JP2002053808A

JP2002053808A - 防錆塗料および耐食性に優れる塗装鋼材

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Publication number: JP2002053808A
Application number: JP2000236580A
Authority: JP
Inventors: Kohei Ueda; 浩平植田; Hiroshi Kanai; 洋金井; Hiroyasu Furukawa; 博康古川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2002-02-19
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: JP5372305B2

Abstract

(57)【要約】【課題】防錆塗料および耐食性に優れる塗装鋼材の提
供。【解決手段】エリンガム状態図で、標準生成自由エネ
ルギー△Ｇが、０〜１００℃の温度範囲においてＦｅよ
り低い金属もしくは合金を含むことを特徴とする防錆塗
料。また、該防錆塗料を塗布し、成膜させた皮膜を表面
に有することを特徴とする塗装鋼材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、防錆塗料および塗
装鋼材に関するものであり、家電用、建材用、土木用、
機械用、自動車用、家具用、容器用などにおいて、特に
有毒とされている６価クロムを用いずに鋼材の防錆効果
を発揮することを特徴とする防錆塗料およびそれを用い
た塗装鋼材に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼材に被覆される塗料には、鋼材の腐食
を防止するすることを目的とした防錆塗料がある。防錆
塗料中には防錆顔料と呼ばれる防錆剤を含むことが一般
的である。防錆顔料には多くの種類のものがあるが、代
表的なものとして、クロム系防錆顔料が広く知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】クロム系顔料に含まれ
る６価のクロムは水溶性であり、これが溶出することに
よって、被膜に発生した塗膜の傷を補修する性質があ
る。従って、耐食性付与として今日まで使用されてきて
いる。しかしながら、クロム系防錆顔料を含む有機皮膜
から溶出する可能性のある６価のクロムの毒性問題か
ら、最近ではノンクロム防錆顔料及び塗料に対する要望
が高まっている。そこで、本発明においては、このよう
な要望に答え、耐食性に優れるノンクロム系防錆塗料お
よびこれらを被覆した塗装鋼材を提供することを目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】発明者らは、鋼材の主成
分であるＦｅよりも還元性の高い金属を含む塗料を鋼材
に被覆し、成膜させることで鋼材の耐食性が向上するこ
とを知見した。金属の酸化還元平衡を表す状態図にエリ
ンガム状態図がある。これは縦軸に標準生成自由エネル
ギー△Ｇをとり、横軸に温度をとった時の各種金属の酸
化還元平衡を表す図であり、この図より各温度条件にお
ける各種金属の酸素ポテンシャルの順位がわかる。酸化
還元平衡線図がＦｅのそれより小さい金属は、Ｆｅより
も還元性が高いことを示している。

【０００５】そこで、エリンガム状態図で標準生成自由
エネルギー△Ｇが０〜１００℃の温度範囲においてＦｅ
より低い金属を含むことを特徴とする防錆塗料および塗
装鋼材を考案した。ここで、本発明で定義しているＦｅ
の酸化還元平衡線図とは、本発明の温度領域で見られる
ＦｅとＦｅ₂Ｏ₃の酸化還元平衡を示す状態線図のこと
である。ちなみに約６５０℃以上の高温雰囲気ではＦｅ
とＦｅＯの酸化還元を表す平衡線図とＦｅＯとＦｅ₂Ｏ
₃の酸化還元を表す平衡線図が見られるが、この温度領
域でみられる酸化還元反応は、本発明の目的とする腐食
もしくは防食の酸化還元反応とは若干意味合いが異なる
ため、本発明の規定するところではない。本発明の要旨
とするところは以下の通りである。

【０００６】（１）エリンガム状態図で、標準生成自
由エネルギー△Ｇが、０〜１００℃の温度範囲において
Ｆｅより低い金属もしくは合金を含むことを特徴とする
防錆塗料。（２）前記（１）記載の防錆塗料を塗布し、成膜させ
た被膜を表面に有することを特徴とする塗装鋼材。（３）前記（１）記載の防錆塗料塗布し、成膜させた
被膜をを少なくとも片面に有することを特徴とする塗装
鋼帯にある。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の防錆塗料中に含まれる金
属もしくは合金もしくは金属化合物はエリンガム状態図
で、標準生成自由エネルギー△Ｇが０〜１００℃の温度
範囲においてＦｅより低いことを特徴としている。ここ
で、定義した温度範囲について説明する。エリンガム線
図を見れば明らかなように全ての金属種は温度により酸
化還元性を示す標準生成自由エネルギー△Ｇが異なる。
本発明にて、０〜１００℃の温度範囲でＦｅとの標準生
成自由エネルギー△Ｇを比較した理由は、実際に鋼材が
さらされる腐食環境温度がこの範囲内だからである。０
℃未満の低温もしくは１００℃を超える高温の特種な環
境での腐食については、本発明の規定するところではな
い。しかし、これらの特殊環境においても本発明の概念
は適用できると考える。

【０００８】これらは金属単体として添加しても良い
し、他の金属との合金として添加しても効果を発揮す
る。合金についてはエリンガム線図上には明記されてい
ないが、含まれる金属成分の比率によって計算し求める
ことができる。製鋼の過程において脱酸剤として用いら
れる鉄系合金、例えばフェロシリコン、フェロマンガン
や金属マンガン、金属ケイ素などは効果的である。また
本発明で規定するこれらの金属を含む金属化合物であっ
ても効果を発揮する。

【０００９】これら金属は、微細な粒状に粉砕して用い
ることが好ましい。粒径については特に規定するもので
はない。成膜したときに塗膜厚より粒径が大きいと、ブ
ツ状の塗膜外観となり塗装外観が損ねられる等の問題が
発生する一方、塗膜に導電性も付与したい場合などは、
成膜した塗膜厚よりも粒径が大きい方が効果的である。
また、耐食性に対する効果も粒径によって異なる。必要
に応じて最適粒径を選ぶ必要がある。

【００１０】本発明の防錆塗料に用いられる樹脂として
は、用途に応じて一般に公知の樹脂、例えば、ポリエス
テル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂、メラミン樹脂などを使用することができる。また架
橋剤を用いた熱硬化型の樹脂でも架橋剤を必要としない
熱可塑型の樹脂でも効果を発揮する。これらの樹脂は、
必要に応じて数種のものをブレンドして用いてもよい。
塗料としての形態も特に限定する物ではなく、用途に応
じて適宜使い分けることができる。例えば、有機溶剤系
塗料、水系塗料、コロイド分散系塗料、粉体塗料、電着
塗料、熱硬化型塗料、常温乾燥型塗料などが挙げられ
る。

【００１１】また、本発明の防錆塗料はそれぞれの形態
に応じて、溶剤を含むと塗装時の粘度を変えることがで
き、塗装作業性の面で好適である。溶剤は塗料の形態に
応じて異なるが、一般に公知の溶剤を用いることができ
る。本発明の防錆塗料に含まれる金属の添加量は、特に
限定する物ではなく、用途、形態に応じて適した量を添
加することができるが、塗料の種類や膜厚、被塗装物の
種類によっても効果の度合いが異なると考えられるた
め、必要に応じて適宜調整する必要がある。

【００１２】本発明の防錆塗料は必要に応じ、他の一般
に公知の防錆顔料や着色顔料を含んでもよい。公知の防
錆顔料の中でもリン酸／バナジン酸混合系の防錆顔料
（以降ＶＰ顔料と称す）または／もしくは微粒シリカま
たは／もしくはイオン交換シリカとの併用は耐食性が更
に向上し、好適である。イオン交換シリカとしてはＣａ
イオン交換性の非晶質シリカ（シールデックス／グレイ
ス社製）が良く知られている。

【００１３】防錆塗料の塗布方法は一般に公知の塗装方
法、例えば、刷毛塗り、浸漬塗装、バーコート塗装、ス
プレー塗装、電着塗装、静電塗装、ロールコーター塗
装、ダイコーター塗装、カーテンフロー塗装、ローラー
カーテン塗装などが挙げられる。防錆塗料の塗料の膜厚
は、塗料の樹脂の種類、塗料の形態、目的とする用途に
よっても異なるため、必要に応じて適宜決める必要があ
る。防錆塗料の乾燥、硬化方法は、常温乾燥でも熱を加
えた乾燥硬化でもいずれでも良い。熱を加える場合、一
般に公知の方法、例えば熱風加熱炉、遠赤外線炉、誘導
加熱炉、直下炉などを用いることができる。加熱時の温
度条件は、塗料に用いる樹脂の種類によっても異なるた
め、必要に応じて適宜決める必要がある。

【００１４】本発明の耐食性に優れた塗装鋼材は、前述
の防錆塗料を鋼材上に塗布、硬化乾燥したものである。
塗装鋼材の母材に用いる鋼材は、特に限定する物ではな
く一般に公知の鋼材を用いることができ、例えば、Ｔ
ｉ，Ｎｂ，Ｂ等を添加したＩＦ鋼、Ａｌ−Ｋ鋼、Ｃｒ含
有鋼、ステンレス鋼、ハイテン等などが挙げられる。ま
た、鋼に他の金属をめっきしたものを用いても良く、溶
融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、電気亜鉛めっ
き、アルミ亜鉛合金化めっき、アルミめっき、錫めっ
き、ティンフリースチールなど、Ａｌ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｃ
ｕ，Ｐｂの１以上から構成されるめっき層を有する鋼材
がより効果的である。

【００１５】鋼材最表面もしくはめっき層の最表面に
は，塗装前処理としてクロメート処理、リン酸亜鉛処理
などの化成処理皮膜を必要に応じて被覆することもでき
る。近年、開発が進んでいるノンクロメート処理を塗装
前処理として用いると人体に対する有毒性も少なく好適
である。鋼材の形状は特に限定するものではなく、条
鋼、線材、鋼管、鋼帯など一般に公知のものを用いるこ
とができる。鋼帯においては本発明の防錆塗料が少なく
とも片面に被覆されていれば効果を発揮する。また、本
発明の塗装鋼帯は、塗装端面で鉄地が露出するプレコー
ト鋼板として用いると大いに効果的である。

【００１６】

【実施例】エリンガム状態図で標準生成自由エネルギー
△Ｇが０〜１００℃の温度範囲においてＦｅより低い金
属として、金属ケイ素（Ｓｉを主成分として９８％以上
含むＪＩＳ−Ｇ２３１２−１号を使用／表中にはＭＳｉ
と記載）、フェロシリコン（Ｓｉを主成分として７５〜
８０％含むＪＩＳ−Ｇ２３０２−１号を使用／表中には
ＦｅＳｉと記載）、フェロマンガン（Ｍｎを主成分とし
て７５〜８０％含むＪＩＳ−Ｇ２３０１−中炭素フェロ
マンガン２号を使用／表中にはＦｅＭｎと記載）、エリ
ンガム状態図で酸素ポテンシャルが０〜１００℃の温度
範囲においてＦｅより高い金属として、Ｎｉを主成分と
して９８％以上含む金属ニッケル（表中にはＮｉと記
載）、Ｓｎを主成分として９８％以上含有する金属スズ
（表中にはＮｉと記載）を準備した。

【００１７】これらの金属を粉砕機で粉砕し、粉砕した
ものを３２５ｍｅｓｈフィルターにてふるいをかけ、最
大粒径４０μｍの微粒化した金属を防錆顔料として用い
た。０〜１００℃の温度範囲におけるこれら金属の主成
分とＦｅとの酸素ポテンシャルの比較を表中に記載す
る。表中にはＦｅより標準生成自由エネルギー△Ｇが高
いものを×、低いものを○と記述する。また、必要に応
じて一般に公知の非クロム系防錆顔料であるＶＰ顔料
（表中にはＶＰと記載）とＣａイオン交換シリカ（（シ
ールデックスＣ３０３／グレイス社製／表中にはＣａＳ
ｉと記載）も用いた。比較には一般に公知で市販されて
いるストロンチウムクロメート（表中にはＳｒＣｒと記
載）を用いた。

【００１８】次に、市販の有機溶剤系のクリヤー塗料
に、前述の防錆顔料を添加し、分散機にて防錆顔料を塗
料中に分散させることで、防錆塗料を作製した。なお、
比較として防錆顔料を全く含まない塗料も用いた。防錆
顔料の添加量は表中に記載する。なお、防錆塗料に用い
たクリヤー塗料はエポキシ系塗料、ポリエステル系塗
料、ウレタン系塗料の３種を用いた。次に、０．５ｍｍ
の冷延鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板
の両面に、前処理としクロムを含まない樹脂ベースのノ
ンクロメート処理もしくはクロメート処理を施した。前
処理を施した鋼板の片面（Ｂ面）上に作製した防錆塗料
をバーコーターにて塗装し、熱風炉にて到達板温が２１
０℃となる条件で焼き付けることで硬化乾燥した。ま
た、焼き付け乾燥後には塗装金属板を空冷した。防錆塗
料の膜厚は焼き付け乾燥後の膜厚にして５μｍとなるよ
うに塗装した。

【００１９】さらに、前処理を施した鋼板のもう片方の
面（Ａ面）上に作製した防錆塗料をバーコーターにて塗
装し、熱風炉にて到達板温が２１０℃となる条件で焼き
付けることで硬化乾燥した。また、焼き付け乾燥後には
塗装金属板を水冷した。防錆塗料の膜厚は焼き付け乾燥
後の膜厚にして５μｍとなるように塗装した。この防錆
塗料の塗膜層上には、上塗り塗料として市販の着色顔料
入りポリエステル系塗料をバーコーターにて、乾燥後膜
厚にして１５μｍ塗装し、熱風炉にて到達板温が２３０
℃となる条件にて焼き付けることで硬化乾燥し、水冷す
ることで塗装金属板を得た。

【００２０】なお、上塗り塗料中に含まれる着色顔料に
は、白色顔料である酸化チタン（ＴｉＯ₂）を用いてお
り、添加量は塗料の乾燥塗膜質量にして５０質量％であ
る。このようにして作製した塗装鋼材（Ａ面は２コー
ト、Ｂ面は１コートの塗装鋼材）についてＪＩＳ−Ｋ５
４００．９．１記載の方法で塩水噴霧試験を実施した。
本試験ではＡ面を評価面とし、この面に塩水を吹き付け
た。試験時間は冷延鋼板の場合には７２ｈ、電気亜鉛め
っき鋼板の場合には１２０ｈ、溶融亜鉛めっき鋼板の場
合には２４０ｈとした。

【００２１】塩水噴霧試験を行う際、塗装鋼材のＡ面に
は、カッターナイフにて塗膜を貫通して素地である金属
に達するクロス状の切傷（以降クロスカットと称する）
を設けてクロスカットからの塗膜の膨れ幅を観察し評価
した。クロスカット部の評価方法は、評価面であるＡ面
の塗膜のクロスカット片側の最大膨れ幅が１ｍｍ未満の
場合に◎、１ｍｍ以上３ｍｍ未満の場合に○、３ｍｍ以
上５ｍｍ未満の場合に△、５ｍｍ以上の場合に×と評価
した。

【００２２】また、本発明の塗装金属板を端面部で金属
部が露出するプレコート鋼板に適用した時を考慮し、切
断機にて塗装金属板を切断し、金属が露出した切断端面
部を設け、切断端面部からの塗膜の膨れ幅を観察し評価
した。端面部の評価方法は評価面であるＡ面の端面から
の塗膜最大膨れ幅が１ｍｍ未満の場合に◎、１ｍｍ以上
３ｍｍ未満の場合に○、３ｍｍ以上５ｍｍ未満の場合に
△、５ｍｍ以上の場合に×と評価した。

【００２３】以下、評価結果の詳細を表１に示した。エ
リンガム状態図で標準生成自由エネルギー△Ｇが０〜１
００℃の温度範囲においてＦｅより低い金属を含む防錆
塗料を被覆した本発明の塗装鋼材（本発明例Ｎｏ．１〜
１２）は、優れた耐食性を示し、従来のＣｒ系防錆顔料
を含む防錆塗料を被覆した鋼材（比較例Ｎｏ．１８〜２
１）と比較してもほぼ同等の性能を有することがわか
る。また、本発明の塗装鋼材は、塗料の樹脂種、鋼材種
に限定することなく効果的である（本発明例Ｎｏ．３〜
７）。

【００２４】また、本発明の塗装鋼材が鋼帯であり、且
つ本発明の防錆塗料を片面にのみ塗布乾燥（本発明例１
０〜１２）しても優れた耐食性を有する。本発明の防錆
塗料は、ＶＰ顔料やカルシウムイオン交換シリカと組み
合わせる（本発明例Ｎｏ．８，９）と耐食性が更に向上
し、好適である。一方、エリンガム状態図で標準生成自
由エネルギー△Ｇが０〜１００℃の温度範囲においてＦ
ｅより高い金属を含む防錆塗料を被覆した塗装鋼材（比
較例Ｎｏ．１３〜１６）は耐食性に劣り、防錆顔料を含
まない塗料で被覆した塗装鋼材（比較例Ｎｏ．１７）と
ほぼ同等の耐食性で有る。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】本発明により、環境上有毒である６価ク
ロムを使用せずに、耐食性に優れた防錆塗料及び塗装金
属板を提供することが可能となった。従って、本発明は
工業的価値の極めて高い発明であるといえる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者古川博康千葉県君津市君津１番地新日本製鐵株式会社君津製鐵所内Ｆターム(参考） 2E001 DH25 GA03 GA06 GA59 GA65 GA77 HB01 HB02 HB03 HB04 HB07 HB08 JB01 JD02 4F100 AB02B AB03A AB11B AB14B AB31B AK41 AK51 AK53 AR00B BA02 CC00B DE01 GB07 GB32 GB48 JA20B JB02 JB02B 4J038 CG001 DA161 DB001 DD001 DG001 HA066 KA02 PB04 PB05 PB06 PB07 PB09 PC02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エリンガム状態図で、標準生成自由エネ
ルギー△Ｇが、０〜１００℃の温度範囲においてＦｅよ
り低い金属もしくは合金を含むことを特徴とする防錆塗
料。
【請求項２】請求項１記載の防錆塗料を塗布し、成膜
させた皮膜を表面に有することを特徴とする塗装鋼材。
【請求項３】請求項１記載の防錆塗料を塗布し、成膜
させた皮膜を少なくとも片面に有することを特徴とする
塗装鋼帯。