JP2004332010A - 耐剥離防食性に優れた重防食塗装鋼材 - Google Patents

Abstract

【課題】重防食鋼材ではその超寿命化が要求されており、チタン金属を被覆する以外の安価で生産性の良い方法が必要である。本発明はこのような要望に応える耐剥離防食性に優れた重防食塗装鋼材を提供するものである。
【解決手段】ポリウレタン等による塗装被覆からなる重防食被覆の表面に酸素遮断塗装膜を形成する。例えば、従来の重防食被覆、あるいは下地に化成処理を施した重防食被覆に酸素透過を遮断する塗装皮膜５を積層する。
【効果】酸素遮断塗膜によって、被覆上部から透過する酸素が抑制されて接着界面の破壊が抑制され、被覆端部や傷部からの接着劣化進展を抑制することが出来る。これにより従来よりも信頼性の高い防食塗装被覆を得ることが出来る。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海洋構造物等での腐食環境に使用し、被覆端部や疵部の耐剥離性が重要とされる厚膜塗装で被覆行程が行われる重防食塗装鋼材の端部及び傷部からの剥離進展が少なく長期の防食性に優れる重防食塗装鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海洋等の厳しい腐食環境での鋼材使用には重防食被覆が必須である。重防食被覆は数十年の耐久性が期待されるために、その信頼性向上が要求される。鋼材が、鋼管矢板、異形鋼矢板では形状の複雑さから、厚膜塗装によって防食層が形成されている。また、形状は複雑では無いが一部の鋼矢板、鋼管杭に厚膜塗装被覆が適用されている。
【０００３】
激しい腐食環境に使用される海洋鋼構造物等の鋼材は防食塗装が行われ、なかでも厚みが数ｍｍに及ぶ重防食被覆が有効である。数十年に及ぶ長期耐久性が必要とされる場合、電気絶縁性、耐薬品性等の種々の防食性に優れ、安価な樹脂であるポリオレフィン、あるいはポリウレタンといった樹脂を使用した重防食被覆鋼材が製造されている。重防食被覆では、特許文献１に示される様な特殊な鋼材の下地処理、プライマー処理に防食塗装を組み合わせることで長期の接着耐久性が確保されている。複雑な形状の鋼材、例えば鋼管矢板等に関しては、ポリオレフィンを用いた被覆や貼り付けが難しいために、ポリウレタンを用いた塗装被覆が用いられる。
【０００４】
下地処理以外で防食塗装の耐久性を向上させる手法としては、表層にチタン等の耐食金属を更に積層して、表面強度向上と、光、酸素、水等の劣化要因を完全に遮断して、耐傷性と塗装の信頼性を向上させる手法が提案されている。しかしながら耐食金属を防食層の表層に積層する方法は、生産性や材料コストに問題がある。また、鋼管矢板等の複雑な形状には適用が困難である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−２３５２７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
重防食の下地処理工程の化成処理には主としてクロメート処理が行われており、クロメート処理以外のクロム化合物を含まない化成処理では十分な性能を確保するのが難しいという問題があった。一方、重防食の長期耐久性を向上させる耐食金属やその他のフィルムを表面に貼る方法は複雑な形状の鋼材への適用が難しいという問題があった。
【０００７】
現在重防食に使用されているポリオレフィン及びポリウレタン樹脂は、安価で耐久性に優れ、実環境での実績による信頼性も高い。また、数ｍｍの厚膜であることから、一般塗装に比較して耐傷性にも優れる。ポリオレフィンやポリウレタン樹脂が数ｍｍ被覆されていれば、鋼材腐食が問題となる量の水や酸素、イオン成分が防食被覆表面から鋼材に到達することを抑制することが可能である。しかしながら、腐食は問題とならない程の微量な水分や酸素でも、鋼材と樹脂の接着力を低下させる可能性があるため、接着耐久性や耐剥離性といった接着性能の保持には優れた下地処理とプライマー処理との組み合わせが必要であった。被覆の透過を抑制する対策に防食被覆の厚みを増やす方法が考えられるが効率が悪い。更に厚みが厚くなると、被覆の内部応力も増加して剥離の要因として作用し、厚みに比例した効果を得にくいという問題がある。
【０００８】
本発明では、塗装工程により製造される厚膜重防食塗装被覆において、従来防食層に酸素透過抑制機能を持つ樹脂による塗装膜を組み合わせることによって、製造工程が容易でかつ安価な耐剥離性に優れた新しい重防食塗装を提案するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の耐剥離性に優れた重防食塗装鋼材とは、酸素透過度を１００ｃｍ^３（標準）／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ（２０℃）以下にすることが可能な酸素遮断塗装膜を従来防食塗装の内部またはその表面に設けることを特徴とする。その構成として例えば、図１の断面図に示す如く、鋼材１の表面に下地処理層２（もちろんショットブラスト処理などは層として存在しないが、本発明ではその場合も含むものである）、プライマー層３、防食樹脂塗装被覆層４、酸素遮断塗装膜層５を順次積層したものである。酸素遮断塗装膜の耐候性が問題になる場合には、図２に示す如く、耐候性に優れた保護層として更にシリコン、アクリルまたはフッ素系の耐候性に優れた着色塗装６を表面に塗装する。以上の積層被覆により耐剥離性に優れた重防食塗装鋼材を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に使用する鋼材とは普通鋼、あるいはＣ、Ｓｉ、Ｍｎ及び窒素、酸素を制御した鋼材、及び、Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｖ，Ｃａ等の元素を添加した合金鋼である。その代表的な品種としては重防食被覆が適用される鋼管、また、海洋構造物等で使用される鋼管杭、鋼管矢板、鋼矢板、Ｈ形鋼、線材等である。これらの鋼材はその表面のスケール、汚染物等を除去するため、アルカリ脱脂〜酸洗、サンドブラスト処理、グリッドブラスト処理、ショットブラスト処理等のいずれかの下地処理を必ず行なう。更に性能向上のために化成処理を行っても良く、性能要求の高い場合はクロメート処理を行う。化成処理にクロメート以外のクロム化合物を含まない処理リン酸亜鉛処理や、その他の水溶性化成処理を施しても、本発明の重防食塗装を行うと、従来のクロメートを用いた従来被覆構成の重防食と同等以上の性能が期待出来る。
【００１１】
本発明の下地処理後に施す重防食塗装について説明する。まず、防食塗装被覆と鋼材の接着性、耐陰極剥離性、防食性を向上させるためにプライマー処理を実施する。プライマーには熱硬化性の樹脂を用い、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、あるいはこれらの変性物に硬化剤と無機顔料を添加したものを主成分として用いると良い。ポリウレタン樹脂としてはプレポリマーを使用した湿気硬化型の１液タイプのもの、あるいはイソシアネートとポリオールとの反応を利用した２液硬化タイプのものが代表的である。プライマーにはエポキシ樹脂を用いる場合、一般にその主成分としてはビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型の樹脂を単独、もしくは混合して使用する。高温特性が要求される場合、多官能性のフェノールノボラックやハロゲン化樹脂を上記のビスフェノールＡ型あるいは、ビスフェノールＦ型の樹脂と組み合わせて用いる。
【００１２】
硬化剤には、２液硬化型のアミン系硬化剤、あるい潜在性硬化剤であるイミダゾール化合物にジシアンジアミド、またはフェノール系硬化剤を単独又は混合して用いると密着性、耐食性に優れる。また、無機顔料を全体積に対して３〜３０ｖｏｌ％の範囲で添加することで収縮歪みが低減され、密着特性が大きく改善出来る。無機顔料には、シリカ、酸化チタン、ウォラストナイト、マイカ、タルク、カオリン、酸化クロム、ホウ酸亜鉛、燐酸亜鉛等の顔料、もしくは亜鉛、Ａｌ等の金属粉、あるいはセラミック粉等、その他にリン酸バナジウム等の防錆顔料を適宜用いることが出来る。これらの顔料は樹脂との濡れ性を良くするために、その表面にシランカップリング処理を施してもよい。樹脂プライマーは液体で供給される場合、ロール又は刷毛塗装、しごき塗り、エアースプレー塗装等の方法を用いる。粉体で供給される場合、静電粉体塗装等の方法を用い、２０〜１０００μｍの範囲で塗装する。膜厚が２０μｍより薄い場合にはピンホールが多数発生する。一方、膜厚の上限は樹脂の種類によって異なるが、５００μｍを越える厚膜塗装では低温での耐衝撃性は低下しやすい。
【００１３】
プライマー処理後に重防食塗を行う。塗装に使用する樹脂としては、ポリウレタン樹脂、ポリウレア樹脂を用いる。ポリウレタン樹脂は、ポリオールと充填無機顔料、着色顔料の混合物からなる主剤と、イソシアネート化合物からなる硬化剤を２液混合塗装する。ポリオールとしてはポリエステルポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリプロピレングリコールなどのポリエーテルポリオール、アクリルポリオール、ひまし油誘導体、その他含水酸基化合物を用いる。イソシアネートとしてはメチレンジフェニルジイソシアネートなどの一般市販のイソシアネートを使用する。充填無機顔料としては、シリカ、酸化チタン、カオリンクレーなどの一般市販の無機顔料を用いる、また着色顔料には、樹脂に耐候性を付与するため、一般的にはカーボンブラックを用いる。意匠性から他の着色顔料を用いる場合には、紫外線吸収剤を併せて添加する。被覆厚みとしては重防食層としての機能と経済性を考慮し、０．５〜６ｍｍまでの間が望ましい。
【００１４】
本発明では重防食被覆層の表層に塗装によって酸素遮断膜を設ける。酸素遮断膜は、厚みが５０〜１０００μｍの範囲で、塗装硬化フイルムを用いた測定で酸素透過度が１００ｃｍ^３（標準）／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ（２０℃）＜測定方法はＪＩＳＫ７１２６による＞以下になるように調整した塗料を用いることが重要である。酸素透過度は膜の厚みが厚い方が良いが、厚いと形状に対する追従性や接着性が悪く、経済性も悪化するため１０００μｍまでに止める。塗料に用いる樹脂の種類は例えばポリオール、ポリウレタン、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、エポキシ及びその変性樹脂、シリコン変性エポキシ、アクリル変性エポキシ樹脂等を用いることが出来る。樹脂の種類は酸素透過係数が小さいものほど、本発明の目的を達せられるが、樹脂の柔軟性や強度、接着性を鑑みて選択される。
同種の樹脂でも添加剤、顔料によって酸素透過係数は大きく変化するので、シリカ、マイカ等の耐湿顔料及び着色顔料を適宜添加する。
【００１５】
酸素遮断用の塗膜の耐候性が十分で無い場合、機能を補うために最表層に、シリコン、アクリルまたはフッ素系の耐候性に優れるウレタン塗料を塗装する。また、景観性と光の遮蔽効果を持たせるために着色した塗料を用いる。
【００１６】
【実施例及び比較例】
９×１００×１５０ｍｍの熱延鋼板に、グリッドブラスト処理を施した。この後、何も化成処理をしない場合と、微粒子シリカを含む部分還元クロメート処理、あるいは水溶性エマルジョン樹脂とシリカ成分を含有する化成処理の２種の処理を施した。この後、プレポリマーを用いた湿気硬化型のウレタン樹脂プライマーを４０μｍ塗装して硬化させた。この後に、ポリオールと充填無機顔料、着色顔料の混合物からなる主剤と、イソシアネート化合物からなる硬化剤を混合塗装し、防食被覆層を形成した。更に、各種の樹脂に顔料を加えた酸素透過度の異なる塗装被膜を形成出来るように種々の膜厚みで塗装して酸素遮断塗膜を形成した。
さらに一部の塗装鋼材には更にその表面に着色したフッ素系のウレタン塗料を塗装した。
【００１７】
作製した重防食鋼材は長期使用における剥離を模擬する目的で、裏面にはエポキシ樹脂でシール塗装を施して５０℃の人工海水中に１８０日間浸漬した。人工海水にはエアーを吹き込むことにより攪拌と酸素の供給を行った。試験後、ポリウレタン防食層を除去して、被覆端部から鋼材面が露出する部分の距離を測定した。ただし、露出する鋼材面は、接着力は低下していても腐食は生じておらず防食面では接着が低下していても問題は見られなかった。
【００１８】
表１に各種酸素遮断塗装の種類、厚みと端部からの鋼材露出面の距離、酸素透過度を示す。各塗料の酸素透過度は約１００μｍの単離塗膜の酸素透過係数のデータを用いて膜厚に換算した酸素透過度を計算した。比較例１のクロメート処理を用いた重防食塗装鋼材は被覆端部からの接着劣化が生じにくい。一方、比較例２のように従来防食塗装仕様においては、クロメート処理が無い場合には接着劣化距離が増大する。
【００１９】
また、比較例４〜７の結果から明らかなように、防食層の表面が塗膜で覆われていても酸素透過度が本発明の範囲で無い場合、接着劣化距離は大きい。しかしながら、本発明の範囲の実施例８〜１４では接着劣化距離が大きく減少する。また、実施例１５のようにクロメート処理以外の化成処理を用いても、従来のクロメート処理を用いた防食被覆と同等以上の性能が得られる。更に、下地にクロメート処理を用いた実施例１６の場合、比較例１の従来の重防食被覆に対しても接着劣化距離を小さく保つことが出来る。すなわち、酸素透過度を１００ｃｍ^３（標準）／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ（２０℃）以下にした酸素透過度を有する塗装皮膜を防食層上に設けると端部からの接着低下が抑制され、防食性能を従来の防食被覆よりも向上させることが可能である。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【発明の効果】
本発明の如く重防食塗装被覆に酸素遮断膜を塗装することで、従来重防食塗装被覆の防食性を飛躍的に向上することが出来る。酸素遮断塗装膜の被覆表面からの酸素透過を大幅に減少する機構により、本発明の重防食塗装被覆鋼材は傷部や端部からの接着劣化進展を従来の重防食塗装被覆に比べて大幅に抑制することが出来る。この結果、下地処理として従来の塗布型クロメート処理の省略、あるいはクロム化合物を含まない他の化成処理への代替えも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の重防食被覆鋼材の被覆構成断面図の一例を示す。
【図２】本発明の重防食被覆鋼材の被覆構成断面図の他の例を示す。
【符号の説明】
１ 鋼材
２ 下地処理被膜
３ プライマー樹脂
４ 防食被覆層
５ 酸素遮断塗装膜
６ 着色塗装皮膜

Claims (3)

1. 鋼材表面に、下地処理層、樹脂プライマー処理層、５００μｍ以上の厚みによる防食樹脂層、及び厚み５０〜１０００μｍで酸素透過度を１００ｃｍ^３（標準）／ｍ^２・ｄａｙ・ａｔｍ（２０℃）以下に調整した酸素遮断用塗装皮膜層を順次積層したことを特徴とする耐剥離防食性に優れた重防食塗装鋼材。
2. 前記酸素遮断塗装皮膜層の上に更にシリコン系、アクリル系あるいはフッ素系の着色塗装を行ったことを特徴とする請求項１記載の耐剥離防食性に優れた重防食塗装鋼材。
3. 前記下地処理層がクロム化合物を含まない化成処理層であることを特徴とする請求項１又は２記載の耐剥離防食性に優れた重防食塗装鋼材。

Images