By repeating the above method several times, a large amount of hydroxyl groups can be added on the surface of the iron-based member.
【0015】上記のような方法によって鉄系部材に水酸
基を付加した後、撥水性被覆膜を被覆する。この撥水性
被覆膜はいわゆるゾルゲル法によって形成される。この
ゾルゲル法とは、金属の有機もしくは無機化合物を溶液
とし、溶液中で該化合物の加水分解・重縮合反応を進ま
せてゾルをゲルとして固化し、ゲルの加熱によって酸化
物固体を製造する方法である。本発明においては、原料
として、金属アルコキシドとアルコキシル基の一部がフ
ルオロアルキル基により置換されたフルオロアルキル基
置換金属アルコキシドを用いる。After a hydroxyl group is added to the iron-based member by the above-described method, a water-repellent coating film is coated. This water-repellent coating film is formed by a so-called sol-gel method. This sol-gel method is a method in which an organic or inorganic compound of a metal is made into a solution, a hydrolysis / polycondensation reaction of the compound proceeds in the solution, the sol is solidified as a gel, and an oxide solid is produced by heating the gel. It is. In the present invention, a metal alkoxide and a fluoroalkyl group-substituted metal alkoxide in which part of an alkoxyl group is substituted with a fluoroalkyl group are used as raw materials.
【0016】金属アルコキシドとは、下式 M(OR)n で表されるものであり、上式中、Mは金属であり、Rは
アルキルであり、nは金属Mの酸化数である。金属Mと
しては種々のものを用いることができ、形成しようとす
る金属酸化物に対応するものを用いる。金属の例として
は、限定するものではないが、Li、Na、Cu、C
a、Sr、Ba、Zn、B、Al、Ga、Y、Si、G
e、Pb、P、Sb、V、Ta、W、La、Nd等を挙
げることができる。アルキルとしては、メチル、エチ
ル、プロピル、ブチル等を用いることができる。従っ
て、金属アルコキシドとしては、LiOCH3、NaOCH3、Cu(O
CH3)2 、Ca(OCH3)2 、Sr(OCH3)2 、Ba(OCH3)2 、Zn(OCH
3)2 、B(OCH3)3、Al(i-OC3H7)3、Ga(OC2H5)3、Y(OC4H9)
3 、Si(OC2H5)4、Ge(OC2H5)4、Pb(OC4H9)3、PO(OCH3)
3 、Sb(OC2H5)3、VO(OC2H5)3、Ta(OC3H7)5、W(OC
2H5)6 、La(OC3H7)3、Nd((OC2H5)3 が例示される。The metal alkoxide is represented by the following formula M (OR) n , wherein M is a metal, R is alkyl, and n is the oxidation number of the metal M. Various materials can be used as the metal M, and the metal M is to be formed.
A material corresponding to the metal oxide to be used is used. Examples of metals include, but are not limited to, Li, Na, Cu, C
a, Sr, Ba, Zn, B, Al, Ga, Y, Si, G
e, Pb, P, Sb, V, Ta, W, La, Nd and the like. As the alkyl, methyl, ethyl, propyl, butyl and the like can be used. Therefore, as metal alkoxides, LiOCH 3 , NaOCH 3 , Cu (O
CH 3 ) 2 , Ca (OCH 3 ) 2 , Sr (OCH 3 ) 2 , Ba (OCH 3 ) 2 , Zn (OCH
3) 2, B (OCH 3 ) 3, Al (i-OC 3 H 7) 3, Ga (OC 2 H 5) 3, Y (OC 4 H 9)
3, Si (OC 2 H 5 ) 4, Ge (OC 2 H 5) 4, Pb (OC 4 H 9) 3, PO (OCH 3)
3, Sb (OC 2 H 5 ) 3, VO (OC 2 H 5) 3, Ta (OC 3 H 7) 5, W (OC
2 H 5) 6, La ( OC 3 H 7) 3, Nd ((OC 2 H 5) 3 can be exemplified.
【0017】フルオロアルキル基置換金属アルコキシド
は、上記金属アルコキシドのアルコキシル基の一部がフ
ルオロアルキル基で置換されているものである。このフ
ルオロアルキル基の存在により、得られた被膜に撥水性
が付与される。フルオロアルキル基置換金属アルコキシ
ドの量は多いほどその効果は高いが、逆に多くなると被
膜の強度が低下する。従って、その量は金属アルコキシ
ドの量の0.3 〜30モル%であることが好ましい。The fluoroalkyl group-substituted metal alkoxide is a metal alkoxide in which a part of the alkoxyl group is substituted with a fluoroalkyl group. The presence of this fluoroalkyl group imparts water repellency to the resulting coating. The effect is higher as the amount of the fluoroalkyl group-substituted metal alkoxide is larger, but when the amount is larger, the strength of the coating decreases. Therefore, the amount is preferably 0.3 to 30 mol% of the amount of the metal alkoxide.
【0018】これらの金属アルコキシドに水(加水分解
用)、アルコール(均質溶液調製用)、酸もしくは塩基
(触媒作用)を加え、溶液を調製する。アルコールとし
ては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノー
ル、ブタノール等が用いられる。触媒として用いられる
酸としては、塩酸、硫酸、酢酸、フッ酸が例示される。
塩基としては、処理後に揮発によって除去できるアンモ
ニアが用いられる。また、この溶液にゾルゲル法におい
て公知の添加剤、例えばアセチルアセトン等を加えても
よい。Water (for hydrolysis), alcohol (for preparing a homogeneous solution), acid or base (catalysis) is added to these metal alkoxides to prepare a solution. As the alcohol, for example, methanol, ethanol, propanol, butanol and the like are used. Examples of the acid used as the catalyst include hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, and hydrofluoric acid.
As the base, ammonia that can be removed by volatilization after the treatment is used. Further, a known additive such as acetylacetone may be added to the solution in the sol-gel method.
【0019】こうして製造した金属アルコキシド溶液
を、鉄系部材表面に塗布する。塗布法は、ディッピン
グ、スピンコート、スプレー等の公知の塗布方法を用い
ることができる。塗布膜の厚さは特に制限はなく、通常
50〜1000nmである。The thus prepared metal alkoxide solution is applied to the surface of the iron-based member. As the coating method, a known coating method such as dipping, spin coating, spraying or the like can be used. The thickness of the coating film is not particularly limited, and is usually
It is 50-1000 nm.
【0020】次いでこの塗布膜を焼成する。焼成工程は
ゾルゲル法における一般的な方法によって行ってよく、
大気中もしくは非酸化性雰囲気中で200 〜500 ℃におい
て行われる。大気中で焼成を行う場合は、フルオロアル
キル基の分解を防ぐため350℃以下で行うことが好まし
い。Next, the coating film is fired. The firing step may be performed by a general method in the sol-gel method,
It is carried out at 200 to 500 ° C. in the air or in a non-oxidizing atmosphere. When calcination is performed in the air, the calcination is preferably performed at 350 ° C. or lower to prevent decomposition of the fluoroalkyl group.
【0021】鉄系部材へMn、Zn、Ni、Cu、M
g、Co、Fe、Ti、Zr、V、Sm、Eu、Gd、
Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y、B
a、Sr、及びPbから選ばれた少なくとも1種の金属
の酸化物の被覆膜を形成する方法は特に制限はなく、ど
のような方法も用いることができ、上記のようなゾルゲ
ル法によっても形成することができる。Mn, Zn, Ni, Cu, M
g, Co, Fe, Ti, Zr, V, Sm, Eu, Gd,
Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y, B
The method of forming the coating film of the oxide of at least one metal selected from a, Sr, and Pb is not particularly limited, and any method can be used. Can be formed.
【0022】上記の金属は、鉄系部材から生成する酸化
鉄と反応し、安定な複酸化物を形成する。例えばMn、
Zn、Ni、Cu、Mg、Co、Feはスピネル型(セ
ン晶石型)構造の酸化物(MFe2 O4)を形成する。T
i、Zr、Vはイルメナイト型(チタン鉄鉱型)構造の
酸化物(MFeO3)を形成する。Sm、Eu、Gd、T
b、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Yはペロブ
スカイト型(灰チタン石型)構造の酸化物(MFeO3)
又はガーネット型(ザクロ石型)構造の酸化物(M3 F
e5 O12) を形成する。さらに、Ba、Sr、Pbはマ
グネトプランバイト型構造の酸化物(MFe12O19)を
形成する。The above metals react with iron oxide generated from iron-based members to form stable double oxides. For example, Mn,
Zn, Ni, Cu, Mg, Co, and Fe form an oxide (MFe 2 O 4 ) having a spinel type (senlite) structure. T
i, Zr, and V form an oxide (MFeO 3 ) having an ilmenite type (ilmenite type) structure. Sm, Eu, Gd, T
b, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu and Y are oxides (MFeO 3 ) having a perovskite type (perovskite type) structure
Or a garnet-type (garnet-type) oxide (M 3 F)
e 5 O 12 ). Further, Ba, Sr and Pb form an oxide (MFe 12 O 19 ) having a magnetoplumbite structure.
【0023】こうして上記の金属の酸化物被覆層を形成
した後、この上に上記と同様にして撥水性被覆層を形成
する。この金属酸化物被覆層の厚さは好ましくは50〜10
0nmである。After forming the above-mentioned metal oxide coating layer, a water-repellent coating layer is formed thereon in the same manner as described above. The thickness of this metal oxide coating layer is preferably 50 to 10
0 nm.
【0024】上記方法では、撥水性被覆膜の下層とし
て、安定な複酸化物を形成する金属の酸化物の層を形成
したが、この金属を撥水性被覆膜のマトリックス内に入
れてもよい。すなわち、撥水性被覆膜形成材料として、
上記の材料に加え、上記の安定な複酸化物を形成する金
属のアルコキシドを用い、上記のようにゾルゲル法によ
り鉄系部材上に被覆膜を形成する。In the above method, an oxide layer of a metal that forms a stable double oxide is formed as a lower layer of the water-repellent coating film. Good. That is, as a water-repellent coating film forming material,
A coating film is formed on an iron-based member by the sol-gel method as described above using an alkoxide of a metal that forms the stable double oxide in addition to the above materials.
【0025】上記式Cn H2n+1SO4 - ・Na+ で表さ
れる界面活性剤は、pH3〜5の硫酸水溶液に、2×10
-1〜10-3M/Lの濃度で溶解して用いられる。硫酸のp
Hが3未満では硫酸塩(硫酸鉄)の形成が過度になり、
鉄系部材が過度の腐食をうけ好ましくない。またpH5
より高いと硫酸鉄の形成が十分でない。[0025] The formula C n H 2n + 1 SO 4 - · Na + in surfactant represented are sulfuric acid aqueous solution of pH 3-5, 2 × 10
It is used after being dissolved at a concentration of -1 to 10 -3 M / L. Sulfuric acid p
If H is less than 3, the formation of sulfate (iron sulfate) becomes excessive,
Iron-based members suffer from excessive corrosion and are not preferred. PH 5
If it is higher, the formation of iron sulfate is not sufficient.
【0026】上記界面活性剤の濃度が2×10-1/Lより
高いと、この界面活性剤はミセルを形成し、凝集してし
まうため、鉄系部材表面に配列せず、被覆膜を形成する
ことができない。この濃度が10-3M/Lより低いと、形
成された被覆膜に十分な撥水性が得られない。When the concentration of the surfactant is higher than 2 × 10 -1 / L, the surfactant forms micelles and agglomerates. Cannot be formed. If this concentration is lower than 10 −3 M / L, sufficient water repellency cannot be obtained in the formed coating film.
【0027】この撥水性被覆膜は、硫酸根が塩を形成す
るものであれば、鉄に限らず他の物質、例えばニッケ
ル、アルミニウムに対しても同様に結合を形成し、界面
活性剤の長鎖アルキルに由来する撥水性を付与すること
ができる。This water-repellent coating film forms a bond not only with iron but also with other substances, for example, nickel and aluminum, as long as the sulfate group forms a salt. Water repellency derived from long-chain alkyl can be imparted.
【0028】[0028]
【実施例】実施例1 マルテンサイト系ステンレス鋼板を空気中で300 ℃に加
熱後、水中に浸漬し冷却した。この処理を3回繰り返
し、鋼板表面に水酸基を付加した。次いで、1モルのテ
トラエトキシシランに1モルの水、0.01モルの塩酸、及
び21モルのエタノールを加え、70℃において1時間還流
した。この溶液に、2/9 モルのフルオロアルキルシラン
(CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3)及び8モルのメトキシエタノ
ールを加え、室温において30分間攪拌した。得られた混
合物に11モルの水及び8モルのメトキシエタノールを加
え、室温において24時間放置した。こうして得られた溶
液を上記鋼板表面に塗布し、ウェット塗膜を形成した。
次いでこの塗膜を250 ℃において1時間焼成し、被覆膜
を形成した。こうしてサンプル1を製造した。 EXAMPLE 1 A martensitic stainless steel plate was heated to 300 ° C. in air, immersed in water and cooled. This treatment was repeated three times to add hydroxyl groups to the steel sheet surface. Next, 1 mol of water, 0.01 mol of hydrochloric acid, and 21 mol of ethanol were added to 1 mol of tetraethoxysilane, and the mixture was refluxed at 70 ° C. for 1 hour. Add 2/9 mole of fluoroalkylsilane to this solution
(CF 3 (CF 2 ) 7 C 2 H 4 Si (OCH 3 ) 3 ) and 8 mol of methoxyethanol were added, and the mixture was stirred at room temperature for 30 minutes. 11 mol of water and 8 mol of methoxyethanol were added to the obtained mixture and left at room temperature for 24 hours. The solution thus obtained was applied to the surface of the steel sheet to form a wet coating film.
Next, this coating film was baked at 250 ° C. for 1 hour to form a coating film. Thus, Sample 1 was manufactured.
【0029】実施例2 マルテンサイト系ステンレス鋼板を200 ℃の水蒸気に30
分間暴露し、この処理を3回繰り返して鋼板表面に水酸
基を付加した。次いでこの鋼板表面に上記と同様にして
被覆膜を形成し、サンプル2を得た。 Example 2 A martensitic stainless steel plate was exposed to steam at 200 ° C. for 30 minutes.
This was repeated three times to add hydroxyl groups to the steel sheet surface. Next, a coating film was formed on the surface of the steel sheet in the same manner as described above to obtain Sample 2.
【0030】実施例3 マルテンサイト系ステンレス鋼板を1N以上の濃硝酸に
数秒浸漬した後、蒸留水で十分に洗浄した。この処理を
3回繰り返して鋼板表面に水酸基を付加した。次いでこ
の鋼板表面に上記と同様にして被覆膜を形成し、サンプ
ル3を得た。 Example 3 A martensitic stainless steel plate was immersed in concentrated nitric acid of 1N or more for several seconds, and then sufficiently washed with distilled water. This treatment was repeated three times to add hydroxyl groups to the steel sheet surface. Next, a coating film was formed on the surface of the steel sheet in the same manner as described above to obtain Sample 3.
【0031】以上のようにして製造したサンプル1〜3
と、マルテンサイト系ステンレス鋼板に水酸基を付加せ
ず直接上記と同様にして被覆膜を形成して製造した未処
理サンプルについて。その撥水性のめやすである接触角
を測定し、さらにこれらのサンプルを350 ℃の炉内に入
れ、等温加熱を行い、接触角の変化を調べた。この結果
を図1に示す。各サンプルについて、初期接触角はサン
プル1〜3の方が未処理サンプルよりも大きく、さらに
350 ℃での等温加熱により接触角の低下に差がみられ、
サンプル1〜3の方が未処理サンプルに比較してその低
下が小さく、耐熱性も本発明の方法により著しく向上し
ていることが明らかである。Samples 1 to 3 manufactured as described above
And an untreated sample produced by directly forming a coating film in the same manner as described above without adding a hydroxyl group to a martensitic stainless steel sheet. The contact angle, which is a measure of the water repellency, was measured. Further, these samples were placed in a furnace at 350 ° C., heated at an isothermal temperature, and the change in the contact angle was examined. The result is shown in FIG. For each sample, the initial contact angle was larger for samples 1-3 than for the untreated sample, and
There was a difference in the decrease in contact angle due to isothermal heating at 350 ° C.
It is clear that Samples 1 to 3 show a smaller decrease as compared to untreated samples, and that the heat resistance is significantly improved by the method of the present invention.
【0032】実施例4 1モルの鉄テトライソプロポキシド、5モルのメトキシ
エタノール及び0.2 モルの2,4-ペンタンジオンを混合
し、この混合物を80℃において1時間還流した。次いで
この溶液に1モルの水及び5モルのメトキシエタノール
を加え、25℃において24時間放置した。こうして得られ
た鉄アルコキシド溶液をマルテンサイト系ステンレス鋼
板に塗布し、表面に酸化鉄被覆膜を形成した。次いでこ
の酸化鉄被覆膜上に実施例1と同様にしてテトラエトキ
シシラン及びフルオロアルキルシランを用いて撥水性被
覆膜を形成した。こうしてサンプル4を得た。 Example 4 1 mol of iron tetraisopropoxide, 5 mol of methoxyethanol and 0.2 mol of 2,4-pentanedione were mixed and the mixture was refluxed at 80 ° C. for 1 hour. Next, 1 mol of water and 5 mol of methoxyethanol were added to this solution, and the mixture was left at 25 ° C. for 24 hours. The iron alkoxide solution thus obtained was applied to a martensitic stainless steel plate to form an iron oxide coating film on the surface. Next, a water-repellent coating film was formed on the iron oxide coating film using tetraethoxysilane and fluoroalkylsilane in the same manner as in Example 1. Thus, Sample 4 was obtained.
【0033】実施例5 鉄テトライソプロポキシドの代わりにマンガンジイソプ
ロポキシドを用いることを除き、実施例4と同様にし
て、MnO被覆膜上に撥水性被覆膜を有するマルテンサ
イト系ステンレス鋼板のサンプル5を得た。 Example 5 A martensitic stainless steel having a water-repellent coating on a MnO coating in the same manner as in Example 4 except that manganese diisopropoxide was used instead of iron tetraisopropoxide. A steel sheet sample 5 was obtained.
【0034】実施例6 1モルのテトラエトキシシランに1モルの水、0.01モル
の塩酸、及び21モルのエタノールを加え、70℃において
1時間還流し、テトラエトキシシランの溶液を製造し
た。また、1モルのマンガンジイソプロポキシド、5モ
ルのメトキシエタノール及び0.2 モルの2,4-ペンタンジ
オンを混合し、80℃において1時間還流し、ジイソプロ
ポキシマンガンの溶液を製造した。これらの溶液を混合
し、80℃において1時間還流した。次いで2/9 モルのフ
ルオロアルキルシラン(CF3(CF2)7C2H4Si(OCH3)3)及び8
モルのメトキシエタノールを加え、室温において30分間
攪拌した後、さらに11モルの水及び8モルのメトキシエ
タノールを加え、室温において24時間放置した。こうし
て得られた溶液を上記鋼板表面に塗布し、ウェット塗膜
を形成した。次いでこの塗膜を250 ℃において1時間焼
成し、被覆膜を形成した。こうしてサンプル6を製造し
た。 Example 6 1 mol of tetraethoxysilane was added with 1 mol of water, 0.01 mol of hydrochloric acid, and 21 mol of ethanol, and refluxed at 70 ° C. for 1 hour to prepare a solution of tetraethoxysilane. Also, 1 mol of manganese diisopropoxide, 5 mol of methoxyethanol and 0.2 mol of 2,4-pentanedione were mixed and refluxed at 80 ° C. for 1 hour to produce a solution of diisopropoxymanganese. These solutions were mixed and refluxed at 80 ° C. for 1 hour. Then 2/9 mole of fluoroalkylsilane (CF 3 (CF 2 ) 7 C 2 H 4 Si (OCH 3 ) 3 ) and 8
After adding mol of methoxyethanol and stirring at room temperature for 30 minutes, 11 mol of water and 8 mol of methoxyethanol were further added and left at room temperature for 24 hours. The solution thus obtained was applied to the surface of the steel sheet to form a wet coating film. Next, this coating film was baked at 250 ° C. for 1 hour to form a coating film. Thus, Sample 6 was manufactured.
【0035】以上のようにして製造したサンプル4〜6
と、マルテンサイト系ステンレス鋼板に撥水性被覆膜の
みを形成して製造した未処理サンプルについて。その撥
水性のめやすである接触角を測定し、さらにこれらのサ
ンプルを350 ℃の炉内に入れ、等温加熱を行い、接触角
の変化を調べた。この結果を図2に示す。各サンプルに
ついて、初期接触角はサンプル4〜6の方が未処理サン
プルよりも大きく、さらに350 ℃での等温加熱により接
触角の低下に差がみられ、サンプル4〜6の方が未処理
サンプルに比較してその低下が小さく、耐熱性も本発明
の方法により著しく向上していることが明らかである。Samples 4 to 6 manufactured as described above
And an untreated sample manufactured by forming only a water-repellent coating film on a martensitic stainless steel sheet. The contact angle, which is a measure of the water repellency, was measured. Further, these samples were placed in a furnace at 350 ° C., heated at an isothermal temperature, and the change in the contact angle was examined. The result is shown in FIG. For each sample, the initial contact angle was larger in samples 4 to 6 than in the untreated sample, and the difference in the contact angle was observed due to the isothermal heating at 350 ° C. Samples 4 to 6 were untreated. It is clear that the decrease is smaller than that of the method of the present invention, and that the heat resistance is significantly improved by the method of the present invention.
【0036】実施例7 pH 4.5の硫酸水溶液にC11H23SO4 - ・Na+ を溶
解し、この3.2 ×10-2モル/リットル溶液を製造した。
この溶液に、表面を脱脂したSUS 340 基板を1分間浸漬
し、超音波をかけ引き上げた後、蒸留水で洗浄し、室温
において乾燥した。得られたサンプルについてその接触
角を測定し、結果を図3に示す。このサンプルは乾燥状
態において100 °程度の接触角を示し、水中に浸漬して
測定してもほぼ同レベルの接触角を示した。また、この
サンプルについて500g/cm2の面圧で乾布によって擦り、
接触角の低下について調べた。この結果を図4に示す。
2000回程度の摩擦では90°程度の接触角を維持してお
り、耐久性が高いことがわかる。[0036] Example 7 pH 4.5 for C 11 H 23 SO 4 in aqueous sulfuric acid - dissolving · Na +, was prepared the 3.2 × 10 -2 mol / l solution.
The SUS 340 substrate whose surface was degreased was immersed in this solution for 1 minute, pulled up by applying ultrasonic waves, washed with distilled water, and dried at room temperature. The contact angle of the obtained sample was measured, and the result is shown in FIG. This sample showed a contact angle of about 100 ° in a dry state, and showed almost the same level of contact angle even when immersed in water and measured. In addition, this sample was rubbed with a dry cloth at a surface pressure of 500 g / cm 2 ,
The decrease in the contact angle was investigated. The result is shown in FIG.
A contact angle of about 90 ° is maintained at about 2000 times of friction, indicating that the durability is high.
【0037】[0037]
【発明の効果】本発明の方法により、鉄系部材表面に水
酸基を付加させるもしくは酸化鉄被覆膜を形成する前処
理を施した後に撥水性被覆膜を形成すると、撥水性及び
耐久性が向上する。また、撥水性被覆層のマトリックス
内に特定の金属をいれることによっても得られる被覆膜
の撥水性及び耐久性が向上する。さらに、長鎖アルキル
の硫酸塩を被覆させることにより、撥水性及び耐久性が
向上する。According to the method of the present invention, when a water-repellent coating film is formed after a hydroxyl group is added to the surface of an iron-based member or pretreatment for forming an iron oxide coating film is performed, water repellency and durability are improved. improves. The water repellency and durability of the coating film obtained by adding a specific metal in the matrix of the water repellent coating layer are also improved. Furthermore, by coating with a long-chain alkyl sulfate, water repellency and durability are improved.
【図1】実施例1〜3において製造したサンプル1〜3
の撥水性及びその耐久性を示すグラフである。FIG. 1 shows samples 1 to 3 manufactured in Examples 1 to 3.
4 is a graph showing the water repellency and durability.
【図2】実施例4〜6において製造したサンプル4〜6
の撥水性及びその耐久性を示すグラフである。FIG. 2 shows samples 4 to 6 manufactured in Examples 4 to 6.
4 is a graph showing the water repellency and durability.
【図3】実施例7において製造したサンプルの撥水性を
示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing water repellency of a sample manufactured in Example 7.
【図4】実施例7において製造したサンプルの耐久性を
示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the durability of a sample manufactured in Example 7.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横石 章司 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自 動車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 18/00 - 18/54 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Shoji Yokoishi 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) C23C 18/00- 18/54
Claims (4)
程、 金属アルコキシドとアルコキシル基の一部がフルオロア
ルキル基により置換されたフルオロアルキル基置換金属
アルコキシドとの混合溶液を前記水酸基を付加した鉄系
部材表面上に塗布し塗膜を形成する工程、及び前記塗膜
を焼成し、被覆膜を形成する工程からなる、鉄系部材に
撥水性被覆膜を形成する方法。1. A step of adding a hydroxyl group to the surface of an iron-based member, wherein a mixed solution of a metal alkoxide and a fluoroalkyl group-substituted metal alkoxide in which a part of an alkoxyl group is substituted with a fluoroalkyl group is mixed with the hydroxyl group. A method of forming a water-repellent coating film on an iron-based member, comprising: a step of forming a coating film by applying the film on a surface of an iron-based member to which iron is added, and a step of forming a coating film by baking the coating film.
u、Mg、Co、Fe、Ti、Zr、V、Sm、Eu、
Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、
Y、Ba、Sr、及びPbから選ばれた少なくとも1種
の金属の酸化物の被覆膜を形成する工程、 金属アルコキシドとアルコキシル基の一部がフルオロア
ルキル基により置換されたフルオロアルキル基置換金属
アルコキシドとの混合溶液を前記金属酸化物の被覆膜上
に塗布し塗膜を形成する工程、及び前記塗膜を焼成し、
被覆膜を形成する工程からなる、鉄系部材に撥水性被覆
膜を形成する方法。2. Mn, Zn, Ni, C on the surface of the iron-based member
u, Mg, Co, Fe, Ti, Zr, V, Sm, Eu,
Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu,
Forming a coating film of an oxide of at least one metal selected from Y, Ba, Sr, and Pb; a fluoroalkyl group-substituted metal in which a part of a metal alkoxide and an alkoxyl group is substituted by a fluoroalkyl group A step of applying a mixed solution with an alkoxide on the coating film of the metal oxide to form a coating film, and baking the coating film,
A method for forming a water-repellent coating film on an iron-based member, comprising a step of forming a coating film.
一部がフルオロアルキル基により置換されたフルオロア
ルキル基置換金属アルコキシドと、Mn、Zn、Ni、
Cu、Mg、Co、Fe、V、Sm、Eu、Gd、T
b、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Ba、S
r、及びPbから選ばれた少なくとも1種の金属のアル
コキシドとの混合溶液を鉄系部材の表面に塗布し塗膜を
形成する工程、及び前記塗膜を焼成し、被覆膜を形成す
る工程からなる、鉄系部材に撥水性被覆膜を形成する方
法。3. A metal alkoxide, a fluoroalkyl-substituted metal alkoxide in which part of an alkoxyl group is substituted by a fluoroalkyl group, and Mn, Zn, Ni,
Cu, Mg, Co, Fe, V, Sm, Eu, Gd, T
b, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Ba, S
a step of applying a mixed solution with an alkoxide of at least one metal selected from r and Pb to the surface of the iron-based member to form a coating film, and baking the coating film to form a coating film Forming a water-repellent coating film on an iron-based member.
2×10-1〜10-3M/L溶解した溶液を鉄系部材に塗布
し、乾燥することからなる、鉄系部材に撥水性被覆膜を
形成する方法。Wherein the following formula in an aqueous solution of sulfuric acid pH3~5 C n H 2n + 1 SO 4 - · Na + ( in the above formula, n a is 7-15) surfactant 2 × 10 represented by A method for forming a water-repellent coating film on an iron-based member, comprising applying a solution in which -1 to 10 -3 M / L is dissolved to an iron-based member and drying the solution.
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|---|---|---|---|
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