JP2008013701A

JP2008013701A - 下塗材組成物及びそれを用いた塗装方法

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Publication number: JP2008013701A
Application number: JP2006187824A
Authority: JP
Inventors: Norito Makita; 憲人牧田; Kenichiro Aii; 健一郎相井
Original assignee: SK Kaken Co Ltd
Current assignee: SK Kaken Co Ltd
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2026-07-07
Also published as: JP4949757B2

Abstract

【課題】錆面に対するシール性が高く、優れた防錆性、上塗り適合性等を発揮することができる弱溶剤形の下塗材組成物、及びその下塗材組成物を用いた塗装方法を提供する。
【解決手段】炭素数１〜１２のモノアルコールとイソシアネート化合物との反応によって得られる、アロファネート構造を有するポリイソシアネート（ｐ）と、水酸基含有可溶形エポキシ樹脂（ｑ）とを、ＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．０２〜０．５となるように反応させて得られ、数平均分子量が５００〜１００００であるウレタン変性可溶形エポキシ樹脂（Ａ）、アミン化合物（Ｂ）、及び防錆顔料（Ｃ）を含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、錆を有する金属面に対して好ましく適用することができる下塗材組成物、及びこれを用いた塗装方法に関するものである。

建築物、土木構造物等に使用される金属部材に発生する錆は、美観性を損なうだけでなく、金属部材の強度低下の原因となるおそれがある。このため、錆が発生した部材に対しては、何らかの防錆処理が必要となる。
このような防錆処理としては、ケレン等によって錆をある程度除去した後、防錆下塗材を塗付し、さらに上塗材を塗付する方法が一般的である。
特許文献１（特開２０００−１４０７４６号公報）には、錆を有する金属面に対する塗装工法が開示されており、防錆下塗材として、エポキシ樹脂をベースとし、リン酸化合物及び有機キレート剤等を含有する防錆下塗材記載されている。

特開２０００−１４０７４６号

しかしながら、錆が著しく発生した金属面に対して上記公報に記載されたような下塗材を適用した場合には、錆層に塗料が吸い込まれてしまうため、多回数塗付しなければシール性が確保できないという問題がある。シール性が不十分であれば、防錆性の点において不利であり、上塗材の仕上り性、密着性等が低下するおそれもある。
また、このような防錆下塗材の多くは、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤を媒体とする強溶剤形塗料である。強溶剤形の塗料は、人体に対する毒性や、作業上の安全性等の点、さらには大気汚染に及ぼす影響等を考慮すると、あまり好ましいものとは言えない。最近では、このような芳香族炭化水素系溶剤の使用を抑える動きが強まっており、脂肪族炭化水素系溶剤を主たる溶剤とする弱溶剤形塗料への転換が要望されている。

本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、錆面に対するシール性が高く、優れた防錆性、上塗り適合性等を発揮することができる弱溶剤形の下塗材組成物、及びその下塗材組成物を用いた塗装方法を提供することを目的とするものである。

このような問題を解決するため、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、特定のポリイソシアネートと水酸基含有可溶形エポキシ樹脂とを反応させて得られるウレタン変性可溶形エポキシ樹脂、アミン化合物、及び防錆顔料を必須成分として含む下塗材組成物に想到し、本発明の完成に至った。

すなわち、本発明は下記の特徴を有するものである。
１．炭素数１〜１２のモノアルコールとイソシアネート化合物との反応によって得られる、アロファネート構造を有するポリイソシアネート（ｐ）と、水酸基含有可溶形エポキシ樹脂（ｑ）とを、ＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．０２〜０．５となるように反応させて得られ、数平均分子量が５００〜１００００であるウレタン変性可溶形エポキシ樹脂（Ａ）、アミン化合物（Ｂ）、及び防錆顔料（Ｃ）を含むことを特徴とする下塗材組成物。
２．錆を有する金属面に対し、１．記載の下塗材組成物を塗付した後、上塗材を塗付することを特徴とする塗装方法。

本発明の下塗材組成物は成膜性能に優れるものであり、吸い込みの大きな錆層に対しても、比較的少ない塗付量でシール性に優れた下塗り塗膜を形成することができ、上塗り塗装後の仕上がり性、密着性等においても有利である。

以下、本発明をその実施の形態に基づき詳細に説明する。

本発明の下塗材組成物は、ウレタン変性可溶形エポキシ樹脂（Ａ）、アミン化合物（Ｂ）、及び防錆顔料（Ｃ）を必須成分として含むものである。このうち、ウレタン変性可溶形エポキシ樹脂（Ａ）（以下「（Ａ）成分」という）は、炭素数１〜１２のモノアルコールとイソシアネート化合物との反応によって得られる、アロファネート構造を有するポリイソシアネート（ｐ）（以下「（ｐ）成分」という）と、水酸基含有可溶形エポキシ樹脂（ｑ）（以下「（ｑ）成分」という）との反応により得られるものである。

本発明では、このような（Ａ）成分を必須成分として用いることにより、シール性、防錆性、上塗り適合性等において優れた性能を有する下塗材組成物が得られる。このような効果が奏される理由は明確ではないが、特定の化学構造を有する（ｐ）成分によって（ｑ）成分が適度に高分子化されることにより、脂肪族炭化水素系溶剤への溶解性を確保しつつ、成膜性を高めることができ、その結果、比較的少ない塗付量でシール性を発現することが可能になり、防錆性が向上するものと推測される。加えて、（ｐ）成分と（ｑ）成分の反応によるウレタン結合を介した構造が付加されることによって、密着性等も高まるものと推測される。

（ｐ）成分は、炭素数１〜１２のモノアルコールとイソシアネート化合物との反応によって得られるものである。このうちモノアルコールとしては、炭素数が１〜１２のものであれば特に限定されず使用可能である。具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、ｎ−アミルアルコール、ｎ−ヘキシルアルコール、２−エチル−１−ヘキサノール、ｎ−ヘプタノール、イソヘプチルアルコール、ｎ−オクタノール、２−オクタノール、ｎ−ノナノール、ｎ−デカノール、ｎ−ウンデシルアルコール、ｎ−ドデシルアルコール等が挙げられる。

（ｐ）成分におけるイソシアネート化合物としては、通常、ジイソシアネートが使用される。この中でも、脂肪族ジイソシアネートや脂環族ジイソシアネートが好適である。具体的には、例えば、エチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ウンデカメチレンジイソシアネート、１，３−ジイソシアナトシクロブタン、１，３−ジイソシアナトシクロヘキサン、１，３−ジイソシアナトメチルシクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート等を挙げることができる。これらイソシアネート化合物のなかでも、特に、ヘキサメチレンジイソシアネート、１，３−ジイソシアナトメチルシクロヘキサン、イソホロンジイソシアネートから選ばれる１種以上が好適である。

（ｐ）成分は公知の方法によって得ることができる。具体的には、例えば、モノアルコールの水酸基の一部または全部を、イソシアネート化合物中のイソシアネート基の一部と反応させて、アロファネート化触媒の存在化でアロファネート化させる方法等が挙げられる。また、モノアルコールの水酸基の一部または全部を、イソシアネート化合物中のイソシアネート基の一部と反応させてウレタン化した後、触媒の存在下でイソシアヌレート化させる方法等によれば、イソシアヌレート化とアロファネート化を同時に行うこともできる。本発明における（ｐ）成分としては、アロファネート構造に加えイソシアヌレート構造を有するものが好適である。

（ｑ）成分は、エポキシ基と水酸基を併有する化合物であり、例えばエポキシ樹脂のエポキシ基を開環させることにより水酸基を生成させたもの、あるいはエポキシ樹脂と水酸基含有化合物との反応物等が使用できる。具体的には、エポキシ樹脂とアミン化合物との反応物、エポキシ樹脂と脂肪酸との反応物、エポキシ樹脂とアクリル樹脂との反応物、フェノール化合物とエポキシ樹脂との反応物、フェノール化合物と二塩基酸とエポキシ樹脂との反応物等が挙げられる。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等のビスフェノール型エポキシ樹脂の他、ノボラック型エポキシ樹脂、フェノール樹脂のグリシジルエーテル化合物等が使用できる。（ｑ）成分として、フェノール化合物と二塩基酸とエポキシ樹脂との反応物を用いた場合は、とりわけ可とう性向上の点で有利である。
（ｑ）成分の水酸基価は、通常１０〜３００ＫＯＨｍｇ／ｇ、好ましくは５０〜２００ＫＯＨｍｇ／ｇである。（ｑ）成分のエポキシ当量は、通常１００〜５０００ｇ／ｅｑ程度である。

（Ａ）成分は、上述の（ｐ）成分と（ｑ）成分を反応させることにより得られる。この際、（ｐ）成分と（ｑ）成分の混合比率は、（ｐ）成分のＮＣＯ基と（ｑ）成分のＯＨ基につき、ＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．０２〜０．５、好ましくは０．０５〜０．３となるように調製する。このような比率であれば、脂肪族炭化水素系溶剤への溶解性を確保しつつ、シール性、防錆性等を高めることができる。ＮＣＯ／ＯＨ当量比が小さすぎる場合は、シール性が不十分となり、防錆性や、上塗り塗装後の仕上がり性、密着性等に悪影響を及ぼす。逆に大きすぎる場合は、脂肪族炭化水素系溶剤への溶解性が低下し、弱溶剤形の塗料を設計することが困難となる。また、貯蔵安定性が低下するおそれもある。

（Ａ）成分の数平均分子量は５００〜１００００、好ましくは８００〜８０００、より好ましくは１０００〜５０００である。本発明では、このような分子量を有する（Ａ）成分を使用することにより、シール性、密着性、含浸補強性、溶解性、仕上がり性等において有利な効果を得ることができる。数平均分子量が上記値よりも小さすぎる場合は、シール性が不十分となり、上塗り塗装後の仕上がり性、密着性等に悪影響を及ぼす。数平均分子量が大きすぎる場合は、含浸補強性等において十分な性能が得られ難くなり、脂肪族炭化水素系溶剤への溶解性も低下する。なお、本発明における数平均分子量は、ゲルパーミエションクロマトグラフィによって測定される値である。

本発明組成物におけるアミン化合物（Ｂ）（以下「（Ｂ）成分」という）は、上記（Ａ）成分の硬化剤としてはたらくものである。（Ｂ）成分としては市販または公知の材料が使用でき、例えば、脂肪族ポリアミン、脂環式ポリアミン、芳香族ポリアミン、ポリアミド、ポリアミドアミン、複素環状アミン等、またはこれらの変性物等が使用できる。

本発明組成物における防錆顔料（Ｃ）としては、市販または公知の材料を使用することができる。具体的には、例えば、リン酸亜鉛、リン酸鉄、リン酸アルミニウムなどのリン酸系防錆顔料、亜リン酸亜鉛、亜リン酸鉄、亜リン酸アルミニウムなどの亜リン酸系防錆顔料、モリブデン酸カルシウム、モリンブデン酸アルミニウム、モリブデン酸バリウムなどのモリブデン酸系防錆顔料、酸化バナジウムなどのバナジウム系防錆顔料、ストロンチウムクロメート、ジンクロメート、カルシウムクロメート、カリウムクロメート、バリウムクロメートなどのクロメート系防錆顔料、水分散シリカ、ヒュームドシリカなどの微粒シリカ等が挙げられ、これらの１種または２種以上を使用することができる。

本発明の下塗材組成物は、溶剤として非水系溶剤を用いるもので、当該非水系溶剤として脂肪族炭化水素系溶剤を主成分とするものである。このような脂肪族炭化水素系溶剤は、芳香族炭化水素系溶剤に比べ、低毒性であり、作業上の安全性が高く、さらには大気汚染に対する影響も小さいという特徴をもつものである。さらに、脂肪族炭化水素系溶剤は、適度な蒸発速度を有するため、本発明下塗材組成物の含浸補強性等に対しても有利にはたらくものである。脂肪族炭化水素系溶剤の比率は、全溶剤中５０重量％以上とすればよい。

脂肪族炭化水素系溶剤としては、例えば、ｎ−ヘキサン、ｎ−ペンタン、ｎ−オクタン、ｎ−ノナン、ｎ−デカン、ｎ−ウンデカン、ｎ−ドデカンのほか、テルピン油やミネラルスピリット等が例示できる。このような脂肪族炭化水素系溶剤の他に、必要に応じ、通常塗料に用いられる非水系溶剤を使用することも可能であるが、本発明では特に、トルエン、キシレンを含まず、引火点２１℃以上の消防法第四類第２石油類に該当するものが、安全衛生上好ましい。

本発明組成物では上述の成分の他、必要に応じ着色顔料、体質顔料、可塑剤、防腐剤、防黴剤、防藻剤、消泡剤、レベリング剤、顔料分散剤、沈降防止剤、たれ防止剤、艶消し剤、触媒、硬化促進剤等を、本発明の効果が阻害されない範囲内で混合することができる。

本発明組成物の固形分は、通常５〜６０重量％、好ましくは１０〜５０重量％である。固形分をこのような範囲内に設定すれば、含浸補強性とシール性のバランスが良好となり、さらに塗装作業性を高めることもできる。

本発明組成物は、錆面の塗装に使用することができる。塗装の対象物は、主に建築物、土木構築物等における錆面である。具体的には、例えば建屋鉄骨、鉄扉、手摺、柵、門扉、架台、軽量鉄骨、ガードレール、橋梁、鉄塔等が挙げられる。
なお、本発明における錆面とは、一部ないし全体に錆が発生している状態の金属面のことである。ケレン等の処理を行った後であっても、錆が残存している場合はすべて本発明の錆面に包含される。
錆面を構成する基材としては、例えば、冷延鋼、アルミニウム鋼、ステンレス鋼、銅鋼、溶融亜鉛メッキ鋼、溶融亜鉛・アルミニウム合金メッキ鋼、電気亜鉛メッキ鋼、電気合金メッキ鋼、合金メッキ鋼、銅メッキ鋼、錫メッキ鋼等の金属基材、あるいはこれらの金属基材にリン酸塩系やクロム酸塩系等の表面処理を施した金属基材等が挙げられる。また、これら金属基材は、アルキッド樹脂系塗料、塩化ゴム系塗料、アクリル樹脂系塗料、ウレタン樹脂系塗料、アクリルシリコン樹脂系塗料、フッ素樹脂系塗料等の各種塗膜を有するものであってもよい。

下塗材の塗装方法としては、例えば、刷毛塗装、ローラー塗装、スプレー塗装等種々の方法を用いることができる。塗装時の塗付量は、通常５０〜５００ｇ／ｍ^２、好ましくは８０〜３００ｇ／ｍ^２である。
下塗材の塗回数は、被塗面の表面状態等によって適宜設定すればよいが、通常１〜２回である。本発明の下塗材では、このような少ない塗回数であっても、シール性に優れた塗膜が形成できる。
下塗材の乾燥時間は、通常３時間以上とすればよい。

本発明では、下塗材を乾燥させた後、各種上塗材を塗装することができる。
上塗材としては、化粧性を有するものであれば特に限定されず、各種のものを使用することができる。具体的には、例えば、アルキッド樹脂系塗料、アクリル樹脂系塗料、ウレタン樹脂系塗料、アクリルシリコン樹脂系塗料、フッ素樹脂系塗料等が挙げられる。これら上塗材は、弱溶剤形塗料または水性塗料であることが望ましい。
上塗材は１層で仕上げてもよく、２層以上を積層して仕上げることもできる。

以下に実施例及び比較例を示し、本発明の特徴をより明確にする。

（実施例１）
ポリイソシアネートとして、イソシアヌレート構造・アロファネート構造併有ポリイソシアネート（ヘキサメチレンジイソシアネートとｎ−ブチルアルコールとの反応生成物、不揮発分１００重量％、ＮＣＯ含有量２１重量％）を用意し、これを水酸基含有可溶形エポキシ樹脂（フェノールノボラック樹脂とビスフェノールＡ型エポキシ樹脂とダイマー酸との反応物、固形分：６０重量％、水酸基価：１００ＫＯＨｍｇ／ｇ、エポキシ当量：１２００ｇ／ｅｑ、数平均分子量：２０１０、溶剤：ミネラルスピリット）に滴下混合した。この際、ポリイソシアネートと水酸基含有可溶形エポキシ樹脂の混合比率は、ＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．１５となるようにした。以上の方法で得られたウレタン変性可溶形エポキシ樹脂の数平均分子量は２５００であった。

上記ウレタン変性可溶形エポキシ樹脂１００重量部に対し、リン酸アルミニウム８重量部、二酸化チタン３０重量部、ミネラルスピリット１１５重量部、シリコーン系消泡剤０．１重量部を混合し、次いでアミン化合物（組成：ポリアミドアミン、アミン価：１００ＫＯＨｍｇ／ｇ、固形分：４０重量％）７０重量部を混合して下塗材を得た。
得られた下塗材につき以下の試験を行った。

（試験方法）
（１）シール性
ＪＩＳＧ３１４１「冷間圧延鋼板及び鋼帯」に規定される鋼板ＳＰＣＣ−ＳＢを屋外にて３ヵ月暴露することによって錆を発生させた鋼板に対し、下塗材を塗付量１５０ｇ／ｍ^２で刷毛塗りした。標準状態（温度２３℃、湿度５０％）にて７日間養生後、試験体表面に１ｍｌの水をスポットして、その部分を時計皿で覆い、２４時間放置後までの状態を確認した。評価基準は、スポットが減少しなかったものを「○」、スポットが減少したものを「△」、スポットが消失したものを「×」とした。

（２）密着性試験
ＪＩＳＧ３１４１「冷間圧延鋼板及び鋼帯」に規定される鋼板ＳＰＣＣ−ＳＢを屋外にて３ヵ月暴露することによって錆を発生させた鋼板に対し、下塗材を塗付量１５０ｇ／ｍ^２で刷毛塗りし、標準状態（温度２３℃、湿度５０％）にて７日間養生後、碁盤目テープ法（４×４ｍｍ・２５マス）により、錆層に対する密着性を評価した。評価基準は、錆層内破断が２／２５未満であったものを「○」、錆層内破断が２／２５以上５／２５未満であったものを「△」、錆層内破断が５／２５以上であったものを「×」とした。

（３）上塗り適合性試験
ＪＩＳＧ３１４１「冷間圧延鋼板及び鋼帯」に規定される鋼板ＳＰＣＣ−ＳＢを屋外にて３ヵ月暴露することによって錆を発生させた鋼板に対し、下塗材を塗付量１５０ｇ／ｍ^２で刷毛塗りした。標準状態にて３時間養生後、上塗材（商品名「クリーンマイルドウレタン」；エスケー化研株式会社製）を塗付量２００ｇ／ｍ^２で刷毛塗りした。
標準状態にて７日養生後、塗膜表面の鏡面光沢度（測定角度：６０度）を測定することにより上塗り適合性を評価した。評価は、鏡面光沢度７０以上を「○」、鏡面光沢度６０以上７０未満を「△」、鏡面光沢度６０未満を「×」とした。

試験結果を表１に示す。実施例１では、いずれの試験においても良好な結果を得ることができた。

（実施例２）
イソシアヌレート構造・アロファネート構造併有ポリイソシアネートと水酸基含有可溶形エポキシ樹脂の混合比率を、ＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．１０となるようにした以外は、実施例１と同様の方法で下塗材を製造した。なお、実施例２におけるウレタン変性可溶形エポキシ樹脂の数平均分子量は２３８０であった。得られた下塗材につき、実施例と同様の試験を行った。試験結果を表１に示す。

（比較例１）
ウレタン変性可溶形エポキシ樹脂に替えて、未変性の水酸基含有可溶形エポキシ樹脂を用い、実施例１と同様の方法で下塗材を製造した。得られた下塗材につき、実施例と同様の試験を行った。試験結果を表１に示す。

（比較例２）
イソシアヌレート構造・アロファネート構造併有ポリイソシアネートと水酸基含有可溶形エポキシ樹脂の混合比率を、ＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．０１となるようにした以外は、実施例１と同様の方法で下塗材を製造した。なお、比較例１におけるウレタン変性可溶形エポキシ樹脂の数平均分子量は２０２０であった。得られた下塗材につき、実施例と同様の試験を行った。試験結果を表１に示す。

（比較例３）
イソシアヌレート構造・アロファネート構造併有ポリイソシアネートと水酸基含有可溶形エポキシ樹脂の混合比率を、ＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．５５となるようにした以外は、実施例と同様の方法で下塗材の製造を試みた。しかし、この比較例３では、ポリイソシアネートと水酸基含有可溶形エポキシ樹脂の反応物において、凝集物が発生してしまった。

Claims

炭素数１〜１２のモノアルコールとイソシアネート化合物との反応によって得られる、アロファネート構造を有するポリイソシアネート（ｐ）と、水酸基含有可溶形エポキシ樹脂（ｑ）とを、ＮＣＯ／ＯＨ当量比が０．０２〜０．５となるように反応させて得られ、数平均分子量が５００〜１００００であるウレタン変性可溶形エポキシ樹脂（Ａ）、アミン化合物（Ｂ）、及び防錆顔料（Ｃ）を含むことを特徴とする下塗材組成物。
錆を有する金属面に対し、請求項１記載の下塗材組成物を塗付した後、上塗材を塗付することを特徴とする塗装方法。