JP7565533B2 - Method for producing a composite having a metal film formed on a substrate and the composite - Google Patents
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Description
本発明は、剥離耐性に優れた金属膜を基材上に簡便に形成する方法、および剥離耐性に優れた金属膜が基材上に形成された複合体に関するものである。 The present invention relates to a method for easily forming a metal film having excellent peel resistance on a substrate, and a composite in which a metal film having excellent peel resistance is formed on a substrate.
基材上に金属膜を形成する技術は、様々な技術分野で利用されてきた。例えば回路基板は、基板上に銅箔を接着剤で貼り付け、銅箔をエッチングして回路を形成することにより製造されている。しかし、例えば基板または銅箔と接着剤との親和性が低い場合には、接着剤を用いる方法では金属膜が剥離するおそれがある。 The technology of forming a metal film on a substrate has been used in a variety of technical fields. For example, a circuit board is manufactured by attaching copper foil to a substrate with an adhesive and then etching the copper foil to form a circuit. However, if the adhesive has low affinity with the substrate or copper foil, there is a risk that the metal film will peel off when using an adhesive.
接着剤を使わずに基材上に金属膜を形成する技術としては、スパッタリングがある。スパッタリングは、真空中でArガス等の不活性ガスを導入し、成膜材料からなるターゲットにマイナスの電圧を印加してグロー放電を発生させ、不活性ガス原子をイオン化し、高速でターゲットの表面に衝突させてターゲットを構成する成膜材料の粒子を激しく弾き出し、基材の表面に付着させて金属膜を形成する技術である。しかしスパッタリングは、実施コストが高いことに加えて、真空中で行う必要があることから大きな構造物への適用やin situでの実施は難しい。 Sputtering is a technique for forming a metal film on a substrate without using adhesives. Sputtering involves introducing an inert gas such as Ar gas into a vacuum, applying a negative voltage to a target made of the film-forming material to generate a glow discharge, ionizing the inert gas atoms, which collide with the surface of the target at high speed to violently eject particles of the film-forming material that make up the target, which then adhere to the surface of the substrate to form a metal film. However, sputtering is expensive to implement, and must be performed in a vacuum, making it difficult to apply to large structures or to perform in situ.
例えば港湾施設や海上の空港施設などを構成するコンクリートは、海水などに対する防食のため、表面をチタン膜で被覆し、内部の鉄筋に防食電流を供給することが行われている(特許文献1等)。しかし施設を構成する巨大なコンクリートの表面をスパッタリングにより金属で被覆することは実質的に不可能であるといえる。よって、コンクリート建材などを金属で被覆するには、一般的に、溶射法が用いられている(特許文献2等)。 For example, the surface of concrete used in port facilities and offshore airport facilities is coated with a titanium film to protect it from corrosion by seawater, and an anticorrosive current is supplied to the reinforcing steel bars inside (Patent Document 1, etc.). However, it is practically impossible to coat the surface of the huge concrete that makes up the facility with metal by sputtering. Therefore, to coat concrete building materials with metal, a thermal spraying method is generally used (Patent Document 2, etc.).
また、下水中には硫化水素、硫黄、チオ硫酸イオンなどを酸化して硫酸を産生するチオバチルス属細菌が存在する場合があり、コンクリート製の下水管などを腐食させる原因となる。そこで、抗菌性金属イオンを担持した無機粉末を含有する耐蝕性ヒューム管が提案されている(特許文献3)。しかし、単に抗菌性金属イオンを原料セメントに練り込むのみでは抗菌性が十分に発揮されないおそれがあるし、抗菌性金属イオンの割合を高めれば強度が低下するおそれがある。よって、下水管などにおいても、表面を抗菌性金属で被覆することが望ましい。 In addition, sewage may contain Thiobacillus bacteria that oxidize hydrogen sulfide, sulfur, and thiosulfate ions to produce sulfuric acid, which can cause corrosion of concrete sewer pipes and the like. For this reason, a corrosion-resistant Hume pipe containing an inorganic powder carrying antibacterial metal ions has been proposed (Patent Document 3). However, simply mixing antibacterial metal ions into the raw cement may not fully exert the antibacterial properties, and increasing the proportion of antibacterial metal ions may result in a decrease in strength. Therefore, it is desirable to coat the surfaces of sewer pipes and the like with antibacterial metal.
上述した様に、特にコンクリート建材などを金属で被覆するには、一般的に溶射法が用いられている。しかしコンクリート建材などは多孔質であり、溶射金属は細孔内に侵入し難い。よって、溶射法で形成された金属膜のコンクリート建材などに対する剥離耐性は低いといわざるを得ない。
そこで本発明は、剥離耐性に優れた金属膜を基材上に簡便に形成する方法と、本発明で製造され、剥離耐性の高い金属膜を表面に有する複合体を提供することを目的とする。
As mentioned above, the thermal spraying method is generally used to coat concrete building materials with metal. However, concrete building materials are porous, and the sprayed metal does not easily penetrate into the pores. Therefore, it must be said that the peel resistance of the metal film formed by the thermal spraying method is low for concrete building materials.
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for simply forming a metal film having excellent peeling resistance on a substrate, and a composite produced by the present invention and having a metal film having high peeling resistance on its surface.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、金属キレート錯体溶液を基材に塗布して熱処理すれば、当然に金属酸化物膜が形成されると予想していたが、意外にも形成された膜は金属光沢を有し、膜を分析したところほぼ金属で形成されていることを見出して、本発明を完成した。
以下、本発明を示す。
The present inventors have conducted extensive research to solve the above problems. As a result, although it was expected that a metal oxide film would be formed by applying a metal chelate complex solution to a substrate and then heat-treating the substrate, they unexpectedly found that the formed film had a metallic luster and that, upon analysis, the film was composed almost entirely of metal, leading to the completion of the present invention.
The present invention will now be described.
[1] 基材上に金属膜が形成された複合体の製造方法であって、
Cdよりイオン化傾向が小さい金属成分とキレート剤とを含む金属キレート錯体溶液を前記基材に塗布する工程、および、
前記基材の前記金属キレート錯体溶液を塗布した部分を熱処理する工程を含むことを特徴とする方法。
[2] 前記金属キレート錯体溶液が更に界面活性剤を含む上記[1]に記載の方法。
[3] 前記基材がセメント硬化体である上記[1]または[2]に記載の方法。
[4] 金属成分がCuまたはNiである上記[1]~[3]のいずれかに記載の方法。
[5] 前記キレート剤がアミノカルボン酸系キレート剤である上記[1]~[4]のいずれかに記載の方法。
[6] 前記アミノカルボン酸系キレート剤が、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、およびニトリロ三酢酸から選ばれる少なくとも1種である上記[5]に記載の方法。
[7] 基材と金属膜層を含み、
前記基材がセメント硬化体であり、
前記金属膜層を構成する金属成分のイオン化傾向がCdよりも小さく、
前記基材と前記金属膜層の界面よりも前記基材側に前記金属成分が存在することを特徴とする複合体。
[1] A method for producing a composite in which a metal film is formed on a substrate, comprising the steps of:
applying a metal chelate complex solution containing a metal component having a smaller ionization tendency than Cd and a chelating agent to the substrate; and
the step of heat treating the portion of the substrate having the metal chelate complex solution applied thereto.
[2] The method according to the above [1], wherein the metal chelate complex solution further contains a surfactant.
[3] The method according to the above [1] or [2], wherein the substrate is a hardened cement body.
[4] The method according to any one of the above [1] to [3], wherein the metal component is Cu or Ni.
[5] The method according to any one of the above [1] to [4], wherein the chelating agent is an aminocarboxylic acid chelating agent.
[6] The method according to the above [5], wherein the aminocarboxylic acid chelating agent is at least one selected from the group consisting of ethylenediaminetetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid, and nitrilotriacetic acid.
[7] A substrate and a metal film layer,
The substrate is a hardened cement body,
the ionization tendency of the metal component constituting the metal film layer is smaller than that of Cd;
A composite, characterized in that the metal component is present on the substrate side relative to the interface between the substrate and the metal film layer.
本発明方法によれば、基材表面に金属膜を簡便に形成することが可能であり、コンクリート建材など巨大な基材も処理でき、in situでの処理も可能である。また、本発明方法では、溶射法のように溶融金属ではなく、金属キレート錯体溶液を用いるため、多孔質基材の細孔内に金属を充填することも可能であることから、多孔質の基材の表面にも剥離耐性に優れた金属膜を形成することができる。よって本発明に係る複合体は、耐食性に優れる建材などとして、産業上非常に優れている。 According to the method of the present invention, it is possible to easily form a metal film on the surface of a substrate, and it is possible to treat large substrates such as concrete building materials, and also to perform in situ treatment. In addition, since the method of the present invention uses a metal chelate complex solution instead of molten metal as in the thermal spraying method, it is also possible to fill the pores of a porous substrate with metal, and therefore a metal film with excellent peel resistance can be formed on the surface of a porous substrate. Therefore, the composite of the present invention is extremely useful industrially as a building material with excellent corrosion resistance.
本発明は、基材上に金属膜が形成された複合体の製造方法に関するものである。本発明に係る複合体の製造方法は、Cdよりイオン化傾向が小さい金属成分とキレート剤とを含む金属キレート錯体溶液を基材に塗布する工程、および、前記基材の前記金属キレート錯体溶液を塗布した部分を熱処理する工程を含む。以下、本発明方法を工程毎に説明するが、本発明は以下の具体例に限定されるものではない。 The present invention relates to a method for producing a composite in which a metal film is formed on a substrate. The method for producing a composite according to the present invention includes a step of applying a metal chelate complex solution containing a metal component having a smaller ionization tendency than Cd and a chelating agent to a substrate, and a step of heat treating the portion of the substrate to which the metal chelate complex solution is applied. Below, the method of the present invention will be described step by step, but the present invention is not limited to the following specific examples.
1.塗布工程
本工程では、Cdよりイオン化傾向が小さい金属成分とキレート剤とを含む金属キレート錯体溶液を基材に塗布する。
1. Coating Step In this step, a metal chelate complex solution containing a metal component having a smaller ionization tendency than Cd and a chelating agent is coated onto a substrate.
イオン化傾向は、主に水溶液中で元素からイオンへのなり易さを表す相対的な指標であり、イオン化傾向が小さいほど標準電極電位E゜の値は大きくなる。CdのE°は-0.4025Vであり、本発明では、E°の値がこれよりも高い金属成分を用いる。Cdよりイオン化傾向が小さい金属成分としては、例えば、イオン化傾向の大きいものから、Co、Ni、Sn、Pb、Sb、Bi、Cu、Hg、Ag、Pd、Ir、Pt、Auが挙げられる。なお、CoのE°は-0.277Vである。 Ionization tendency is a relative index that indicates the ease with which an element becomes ions, mainly in an aqueous solution; the smaller the ionization tendency, the larger the standard electrode potential E° value. The E° of Cd is -0.4025 V, and in the present invention, metal components with E° values higher than this are used. Examples of metal components with lower ionization tendency than Cd include, in order of increasing ionization tendency, Co, Ni, Sn, Pb, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Ir, Pt, and Au. The E° of Co is -0.277 V.
基材表面に形成された金属膜は、電極として利用できる。例えばセメント硬化体の表面に金属膜を形成し、電圧を印加すれば、金属膜は耐食性コーティングとして作用する。更に、金属元素は、その有用性から選択することができる。例えば、NiやCuは抗菌作用を示し、コスト面からCuがより好ましい。金属元素は、1種のみ用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The metal film formed on the surface of the substrate can be used as an electrode. For example, if a metal film is formed on the surface of a hardened cement body and a voltage is applied, the metal film acts as a corrosion-resistant coating. Furthermore, the metal element can be selected based on its usefulness. For example, Ni and Cu have antibacterial properties, and Cu is more preferable from the standpoint of cost. Only one type of metal element may be used, or two or more types may be used in combination.
キレート剤は、金属成分とキレートを形成してその溶解度を改善できるものであれば特に限定されず、例えば、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、エチレンジアミン二酢酸、1,2-ジアミノプロパン四酢酸、1,3-ジアミノプロパン四酢酸、ヘキサメチレンジアミン四酢酸、1,2-シクロヘキサンジアミン四酢酸、ジアミノプロパノール四酢酸、ヒドロキシエチレンジアミン三酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、エチレンジアミンジ(o-ヒドロキシフェニル)酢酸、イミノ二酢酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、ニトリロ三酢酸、メチルグリシン二酢酸、エチレンジアミン二プロピオン酸、ニトリロ三プロピオン酸、エチレンジアミン二こはく酸、1,3-ジアミノプロパン二こはく酸、グルタミン酸-N,N-二酢酸、アスパラギン酸-N,N-二酢酸等のアミノカルボン酸系キレート剤;ヒドロキシエチリデンジホスホン酸、ニトリロトリスメチレンホスホン酸、エチレンジアミンテトラメチレンホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸、2-ホスホノ-1,2,4-ブタントリカルボン、ホスホノヒドロキシ酢酸、ヒドロキシエチルジメチレンホスホン酸等のホスホン酸系キレート剤;グルコン酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸等のヒドロキシカルボン酸系キレート剤等を用いることができる。 The chelating agent is not particularly limited as long as it can form a chelate with the metal component to improve its solubility, and examples of the chelating agent include ethylenediaminetetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid, ethylenediaminediacetic acid, 1,2-diaminopropanetetraacetic acid, 1,3-diaminopropanetetraacetic acid, hexamethylenediaminetetraacetic acid, 1,2-cyclohexanediaminetetraacetic acid, diaminopropanoltetraacetic acid, hydroxyethylenediaminetriacetic acid, glycol ether diaminetetraacetic acid, ethylenediaminedi(o-hydroxyphenyl)acetic acid, iminodiacetic acid, hydroxyethyliminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid, methylglycinediacetic acid, ethylenediamine ... Examples of the chelating agents that can be used include aminocarboxylic acid chelating agents such as propionic acid, nitrilotripropionic acid, ethylenediaminedisuccinic acid, 1,3-diaminopropanedisuccinic acid, glutamic acid-N,N-diacetic acid, and aspartic acid-N,N-diacetic acid; phosphonic acid chelating agents such as hydroxyethylidene diphosphonic acid, nitrilotrismethylenephosphonic acid, ethylenediaminetetramethylenephosphonic acid, diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid, 2-phosphono-1,2,4-butanetricarboxylic acid, phosphonohydroxyacetic acid, and hydroxyethyldimethylenephosphonic acid; and hydroxycarboxylic acid chelating agents such as gluconic acid, citric acid, tartaric acid, and malic acid.
キレート剤は水溶性であることが好ましい。キレート剤は、1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、後段の熱処理工程で容易に熱分解され易い点から、アミノカルボン酸系キレート剤を用いることが好ましい。好ましいアミノカルボン酸系キレート剤としては、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸、およびニトリロ三酢酸が挙げられ、エチレンジアミン四酢酸がより好ましい。これらのキレート剤は、低価格であり入手が容易であるとともに、これらキレート剤から形成される金属キレート錯体溶液は、金属成分を安定して溶解し、澄明な金属キレート錯体溶液を容易に調製することができる。 The chelating agent is preferably water-soluble. Only one type of chelating agent may be used, or two or more types may be used in combination. Among these, it is preferable to use an aminocarboxylic acid-based chelating agent, since it is easily thermally decomposed in the subsequent heat treatment process. Preferred aminocarboxylic acid-based chelating agents include ethylenediaminetetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid, and nitrilotriacetic acid, and ethylenediaminetetraacetic acid is more preferable. These chelating agents are inexpensive and easy to obtain, and the metal chelate complex solutions formed from these chelating agents stably dissolve metal components, making it easy to prepare clear metal chelate complex solutions.
金属キレート錯体溶液の溶媒としては、コストや取扱性の観点から、水や、水混和性有機溶媒と水との混合溶媒が好ましい。水混和性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒が挙げられる。金属キレート錯体溶液の溶媒は少なくとも水を含むことが好ましく、例えば溶媒中の水の濃度が50質量%以上であることが好ましく、70質量%以上がより好ましく、90質量%以上または95質量%以上がより更に好ましい。溶媒としては、低環境負荷の観点から実質的に水のみを用いることが特に好ましく、従って、金属キレート錯体溶液は金属キレート錯体水溶液であることが好ましい。 From the viewpoint of cost and ease of handling, the solvent for the metal chelate complex solution is preferably water or a mixed solvent of a water-miscible organic solvent and water. Examples of water-miscible organic solvents include alcohol-based solvents such as methanol, ethanol, and isopropanol. The solvent for the metal chelate complex solution preferably contains at least water, and for example, the concentration of water in the solvent is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and even more preferably 90% by mass or more or 95% by mass or more. From the viewpoint of low environmental load, it is particularly preferable to use substantially only water as the solvent, and therefore the metal chelate complex solution is preferably an aqueous metal chelate complex solution.
金属キレート錯体溶液中の金属成分の含有量は、キレート剤により十分に溶解するよう調整することが好ましい。例えば、0.1質量%以上、15質量%以下とすることができ、10質量%以下が好ましい。金属キレート錯体溶液中のキレート剤の含有量は、金属成分に対してキレート配位する理論量以上となることが好ましく、金属成分の金属イオン量1モルに対して1.0倍モル以上、1.5倍モル以下含まれるようにすることが好ましい。金属キレート錯体溶液中の金属キレート錯体の濃度は、例えば1質量%以上、60質量%以下とすることができ、10質量%以上、40質量%以下が好ましい。 The content of the metal component in the metal chelate complex solution is preferably adjusted so that it is sufficiently dissolved by the chelating agent. For example, it can be 0.1 mass% or more and 15 mass% or less, and 10 mass% or less is preferable. The content of the chelating agent in the metal chelate complex solution is preferably equal to or more than the theoretical amount of chelate coordination with the metal component, and is preferably 1.0 times or more and 1.5 times or less per mole of the metal ion amount of the metal component. The concentration of the metal chelate complex in the metal chelate complex solution can be, for example, 1 mass% or more and 60 mass% or less, and 10 mass% or more and 40 mass% or less is preferable.
金属キレート錯体溶液は、金属元素とキレート剤の他に添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、特に制限されないが、界面活性剤や粘度調整剤が挙げられる。 The metal chelate complex solution may contain additives in addition to the metal element and the chelating agent. Examples of additives include, but are not limited to, surfactants and viscosity modifiers.
界面活性剤により金属キレート錯体溶液の表面張力が低下し、例えば基材が多孔質なものである場合に金属キレート錯体溶液が界面活性剤を含むと、細孔内にもより容易に金属キレート錯体溶液が浸入でき、結果として細孔内にも金属が存在し、基材に対する金属膜層の剥離耐性が高まる。 The surfactant reduces the surface tension of the metal chelate complex solution. For example, if the substrate is porous and the metal chelate complex solution contains a surfactant, the metal chelate complex solution can more easily penetrate into the pores, resulting in the metal being present in the pores and increasing the peel resistance of the metal film layer to the substrate.
界面活性剤としては、非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤を特に制限なく用いることができるが、セメント硬化体などの多孔質基材に対する親和性から、非イオン界面活性剤が好ましい。非イオン界面活性剤は、特に制限されないが、例えばアセチレン系界面活性剤、ポリアルキレングリコール型非イオン界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などが挙げられる。 As the surfactant, nonionic surfactants, anionic surfactants, cationic surfactants, and amphoteric surfactants can be used without any particular restriction, but nonionic surfactants are preferred due to their affinity to porous substrates such as hardened cement bodies. There are no particular restrictions on the nonionic surfactant, but examples include acetylene-based surfactants, polyalkylene glycol-type nonionic surfactants, and silicone-based surfactants.
粘度調整剤は、主に金属キレート錯体溶液の粘度を高めて液だれを抑制するためのものであり、例えば、多糖類、ポリエチレングリコールやアクリルポリマー等のポリマー、アマイド等が挙げられる。 Viscosity adjusters are primarily used to increase the viscosity of the metal chelate complex solution to prevent dripping, and examples of such agents include polysaccharides, polymers such as polyethylene glycol and acrylic polymers, and amides.
金属キレート錯体溶液は、少なくとも金属元素を含む金属化合物とキレート剤を溶媒に溶解することにより調製することができる。或いは、金属元素のキレート錯体を溶媒に溶解することにより、金属キレート錯体溶液を調製してもよい。 The metal chelate complex solution can be prepared by dissolving at least a metal compound containing a metal element and a chelating agent in a solvent. Alternatively, the metal chelate complex solution may be prepared by dissolving a chelate complex of a metal element in a solvent.
金属元素を含む金属化合物としては、酸化物、水酸化物、塩化物塩や臭化物塩などのハロゲン化物塩、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、ケイ酸塩などを用いることができる。これらの中でも、金属酸化物、金属水酸化物、金属炭酸塩、金属硝酸塩を使用することが好ましい。これらの金属化合物を用いて金属キレート錯体溶液を調製することにより、塗布工程と熱処理工程によって形成された金属膜中に不要な元素が混入することを抑えることができる。 Metal compounds containing metal elements can include oxides, hydroxides, halide salts such as chlorides and bromides, carbonates, nitrates, sulfates, phosphates, borates, silicates, etc. Among these, it is preferable to use metal oxides, metal hydroxides, metal carbonates, and metal nitrates. By preparing a metal chelate complex solution using these metal compounds, it is possible to prevent unnecessary elements from being mixed into the metal film formed by the coating process and heat treatment process.
金属キレート錯体溶液を調製する際に用いるキレート剤としては、上記に説明したキレート剤の遊離酸タイプやその塩を使用することができる。キレート剤の塩としては、アンモニウム塩またはアミン塩を用いることが好ましい。このようなキレート剤を用いれば、熱処理工程でアンモニウムイオンやアミン成分が容易に分解されて、金属膜中に不要な元素が混入することを抑えることができる。 As the chelating agent used in preparing the metal chelate complex solution, the free acid type of the chelating agent described above or its salt can be used. As the salt of the chelating agent, it is preferable to use an ammonium salt or an amine salt. If such a chelating agent is used, the ammonium ion or amine component is easily decomposed during the heat treatment process, and it is possible to prevent unwanted elements from being mixed into the metal film.
キレート剤の価数とキレートされる金属イオンの価数とが等しくない場合は、金属キレート錯体が電気的に中性となるようカチオンまたはアニオンを添加してもよい。カチオンとしては、アンモニウムイオンや、第四級アンモニウムカチオンが挙げられる。アニオンとしては、硝酸イオンや、塩化物イオンや臭化物イオン等のハロゲン化物イオンが挙げられるが、金属膜に残留し難いことから硝酸イオンが好ましい。 When the valence of the chelating agent is not equal to the valence of the metal ion to be chelated, a cation or anion may be added so that the metal chelate complex is electrically neutral. Examples of the cation include ammonium ions and quaternary ammonium cations. Examples of the anion include nitrate ions and halide ions such as chloride ions and bromide ions, but nitrate ions are preferred because they are less likely to remain in the metal film.
金属キレート錯体溶液を調製する際の温度は、溶媒の融点以上沸点以下であれば特に限定されないが、20℃以上が好ましく、35℃以上がより好ましく、50℃以上がさらに好ましく、また80℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましい。キレート剤や金属キレート錯体が完全に溶解しない場合には、アンモニアやアミン等を加えて完全溶解させることが好ましい。 The temperature when preparing the metal chelate complex solution is not particularly limited as long as it is above the melting point and below the boiling point of the solvent, but is preferably 20°C or higher, more preferably 35°C or higher, even more preferably 50°C or higher, and preferably 80°C or lower, more preferably 70°C or lower. If the chelating agent or metal chelate complex does not dissolve completely, it is preferable to add ammonia, amine, etc. to completely dissolve them.
金属キレート錯体を金属キレート錯体溶液の原料として用いる場合は、上記のように調製した金属キレート錯体溶液から金属キレート錯体を固体として析出させ、これを金属キレート錯体溶液の原料として用いればよい。金属キレート錯体の析出は、金属キレート錯体溶液への貧溶媒の添加、金属キレート錯体溶液の加熱、濃縮、冷却などにより行えばよく、必要に応じて、濾別、乾燥、洗浄、再結晶などの処理を更に施してもよい。 When the metal chelate complex is used as a raw material for the metal chelate complex solution, the metal chelate complex is precipitated as a solid from the metal chelate complex solution prepared as described above, and this is used as a raw material for the metal chelate complex solution. The precipitation of the metal chelate complex can be carried out by adding a poor solvent to the metal chelate complex solution, or by heating, concentrating, or cooling the metal chelate complex solution, and further treatments such as filtration, drying, washing, and recrystallization may be carried out as necessary.
金属キレート錯体溶液を塗布する基材は、後段の熱処理工程で加熱されても変質や変形しない程度に十分な熱耐性を有するものであれば特に限定されず、主に無機物から構成されることが好ましい。そのような観点から、基材としては、セメント硬化体、鉱物、セラミック、金属が好ましく用いられる。基材は、構造物などの不動産であってもよく、土管や建材などであってもよい。不動産の基材としては、例えば、トンネル、地下街、港湾などの構造物の壁や天井、ビル等の建築物の壁や天井、道路、橋梁、崖などが挙げられる。 The substrate to which the metal chelate complex solution is applied is not particularly limited as long as it has sufficient heat resistance so that it will not be altered or deformed even when heated in the subsequent heat treatment process, and is preferably composed mainly of inorganic materials. From this perspective, hardened cement, minerals, ceramics, and metals are preferably used as substrates. The substrate may be real estate such as a structure, or may be a clay pipe or building material. Examples of substrates for real estate include the walls and ceilings of structures such as tunnels, underground shopping malls, and ports, the walls and ceilings of buildings such as buildings, roads, bridges, and cliffs.
セメントは、主に酸化カルシウム(CaO)、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、および酸化鉄(III)(Fe2O3)を主成分とするものであり、セメントのうちポルトランドセメントは、ケイ酸三カルシウム(エーライト,3CaO・SiO2)、ケイ酸二カルシウム(ビーライト,2CaO・SiO2)、カルシウムアルミネート(アルミネート,3CaO・Al2O3)、カルシウムアルミノフェライト(フェライト,4CaO・Al2O3・Fe2O3)、および硫酸カルシウム(石膏,CaSO3・2H2O)を含む。セメントは、酸化カルシウムが水酸化カルシウムになったり、その他の成分が水和物になることによる化学反応により硬化する。セメントには、ポルトランドセメントの他、ポルトランドセメントに加えて高炉スラグ、フライアッシュ、またはシリカ質混合材を混合した混合セメントがある。モルタルは、細骨材である砂とセメントと水とを練り混ぜて硬化させたものであり、コンクリートは、砂、砂利、水などをセメントで凝固させた硬化物である。セメントは上記の通り水和反応により硬化し、反応に関与しない水分は揮発するため、一般的なセメント硬化体は多孔質である。 Cement is mainly composed of calcium oxide (CaO), silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and iron (III) oxide (Fe 2 O 3 ). Portland cement contains tricalcium silicate (alite, 3CaO·SiO 2 ), dicalcium silicate (belite, 2CaO·SiO 2 ), calcium aluminate (aluminate, 3CaO·Al 2 O 3 ), calcium aluminoferrite (ferrite, 4CaO·Al 2 O 3 ·Fe 2 O 3 ), and calcium sulfate (gypsum, CaSO 3 ·2H 2 O). Cement hardens by chemical reactions in which calcium oxide becomes calcium hydroxide and other components become hydrates. In addition to Portland cement, there are also blended cements that are made by mixing Portland cement with blast furnace slag, fly ash, or siliceous admixtures. Mortar is made by mixing fine aggregate sand, cement, and water and hardening it, while concrete is a hardened product made by solidifying sand, gravel, water, etc. with cement. As mentioned above, cement hardens through the hydration reaction, and water that is not involved in the reaction evaporates, so general hardened cement bodies are porous.
セメント硬化体は、上記の通り水和により硬化したものであることから、水、特に海水により劣化する傾向があり、また、水酸化カルシウムを含むことから酸により劣化する傾向がある。しかし本発明方法によれば、セメント硬化体基材の一部または全部の表面を金属膜で被覆できることから、セメント硬化体の耐性を高めることができる。 As described above, hardened cement bodies are hardened by hydration and therefore tend to deteriorate when exposed to water, particularly seawater, and because they contain calcium hydroxide, they also tend to deteriorate when exposed to acid. However, according to the method of the present invention, part or all of the surface of the hardened cement body substrate can be coated with a metal film, thereby increasing the resistance of the hardened cement body.
鉱物としては、大理石などの石灰石、硅石、大谷石などが挙げられる。セラミックとしては、アルミナ、ジルコニア、チタン酸バリウム、シリカなどの金属酸化物;ハイドロキシアパタイト等の金属水酸化物;炭化ケイ素などの金属炭化物;窒化ケイ素などの金属窒化物が挙げられる。基材を構成する金属としては、金属膜を形成する金属以外の金属が挙げられる。例えば、鉄;炭素鋼、ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼、マンガンモリブデン鋼などの鉄合金;ジュラルミン等のアルミ合金;ハステロイやモネル等のニッケル合金などが挙げられる。 Minerals include limestone such as marble, silica, and Oya stone. Ceramics include metal oxides such as alumina, zirconia, barium titanate, and silica; metal hydroxides such as hydroxyapatite; metal carbides such as silicon carbide; and metal nitrides such as silicon nitride. Metals constituting the substrate include metals other than those that form metal films. For example, iron; iron alloys such as carbon steel, stainless steel, chromium molybdenum steel, and manganese molybdenum steel; aluminum alloys such as duralumin; and nickel alloys such as Hastelloy and Monel.
金属キレート錯体溶液の基材への塗布方法は特に限定されず、例えば塗料による塗装のように刷毛やローラーを用いた塗布や、スプレー塗布などを採用することができる。また、基材の大きさによっては、ディップ法やスピンコート法による塗布も可能である。 The method of applying the metal chelate complex solution to the substrate is not particularly limited, and can be, for example, application using a brush or roller as in the case of painting with paint, or spray application. Depending on the size of the substrate, application by the dipping method or spin coating method is also possible.
金属キレート錯体溶液は基材の表面の全部に塗布してもよく、一部のみに塗布してもよい。また、2種以上の金属キレート錯体溶液を用いそれぞれ異なる部分に塗布することにより、塗布部分の意匠性を高めてもよい。更に、金属膜の所望の膜厚によっては、金属キレート錯体溶液の塗布と乾燥を複数回繰り返したり、粘度の高い金属キレート錯体溶液を厚く塗ること等により、金属キレート錯体の塗膜厚さを厚くすることも可能である。 The metal chelate complex solution may be applied to the entire surface of the substrate, or to only a portion of the surface. Two or more types of metal chelate complex solutions may be used and applied to different portions of the substrate to enhance the design of the applied portions. Furthermore, depending on the desired thickness of the metal film, it is possible to increase the thickness of the metal chelate complex coating by repeating the application and drying of the metal chelate complex solution multiple times, or by applying a thick layer of a highly viscous metal chelate complex solution.
金属キレート錯体溶液を基材表面に塗布した後の乾燥条件は、主に金属錯体キレート溶液の溶媒に応じて適宜調整すればよい。例えば、40℃以上、80℃以下程度で5分間以上、1時間以下加熱してもよい。或いは、塗膜が乾燥するまで、常温で放置してもよい。 The drying conditions after applying the metal chelate complex solution to the substrate surface may be adjusted as appropriate, mainly depending on the solvent of the metal complex chelate solution. For example, the substrate may be heated at 40°C or higher and 80°C or lower for 5 minutes or longer and 1 hour or shorter. Alternatively, the substrate may be left at room temperature until the coating film is dry.
2.熱処理工程
本工程では、基材の金属キレート錯体溶液を塗布した部分を熱処理することにより、金属膜を形成する。より詳しくは、金属キレート錯体溶液の塗布部分を加熱することにより、キレート剤や界面活性剤などの有機成分を熱分解して除去し、且つ、おそらく本発明ではイオン化傾向が比較的低い金属成分を用いるため、金属酸化物ではなく金属の膜が形成される。
2. Heat Treatment Step In this step, the portion of the substrate coated with the metal chelate complex solution is heat treated to form a metal film. More specifically, the portion coated with the metal chelate complex solution is heated to thermally decompose and remove organic components such as chelating agents and surfactants, and a metal film is formed instead of a metal oxide film, probably because the metal components used in the present invention have a relatively low ionization tendency.
本工程の温度は、有機成分が熱分解される範囲で調整する。例えば、1000℃以上、3500℃以下とすることができる。当該温度としては、1200℃以上が好ましく、1300℃以上がより好ましい。加熱には、例えば燃焼性ガスを燃焼させて得られる炎を用いることができる。燃焼性ガスとしては、特に制限はなく、例えば水素、アセチレン、プロパン、ブタン等を用いることができる。なお、本発明者らは、当初、金属膜の形成には還元性を有する水素炎での加熱が必要であると考えていたが、本発明方法によれば、アセチレン炎やブタン炎でも金属膜を形成することが可能である。また、熱処理時間も適宜調整すべきであり、例えば、金属膜の形成が認められれば、金属酸化物への酸化を防ぐために加熱処理を停止すべきである。金属膜の形成は、金属イオンからの変色や、金属特有の光沢の発現などにより確認することができる。 The temperature of this step is adjusted within a range in which the organic components are thermally decomposed. For example, it can be 1000°C or higher and 3500°C or lower. The temperature is preferably 1200°C or higher, and more preferably 1300°C or higher. For example, a flame obtained by burning a combustible gas can be used for heating. There is no particular limitation on the combustible gas, and for example, hydrogen, acetylene, propane, butane, etc. can be used. The inventors initially thought that heating with a hydrogen flame, which has reducing properties, was necessary to form a metal film, but according to the method of the present invention, it is possible to form a metal film with an acetylene flame or a butane flame. In addition, the heat treatment time should be appropriately adjusted. For example, if the formation of a metal film is observed, the heat treatment should be stopped to prevent oxidation to a metal oxide. The formation of a metal film can be confirmed by discoloration from metal ions or the appearance of a luster unique to metals.
熱処理は、火炎ではなくレーザーを用いて行ってもよい。レーザーとは、指向性(直進性)、単色性および可干渉性を有する光であり、レーザーを対象物に照射することにより対象物の表面温度を急激に高めることができ、加工が可能になる。本発明においては、金属キレート錯体溶液を塗布した部分にレーザー光を照射し、表面温度を上記範囲に調節することにより、反応を進行させる。使用するレーザーは、金属膜を形成できる範囲で適宜選択すればよいが、例えば、レーザー加工に汎用されるYAGレーザーやCO2レーザーを用いることができる。 The heat treatment may be performed using a laser instead of a flame. A laser is a light having directionality (straightness), monochromaticity, and coherence, and by irradiating a target with a laser, the surface temperature of the target can be rapidly increased, making it possible to process the target. In the present invention, the reaction is caused to proceed by irradiating the part coated with the metal chelate complex solution with laser light and adjusting the surface temperature to the above range. The laser to be used may be appropriately selected within a range in which a metal film can be formed, and for example, a YAG laser or a CO2 laser that is commonly used for laser processing can be used.
レーザーの照射条件は、金属キレート錯体溶液を塗布した部分に金属膜が形成される範囲で調節すればよい。例えば、照射レーザーのエネルギーが高いほど熱処理時間は短縮できるが、形成された金属膜が損傷するほど高エネルギーのレーザーを用いることは好ましくない。具体的には、例えば、1.06μmや10.6μmといった比較的長波長で、0.01msec以上、1msec以下程度の比較的低エネルギーのレーザーを用い、パルス数を1pps以上、100pps以下程度にすることが好ましい。また、レーザーの照射時間は、塗布面が金属光沢を帯びるまでとすればよい。 The laser irradiation conditions may be adjusted so that a metal film is formed on the area where the metal chelate complex solution is applied. For example, the higher the energy of the irradiated laser, the shorter the heat treatment time can be, but it is not preferable to use a laser with such high energy that it damages the formed metal film. Specifically, it is preferable to use a relatively long wavelength, such as 1.06 μm or 10.6 μm, a relatively low energy laser with a pulse rate of 0.01 msec or more and 1 msec or less, and a pulse rate of 1 pps or more and 100 pps or less. The laser irradiation time may be until the coated surface acquires a metallic luster.
基材は、炎中または炎がのびる先に設置することが好ましい。炎を形成するバーナーから基材までの距離は、例えば30mm以上、300mm以下の範囲で調整すればよい。熱処理工程は、基材および/またはバーナーを10mm/秒以上、200mm/秒以下の相対速度(互いに対する相対速度)で移動させながら基材を炎で炙ることが好ましく、これにより基材の破損や劣化を防ぎつつ、基材表面に金属膜を好適に形成しやすくなる。このように基材および/またはバーナーを移動させる場合、基材を炎で炙る処理は1回のみ行ってもよく、複数回行ってもよい。後者の場合、例えば基材および/またはバーナーを往復移動させながら、基材を炎で炙ることが簡便である。レーザーを用いる場合には、例えば、塗布面に付与されるエネルギー量や照射面積が適切なものとなるよう、レーザー加工機の集光系と塗布面との距離を調整することが好ましい。 The substrate is preferably placed in the flame or at the end of the flame. The distance from the burner that forms the flame to the substrate may be adjusted, for example, in the range of 30 mm or more and 300 mm or less. In the heat treatment process, the substrate is preferably burned with a flame while the substrate and/or the burner are moved at a relative speed (relative speed to each other) of 10 mm/sec or more and 200 mm/sec or less, which makes it easier to form a metal film on the substrate surface in a suitable manner while preventing damage or deterioration of the substrate. When the substrate and/or the burner are moved in this way, the process of burning the substrate with a flame may be performed only once or may be performed multiple times. In the latter case, for example, it is convenient to burn the substrate with a flame while moving the substrate and/or the burner back and forth. When a laser is used, for example, it is preferable to adjust the distance between the focusing system of the laser processing machine and the coating surface so that the amount of energy and the irradiation area applied to the coating surface are appropriate.
上記のようにして、基材上に金属膜が形成された複合体を得ることができる。本発明の製造方法によれば、金属キレート錯体溶液を基材に塗布し、炎やレーザーを当てて熱処理することにより、基材上に金属膜を簡便に形成することができる。即ち、本発明に係る複合体とは、基材と金属膜層を含み、基材の少なくとも一部が金属膜層により被覆されているものをいう。このように形成された金属膜は、薄い膜状に形成することができるため、金属の塗布や形成にかかるコストを低減することが可能となる。金属膜の厚さとしては、特に制限されないが、例えば0.5μm以上、100μm以下とすることができる。また、本発明の製造方法によれば、土木構造物や建築物など容易に動かせない基材であっても、in situで基材上に簡単に金属膜を形成することができる。 As described above, a composite having a metal film formed on a substrate can be obtained. According to the manufacturing method of the present invention, a metal film can be easily formed on a substrate by applying a metal chelate complex solution to the substrate and applying a flame or laser to heat-treat the substrate. That is, the composite of the present invention includes a substrate and a metal film layer, and at least a part of the substrate is covered with the metal film layer. The metal film thus formed can be formed in a thin film shape, so that the cost of applying and forming the metal can be reduced. The thickness of the metal film is not particularly limited, but can be, for example, 0.5 μm or more and 100 μm or less. According to the manufacturing method of the present invention, a metal film can be easily formed on a substrate in situ, even if the substrate is a civil engineering structure or a building that cannot be easily moved.
上述したように、セメント硬化体は水和反応などの化学反応により硬化したものであり、また、強度向上のため比較的粒径の大きい砂や砂利を含むため、一般的には多孔質である。セメント硬化体としては、セメント自体の硬化体の他、セメントと砂との混合物の硬化体であるモルタルや、更に比較的粒子径の大きい砂利を含む混合物の硬化体であるコンクリートが挙げられる。これらはいずれも多孔質である。それに対して、例えば溶融金属を用いる溶射法ではセメント硬化体の細孔内へ金属を充填することができず、形成された金属膜の剥離耐性は劣っているといえるが、本発明方法では液体である金属キレート錯体溶液を用いるため、細孔内へも金属キレート錯体溶液を侵入させることができ、結果として剥離耐性に優れた金属膜を形成することができる。界面活性剤を含み、表面張力が低減された金属キレート錯体溶液であれば、より小さな細孔へも溶液の浸入はより容易である。 As mentioned above, the cement hardened body is generally porous because it is hardened by chemical reactions such as hydration reactions and contains sand and gravel with relatively large particle sizes to improve strength. Examples of cement hardened bodies include hardened cement itself, mortar, which is a hardened mixture of cement and sand, and concrete, which is a hardened mixture containing gravel with relatively large particle sizes. All of these are porous. In contrast, for example, a thermal spraying method using molten metal cannot fill the pores of the cement hardened body with metal, and the formed metal film has poor peeling resistance. However, the method of the present invention uses a liquid metal chelate complex solution, which can penetrate the metal chelate complex solution into the pores, and as a result, a metal film with excellent peeling resistance can be formed. If the metal chelate complex solution contains a surfactant and has reduced surface tension, the solution can penetrate into smaller pores more easily.
具体的には、基材がセメント硬化体である本発明に係る複合体は、基材と金属膜の界面よりも基材側に金属成分が存在することから、金属膜の剥離耐性は高い。基材と金属膜の界面とは、例えば、複合体を金属膜の平面方向と垂直の方向に切断し、断面を走査型電子顕微鏡などで1000倍以上、10000倍以下程度に拡大観察し、100μmの基準長さにおける平均線をいう。ここでの平均線は、粗さ曲線のためのろ波うねり曲線を最小二乗法により直線におきかえた線をいう(JIS B 0601-1994)。 Specifically, in the composite of the present invention, in which the substrate is a hardened cement body, the metal component is present closer to the substrate than to the interface between the substrate and the metal film, and therefore the metal film has high resistance to peeling. The interface between the substrate and the metal film refers to, for example, the average line at a reference length of 100 μm when the composite is cut in a direction perpendicular to the planar direction of the metal film and the cross section is observed at a magnification of 1000 times or more and 10,000 times or less using a scanning electron microscope or the like. The average line here refers to a line obtained by replacing the filtered waviness curve for the roughness curve with a straight line using the least squares method (JIS B 0601-1994).
以下に、実施例を示すことにより本発明を更に詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below by way of examples, but the scope of the present invention is not limited to these examples.
実施例1: Cu被膜の形成
(1)金属キレート溶液の調製
容量100mLのビーカーにエチレンジアミン四酢酸(30.1g)を入れ、更に蒸留水を加えて総量を80gとした。更に25%アンモニア水(14.0g)、および酸化銅(8.2g)を加え、加熱還流しつつ5時間撹拌を続けることにより完全に溶解させた。得られた溶液に蒸留水を加えて希釈し、EDTA・Cu・(NH4)2の濃度を40質量%に調整した。更に非イオン界面活性剤(「オルフィン(R)EXP.4300」日信化学工業社製)をその濃度が0.1質量%になるよう添加した。
Example 1: Formation of Cu Coating (1) Preparation of Metal Chelate Solution Ethylenediaminetetraacetic acid (30.1 g) was placed in a 100 mL beaker, and distilled water was added to make the
(2)Cu被膜の形成
表1に示す基材上に、上記EDTA・Cu・(NH4)2水溶液を滴下した後に65℃で20分間乾燥する操作を繰り返し、塗膜を形成した。ブラスト処理は、研磨剤としてアルミナ粒子(「ホワイトアランダム#60」不二製作所社製,粒径:212~250μm)を用いて行った。
(2) Formation of Cu Coating Film A coating film was formed by repeatedly dropping the above EDTA.Cu.( NH4 ) 2 aqueous solution onto the substrate shown in Table 1 and then drying at 65°C for 20 minutes. The blasting treatment was performed using alumina particles ("
スプレーガン(「6P-II」Sulzer Metco社製)を用い、水素を32.5L/min、酸素を43.0L/minの速度で供給し、18cmの距離からスプレーガンを50mm/sの速度で移動させながら基材正面を一回走査して塗膜を加熱した。その結果、基材表面の色はCu2+イオン特有の青色から、赤褐色に変化した。 Using a spray gun ("6P-II" manufactured by Sulzer Metco), hydrogen was supplied at a rate of 32.5 L/min and oxygen at a rate of 43.0 L/min, and the spray gun was moved at a speed of 50 mm/s from a distance of 18 cm, scanning the front surface of the substrate once to heat the coating. As a result, the color of the substrate surface changed from the blue color characteristic of Cu 2+ ions to reddish brown.
得られた被膜をX線回折法で分析した。結果を図1に示す。図1に示されるXRD結果をICDD粉末回折データベースと照合したところ、Cu立方晶のピーク(00-004-0836)が明確に認められたことから、全ての基材上にCu膜が形成されていることが明らかとなった。
また、表面にCu膜が形成されたモルタル基材の断面を走査電子顕微鏡(SEM)およびエネルギー分散型X線分析装置(EDX)で観察した拡大写真を図2に示す。図2に示された拡大写真の通り、表面に凹凸のあるモルタル基材の表面に、その凹凸に沿ってCu膜が密着していることが分かる。
The obtained coating was analyzed by X-ray diffraction. The results are shown in Figure 1. When the XRD results shown in Figure 1 were compared with the ICDD powder diffraction database, a Cu cubic crystal peak (00-004-0836) was clearly observed, which revealed that a Cu film was formed on all of the substrates.
Moreover, an enlarged photograph of the cross section of the mortar base material on which a Cu film was formed was observed using a scanning electron microscope (SEM) and an energy dispersive X-ray analyzer (EDX) is shown in Fig. 2. As can be seen from the enlarged photograph in Fig. 2, the Cu film is in close contact with the uneven surface of the mortar base material along the unevenness.
実施例2: Pd被膜の形成
(1)金属キレート溶液の調製
エチレンジアミン四酢酸パラジウム二塩化物に蒸留水を加えて溶解し、15質量%EDTA・Pd・Cl2水溶液を得た。
Example 2: Formation of Pd coating (1) Preparation of metal chelate solution Distilled water was added to palladium dichloride ethylenediaminetetraacetate to dissolve it, thereby obtaining a 15 mass % EDTA.Pd.Cl2 aqueous solution.
(2)Pd被膜の形成
3cm×3cmの単結晶Si基板上に、合計で0.4gの上記EDTA・Pd・Cl2水溶液を滴下した後に65℃で20分間乾燥する操作を繰り返し、塗膜を形成し、実施例1(2)と同様の条件で塗膜を加熱した。被膜のXRD分析結果を図3に示す。
図3に示すXRD分析結果をICDD粉末回折データベースと照合したところ、Pd立方晶のピーク(00-087-0641および00-005-0681)が明確に認められたことから、基材上にPd膜が形成されていることが明らかとなった。
(2) Formation of Pd coating A total of 0.4 g of the above EDTA.Pd.Cl2 aqueous solution was dropped onto a 3 cm x 3 cm single crystal Si substrate, followed by drying at 65°C for 20 minutes, to form a coating, which was then heated under the same conditions as in Example 1(2). The results of the XRD analysis of the coating are shown in Figure 3.
When the XRD analysis results shown in FIG. 3 were compared with the ICDD powder diffraction database, the peaks of Pd cubic crystals (00-087-0641 and 00-005-0681) were clearly observed, which revealed that a Pd film was formed on the substrate.
実施例3: Cu被膜の形成
スプレーガンに供給する水素をアセチレンガスに変更した以外は実施例1と同様にして、基材上に被膜を形成した。基材表面のXRD分析結果を図4に示す。
図4に示される結果の通り、スプレーガンに供給する燃焼性ガスを水素からアセチレンガスに変更しても、基材上にCu被膜を形成することができた。
本発明者らは、実施例1において基材上に酸化銅被膜ではなくCu被膜を形成できた理由として、燃焼性ガスとして使用した水素による還元作用が影響しているのではと考えていたが、アセチレンガスを使用してもCu被膜を形成できたことは驚くべき結果であった。
Example 3: Formation of Cu coating A coating was formed on a substrate in the same manner as in Example 1, except that acetylene gas was used instead of hydrogen gas supplied to the spray gun. The results of XRD analysis of the substrate surface are shown in FIG.
As shown in the results in FIG. 4, even when the combustible gas supplied to the spray gun was changed from hydrogen to acetylene gas, a Cu coating could be formed on the substrate.
The inventors had suspected that the reason why a Cu coating rather than a copper oxide coating could be formed on the substrate in Example 1 was due to the reducing action of hydrogen used as the combustible gas, but it was a surprising result that a Cu coating could be formed even when acetylene gas was used.
実施例4: Ni被膜の形成
(1)金属キレート溶液の調製
容量100mLのビーカーにエチレンジアミン四酢酸(22.9g)を入れ、更に蒸留水を加えて総量を80gとした。更に25%アンモニア水(10.7g)、およびニッケル(5.9g)を加え、加熱還流しつつ5時間撹拌を続けることにより完全に溶解させた。得られた溶液に蒸留水を加えて希釈し、EDTA・Ni・(NH4)2の濃度を30質量%に調整した。
Example 4: Formation of Ni coating (1) Preparation of metal chelate solution Ethylenediaminetetraacetic acid (22.9 g) was placed in a 100 mL beaker, and distilled water was added to make the
(2)Ni被膜の形成
50mm×50mm×10mmのアルミニウム合金(A5052)基材に、上記EDTA・Ni・(NH4)2水溶液(0.5g)を噴霧した後に65℃で20分間乾燥する操作を4回繰り返し、塗膜を形成した。
次いで、スプレーガンと基材との距離を130mmまたは180mmとし、走査回数を3回とした以外は実施例1(2)と同様にして、塗膜を加熱した。被膜のXRD分析結果を図5に示す。
図5に示すXRD分析結果をICDD粉末回折データベースと照合したところ、Ni結晶に相当するピークは認められなかった。しかし、被膜を剥離して得られた粉末をXRDで分析したところ、Ni立方晶に相当するピーク(00-004-0850)が認められた。被膜でNi結晶に相当するピークが認められなかったのは、XRD測定時に基材が僅かに傾いてしまいピークが全体的にシフトしてしまったことが考えられる。
また、XRD分析結果でNiO立方晶に相当するピーク(01-089-7130および01-073-1519)が認められたが、Ni立方晶のピークに比べればその強度は小さいため、不動態皮膜に由来するものであると考えられた。
(2) Formation of Ni coating The above EDTA.Ni.( NH4 ) 2 aqueous solution (0.5 g) was sprayed onto an aluminum alloy (A5052) substrate measuring 50 mm x 50 mm x 10 mm, followed by drying at 65°C for 20 minutes. This operation was repeated four times to form a coating film.
The coating was then heated in the same manner as in Example 1(2), except that the distance between the spray gun and the substrate was 130 mm or 180 mm and the number of scans was 3. The results of the XRD analysis of the coating are shown in FIG.
When the XRD analysis results shown in Figure 5 were compared with the ICDD powder diffraction database, no peaks corresponding to Ni crystals were observed. However, when the powder obtained by peeling off the coating was analyzed by XRD, a peak (00-004-0850) corresponding to Ni cubic crystals was observed. The reason why no peaks corresponding to Ni crystals were observed in the coating is thought to be that the substrate was slightly tilted during XRD measurement, causing the peak to shift overall.
Furthermore, the XRD analysis showed peaks (01-089-7130 and 01-073-1519) corresponding to NiO cubic crystals, but since the intensity was smaller than that of the Ni cubic crystal peaks, it was believed that these were derived from the passive film.
比較例1
ブラスト処理したSUS基板上に、30質量%EDTA・Ti・NH4水溶液を滴下しては大気中、65℃で20分間乾燥する処理を2回繰り返し、塗膜を形成した。使用した30質量%EDTA・Ti・NH4水溶液の総量は約1gであった。
スプレーガン(「6P-II」Sulzer Metco社製)を用い、水素を32.5L/min、酸素を43.0L/minの速度で供給し、18cmまたは13cmの距離からスプレーガンを50mm/sの速度で移動させながら基材正面を二回走査して塗膜を加熱した。被膜のXRD分析結果を図6に示す。
図6に示される結果の通り、XRD分析結果ではSUS基板に由来するFe(ICDD:01-071-4649)とFeOxの他、認められたピークはルチル型TiO2(ICDD:01-077-0442)のもののみであり、Tiピーク(ICDD:00-044-1294)は認められなかった。Tiのイオン化傾向は比較的高いため、加熱処理により酸化チタンまで酸化されてしまったと考えられる。
Comparative Example 1
A coating film was formed by dropping a 30% by mass EDTA.Ti.NH4 aqueous solution onto a blast-treated SUS substrate and drying it in air at 65°C for 20 minutes twice. The total amount of the 30% by mass EDTA.Ti.NH4 aqueous solution used was about 1 g.
Using a spray gun ("6P-II" manufactured by Sulzer Metco), hydrogen was supplied at a rate of 32.5 L/min and oxygen at a rate of 43.0 L/min, and the spray gun was moved at a speed of 50 mm/s from a distance of 18 cm or 13 cm to scan the front surface of the substrate twice to heat the coating. The results of the XRD analysis of the coating are shown in Figure 6.
As shown in Figure 6, the XRD analysis results showed that in addition to Fe (ICDD: 01-071-4649) and FeOx derived from the SUS substrate, the only peaks observed were those of rutile-type TiO2 (ICDD: 01-077-0442), and no Ti peaks (ICDD: 00-044-1294) were observed. Since Ti has a relatively high ionization tendency, it is believed that even titanium oxide was oxidized by the heat treatment.
比較例2
ブラスト処理した5cm×5cm×1cmのアルミ合金(A5052)基板を、電気炉を使って100℃で予熱した後、30質量%Fe・EDTA水溶液をスプレー塗布しては65℃または100℃で乾燥する処理を3回繰り返した。スプレー塗布の回数は、それぞれ6回、4回、2回とした。
スプレーガン(「6P-II」Sulzer Metco社製)を用い、水素を32.5L/min、酸素を43.0L/minの流量で供給し、18cmまたは13cmの距離からスプレーガンを50mm/sの速度で移動させながら、基材正面を縦横それぞれ一回ずつ走査して塗膜を加熱した。被膜をXRD分析したところ、アルミ合金基板とαFe(ICDD:03-065-4899)が重なっており、Feのピークの有無を特定できなかったため、塗膜を剥離して得られた粉末をXRD分析に付した。結果を図7に示す。
図7に示される結果の通り、αFe(ICDD:03-065-4899)のピークが僅かに認められるものの、高強度のピークはFe3O4立方晶(ICDD:01-086-1352)、Fe2O3三斜晶(ICDD:01-072-0469)、およびFeO立方晶(ICDD:01-089-0686)のものであった。このように、Feであっても得られた被膜は主に酸化鉄で構成されており、Fe膜を形成することはできなかった。
Comparative Example 2
A blast-treated aluminum alloy (A5052) substrate measuring 5 cm x 5 cm x 1 cm was preheated at 100° C. using an electric furnace, and then a process of spray-coating a 30 mass % Fe-EDTA aqueous solution and drying at 65° C. or 100° C. was repeated three times. The number of times of spray coating was 6, 4, and 2, respectively.
Using a spray gun ("6P-II" manufactured by Sulzer Metco), hydrogen was supplied at a flow rate of 32.5 L/min and oxygen at a flow rate of 43.0 L/min, and the spray gun was moved at a speed of 50 mm/s from a distance of 18 cm or 13 cm, scanning the front surface of the substrate once vertically and once horizontally to heat the coating. When the coating was analyzed by XRD, it was found that the aluminum alloy substrate and αFe (ICDD: 03-065-4899) overlapped, and the presence or absence of a peak for Fe could not be identified, so the coating was peeled off and the obtained powder was subjected to XRD analysis. The results are shown in FIG. 7.
As shown in Fig. 7, although a slight peak of αFe (ICDD: 03-065-4899) was observed, the high intensity peaks were those of Fe3O4 cubic crystals (ICDD: 01-086-1352), Fe2O3 triclinic crystals (ICDD: 01-072-0469), and FeO cubic crystals (ICDD: 01-089-0686). Thus, even though it was Fe, the obtained coating was mainly composed of iron oxide, and it was not possible to form an Fe film.
実施例5: Cu被膜の形成 - ガスバーナーの使用
(1)金属キレート溶液の調製
容量100mLのビーカーにエチレンジアミン四酢酸(30.1g)を入れ、更に蒸留水を加えて総量を80gとした。更に25%アンモニア水(14.0g)、および酸化銅(8.2g)を加え、加熱還流しつつ5時間撹拌を続けることにより完全に溶解させた。得られた溶液に蒸留水を加えて希釈し、EDTA・Cu・(NH4)2の濃度を40質量%に調整した。更に非イオン界面活性剤(「オルフィン(R)EXP.4300」日信化学工業社製)をその濃度が0.1質量%になるよう添加した。
Example 5: Formation of Cu Coating - Use of Gas Burner (1) Preparation of Metal Chelate Solution Ethylenediaminetetraacetic acid (30.1 g) was placed in a 100 mL beaker, and distilled water was added to make the
(2)Cu被膜の形成
上記EDTA・Cu・(NH4)2水溶液を多結晶アルミナ基板(50mm×50mm×1mm)に0.5g滴下した後に65℃で20分間乾燥することにより、塗膜を形成した。市販ガスバーナー(「カセットガス トーチバーナー」岩谷産業社製,燃料:ブタンガス,炎温度:1,300℃)を用いて、手動で1分30秒、塗膜上、炎を上下左右に走査した。その結果、基材表面の色はCu2+イオン特有の青色から、赤褐色に変化した。
得られた被膜をX線回折法で分析した。結果を図8に示す。図8に示されるXRD結果をICDD粉末回折データベースと照合したところ、Cu立方晶のピーク(00-004-0836)が明確に認められたことから、全ての基材上にCu膜が形成されていることが明らかとなった。また、酸化物であるCuO(00-048-1548)やCu2O(00-005-0667)のピークも明確に認められたことから、生成した銅の一部が酸化していると考えられる。
(2) Formation of Cu Coating A coating was formed by dropping 0.5 g of the above EDTA.Cu.( NH4 ) 2 aqueous solution onto a polycrystalline alumina substrate (50 mm x 50 mm x 1 mm) and drying at 65°C for 20 minutes. Using a commercially available gas burner ("Cassette Gas Torch Burner" manufactured by Iwatani Corporation, fuel: butane gas, flame temperature: 1,300°C), the flame was manually scanned up, down, left and right on the coating for 1 minute and 30 seconds. As a result, the color of the substrate surface changed from the blue color characteristic of Cu2 + ions to reddish brown.
The resulting coating was analyzed by X-ray diffraction. The results are shown in Figure 8. When the XRD results shown in Figure 8 were collated with the ICDD powder diffraction database, a Cu cubic crystal peak (00-004-0836) was clearly observed, making it clear that a Cu film had been formed on all of the substrates. In addition, peaks for the oxides CuO (00-048-1548) and Cu 2 O (00-005-0667) were also clearly observed, suggesting that a portion of the generated copper had been oxidized.
実施例6: Cu被膜の形成 - レーザーの使用
(1)金属キレート溶液の調製
容量100mLのビーカーにエチレンジアミン四酢酸(30.1g)を入れ、更に蒸留水を加えて総量を80gとした。更に25%アンモニア水(14.0g)、および酸化銅(8.2g)を加え、加熱還流しつつ5時間撹拌を続けることにより完全に溶解させた。得られた溶液に蒸留水を加えて希釈し、EDTA・Cu・(NH4)2の濃度を40質量%に調整した。更に非イオン界面活性剤(「オルフィン(R)EXP.4300」日信化学工業社製)を、その濃度が0.1質量%になるよう添加した。
Example 6: Formation of Cu Coating - Use of Laser (1) Preparation of Metal Chelate Solution Ethylenediaminetetraacetic acid (30.1 g) was placed in a 100 mL beaker, and distilled water was added to make the
(2)Cu被膜の形成
上記EDTA・Cu・(NH4)2水溶液を多結晶アルミナ基板(2.5cm×5.0cm×0.25cm)に0.25g滴下した後に65℃で20分間乾燥することにより、塗膜を形成した。ペン型YAGレーザー加工機(「PSL-P30レーザー加工機」日本ウェルディング社製,発振波長:1.06μm)を用いて、パルス幅:0.3msec、1秒間あたりパルス数:20ppsの条件下、手動で10分、塗膜上、レーザーを上下左右に直線的に走査した。その結果、基材表面の色はCu2+イオン特有の青色から、赤褐色に変化した。
得られた被膜をX線回折法で分析した。結果を図9に示す。図9に示されるXRD結果をICDD粉末回折データベースと照合したところ、Cu立方晶のピーク(00-004-0836)が明確に認められたことから、基材上にCu膜が形成されていることが明らかとなった。
(2) Formation of Cu Coating The above EDTA.Cu.( NH4 ) 2 aqueous solution was dropped on a polycrystalline alumina substrate (2.5cm x 5.0cm x 0.25cm) in an amount of 0.25g, and then dried at 65°C for 20 minutes to form a coating. Using a pen-type YAG laser processing machine ("PSL-P30 laser processing machine" manufactured by Nippon Welding Co., Ltd., oscillation wavelength: 1.06μm), the laser was manually scanned linearly up, down, left and right on the coating for 10 minutes under the conditions of pulse width: 0.3msec, pulse number per second: 20pps. As a result, the color of the substrate surface changed from the blue color specific to Cu2 + ions to reddish brown.
The obtained coating was analyzed by X-ray diffraction. The results are shown in Figure 9. When the XRD results shown in Figure 9 were compared with the ICDD powder diffraction database, a Cu cubic crystal peak (00-004-0836) was clearly observed, which revealed that a Cu film was formed on the substrate.
本発明方法によれば、トンネル、地下街、港湾など、水分や海水による劣化が懸念されるコンクリート建材や、水分に加えて微生物が生産する酸による劣化が懸念される下水管などとして利用可能な耐食性や抗菌性に優れた金属被覆複合体を簡便に製造することができる。 The method of the present invention makes it possible to easily produce metal-coated composites with excellent corrosion resistance and antibacterial properties that can be used for concrete building materials in tunnels, underground shopping malls, ports, and other places where deterioration due to moisture and seawater is a concern, and for sewer pipes where deterioration due to moisture as well as acids produced by microorganisms is a concern.
Claims (7)
Cu、アミノカルボン酸系キレート剤および界面活性剤を含む金属キレート錯体水溶液を前記セメント硬化体に塗布する工程、および、
前記セメント硬化体の表面の前記金属キレート錯体水溶液を塗布した部分を熱処理する工程を含むことを特徴とする方法。 A method for producing a composite having a Cu film formed on a surface of a hardened cement body, comprising the steps of:
applying an aqueous solution of a metal chelate complex containing Cu, an aminocarboxylic acid chelating agent, and a surfactant to the hardened cement body ; and
The method comprises a step of heat treating the portion of the surface of the hardened cement body on which the aqueous solution of the metal chelate complex is applied.
前記基材がコンクリート建材であり、
前記基材と前記Cu層の界面よりも前記基材側に前記Cu層の金属成分が存在することを特徴とし、
前記界面は、前記複合体を前記Cu層の平面方向と垂直の方向に切断し、断面を走査型電子顕微鏡で1000倍以上、10000倍以下に拡大観察し、100μmの基準長さにおいて、JIS B 0601-1994に従って、粗さ曲線のためのろ波うねり曲線を最小二乗法により直線におきかえた平均線をいう複合体。 A composite including a substrate and a Cu layer,
The substrate is a concrete building material ,
A metal component of the Cu layer is present on the substrate side relative to an interface between the substrate and the Cu layer,
The interface is a composite that is cut in a direction perpendicular to the planar direction of the Cu layer , and the cross section is observed at a magnification of 1,000 times or more and 10,000 times or less using a scanning electron microscope , and the interface is an average line obtained by replacing a filtered waviness curve for a roughness curve with a straight line by the least squares method in accordance with JIS B 0601-1994 over a reference length of 100 μm.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| JP2001026485A (en) | 1999-07-13 | 2001-01-30 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | Formed body of hydraulic composition |
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