JP2001032089A

JP2001032089A - 鋼材の防食方法及びそれに使用される塗料

Info

Publication number: JP2001032089A
Application number: JP11208621A
Authority: JP
Inventors: Hironari Tanabe; 弘往田辺; Toru Taki; 徹多記; Goji Matsumoto; 剛司松本; Yoshinori Nagai; 昌憲永井
Original assignee: Dai Nippon Toryo KK
Current assignee: Dai Nippon Toryo KK
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2001-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】橋梁や、プラント、建築鉄骨等の大気中に存
在する鋼構造物の鋼材を長期間効果的に腐食から保護で
きる鋼材の提供する。【解決手段】大気中に存在する鋼材表面又は塗装され
た鋼材表面に、次式：Ｒ¹ _nＳｉ（ＯＲ²）_4-n 〔式中、Ｒ¹は、炭素数１〜８の有機基であり、Ｒ²は、
炭素数１〜５のアルキル基であり、ｎは、０又は１であ
る。〕で示されるアルキルシリケートの加水分解縮合物
を含有する、親水性でかつ水難溶性の塗膜層を形成し、
流電陽極方式による電気防食法により防食電流を流す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、橋梁や、プラン
ト、建築鉄骨等の大気中に存在する鋼構造物の鋼材の防
食方法に関し、特に鋼材を長期間効果的に腐食から保護
できる流電陽極方式による電気防食法を利用する鋼材の
防食方法及びそれに使用される塗料に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から海洋鋼構造物や、土壌中の鋼構
造物の防食方法の一方法として、外部電源方式や、流電
陽極方式による電気防食方法が広く利用されている。一
方、大気環境にある鋼構造物に対しては、海洋鋼構造物
や土壌中の鋼構造物のように水に接触しておらず、それ
故防食電流の経路の確保が困難とされ、電気防食方法は
全く利用されていない。従って、大気中に存在する鋼構
造物は、通常防食塗料の塗装による防食方法が主流とな
っている。

【０００３】しかしながら、防食塗料の塗装による防食
方法は、塗装不良や、鋼材表面が粗面となっている場
合、ピンホール等の塗膜欠陥が生じやすく、また機械的
な損傷部が生じやすく、このような欠陥部から腐食が発
生するといった問題点があった。そのため、防食塗料を
４〜６回程度塗り重ねる重防食塗装システムも利用され
ている。しかしながら、このように複数回塗り重ねを行
なう方法では、塗装回数や工数が増加し、塗装工程が煩
雑となるなど問題となっていた。また、特開平１０−１
２１２７４号公報等において、水に対する接触角が７０
度以下の親水性塗膜を鋼材表面に形成させた電気防食法
が開示されているが、使用されている親水性塗膜は、水
溶性樹脂や界面活性剤等を使用しているため耐水性が劣
り、従って、親水性塗膜が消耗しやすく、数年で電気防
食が不十分となるなど問題となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、こ
のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、
無塗装の鋼材に対しても、あるいはピンホール等の塗膜
欠陥のある塗装された鋼材に対しても、大気中に存在す
る鋼材を長期間腐食から保護できる防食方法及びそれに
使用される塗料を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
を解決するため鋭意検討した結果、腐食が進行するのは
降雨時あるいは結露時など水が存在する場合であり、そ
の時に防食電流の経路の確保ができていれば電気防食が
有効に作用し、腐食を防止できるであろうという想定に
立ち、また、アルキルシリケートの加水分解縮合物は、
親水性を発揮するとともに水に対し難溶性であるため、
電気防食法に適用する親水性膜形成用材料として好適で
あろうとの想定に立ち、研究を行った。その結果、塗装
された又は未塗装の鋼材表面にアルキルシリケートの加
水分解縮合物を含有する層を形成し、流電陽極方式によ
る電気防食法により、防食電流を流すことによって、長
期間鋼材の防食ができるという知見を得、この知見に基
づいて、本発明を完成したものである。

【０００６】即ち、本発明は、（１）大気中に存在する
鋼材表面又は、塗装された鋼材表面に、次式：Ｒ¹ _nＳｉ（ＯＲ²）_4-n 〔式中、Ｒ¹は、炭素数１〜８の有機基であり、Ｒ²は、
炭素数１〜５のアルキル基であり、ｎは、０又は１であ
る。〕で示されるアルキルシリケートの加水分解縮合物
を含有する、親水性でかつ水難溶性の塗膜層を形成し、
流電陽極方式による電気防食法により防食電流を流すこ
とを特徴とする鋼材の防食方法、及び（２）大気中に存
在する鋼材表面又は塗装された鋼材表面に対する流電陽
極方式による電気防食法に使用される塗料であって、次
式：Ｒ¹ _nＳｉ（ＯＲ²）_4-n 〔式中、Ｒ¹は、炭素数１〜８の有機基であり、Ｒ²は、
炭素数１〜５のアルキル基であり、ｎは、０又は１であ
る。〕で示されるアルキルシリケート又はその加水分解
縮合物を含有することを特徴とする塗料、に関するもの
である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明で使用される塗膜は、防食電流が流れるよ
うにするために、塗装又は未塗装の鋼材表面に形成され
る。また、この塗膜は長期間消耗されないで、防食電流
が流れるよう、親水性で、かつ雨水等に溶解しない水難
溶性であることが必要である。本発明で使用される親水
性でかつ水難溶性の塗膜は、水に対する接触角が７０度
以下、好ましくは５５度以下が適当である。このような
親水性でかつ水難溶性の塗膜を形成する塗料としては、
水難溶性塗膜を形成する有機合成樹脂を結合剤とする塗
料中に前記式で示されるアルキルシリケート又は、その
部分加水分解縮合物を配合した塗料（Ｉ）、もしくは、
前記式で示されるアルキルシリケート又はその部分加水
分解縮合物を結合剤とする塗料（II）を使用する。これ
ら塗料は、塗膜形成時、硬化触媒により、さらには塗膜
形成後、酸性雨によりアルキルシリケート又はその部分
加水分解縮合物が縮合反応を起し、親水性でかつ水難溶
性の塗膜を形成する。

【０００８】前記式で示されるアルキルシリケートにお
いて、一般式中のＲ¹ は、炭素数１〜８、好ましくは
１〜６の有機基であり、例えば、メチル基や、エチル
基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基などのアルキル基
や、フェニル基等のアリール基が挙げられる。これらの
有機基は、必要に応じて、γ−グリシドキシ基や、γ−
メタクリルオキシ基、γ−メルカプト基、３，４−エポ
キシシクロヘキシル基、γ−アミノ基などの置換基を有
してもよい。また、一般式中のＲ²は、炭素数１〜５、
好ましくは１〜４のアルキル基であり、例えば、メチル
基や、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ
−ブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｉ−ブチル
基、ｎ−ペンチル基などが挙げられる。ｎは、０又は１
である。なお、ｎが２以上の場合は、水に対する接触角
が７０度以下の親水性塗膜が得にくいので好ましくな
い。

【０００９】このようなアルキルシリケートの具体例と
しては、例えば、テトラメチルシリケートや、テトラエ
チルシリケート、テトラ−ｎ−プロピルシリケート、テ
トラ−ｉ−プロピルシリケート、テトラ−ｎ−ブチルシ
リケートなどのｎが０の場合のアルキルシリケート；メ
チルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、
エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラ
ン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、ｎ−プロピルト
リエトキシシラン、ｉ−プロピルトリメトキシシラン、
ｉ−プロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプ
ロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピル
トリエトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルト
リメトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリ
エトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシ
シラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、
フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシ
ラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、３，４
−エポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン、
３，４−エポキシシクロヘキシルエチルトリエトキシシ
ランなどのｎが１の場合のアルキルシリケート等が挙げ
られる。アルキルシリケートの部分加水分解縮合物は、
塗装作業性等の観点から縮合度３０以下、好ましくは１
０以下のものが好ましい。

【００１０】前記塗料（Ｉ）は、従来から通常使用され
ているフッ素樹脂や、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ア
クリルシリコーン樹脂、塩化ゴム系等の樹脂を結合剤
（場合によりポリイソシアネートやポリアミン等の硬化
剤を併用する。）とする防食塗料に、前述のアルキルシ
リケート又はその部分加水分解縮合物と、さらに必要に
応じて、その硬化触媒を配合した塗料である。

【００１１】なお、硬化触媒の具体例として、ジブチル
スズジラウレートや、ジブチルスズジマレエート、ジオ
クチルスズジラウレート、ジオクチルスズジマレエー
ト、ジオクチルスズマレエート、オクチル酸スズなどの
有機スズ化合物；リン酸や、モノメチルホスフェート、
モノエチルホスフェート、モノブチルホスフェート、モ
ノオクチルホスフェート、モノデシルホスフェート、ジ
メチルホスフェート、ジエチルホスフェート、ジブチル
ホスフェート、ジオクチルホスフェート、ジデシルホス
フェートなどのリン酸又はリン酸エステル；ジイソプロ
ポキシビス（アセチルアセテート）チタニウム、ジイソ
プロポキシビス（エチルアセトアセテート）チタニウム
などの有機チタネート化合物；トリス（エチルアセトア
セテート）アルミニウム、トリス（アセチルアセトナー
ト）アルミニウムなどの有機アルミニウム化合物；テト
ラブチルジルコネート、テトラキス（アセチルアセトナ
ート）ジルコニウム、テトライソブチルジルコネート、
ブトキシトリス（アセチルアセトナート）ジルコニウム
などの有機ジルコニウム化合物等が代表的なものとして
挙げられる。

【００１２】塗料（Ｉ）において、前記アルキルシリケ
ート又はその部分加水分解縮合物の配合量は、結合剤１
００重量部に対し、５〜１００重量部、好ましくは、２
０〜５０重量部が適当である。なお、アルキルシリケー
ト又はその部分加水分解縮合物が前記範囲より少ない
と、得られる塗膜表面の親水性が乏しく、逆に多過ぎる
とクラックが生じやすくなる。硬化触媒の配合量は、ア
ルキルシリケート又はその部分加水分解縮合物中の加水
分解性官能基１当量に対し、０〜１．０当量、好ましく
は、０．２〜０．７当量が適当である。この塗料（Ｉ）
は、塗装後、硬化段階で、前記アルキルシリケート又は
その部分加水分解縮合物が塗膜表面に移行し、そのため
塗膜表面が親水性で、かつ水難溶性の塗膜が形成され
る。

【００１３】塗料（II）は、前記アルキルシリケート又
はその部分加水分解縮合物と、硬化触媒と、水やメタノ
ール、エタノール、エチレングリコール、モノエチルエ
−テル、アセトン、メチルエチルケトン、トルエン、キ
シレンなどの溶媒から構成される塗料である。硬化触媒
の配合量は、塗料（Ｉ）の場合と同様に、アルキルシリ
ケート又はその部分加水分解縮合物中の加水分解性官能
基１当量に対し、０〜１．０当量、好ましくは、０．２
〜０．７当量が適当である。溶媒の量は、通常、塗料
（II）の重量に基づいて３０〜９９重量％、好ましく
は、６０〜９８重量％が適当である。

【００１４】次に、添付図面を参照しながら、本発明の
鋼材の防食方法について説明する。図１は、本発明の代
表的な電気防食処理を施した鋼材の側断面図である。鋼
材１の表面を必要に応じて通常の前処理を施した後、プ
ライマー、防食塗料等を塗装して、通常１００〜３００
μｍの膜厚の防食塗膜２を形成する。なお、防食塗膜２
は、本発明では必須の構成ではなく、使用しなくてもよ
い。また、防食塗膜２としては、既に塗装された旧塗膜
であってもよい。

【００１５】このような塗装された、又は未塗装の鋼材
表面に前述の塗料（Ｉ）もしくは塗料（II）を塗装し、
前述のアルキルシリケートの加水分解縮合物が表面に分
布する親水性塗膜３を形成する。該塗膜３の膜厚（乾燥
後）は、特に制限されるものではないが、塗装された鋼
材に対しては、通常０．１〜４０μｍ、好ましくは１〜
３０μmの厚みであることが適当である。なお、塗装さ
れていない鋼材に対しては、鋼材の保護を兼ねて、通常
２〜１００μｍ、好ましくは３０〜８０μmが適当であ
る。次いで、このようにして形成された親水性塗膜３上
に、陽極４を積層させる。

【００１６】陽極４の材料は、鋼材よりも低い電位を有
するものであれば、従来から電気防食用陽極として使用
されている各種金属が特に制限なく利用出来る。具体的
には、例えば、亜鉛や、アルミニウム、アルミニウム−
亜鉛合金、アルミニウム−亜鉛擬合金などの金属溶射
膜；亜鉛や、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム−
亜鉛−インジウム合金、マグネシウム、マグネシウム−
マンガン合金、マグネシウム−アルミニウム−亜鉛合金
などの板状もしくは網状物等が代表的なものとして挙げ
られる。

【００１７】なお、金属溶射膜の場合は、必要に応じて
前記親水性塗膜３の表面を軽くブラスト処理して粗面化
した後、あるいは多孔質の粗面膜を形成するプライマー
（例えば、大日本塗料社製商品名「ブラスノン」）を塗
布した後、金属溶射機にて溶射することにより形成す
る。一方、板状もしくは網状物の場合は、必要に応じ
て、水に濡れていない時は絶縁性であっても、水に濡れ
ると通電性を発揮する材料を介在させてボルトやテープ
などによる従来の方法により固定する。このようにして
形成させた陽極４と鋼材１とを、導電性材料、例えば表
面を絶縁被覆した銅線等のリード線５で接続する。この
ようにリード線５で接続させることにより、陽極４と鋼
材１との間の電位差による電池作用によって防食電流が
流れ、鋼材の防食電位−７８０mV(vsAg／AgCl)より低い
状態が維持され、腐食が防止されるのである。

【００１８】すなわち、降雨等により水が存在すると、
塗膜３が親水性となることにより、導電性となり、陽極
４⇒リード線５⇒鋼材１⇒防食塗膜２（防食塗膜２自体
が導電性である時は、その塗膜、また、防食塗膜２が絶
縁性である時は、その塗膜のピンホール部あるいは損傷
部）⇒親水性塗膜３⇒陽極４と、防食電流が流れ、鋼材
１の腐食が防止されるのである。

【００１９】

【実施例】以下、本発明について、実施例により、更に
詳細に説明する。なお、実施例中「部」、「％」は重量
基準で示す。実施例１１×５０×１０００(mm)の磨き軟鋼板にエポキシ樹脂塗
料下塗を厚さ（乾燥後）１００μｍになるように塗布
し、２４時間自然乾燥させた。次いで、以下の主剤成分
と硬化剤成分とを塗布直前に混合させたフッ素樹脂塗料
を厚さ（乾燥後）３０μｍになるよう塗布し、表１に示
す水に対する接触角を有する親水性塗膜を形成し、裏面
及び側面をエポキシ樹脂でシールし、７日間自然乾燥さ
せた。

【００２０】〈主剤成分〉フッ素樹脂溶液注１）５０部二酸化チタン２７部キシレン１３部〈硬化剤成分〉ヘキサメチレンジイソシアネート５．７部テトラメトキシシラン１１．５部トリス（アセチルアセトナート）アルミニウム０．２部酢酸ブチル１７．４部

【００２１】注１）樹脂の水酸基価４５ｍｇKOH／
ｇ、数平均分子量７０００、固形分６５％次いで、表面の端に、５０×２００(mm)の面積で、特公
平２−５６４２４号公報に記載の方法に従って、厚さ約
１００μmのアルミニウム−亜鉛擬合金溶射膜（重量比A
l／Zn＝２８／７２）を形成し、陽極とした。更に、そ
こから６５０mm離れた位置に直径１mmのドリルで素地に
達する塗膜欠陥を作り、また、陽極４と鋼板１とを図１
に示すようにリード線５で接続した。その状態で１８ヶ
月間屋外暴露した。暴露後の親水性塗膜の水に対する接
触角と塗膜欠陥部の電位及び外観は、以下の表２及び表
３に示す通りであった。

【００２２】実施例２１×５０×１０００(mm)の磨き軟鋼板にエポキシ樹脂塗
料下塗を厚さ（乾燥後）１３０μｍになるように塗布
し、２４時間自然乾燥させた。次いで、以下の成分から
なる無機塗料を厚さ（乾燥後）２μｍになるように塗布
し、表１に示す水に対する接触角を有する親水性塗膜を
形成し、裏面及び側面をエポキシ樹脂でシールし、７日
間自然乾燥させた。〈成分〉テトラメトキシシラン３部トリス（アセチルアセトナート）アルミニウム０．１部メタノール９７部

【００２３】次いで、表面の端に、１×５０×２００mm
亜鉛製陽極板を取り付け、更に実施例１と同様にしてリ
ード線５で接続し、また、塗膜欠陥を作り、１８ヶ月間
屋外暴露した。暴露後の親水性塗膜の水に対する接触角
と塗膜欠陥部の電位及び外観は、以下の表２及び表３に
示す通りであった。比較例１実施例１と同様にして、磨き軟鋼板にエポキシ樹脂塗料
を厚さ（乾燥後）２００μｍになるように塗布し、７日
間自然乾燥させた後、塗膜欠陥を作り、１８ヶ月間屋外
暴露した。暴露後の塗膜の水に対する接触角と塗膜欠陥
部の電位及び外観は以下の表２及び表３に示す通りであ
つた。

【００２４】比較例２撹拌器を取り付けた２リットルの三つ口フラスコにイソ
プロピルアルコール１００部を入れ、７０℃に加温し、
アゾビスイソブチロニトリル５部を添加した後、アクリ
ル酸１７５部、２−ヒドロキシエチルメタクリレート７
５部、メチルメタクリレート２００部及びスチレン５０
部からなるモノマー混合物を３時間かけて滴下し、更
に、３時間重合を続けて、アクリル樹脂溶液を得た。こ
れにアンモニアをアクリル樹脂溶液のｐＨが７．５にな
るように添加し、更に１０００部の水を少しずつ滴下し
て、加熱残分１９重量％、樹脂固形分当り水酸基価６５
mgKOH／g、酸価２７３mgKOH／gの水溶性アクリル樹脂組
成物（Ａ）を得た。

【００２５】１×５０×１０００(mm)の磨き軟鋼板にエ
ポキシ樹脂塗料下塗を厚さ（乾燥後）１００μｍになる
ように塗布し、２４時間自然乾燥させた。次いで、上記
水溶性アクリル樹脂組成物（Ａ）１０５部と、微細ヒュ
ームドシリカ（日本アエロジル社製商品名「アエロジル
２００」）５部からなる塗料を厚さ（乾燥後）５μｍに
なるように塗布し、表１に示す水に対する接触角を有す
る親水性塗膜を形成し、裏面及び側面をエポキシ樹脂で
シールし、７日間自然乾燥させた。次いで、実施例１と
同様にしてアルミニウム−亜鉛擬合金溶射膜を形成し、
リード線５を接続し、更に塗膜欠陥を作り、その状態で
１８ヶ月間屋外暴露した。暴露後の親水性塗膜の水に対
する接触角と塗膜欠陥部の電位及び外観は、以下の表２
及び表３に示す通りであった。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】表２暴露６ヶ月後接触角塗膜欠陥部の電位欠陥部の外観 (mV/Ag・AgCl・70%RH) 実施例１４５ −８４０異常なし実施例２４２ −９８０異常なし比較例１７８ −２５０さび発生比較例２４８ −８５０異常なし

【００２８】

【表３】表３暴露１８ヶ月後接触角塗膜欠陥部の電位欠陥部の外観 (mV/Ag・AgCl・70%RH) 実施例１３０ −７８０異常なし実施例２２５ −９４０異常なし比較例１７６ −１５０さび発生比較例２６５ −６５０さび発生

【００２９】表２及び表３からも明らかの通り、本発明
の流電陽極方式の電気防食法である実施例１及び２は、
優れた防食効果を示した。一方、従来の塗装のみによる
防食法である比較例１では、短期間に錆が発生し、また
水溶性の親水塗膜である比較例２では、暴露期間が長く
なると錆が発生した。

【００３０】

【発明の効果】本発明の方法により、大気中に存在する
鋼材に対しても流電陽極方式の電気防食法により、長期
間効果的に腐食の防止が可能となり、従来の塗装のみに
よる防食方法のように塗装回数や工数をかけることな
く、かつ塗膜欠陥が生じてもその箇所からの錆の発生を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法による代表的な流電陽極方式の電
気防食処理を施した鋼材の側断面図。

【符号の説明】

１…鋼材２…防食塗膜３…親水
性塗膜４…陽極板５…リード線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 28/00 Ｃ２３Ｃ 28/00 Ｚ (72)発明者松本剛司栃木県那須郡西那須野町下永田３丁目1172 −４ (72)発明者永井昌憲栃木県大田原市薄葉1926−９Ｆターム(参考） 4D075 BB81Z CA33 CA37 DA06 DB02 DC05 EA05 EB42 EC08 4J038 DL022 DL032 EA011 NA03 NA06 PC02 4K044 AA02 BA21 BB03 BC00 BC02 BC14 CA53 CA67 4K060 AA02 BA03 BA13 BA40 DA10 EA08 EB01 FA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大気中に存在する鋼材表面又は塗装され
た鋼材表面に、次式：Ｒ¹ _nＳｉ（ＯＲ²）_4-n 〔式中、Ｒ¹は、炭素数１〜８の有機基であり、Ｒ²は、
炭素数１〜５のアルキル基であり、ｎは、０又は１であ
る。〕で示されるアルキルシリケートの加水分解縮合物
を含有する親水性でかつ水難溶性の塗膜層を形成し、流
電陽極方式による電気防食法により防食電流を流すこと
を特徴とする鋼材の防食方法。
【請求項２】前記塗膜層上に、前記鋼材よりも低い電
位の陽極を積層し、該陽極と前記鋼材とを導電性材料で
接続し、前記陽極と前記鋼材との間の電位差による電池
作用によって、防食電流を流す、請求項１に記載の鋼材
の防食方法。
【請求項３】大気中に存在する鋼材表面又は塗装され
た鋼材表面に対する流電陽極方式による電気防食法に使
用される塗料であって、次式：Ｒ¹ _nＳｉ（ＯＲ²）_4-n 〔式中、Ｒ¹は、炭素数１〜８の有機基であり、Ｒ²は、
炭素数１〜５のアルキル基であり、ｎは、０又は１であ
る。〕で示されるアルキルシリケート又はその加水分解
縮合物を含有することを特徴とする塗料。