JP2004009013A

JP2004009013A - 鋳鉄管へのエポキシ粉体塗料の塗装方法

Info

Publication number: JP2004009013A
Application number: JP2002169696A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kubo; 久保　俊裕; Yutaka Isu; 井須　豊; Yasuyuki Takeda; 武田　恭幸; Masayoshi Kajino; 楫野　正義
Original assignee: Tohto Kasei Co Ltd; Kubota Corp
Current assignee: Tohto Kasei Co Ltd; Kubota Corp
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】本発明は、１６０乃至２２０℃の温度で塗装でき、ピンホールの発生を抑制でき平滑性や衛生性等に優れた塗膜が得られる鋳鉄管へのエポキシ粉体塗料の塗装方法を提供することを目的とする。
【解決手段】鋳鉄管へエポキシ粉体塗料を塗装する際に、塗装温度が１６０乃至２２０℃で、塗料のゲルタイムが１０乃至１２０秒のビスフェノールＡ型エポキシ又はビスフェノールＦ型エポキシ粉体塗料を塗装し、１０乃至１２０秒経過後に、二層目として塗料のゲルタイムが１０乃至５０秒で硬化と膜のゲル分率が９５％以上であるビスフェノールＦ型エポキシ又はテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ粉体塗料を塗装することを特徴とする２コート１ベーク方式による鋳鉄管へのエポキシ粉体塗料の塗装方法。

Description

【０００１】
【発明の属する利用分野】
本発明は、鋳鉄管への粉体塗料の塗装方法に関し、さらに詳しくは、鋳鉄管の鬆穴に基づくピンホールの発生を抑制し、耐食性や機械的特性、平滑性等に優れた塗膜を形成できる鋳鉄管へのエポキシ粉体塗料の塗装方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
エポキシ粉体塗料は、耐食性、耐水性、耐薬品性、密着性及び機械的特性等に優れることから地中や構造物内に埋没して用いる金属管の内外面や鉄鋼製構造材料等のように長期信頼性が必要とされる分野に用いられている。中でも水道用鋳鉄管の内面は、塗装工程の優位性や衛生性の面よりエポキシ粉体塗料が広く用いられている。
【０００３】
一方、被塗物側の鋳鉄管は、鋳造時に鋳鉄管表面に引け巣が発生しやすく、またその製造工程には水圧試験が行われるため、引け巣内部や鋳鉄管表面に水分が残留する。この鋳鉄管を粉体塗装する際に、残留した水分がガス化してピンホールが発生するという問題が生じるため、一旦３５０℃以上の高温に加熱してガス化する成分を除去してから粉体塗装する方法が採られているがエネルギーコストがかかるという問題があった。塗装前に鋳鉄管を高温に加熱しないでピンホールの発生を抑える方法として、特公昭５８−４９３１４号公報には液状のエポキシ樹脂を下塗り塗装した後に粉体塗料を塗装する方法が提案されている。しかしこの方法では、作業工程が煩雑であり工業的に不利という問題があった。また、特開平４−３７０１６２号公報、特開平１０−９５９２９号公報、特開平１０−１５２６４４号公報、特開２０００−２８１９６８号公報、特開２０００−１６００６３号公報等には、粉体塗料の粘性を低くすることにより、揮発成分を抜けさせる方法が提案されている。しかし、これらの方法では塗装時に塗膜のダレが発生しやすく、塗装作業性の面から塗装管理が難しく、塗装時の不良率が多くなるという問題を生じている。一方、特開平７−２２４２３４号公報には硬化性角を１．５以上の粘性挙動にして、粉体塗料が被塗物に塗着して溶融してから急に粘性が上昇して揮発成分を押さえ込む方法が提案されているが、この方法では塗料の粘性挙動をコントロールする必要があり、塗装管理が難しいという問題点があった。さらに、従来より鋳鉄管の内面塗装はビスフェノールＡ型エポキシ粉体塗料を用いて２３０℃以上の高温で塗装されているが、加熱工程で多大なエネルギーを必要とし経済的に不利益であった。このため、従来より低温で塗装でき、塗装管理も容易であり、且つ、ピンホールの発生を抑制でき、平滑性にも優れる塗膜が得られる塗装方法が求められていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、工業的に有利な方法でピンホールの発生を抑制し、ダレがない平滑性に優れた塗膜が得られる鋳鉄管へのエポキシ粉体塗料の塗装方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は予め加熱された鋳鉄管の温度が、１６０乃至２２０℃の範囲の時点でエポキシ粉体塗料を塗装する方法にあって、一層目を塗装したのち１０乃至１２０秒経過して一層目の塗膜を形成してから、二層目を塗装して塗膜を形成させることを特徴とする２コート１ベーク方式による鋳鉄管へのエポキシ粉体塗料の塗装方法である。この塗装方法は、一層目の塗装で粉体塗料が硬化するまでの間に下地から揮発する成分を抜け切らせてから造膜し、その上に二層目を塗装して硬化することにより、ピンホールの発生を抑制し、ダレのない平滑性に優れた塗膜を得ることを特徴とする塗装方法である。
【０００６】
本発明の塗装方法では、二層目を塗装する際のタイミングが重要であり、一層目の粉体塗料が造膜していない状態で二層目の粉体塗料を塗装するとピンホールの発生を抑制する効果が低くなる。また、エポキシ粉体塗料の造膜するまでの時間が長いと二層目を塗装するまでの間に温度が低下してしまい、粉体塗料の流動性が低下するため平滑な塗膜が得られないという問題を生じる。このため、一層目の粉体塗料を塗装した後、１０乃至１２０秒の範囲内で二層目の塗装を行うことがポイントになる。１０秒以内に塗装すると下地からの揮発成分が抜けきらないのと塗料の造膜が不十分になり、二層目の塗膜にピンホールが発生する等の影響を与えるためであり、１２０秒以上では塗装時の温度が低下して粉体塗料の流動性が低下するため、好ましくは２０乃至９０秒の範囲である。
【０００７】
本発明の塗装方法に用いることのできるエポキシ粉体塗料は、一層目はビスフェノールＡ型エポキシ塗料やビスフェノールＦ型エポキシ塗料のどちらでも使用できる。なお、水道用鋳鉄管の内面塗装用として、防食性、耐衝撃性、耐水性等に優れるエポキシ粉体塗料がＪＩＳＧ５５２８（日本工業規格；ダクタイル鋳鉄管内面エポキシ樹脂粉体塗装）やＪＷＷＡ　Ｇ１１２（日本水道協会規格；水道用ダクタイル鋳鉄管内面用エポキシ樹脂粉体塗料）等に定められている。これらの規格を満たし、且つ、（社）日本水道協会の水道用資機材等（表層用材料）として品質認証登録されている市販品のエポキシ樹脂粉体塗料の具体例として、ビスフェノールＡ型エポキシ塗料としては、東都レジン化工（株）社製のクボタパウダーＴＫ１４１３やテピコンパウダーＰＣ−２００、ビスフェノールＦ型エポキシ塗料としては同じく東都レジン化工（株）社製のクボタパウダーＴＫ１４１３Ｆ、テピコンパウダーＰＣ−２００Ｆ等が挙げられる。また、二層目に塗装するエポキシ粉体塗料は、塗膜の衛生性の観点からビスフェノールＦ型エポキシ塗料やテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ粉体塗料を用いるのが望ましい。なお、テトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ塗料とは２，６キシレノールとホルムアルデヒドとの反応により得られる２官能のフェノール化合物（３，３’，５，５’−テトラメチル−ジヒドロキシジフェニルメタン）をエポキシ化した樹脂を用いた粉体塗料であり、具体的には東都レジン化工（株）社製のテピコンパウダーＪＥＸ−６２２が挙げられる。
【０００８】
本発明の二層目に塗装されるエポキシ粉体塗料は、エポキシ樹脂の含有量が５０乃至８０重量％であることが望ましい。エポキシ樹脂の含有量が５０重量％以下では無機質充填剤の量が増えるため粉体塗料の流れ性が悪くなり、８０重量％を超えるとピンホール発生の抑制効果が得られなくなるためであり、より好ましくは６０乃至７０重量％である。
【０００９】
本発明の塗装方法において、一層目と二層目の塗装間隔１０乃至１２０秒に対応するために、一層目に塗装するエポキシ粉体塗料は、塗装温度におけるゲルタイムを１０乃至１２０秒の範囲内にすることが望ましい。ゲルタイムが１０秒未満では平滑性のある塗膜が得られず、１２０秒以上ではピンホールの抑制効果が低くなるためであり、より好ましくは２０乃至９０秒である。また、二層目に塗装するエポキシ粉体塗料は、塗装温度におけるゲルタイムを１０乃至５０秒の範囲内にすることが望ましい。一層目と同様ゲルタイムが１０秒以内では平滑性のある塗膜が得られず、５０秒以上では塗膜のタレが発生しやすくなるためであり、より好ましくは２０乃至４０秒である。また、二層目に塗装する粉体塗料の加熱硬化後の塗膜のゲル分率は９５％以上あることが望ましく、９５％未満では耐食性や衛生性等が低下するためであり、より好ましくは９８％以上である。なお、ゲル分率はそれぞれの粉体塗料を塗装温度に予熱した鋼板に塗装し、２０分間塗装温度で硬化した後の塗膜を削り取り１ｍｍ以下に砕いたものをソックスレー抽出器を用いてアセトンで４時間抽出を行い、初期重量からアセトン抽出分を引いて溶剤未溶解分を算出した値である。ゲル分率が高いほど架橋度が高く耐食性や機械特性及び衛生性等にも優れることになる。
【００１０】
本発明の塗装方法はエネルギーコストを抑えるために、塗装温度を１６０乃至２２０℃とする。塗装温度が１６０℃以下では造膜時間が長くなり塗膜のタレが発生し易くなるとの塗膜物性が低下する等の問題が生じる。また、２２０℃を超えると流れ性は向上するが造膜性が速くなり平滑な塗膜が得られなくなるため、より好ましい塗装温度は１８０乃至２００℃の範囲である。
【００１１】
本発明の塗装方法は、一層目の塗膜の膜厚は１００乃至５００μｍになるように塗装することが好ましい。一層目の塗膜の膜厚が１００μｍより薄い場合は、鋳鉄の凹凸面を平滑化できないのとピンホールの抑制効果が得られないためであり、５００μｍ以上の膜厚の必要性はなく不経済となるためであり、好ましくは１５０乃至４００μｍである。また、二層目の塗膜の膜厚は３０乃至４００μｍになるように塗装することが好ましい。３０μｍ未満では一層目の塗膜を覆うことが難しいのと、４００μｍ以上の膜厚は実用上その必要性はなく不経済となるためであり、好ましくは５０乃至３００μｍである。また、一層目と二層目の合計の膜厚は２００乃至９００μｍの範囲が好ましく、より好ましくは３００乃至７００μｍの範囲である。なお、一層目及び／又は二層目を形成する粉体塗料については、重ね塗りの際に下層となる粉体塗料が造膜するまでの時間を確保することができれば、各層それぞれ２回以上の塗装を行っても良い。
【００１２】
本発明の塗装方法は、予め加熱された鋳鉄管にスプレー塗装、静電スプレー塗装、スクリューフィーダー塗装、振りかけ塗装等の方法で塗装することができる。また、被塗装物が鋳鉄管の場合は静置したまま、若しくは回転させながら塗装することができる。さらに、予め加熱する方法としては、熱風炉，電気炉，遠赤外線炉等の予熱炉を用いる間接的に加熱する方法、電磁誘導加熱、高周波加熱、バーナー加熱等の直接的に加熱する方法等を用いることができる。
【００１３】
さらに塗膜形成のための硬化方法としては、予熱温度を利用した放冷硬化や後硬化炉を用いた加熱硬化が可能である。加熱硬化による焼き付けとしては、１６０乃至２００℃で１０乃至３０分間加熱して塗膜を焼き付けるのが好ましい。なお、本発明の塗装方法は、鋳鉄管、異形管等の他に継ぎ手、バルブ、鋳造物等の塗装にも適用できる。
【００１４】
【実施例】
以下に実施例及び比較例にて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１５】
実施例１〜４及び比較例１〜４
表１に示すＡ〜Ｄのエポキシ粉体塗料を用いて鋳鉄管の試験片に一層目と二層目の塗装を行った。表１におけるエポキシ粉体塗料Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ東都レジン化工（株）社の製品で、ＡはビスフェノールＡ（ＢＰＡ）型エポキシ粉体塗料、商品名クボタパウダーＴＫ１４１３、ＢはビスフェノールＦ（ＢＰＦ）型エポキシ粉体塗料、商品名クボタパウダーＴＫ１４１３Ｆ、ＣはテトラメチルビスフェノールＦ（ＴＭＢＰＦ）型エポキシ粉体塗料、商品名テピコンパウダーＪＥＸ−６２２である。エポキシ塗料Ｄは、粉体塗料Ｂの配合を変更し、無機質充填剤の量を増やして試作したものである。
【００１６】
【表１】

【００１７】
また、表１におけるエポキシ樹脂の含有量は、粉体塗料中のエポキシ樹脂の含有量を重量％で表したものであり、塗装温度とは一層目の粉体塗料を塗装開始した温度である。また、粉体塗料のゲルタイムは、塗装温度に保持したホットプレート上に粉体塗料を１００ｍｇ置き、全体が溶融した時点を測定開始点とし、テフロン棒で撹拌しながら時々上方に引っ張って糸が曳かなくなった時点を終点とし、その時間をゲルタイムとして秒数で表したものである。
ゲル分率については、２０分間塗装温度で硬化した後の塗膜を削り取り１ｍｍ以下に砕いたものをソックスレー抽出器を用いてアセトンで４時間抽出を行い、初期重量からアセトン抽出津分を引いて溶剤未溶解分を算出した値である。
【００１８】
実施例及び比較例において使用した鋳鉄管の試験片は、内径１５０ｍｍの鋳鉄管を断面が４分円となるように４等分して長さが１５０ｍｍになるように切断した。これを水中に入れオートクレーブ内で５０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力を３０分かけて含水させた後、常温に戻して２４時間放置したものを用いた。また、試験片への塗装は、ガスバーナーで２００乃至２２０℃の温度になるように加熱した後、第一層目を各塗装温度になった時点で塗装した。さらに、表２に示す塗装条件に従い第二層目を塗装後または塗装せずに、１８０℃のオーブン中で２０分間焼き付けた。
得られた塗装鋳鉄管部材について、以下の評価を行った。なお、水質試験については別に試験片を作成して評価を行った。
【００１９】
塗膜の仕上がり外観：塗装した鋳鉄管部材の塗面をルーペにより拡大して目視により以下の基準で評価した。
○；平滑性良好
△；僅かに凹凸がありやや平滑性に劣る
×；かなり凹凸があり平滑性に劣る
【００２０】
塗膜のピンホールの発生状況：上記と同じように目視により、以下の基準で評価した。
○；ピンホールの発生なし、
△；ピンホールが１〜２個発生
×；ピンホールが３個以上発生
【００２１】
耐食性：塗装した鋳鉄管部材にカッターにて素地に達する長さ１０ｃｍの直線の傷を６０°で交差するようにクロスカットを入れ、ＪＩＳＫ　５４００　９．１の塩水噴霧試験に従って５００時間後に強制テープ剥離幅の最大値を測定し、以下の基準で評価した。
○：カット傷より両側３ｍｍ未満
△：カット傷より両側５ｍｍ未満
×：カット傷より両側５ｍｍ以上
【００２２】
溶解試験：粉体塗料を２００×７０×２．０ｍｍのガラス板の片面１３０×７０ｍｍの広さで塗膜が０．３ｍｍになるように両面及び端部に塗装し、１８０℃のオーブン中で２０分焼き付けた。２０℃の調整水１Ｌに対して塗膜面積が５５０ｃｍ^２になるように２４時間浸漬した。試験はＪＷＷＡ　Ｇ１１２−１９８０に規定されている、臭気及び味、濁度、色度、過マンガン酸カリウム消費量、残留塩素の減量、フェノール類、アミン、シアンの８項目を行った。
○：全項目合格
×：不合格項目有り
以上の結果を表２に示した。
【００２３】
【表２】

【００２４】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の２コート１ベーク方式での塗装方法により、ピンホールの発生を抑制でき、平滑性やゲル分率が高く衛生性等に優れた塗膜を得ることができる。

Claims

鋳鉄管へエポキシ粉体塗料を塗装する際に、一層目の塗装がビスフェノールＡ型エポキシ又はビスフェノールＦ型エポキシ粉体塗料であり、二層目の塗装がビスフェノールＦ型エポキシ又はテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシであることを特徴とする２コート１ベーク方式による鋳鉄管へのエポキシ粉体塗料の塗装方法。
請求項１記載の塗装方法において、鋳鉄管にエポキシ粉体塗料を塗装する際の温度が１６０乃至２２０℃であり、一層目の塗装を施し、１０乃至１２０秒経過後に二層目を塗装することを特徴とする２コート１ベーク方式による鋳鉄管へのエポキシ粉体塗料の塗装方法。
請求項１または２記載の塗装方法において、一層目に塗装するエポキシ粉体塗料の塗装温度におけるゲルタイムが１０乃至１２０秒の範囲にあり、二層目に塗装するエポキシ粉体塗料の塗装温度におけるゲルタイムが１０乃至５０秒の範囲にあり、且つ、硬化した塗膜のゲル分率が９５％以上である粉体塗料を用いて塗装することを特徴とする鋳鉄管へのエポキシ粉体塗料の塗装方法。
請求項１乃至３の何れかの項記載の塗装方法において、二層目に塗装する際に、ビスフェノールＦ型及び／又はテトラメチルビスフェノールＦ型エポキシ樹脂を５０乃至８０重量％含有する粉体塗料を用いて塗装することを特徴とする鋳鉄管へのエポキシ粉体塗料の塗装方法。