JP2008122170A

JP2008122170A - 外装部材の耐候劣化診断方法

Info

Publication number: JP2008122170A
Application number: JP2006304799A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Shimane; 則明島根; Takaji Matsumura; 隆爾松村
Original assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Kasei Homes Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp; Asahi Kasei Homes Corp
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】屋外環境に曝露される外装部材の耐候劣化を、非接触で、且つ、高い信頼性、精度で診断する方法を提供する。
【解決手段】有機物と無機物とからなる外装部材の表面層における有機物由来の元素濃度と無機物由来の元素濃度とを蛍光Ｘ線分析装置により測定し、ピーク強度の比をもって耐候劣化を診断する。
【選択図】なし

Description

本発明は、屋外環境に曝露される建築物の屋根材や外壁塗装といった外装部材の耐用限界年数（寿命）を推定するために、該外装部材の耐候劣化を定量的に診断する方法に関する。

住宅や各種施設といった建築物の外壁は、一般的には塗料による塗装が施されているが、日光や風雨、風雪に曝露される当該塗装は経時的に耐候劣化するため、通常、１０年を過ぎると塗り替えが必要である。外壁の塗り替えは経済的な負担が大きいため、塗装の耐候劣化を正確に診断し、塗り替え時期までの年数を正確に把握する方法が望まれている。一般に塗装の耐候劣化を診断する方法としては、鏡面光沢度測定（ＪＩＳ−Ｚ８７４１）に基づく光沢保持率（ＪＩＳ−Ａ６９０９）や、色差（ＪＩＳ−Ｚ８７３０）を測定し、初期の状態との変動により診断する方法が挙げられる。また、特許文献１には、硬度を測定して塗膜の耐候劣化を診断する方法が提案されている。

特開平６−２４１９７０号公報

しかしながら、光沢保持率の変動による耐候劣化の診断は、艶消し塗料などの光沢値の小さい塗料の場合には、光沢低下が劣化現象として認識されにくいため、正確性に欠ける。また、色差の変化による耐候劣化の診断は、具体的には白化現象を劣化として捉えるものであるため、白色塗料の場合には診断が困難である。また、複数色の顔料が混在する多彩塗料の場合には、測定箇所によって測定値に誤差を生じやすく、診断結果の信頼性が低い。さらに、硬度を測定して耐候劣化を診断する場合、実際の建築物の外壁塗装から測定用の塗膜を採取する必要があり、建築物の外観を損ねたり、下層に硬度の異なる物質を含む材料（いわゆる下塗材等）があると、劣化診断をしたい上塗の硬度が正確に測定できないという問題があった。

本発明の課題は、上記問題を解決し、屋外環境に曝露される外装部材の耐候劣化を、非接触で、且つ、高い信頼性、精度で診断する方法を提供することにある。

本発明は、無機物と有機物とからなる外装部材の表面層における特定の元素濃度を測定することにより、該外装部材の耐候劣化を診断することを特徴とする外装部材の耐候劣化診断方法である。

本発明においては、下記の構成が好ましく適用される。
上記特定の元素が、Ｃ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｓ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅのうちのいずれか一種、または２種以上であることが好ましい。
上記特定の元素濃度の測定を、蛍光Ｘ線分析装置により行う。
上記蛍光Ｘ線分析装置により測定された有機物由来のピーク強度と無機物由来のピーク強度の比率を耐候劣化の指標とする。

本発明によれば、特定の元素濃度の測定により屋外環境に曝露される建物の外装部材の表面層の元素組成が把握できるので、耐候劣化診断、及び外装部材の耐用限界年数（寿命）を推定することができる。また、白色塗料や艶消し塗料、さらには複数色の顔料が含有される多彩塗料であっても、定量的に精度良く、且つ、再現性良く耐候劣化を診断することができる。

また、測定に蛍光Ｘ線分析装置を用いることにより、直径５０ｍｍ程度の広範囲を測定できるため、局部的に発生しているミクロな劣化現象を過剰に評価することなく、人が感じる外装材全体に起きている僅かな劣化現象を定量的に測定することができる。

また、蛍光Ｘ線分析装置を用いることにより、元素によって異なるものの表面から数μｍ〜数百μｍ程度の深さの元素濃度を非接触で測定することができるため、測定結果が外装部材表面の凹凸形状や塗装下地の種類に影響されにくく、精度良く、再現性の良い外装部材の劣化診断をすることができる。

また、ポータブルの蛍光Ｘ線分析装置を用いれば、既存の建物の外装部材であっても試料採取することなく非破壊で診断可能なため傷をつけて外観を損ねる恐れがない。

よって、無機物と有機物とからなる外装部材であれば、種類や場所を問わずに耐候劣化を診断することができる。特に有機物由来のピーク強度と無機物由来のピーク強度の比率を耐候劣化の指標とすると変動幅がより大きくなるため、耐候劣化診断の診断結果の信頼性が高い。

さらに従来技術による評価法との比較をしながら本発明の効果を説明すると以下の通りである。

光沢保持率での評価では、建築物の外装部材のように表面に凹凸がある場合、凹凸形状の違いにより光沢値に違いが生じるため、実際に屋外環境に暴露する（実曝）前後で同一箇所を測定する必要があり、実曝前には測定対象物件ごとに必ず実際の建築物に施工した外装部材の初期値の測定（評価）が必要となる。

しかし、蛍光Ｘ線分析装置を使用して分析する場合、外装部材の種類ごとに製造時の表面の元素組成さえわかっていれば良い。測定値は、建築物の外装部材の表面の凹凸の影響を受けることがないため、測定対象物件ごとに必ず実際の建築物に施工した外装部材の初期値を測定（評価）する必要がない。

また、色差による評価では、外装部材の表面が多彩模様塗料の場合、一般に色差計の測定範囲が直径１０ｍｍ程度と狭く、測定範囲内の着色粒子の分布状態の違いによって測色値に違いが生まれるため、上記光沢保持率での評価と同様に実曝前後で同一箇所を測定する必要があり、実曝前に測定対象物件ごとに必ず実際の建築物に施工した外装部材の初期値の測定（評価）が必要となる。

しかし、蛍光Ｘ線分析装置を使用して分析する場合は、測定範囲が広く、測定範囲内の着色粒子の分布状態の影響を受けにくいため、多彩塗料の種類ごとに表面の元素濃度さえわかっていれば良く、測定対象物件ごとに初期値を測定しておく必要がない。

本発明により耐候劣化を診断する対象は、無機物と有機物とからなる外装部材であり、具体的には、外壁や屋根の塗料、高分子系防水シート、石綿スレート瓦、樋など、屋外環境に曝露される建物の外装仕上げ材である。

無機物と有機物とからなる複合部材を屋外環境に曝露した場合、経時的に表面層の有機物が分解することによって、該表面層の元素組成が変化する。例えば、樹脂中に顔料や充填材を含有せしめてなる塗料においては、有機物である樹脂成分中に、無機物である顔料粒子や充填材粒子が内包されており、塗装直後の塗膜は最表面に樹脂の薄い膜が形成され、顔料粒子や充填材粒子は表面に露出していない。しかしながら、この塗膜を屋外環境に曝露した場合、樹脂成分の分解により、顔料粒子や充填材粒子が表面に露出し始め、表面層における元素組成が変動する。従って、係る塗膜の表面層に含まれる元素濃度を測定することによって、塗膜の耐候劣化を診断することができる。特に、経時的に濃度が増加する元素濃度と、経時的に濃度が低下する元素濃度の比を指標とすれば、変動幅がより大きくなるため、診断結果の信頼性が高くなる。

本発明において、外装部材の表面層の元素濃度を測定する具体的な手段としては、蛍光Ｘ線分析装置が好ましく用いられる。この装置は、測定対象にＸ線を照射して出射される蛍光Ｘ線の強度を検出する装置であり、外装部材の表面層を構成する各元素の濃度をピーク強度で得ることができる。係る装置によれば、測定対象に非接触で、元素によって測定できる深さが異なるが、表面より数μｍ〜数百μｍ程度の表面層の元素濃度を測定することができる。本発明においては特に波長分散型蛍光Ｘ線分析法による装置が好ましく用いられる。ここに言うピーク強度とは、蛍光Ｘ線分析装置での測定によって得られる、元素に固有な特性Ｘ線（蛍光Ｘ線）の波長とその強度のことであり、例えば、図７に示すＣのデータチャートのようなデータチャートとして得られる。

本発明において、耐候劣化を診断するために濃度を測定する元素としては、外装部材の構成成分にもよるが、経時的に濃度が変化する元素であれば耐候劣化の診断に用いることができる。例えば塗料の場合、有機物である樹脂に、無機物である顔料や充填材が添加されており、好ましくは、これらの成分に由来する、Ｃ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｓ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅのうちのいずれか一種、または２種以上である。Ｃは有機物である樹脂由来であり、Ｆｅ、Ｔｉ、Ａｌは顔料由来、Ｃａは充填材由来である。Ｓｉは有機物である樹脂由来の場合と無機物である顔料由来の場合がある。このうち、Ｃは経時的に濃度が低下し、Ｃ以外は全て経時的に濃度が増加する。よって、Ｃと他の元素の濃度をそれぞれ測定してその比をとれば、経時的な変動がより大きく得られる。

本発明により、既存の建物の外装部材の耐用限界年数（寿命）を推定する方法を、下記に説明する。

（１）対象となる外装部材と同じ試料に促進劣化試験を施す。促進劣化試験は、通常の屋外環境より過酷な条件の環境に試料を置くことで、短期間で試料を耐候劣化させる試験である。この促進劣化試験前、及び、促進劣化試験中に経時的に試料の表面層の元素濃度を測定し、促進劣化時間に対する元素濃度（蛍光Ｘ線ではピーク強度）をプロットして検量線を作成する。

（２）促進劣化試験を施した試料（促進劣化試料）の外観評価より、耐用限界と判断される促進劣化時間を割り出す。

（３）上記試料を実際に屋外環境に長期間曝露した実曝試料について、表面層の元素濃度を測定し、その数値を上記検量線にプロットすることにより、促進劣化時間と実際の屋外環境に曝露した実曝時間との相関性を割り出す。

（４）上記相関性に基づいて、上記耐用限界の促進劣化時間を実曝時間に換算し、該外装部材の実際の耐用限界年数を算出する。該耐用限界年数から、既に経過した年数を除けば、該外装部材の耐用限界までの年数が得られる。

また、本発明によれば、既存の外装部材と構成成分が共通する外装部材であれば、新規なものであってもその耐候性を評価することができる。例えば、樹脂と顔料と充填材からなる塗料において、既存の塗料とは顔料と充填材とが同じで樹脂の異なる塗料であれば、樹脂と顔料または充填材に由来する元素の濃度を測定することによって、既存の塗料の耐候性に基づいて新規な塗料の耐候性を評価することができる。以下に評価の手順（工程）を説明する。

既存の外装部材について、上記（１）〜（３）の工程によって、耐用限界年数、及び、促進劣化時間と実曝時間との相関性を割り出す。

（４）新規の外装部材について、上記（１）の促進劣化試験を施し、外観評価より耐用限界と判断される促進劣化時間を割り出し、上記促進劣化時間と実曝時間との相関性に基づいて、実際の屋外環境に曝露した場合の耐用限界年数を算出する。

また、新規の外装部材についても、促進劣化試験において経時的に表面層の元素濃度を測定して検量線を作成しておくことにより、該外装部材を実際の建物に用いた場合の、将来的な耐用限界年数の算出に用いることができる。即ち、上記（３）の工程で促進劣化時間と実曝との相関性を得る際に用いた実際の曝露条件とは大幅に異なる環境で用いた場合でも、係る外装部材の表面層の元素濃度を測定することにより、実際の耐用限界年数を容易に推定することができる。

外装部材試料１として、アクリルシリコーン樹脂エマルジョン、着色顔料、充填材、添加剤を含有する多彩塗料「セラミトーンフレック」（藤倉化成社製）を用い、促進劣化試験を行う（促進劣化試料）と同時に、該塗料を実際に塗装して屋外環境に曝露した実曝試料とを比較した。促進劣化試験の内容は以下の通りである。

試験機：メタルハライド促進耐候性試験機（ダイプラウィンテス社製）
光照射４時間、結露４時間、乾燥２０分間を１サイクルとして３０サイクル（２５０時間）毎に試料の観察及び表面層の元素濃度測定を行った。尚、促進劣化試験の各条件の詳細は以下の通りである。
・光照射条件
温度：６３℃
湿度：５０％
照射強度：７５０Ｗ／ｍｍ²
紫外線領域：３００〜４００ｎｍ
・結露条件
温度：３０℃
湿度：９８％
散水：結露開始時に３０秒間
・乾燥条件
温度：６３℃
湿度：１０％
散水：乾燥開始時に３０秒間

試料の表面層の元素濃度測定は、リガク社製の波長分散型蛍光Ｘ線分析装置「ＺＳＸ−１００ｅ」を用い、分析径を２０ｍｍφとして全元素定性分析を行った。

促進劣化試料のＣ，Ｔｉ，Ｓｉのピーク強度の変化を図１、図２、図３にそれぞれ示す。また、この結果より、ＣとＴｉのピーク強度比を促進劣化時間に対してプロットした検量線を図４に示す。

一方、同じ試料を実際の屋外環境に５年間曝露した実曝試料について元素濃度を測定したところ、ＣとＴｉのピーク強度比は０．４９７であり、これを図４の検量線上にプロットすると、促進劣化時間４８０時間に相当した。

促進劣化試料を子細に観察したところ、外観上、耐用限界と判断される促進劣化時間は１４４０時間であり、上記促進劣化試料と実曝試料との相関性から、これは１５年実曝に相当することがわかった。即ち、当該試料の塗料の耐用限界年数はおよそ１５年である。

さらに、試料１と同様の顔料と充填材を用いた新規な塗料を外装部材試料２として上記と同様の促進劣化試験を行い、一定時間毎にＣとＴｉの濃度を測定し、ピーク強度比の検量線を作成し、上記試料１の検量線と比較した。図５に、試料１、試料２のそれぞれのＣとＴｉのピーク強度比の検量線を示す。

試料１と試料２の構成要素は表１の通りである。表１から明らかなように、試料１と試料２の相違点は樹脂と添加剤のみであり、顔料及び充填材は物質も含有率も同じである。従って、塗膜中のＴｉの濃度は同じであるため、図５を使った耐用限界年数の推定が可能となる。

上記したように、試料１の耐用限界年数は１５年であり、促進劣化試験においては１４４０時間である。これに対し、試料１の促進劣化時間１４４０時間に相当するピーク強度比を示す試料２の促進劣化時間は３５９０時間であり、試料２は試料１に比較して寿命が２．５倍であることがわかった。また、上記試料１における促進劣化時間と実曝時間との相関性より、試料２の耐用限界年数は３７年であることがわかった。

尚、本実験ではＣとＴｉのピーク強度比の検量線を用いて耐用限界年数の推定を行ったが、Ｃのピーク強度のみを使用しても同様に耐用限界年数の推定を行うことは可能である（図６）。

屋外環境に曝露される建築物の屋根材や外壁塗装といった外装部材の耐用限界年数の推定に用いられる。

本発明の実施例における試料１の促進劣化時間に対するＣのピーク強度を示す図である。本発明の実施例における試料１の促進劣化時間に対するＴｉのピーク強度を示す図である。本発明の実施例における試料１の促進劣化時間に対するＳｉのピーク強度を示す図である。本発明の実施例における試料１の促進劣化時間に対するＣ／Ｔｉのピーク強度比を示す図である。本発明の実施例における試料１及び試料２の促進劣化時間に対するＣ／Ｔｉのピーク強度比を示す図である。本発明の実施例における試料１及び試料２の促進劣化時間に対するＣのピーク強度を示す図である。本発明で用いる蛍光Ｘ線分析装置での測定によって得られる、元素のピーク強度を示すデータチャート（Ｃのデータチャート例）である。

Claims

無機物と有機物とからなる外装部材の表面層における特定の元素濃度を測定することにより、該外装部材の耐候劣化を診断することを特徴とする外装部材の耐候劣化診断方法。
上記特定の元素が、Ｃ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｓ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅのうちのいずれか一種、または２種以上である請求項１に記載の外装部材の耐候劣化診断方法。
上記特定の元素濃度の測定を、蛍光Ｘ線分析装置により行う請求項１または２に記載の外装部材の耐候劣化診断方法。
上記蛍光Ｘ線分析装置により測定された有機物由来のピーク強度と無機物由来のピーク強度の比率を耐候劣化の指標とする請求項１乃至４のいずれかに記載の外装部材の耐候劣化診断方法。