JP2005336431A

JP2005336431A - 耐食性および防錆性に優れた鋼材用塗料

Info

Publication number: JP2005336431A
Application number: JP2004161128A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kato; 謙治加藤; Shiro Imai; 嗣郎今井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】優れた防食性・防錆性を発揮する犠牲防食性を有する塗料を供給することを目的とする。
【解決手段】水溶液中での電位が鋼よりも卑なる金属あるいは合金を含有する塗料であって、該金属あるいは合金の形状がフレーク状であり、塗布前の含水率が０．８質量％以下である鋼材用塗料であり、好ましくは、フレーク状の形状が、厚さ５μｍ以下、長軸の平均粒径１〜５０μｍであることを特徴とする耐食性および防錆性に優れた鋼材用塗料。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐食性塗料に関し、特に各種鉄鋼材料表面に塗布したときに優れた耐食性・防錆性を発揮する耐食性塗料に関する。

船舶、産業機械、車両、化学工業施設、建築物、橋梁等の構造物等およびその製造等に用いられている鉄鋼材料の防食対策として、亜鉛粉末を顔料とし有機材、無機材をビヒクル（液状バインダー成分）とした構成のジンクリッチペイントが主に使われている。ジンクリッチペイントは主に短期防錆や重防食塗装の下塗りとして用いられ、防食機構の特徴は塗膜に含まれる亜鉛粉末の犠牲防食作用である。しかしジンクリッチペイントの塗膜の防食性能は、前述のように亜鉛粉末の犠牲防食作用に強く依存することから、使用環境によっては、亜鉛の消失速度が大きく鉄鋼材料に対する保護作用が長期にわたって維持されない場合がある。

そこで、塗膜中の亜鉛粉末の含有量を高めたり膜厚を厚くしたり等の対策がとられているが、鋼材面との密着性の低下や塗膜のヒビ割れ或いはダレなどが起こりやすくなり、さらには切断や溶接時の作業性が大幅に低下するなど、塗膜の防食性能と物理的性質や施工性を両立しがたく万全とはいえない。
一方、ジンクリッチペイントと同等の効果をもたらす金属として、水溶液中における電位が鋼よりも卑なる金属の適用が可能であり、電気防食用金属として各種金属が実用化されている。

そこで従来のジンクリッチペイントの長所を保持し、更に長期にわたり犠牲防食作用を発揮する高性能ジンクリッチペイントの開発が期待され、これまでにも各種の提案がなされてきている。例えば、（特許文献１）、（特許文献２）では、亜鉛粉末の他にＺｎ−Ｍｇ合金粉末を含有させたジンクリッチペイントが、また（特許文献３）では亜鉛粉末の他にＺｎ−Ｍｇ合金粉末とＭｎ粉末を含有させたジンクリッチペイントが提案された。

さらに、（特許文献４）では塗料におけるＺｎ−（５〜１５％）Ｍｇ合金粉末の高寿命防食性能が示された。また（特許文献５）では金属組織がＺｎとＭｇＺｎ_２より構成されるＺｎ−Ｍｇ合金粉末の高寿命防食性能が示された。また一方、（特許文献６）ではＺｎ−Ｍｇ−Ａｌ溶融メッキ層ではあるが、メッキ層の金属組織がＺｎとＭｇ_２Ｚｎ_１１で構成されるものがＺｎとＭｇＺｎ_２で構成されるものよりもさらに耐食性に優れることが示された。

さらに、（特許文献７）では金属粉末の構成がＺｎ相とＺｎ−Ｍｇ合金（Ｚｎ−Ｍｇ共晶又は金属間化合物）相だけからなるものよりも、これに更にＺｎとＭｇの固溶体の金属相を含有させたものが塗料化した際に、防食性が優れ、且つ、該固溶体の量が多い程防食性・防錆性が優れることを見いだすとともに、これら粉末の金属組織の混合状態によっては、性能発現が不安定で継続して十分な防食性が得られない場合もあることを同時に見出し、さらに塗膜成分中に「Ｚｎ粉末」と「Ｚｎ−Ｍｇ合金粉末」及び「ＺｎにＭｇが固溶した金属粉末」とがそれぞれ粒子として混在するとき、十分な防食性が得られることを見出して、Ｍｇ含有量が０．３〜６質量％で残部がＺｎを主成分とした金属粉末をビヒクル（液状バインダー成分）に混合してなる塗料であって、この金属粉末の構成がＺｎ相とＺｎ−Ｍｇ合金相及びＺｎとＭｇの固溶体相の３種を主成分とし、かつ、これらがそれぞれ粉末粒子として塗料中に混在することを特徴とする耐食性塗料が開示されている。

さらに（特許文献８）では、基板に塗布し、基板上で硬化させるのに適合した被覆組成物にて、その組成物が、液体媒体中に粒状金属を含有し、かつ、前記基板上の硬化された被覆として耐蝕性を与え、前記組成物の粒状金属成分が、合金フレーク中に５０重量％より多い亜鉛と、合金フレーク中に残り５０重量％未満の非亜鉛合金金属とを含むフレーク形態の亜鉛合金を含むことを特徴とする被覆組成物が開示されている。特に、これらの金属組成において問題となる水との反応に伴う水素発生問題に対する課題解決方法が記載されているが、その工程は複雑である。
特開昭５９−５２６４５号公報特開昭５９−１６７２４９号公報特開昭５９−１９８１４２号公報特開平１−３１１１７８号公報特開平２−７３９３２号公報特開平８−６０３２４号公報特開２０００−８０３０９号公報特開２００２−２８５１０２号公報

しかしながら、電気防食用金属として実用化されている金属の殆どは、防食用塗料としては実用化されていない実情にある。その理由は電気防食用金属として実用化されている金属の殆どは合金系であり、水溶液中での電位が鋼に比較して著しく卑なるが故に、塗料とするに必要な樹脂、溶媒、溶剤と反応し、水素発生を伴う自己腐食によって塗装する以前に損耗し、あるいは水素ガス発生による発泡によって、塗装そのものが困難となり、犠牲防食金属として機能しないという課題がある。
従って、かかる現状に鑑みて、本発明は、従来よりも優れた防食性・防錆性を発揮する犠牲防食性を有する塗料を供給することを目的とする。

本発明の要旨は以下の通りである。
（１）水溶液中での電位が鋼よりも卑なる金属あるいは合金を含有する塗料であって、該金属あるいは合金の形状がフレーク状であり、塗布前の含水率が０．８質量％以下であることを特徴とする耐食性および防錆性に優れた鋼材用塗料。
（２）フレーク状の形状が、厚さ５μｍ以下、長軸の平均粒径１〜５０μｍであることを特徴とする（１）に記載の耐食性および防錆性に優れた鋼材用塗料。

本発明の塗料は、優れた耐食性・防錆性を発揮する犠牲防食性を有する。従って、船舶、産業機械、車両、化学工業施設、建築物、橋梁等の構造物等およびその製造等に用いられている鉄鋼材料の防食対策用塗料として好適に使用できる。

本発明者等は、上記課題を解決するために水溶液中で鋼よりも電位が卑なる各種金属および合金粉末について研究を重ねた結果、塗料中に扁平したフレーク形状の合金粉末を含有させ、さらに塗布前の塗料中の含水率を０．８質量％以下とすることで、合金粉末の自己腐食を抑制し、さらに塗料中に微量に含まれる水分によって合金粉末表面に安定な薄い腐食生成物層を形成することで適度な安定性と反応性を有する金属フレーク状態を維持して、防食塗料として優れた防食性が安定して得られることを見出し本発明を完成した。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
水溶液中で鉄よりも電位が卑なる金属として、純Ｚｎ，純Ａｌ，純Ｍｎ，純Ｍｇが、水溶液中で鉄よりも電位が卑なる合金金属としては純Ｚｎ，純Ａｌ，純Ｍｎ，純Ｍｇのいずれか二種以上を含有する合金が使用でき、不可避的不純物あるいは上記以外の元素を含有せしめることが可能である。

フレーク状の金属または合金の粉末の製造方法としては、金属または合金材料を加熱溶融して汎用の粉末製造方法である揮発法（蒸発凝固法）、アトマイズ法（噴霧法）等で処理することで球状の一次金属粉末を製造することができる。特に、合金の場合は、より均一な組成の合金粉末を得るために、冷却時に生成する固溶相、金属間化合物相および純金属間の沸点の差異を考慮する必要のないアトマイズ法（噴霧法）で製造することが好ましい。このようにして得られた一次粒子をロール圧延、ボールミル、ビーズミル等の方法を用いて安定な合金フレークとなす事ができる。

また、金属または合金はフレーク状であれば良いが、好ましいサイズは以下に示す通りである。
金属フレークの厚さが５μｍ超では、短期防錆を目的とする薄膜厚の塗膜を得ることが困難となることから、金属フレークの厚さは５μｍ以下とすることが好ましく、より安定な防食性と塗装作業性を望む場合は２μｍ以下とすることがより望ましい。金属フレークの厚さの下限値は塗装性の観点から０．０５μｍとすることが好ましい。
また、金属フレークの長軸長さ（平均粒径）が１μｍ未満では塗装外観にむらを生じることから、１μｍ以上とすることが好ましく、長軸の平均粒径は５０μｍを超えると、スプレー塗装時のノズル閉塞等が生じることから５０μｍ以下とすることがのぞましい。

かかる金属または合金粉末をビヒクル（液状バインダー）に配合して塗料とするが、この場合のビヒクルとしては、アルキルシリケート、アルカリシリケート、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂およびその他ジンクリッチペイントに用いられている液状バインダーを使用できる。塗料のタイプとしては、エマルジョンタイプ、溶剤タイプのいずれでもよい。また、耐食性を損なわない限り通常のその他の添加剤を加えることができ、防食下塗りとして用いる場合、上塗り塗料との密着性を向上させるためにホウ素などの第三成分を添加してもよい。

金属または合金粉末と液状バインダーとの混合比は、最大限に防食性を発揮させるためには、金属または合金粉末を６０〜９０質量％、好ましくは７０〜８０質量％、液状バインダーを１０〜４０質量％、好ましくは２０〜３０質量％を均一に混合するのが好ましい。かかる混合により得られた塗料において含水率を０．８質量％以下とすることで、適度な安定性と反応性を有する金属または合金のフレーク状態を維持し、防食塗料として優れた防食性が得られる。

塗装に際して、アルカリシリケートやアルキルシリケート等の無機系バインダーを用いたときには、鋼材や鋼板との密着性を確保するためにある程度の素地調整をすることがより望ましい。手工具や動力工具で処理し塗布してもかまわないが、より高い接着性を確保するためにはブラスト処理をしてから塗布するのが好ましい。
エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂等の有機系バインダーを用いたときには、直接鋼板、鋼材に塗布してもかまわないが、予め表面をブラスト処理したり、燐酸塩処理、クロメート処理してから塗布すれば、より優れた耐食性の塗装鋼板が得られる。
塗料の膜厚は厚くなるほど防食性は増すが、乾燥後塗膜の割れや塗装時の塗料のタレを防ぐためには３００μｍ以下、好ましくは５〜１００μｍの膜厚に塗装するのが好ましい。こうして出来た塗膜によって、防食性が発揮される。

以下、本発明の具体的な実施例を示す。
水溶液中で鉄よりも電位が卑なる金属の代表例として、純Ｚｎ，純Ａｌ，純Ｍｎ，Ｚｎ−５Ａｌ，Ｚｎ−２０Ａｌ，Ｚｎ−３０Ａｌ，Ｚｎ−４０Ａｌ，Ｚｎ−５５Ａｌ，Ｚｎ−１１Ａｌ−３Ｍｇ−０．２Ｓｉを金属材料を加熱溶融して汎用の粉末製造方法である揮発法（蒸発凝固法）、アトマイズ法（噴霧法）等で処理することで球状の一次金属粉末を製造した。
引き続き、厚さで５μｍ以下、長軸の平均粒径が１〜５０μｍの金属フレークあるいは合金金属フレークをロール圧延、ボールミルおよびビーズミルにて調製し、７０〜８０質量％の金属フレークあるいは合金金属フレークと残部アルキルシリケート、アルカリシリケート、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂等の液状バインダーおよび必要に応じて溶媒としてイソプロピルアルコールと混合し塗料を得た。
その際、上記樹脂および溶媒中の水分量を管理することで、塗料中の含水率が０．１〜０．８質量％および１．０〜１．３質量％となるように調製し、目視観察および水素ガス分析によって反応の有無を調査した。全ての金属フレークで塗料中の含水率が０．１〜０．８質量％の場合は水素の発生が認められなかったのに対して、含水率１．０〜１．３質量％の場合には金属フレーク表面での水素発生が目視にて観察された。

以上の含水率が０．１〜０．８質量％の塗料を用いて、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ４ｍｍのショットブラストした鋼板表面に１５μｍの塗膜を形成した各種サンプルを作成した。
本塗膜表面および金属フレークの調整時に回収したインゴットの研削面を常温の３質量％ＮａＣｌ溶液に浸漬し、銀−塩化銀電極を基準に、塗膜とインゴットの浸漬防食電位を評価した。いずれの塗膜もインゴットの電位に対して±５０ｍＶの電位を示し良好な防食電位にあることを確認した。
すなわち本発明の塗料である、水溶液中での電位が鋼よりも卑なる金属あるいは合金を含有し、該金属あるいは合金の形状が厚さ５μｍ以下、長軸の平均粒径１〜５０μｍのフレーク状であり、塗布前の含水率が０．８質量％以下である耐食性および防錆性に優れた鋼材用塗料を用いた塗膜は、自己反応を起こすことなく、優れた防食性能を有することがわかった。

Claims

水溶液中での電位が鋼よりも卑なる金属あるいは合金を含有する塗料であって、該金属あるいは合金の形状がフレーク状であり、塗布前の含水率が０．８質量％以下であることを特徴とする耐食性および防錆性に優れた鋼材用塗料。
フレーク状の形状が、厚さ５μｍ以下、長軸の平均粒径１〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の耐食性および防錆性に優れた鋼材用塗料。