JP2009221256A - 水系エポキシ樹脂塗料組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】水系エポキシ樹脂塗料組成物に関し、防食性に優れ、低ＶＯＣを実現する水系エポキシ樹脂塗料組成物に関するものである。
【解決手段】バインダー樹脂及び顔料を含む水系エポキシ樹脂塗料組成物であって、前記バインダー樹脂が、水溶性アミン樹脂及び疎水性液状エポキシ樹脂からなり、顔料が、タルクからなり、タルクが、塗料組成物中５〜５０質量％で含有される。
【選択図】なし

Description

本発明は、橋梁、プラント施設などの鋼構造物に使用される水系エポキシ樹脂塗料組成物に関し、防食性に優れ、低ＶＯＣを実現する水系エポキシ樹脂塗料組成物に関する。

従来、防食用塗料は溶媒に水以外のシンナーを用いるものがほとんどである。水以外のシンナーは、防食用塗料用途で用いられる殆どのものが水となじまない組成であるため、塗料を形成した後の塗膜の耐水性及び耐湿性が優れている。
一方、溶媒として、水を用いた塗料は、建築物への適用は多数あるが、鋼構造物への適用には、塗膜性能としての耐水性及び耐湿性が劣り、技術的に問題がある。
従来、溶剤型の防食用塗料においては、製造時及び塗装時の作業者に対する影響が大きいトルエンや、キシレンを塗料配合中に多量に使用されていた。しかしながら、近年、人体への影響が比較的少ないとされる弱溶剤系に置換されてきている。確かに、弱溶剤化により、溶剤による人体への悪影響はかなり低減されているが、全ての溶剤が水に代替できれば、人体への悪影響の低減は、非常に大きいと考えられる。

従来のＶＯＣ削減手法は、塗料のハイソリッド化であった。この方法では、塗装作業性が大きく低減する。一方、塗料を水系化することにより、大幅なＶＯＣ削減が達成できる。
水系化した防食塗料として、Ａ）自己乳化型エポキシ樹脂、Ｂ）活性水素当量が６０〜２５０ｇ／当量であるポリアミン系硬化剤、Ｃ）常温で液状の炭化水素樹脂を必須成分として用い、上記のＡ成分に含まれるエポキシ基１当量に対する上記のＢ成分に含まれる活性水素を０．７〜１．５当量とし、かつ上記のＡ成分とＢ成分との合計量１００質量部に対する上記のＣ成分の使用量を２０〜２００質量部とする水希釈性防食塗料組成物（特許文献１参照）がある。
しかしながら、この技術では、自己乳化型エポキシ樹脂が、反応しても、水溶性官能基が膜中に残存するため、親水性を有し、耐水性及び耐湿性が劣る問題がある。

特開平５−２０２３１８号公報

従って、本発明は、鋼構造物に適用しても溶剤系と同等の耐食性を示し、低いＶＯＣ含量を有し、しかも、製造時及び塗装時の作業者への影響（危険性）の低い水系エポキシ樹脂塗料組成物を提供することを目的とするものである。

本発明者等は、上記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、使用するエポキシ樹脂として、疎水性のエポキシ樹脂を使用し、その硬化剤として、水溶性アミン樹脂硬化剤を使用するとともに、配合する顔料として、特定の顔料の組合せを使用することにより、上記課題を効果的に達成できることを見出し、本発明に到達したものである。即ち、親水性の材料としては、水溶性アミン樹脂を使用し、それ以外は、疎水性の材料を使用することにより、耐水性に優れた防食塗料が得られることを見出した。

即ち、本発明は、バインダー樹脂及び顔料を含む水系エポキシ樹脂塗料組成物であって、前記バインダー樹脂が、水溶性アミン樹脂及び疎水性液状エポキシ樹脂からなり、顔料が、タルクからなり、タルクが、塗料組成物中５〜５０質量％で含有されることを特徴とする水系エポキシ樹脂塗料組成物に関するものである。

以下、本発明について、詳細に説明する。
本発明でバインダー樹脂として使用されるエポキシ樹脂は、疎水性であり、かつ液状のものである。
疎水性とは、水に対して溶解しない又は親水性を有さないことを意味する。例えば、疎水性は、水に対する溶解性（２５℃）として、３％以下、特に、１％以下の溶解性を示すものを言う。
エポキシ樹脂は、常温（２０〜２５℃）で液状のエポキシ樹脂である。常温において液状であるエポキシ樹脂を使用するのは、水溶性アミン樹脂中に（固形エポキシ樹脂と比べて）比較的均一に分散させることが容易であり、後述する水溶性アミン樹脂硬化剤との反応性も良好となる。

本発明で使用される疎水性液状エポキシ樹脂は、エポキシ当量１００〜３００ｇ／ｅｑ、好ましくは、１５０〜２５０ｇ／ｅｑであることが適当である。エポキシ当量が、１００ｇ／ｅｑ未満であると、物理的強度が低下し易いため、好ましくない。一方、エポキシ当量が、３００ｇ／ｅｑを越えるような過大な値となると、一般に５℃程度の低温で液状を維持出来なくなる傾向にあり、樹脂が結晶化、析出し易くなり、好ましくない。

本発明では、エポキシ樹脂として、疎水性でかつ液状のエポキシ樹脂が使用される。液状とは、常温（２５℃）において液状であることを意味する。このように液状のエポキシ樹脂を使用するのは、水溶性アミン樹脂に均一に分散させることができるからである。
疎水性エポキシ樹脂が常温において「液状」であるためには、分子量が低いことが好ましい。分子量としては、例えば、数平均分子量が、通常５００以下、好ましく４００以下であることが好適である。

このような疎水性液状エポキシ樹脂としては、以下で説明する水溶性アミン樹脂硬化剤と常温で反応して、硬化するものであれば、特に限定されるものではない。エポキシ樹脂は、分子中にグリシジル基を１個以上、好ましくは、１．２個以上含有するものが好適である。上限としては、例えば、分子中にグリシジル基を３個以下が好適であろう。
本発明で使用できるエポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂や、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、アルキルモノグリシジルエーテル、アルキルモノグリシジルエステル、アルキルジグリシジルエーテル、アルキルジグリシジルエステル、アルキルフェノールモノグリシジルエーテル、ポリグリコールモノグリシジルエーテル、ポリグリコールジグリシジルエーテル等が挙げられる。ここで、アルキルモノグリシジルエーテル等におけるアルキル基は、例えば、炭素数３〜１５のアルキル基が好適である。このようなアルキル基としては、例えば、ネオペンチル基、２−エチルヘキシル基などのアルキル基が好適に挙げられる。
このようなエポキシ樹脂は、単独で使用してもよく、それらの混合物として使用してもよい。この場合、全体としてのエポキシ樹脂の混合物のエポキシ当量が、上記の範囲に入っていればよい。

本発明で使用される水溶性アミン樹脂は、硬化剤として使用され、水溶性で、かつ疎水性液状エポキシ樹脂と反応し、硬化反応を生じる。本来、疎水性エポキシ樹脂は、水とはなじまないため、疎水性物質同士が集まろうとして、分離し易いが、水溶性アミン樹脂硬化剤が、疎水性液状エポキシ樹脂に対する乳化剤的な役割を果たし、液状の疎水性エポキシ樹脂を分子レベルで取り巻き、粒子を形成（エマルション化）する。このため、疎水性液状エポキシ樹脂を使用しても、均一に水溶性アミン樹脂と混和させることができる。
水溶性アミン樹脂は、樹脂成分が多く、希釈水が少ない状況（加熱残分で６０％以上）において常温で透明な性状を示す。水溶性アミン樹脂硬化剤は、例えば、特開平６−２９８９１０号公報に示される水溶性アミン樹脂硬化剤が好適に挙げられる。

水溶性アミン樹脂硬化剤としては、例えば、具体的な商品名として現在上市されているフジキュアーＦＸＨ−９２７（富士化成工業（株）製）や、フジキュアーＦＸＩ−９１９（富士化成工業（株）製）、アデカハードナーＥＨ−４１６３Ｘ（旭電化（株）製）、ベッコポックスＥＨ６１３Ｗ／８０ＷＡ（サーフェース・スペシャリティージャパン社製）、ベッコポックスＥＨ６２３Ｗ／８０ＷＡ（サーフェース・スペシャリティージャパン社製）等が好適に挙げられる。
水溶性アミン樹脂は、単独で使用してもよく、それらの混合物として使用してもよい。
水溶性アミン樹脂は、疎水性液状エポキシ樹脂のエポキシ当量に対し、当量比で、例えば、０．５０〜１．５０、好ましくは、０．７０〜１．３０で使用することが好適である。
また、水溶性アミン樹脂は、２３℃においてＮＶ５０％未満、好ましくは、ＮＶ４０％以下でエマルションの形態に変化するものであることが好適である。

本発明の水系エポキシ樹脂塗料組成物には、必要に応じて、上記必須成分以外にも、例えば、分散剤や、消泡剤、その他の助剤など各種添加剤を適宜配合することができる。
本発明の水系エポキシ樹脂塗料組成物においては、水の含有量は、例えば、１０〜６０質量％、好ましくは、２０〜５０質量％であることが好適である。
本発明の水系エポキシ樹脂塗料組成物の固形分としては、例えば、４０〜９０質量％、好ましくは、５０〜８０質量％であることが好適である。

本発明では、タルクは、塗料組成物中５〜５０質量％で含有される。タルクの量が、５質量％未満では、耐水性が不良となり易く、一方、５０質量％を超えると、塗装作業性が低下し易くなり、好ましくない。タルクの好ましい配合量は、１０〜４０質量％程度である。
好ましくは、タルクと併用して、沈降性硫酸バリウムを使用してもよい。これにより、良好な作業性が得られ易いなどの利点がある。

本発明で使用されるタルク及び沈降性硫酸バリウムは、もともと水分含量の低いものである。例えば、タルクの水分含量は、通常、０．２〜０．３質量％である。また、沈降性硫酸バリウムの場合には、水分含量は、例えば、０．１〜０．２質量％である。従って、本発明の水系エポキシ樹脂塗料組成物において、乾燥後の塗膜中において、顔料によりもたらされる水分の量が非常に小さいため、被塗物が腐食性の材料である場合、例えば、鉄系の材料である場合には、特に、防食作用の面において優れている。

タルクは、本発明の水系エポキシ樹脂塗料組成物において、例えば、５〜５０質量％、好ましくは、１０〜４０質量％で含まれることが好適である。
沈降性硫酸バリウムは、本発明の水系エポキシ樹脂塗料組成物において、例えば、０〜４０質量％、好ましくは、５〜３０質量％で含まれることが好適である。
更に、本発明の水系エポキシ樹脂塗料組成物においては、沈降性硫酸バリウムとタルクとの質量比率は、１：１〜０：１、特に好ましくは、１：０．５〜０：１であることが好適である。この範囲内において、防食塗膜としての優れた耐水性が得られる。

本発明の水系エポキシ樹脂塗料組成物は、例えば、橋梁やプラント施設などの鋼構造物の防食用途として適用することができる。

本発明の水系エポキシ樹脂塗料組成物は、例えば、はけ、ローラーや、エアレススプレー、エアスプレーなどの従来公知の塗装方法により、被塗物に塗装することができる。
使用されるローラーは、中毛ローラー等、一般に市販されているものを好適に利用出来る。

以下、本発明について、実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
なお、実施例中の「部」や「％」は、特に断らない限り、質量基準で示す。

製造例１（硬化剤の製造）
１Ｌの混合機に、水道水を６０部投入し、これに分散剤２部、消泡剤１部を投入した。次に、フジキュアーＦＸＩ−９１９（富士化成工業（株）製）１９部を撹拌下で徐々に投入し、１０分間撹拌を行った。更に、撹拌環境下で、酸化チタン２０部、タルク１５部、沈降性硫酸バリウム１５部、カーボンブラック２部、リン酸アルミニウム１０部、助剤１部を除々に投入し、投入完了後、粒度５０ミクロン以下になるまで分散を行い、実施例１の硬化剤を調製した。

製造例２（主剤の製造）
１Ｌの高速攪拌機にエピコート８２８（ジャパン・エポキシレジン社製）１０部を仕込み、カージュラーＥ１０Ｐ（シェル社製）１０部を投入し、投入完了後２０分間攪拌し、実施例１の主剤を調製した。

実施例１〜２及び比較例１〜３
以下の表１に、実施例１〜２及び比較例１〜３の配合部数を示す。各配合において、製造例１と同様にして、実施例２及び比較例１〜３の硬化剤を調製した。また、製造例２と同様にして、実施例２及び比較例１〜２の主剤を調製した。

参考例１
参考例として、市販のエポニックス＃３０を使用した。

試験片作製
厚み3.0×大きさ70×150ｍｍのサンドブラスト鋼板に実施例1〜2及び比較例1〜３で調製された水系エポキシ樹脂塗料組成物と参考例１の溶剤型エポキシ樹脂塗料を、乾燥膜厚が60μｍとなるようにエアスプレー塗装した後、常温（20℃）で2週間乾燥させ、試験塗板とした。
作製した試験塗板を下記に示す試験によって塗膜性能を評価した。評価結果を表１に示す。

塗装作業性
各塗料について、水希釈後、磨き軟鋼板に刷毛及びローラーにて塗装し、作業の容易さを以下の基準により評価した。
なお、参考例１で使用するエポニックス＃３０については、溶剤で希釈して使用した。
（評価基準）
○：塗料が均一に広がり、塗布面の仕上がりが良い
×：塗料が均一に広がらず、塗布面の仕上がりが悪い

乾燥性試験
各塗料について、水希釈後、磨き軟鋼板にエアスプレー塗装した後、20℃で16時間乾燥させ、得られた試験片を以下の基準により評価した。
なお、参考例１で使用するエポニックス＃３０については、溶剤で希釈して使用した。
（評価基準）
○：硬化
×：未硬化

防食性試験
試験片下部に素地に到達するように幅0.5mmのカットを施した後、JIS K 5400 9.1 耐塩水噴霧性の試験方法に準拠し、500時間塩水噴霧した後の塗膜外観を、以下の基準で目視評価した。
（評価基準）
○：塗膜表面に、異常なし
△：クロスカット部周辺に、直径1mm以下の赤さびが発生
×：クロスカット部周辺に、直径1mm以上の赤さびが発生

付着性試験
JIS K 5600付着性の試験方法に準拠し、脱イオン水浸漬500時間後カッターナイフを用いて2mmの碁盤目を100個作製し、セロハンテープ剥離試験後以下の基準で目視評価した。
（評価基準）
○：塗膜表面に、異常なし
△：残存塗膜が95／100以上
×：残存塗膜が94／100以下

耐水性試験
２３℃の環境下で、３０日間、水道水に全浸漬し、３０日後の塗膜外観を以下の基準で評価した。
（評価基準）
○：異常なし
×：膨れの発生

























表１

注）
１．富士化成工業製 変性ポリアミン樹脂 水溶性
２３℃においてＮＶ４０％以下でエマルションの形態に変化
２．日本ＮＳＣ製 変性ポリアミン樹脂（不揮発分５０％、アミン価１２０）
２３℃において不揮発分５０％で既にエマルション状態
３．分散剤 Disperbyk-190 （ビックケミー・ジャパン製）
４．消泡剤 アデカネートB-940 （アデカ製）
５．助剤 テキサノール（水溶性の溶剤：ＶＯＣとしてカウント）
６．エピコート８２８：エポキシ当量１９０ｇ／ｅｑ（ジャパン・エポキシレジン社製）
疎水性で、常温で液状 水への溶解性０ｇ（２５℃）
７．カージュラＥ１０Ｐ：エポキシ当量２４５ｇ／ｅｑ（シェル社製）
疎水性で、常温で液状 水への溶解性０ｇ（２５℃）
８．エピレッツＹＬ７２０８：エポキシ当量１９５ｇ／ｅｑ（ジャパン・エポキシレジン
社製）
親水性で、常温で液状 乳化型エポキシ樹脂（エマルション状態）
９．エポニックス＃３０下塗 （大日本塗料株式会社製）

表１より、タルクを配合しない比較例１の防食塗料では、防食性及び耐水性が大きく低下し、５０％以上の不揮発分において既にエマルションを形成している乳化型アミン樹脂を配合した比較例２では、塗装作業性、防食性、付着性及び耐水性が大きく低下し、疎水性液状エポキシ樹脂の代わりに、乳化型エポキシ樹脂を配合した比較例３では、付着性及び耐水性及が大きく低下した。これに対して、本発明の防食塗料（実施例１及び２）では、参考例１で示される従来の溶剤型エポキシ樹脂塗料と同等の優れた塗膜特性が得られた。但し、従来の溶剤型エポキシ樹脂塗料は、有機溶剤を多く配合するものであるので、人体に対する有害性や、環境保全性の観点から望ましくない。

Claims (4)

1. バインダー樹脂及び顔料を含む水系エポキシ樹脂塗料組成物であって、前記バインダー樹脂が、水溶性アミン樹脂及び疎水性液状エポキシ樹脂からなり、顔料が、タルクからなり、タルクが、塗料組成物中５〜５０質量％で含有されることを特徴とする水系エポキシ樹脂塗料組成物。
2. 更に、沈降性硫酸バリウムを含み、前記沈降性硫酸バリウムと前記タルクとの質量比率が、１：１〜０：１である請求項１に記載の水系エポキシ樹脂塗料組成物。
3. 水溶性アミン樹脂が、２３℃においてＮＶ４０％以下でエマルションの形態に変化する、請求項１又は２に記載の水系エポキシ樹脂塗料組成物。
4. 疎水性液状エポキシ樹脂のエポキシ樹脂当量が、１００〜３００ｇ／ｅｑである、請求項１〜３のいずれかに記載の水系エポキシ樹脂塗料組成物。