JP2010065310A - 多層樹脂溶射方法および多層樹脂溶射金属構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の構造物に対しても大型加熱炉や流動槽を必要とせず、また屋外構造物に対しても現地で直接防錆被膜処理を施すことが可能な多層樹脂溶射方法を提供することにある。
【解決手段】
金属構造物への樹脂溶射において、対象の金属構造物に予熱を施した後、粉体樹脂材料を用いて溶射を施して第１層被膜を形成し、この被膜が溶融或いは半溶融状態にあるうちに、第１層被膜樹脂材料より溶融温度の高い樹脂材料を溶射して第２層被膜を形成し、更に必要に応じこの第２層被膜が溶融或いは半溶融状態にあるうちに第２層樹脂材料より溶融温度の高い樹脂材料を溶射して第３層被膜を形成するがごとく下層から上層へと順次溶融温度が高い樹脂材料を溶射積み重ねていく。
【選択図】図２

Description

本発明は主として屋外設置の金属構造物の防錆処理のための多層樹脂溶射方法に関する。

金属構造物や金具類において、その防錆方法としてペイント塗りや粉体樹脂焼き付けなどの塗装が一般的に行われている。このうち粉体樹脂焼付塗装法は、被塗装物を予め粉体樹脂の溶融温度以上の温度に加熱しておき、これを粉体樹脂を流動させた槽内（流動層）に浸漬して付着させ、引き上げて粉体を溶融させた後に冷却固化させる方法、或いは静電塗装機を用いて粉体を吹き付けて付着させ、溶融後、冷却固化させる方法がある。
一方、被塗装物に静電塗装機を用いて予め、粉体を電着させた後に加熱して溶融させ、その後に冷却固化させる方法もあり、これらの方法は広く一般に採用されている。

粉体樹脂焼付塗装においては、上記のように予め被塗装物を粉体の溶融温度以上まで加熱する必要がある。この加熱は一般に燃焼ガス或いは電熱による熱風加熱炉を用いてこの中に被塗装物を挿入し所定の時間保持して行われる。しかし、被塗装物が大きくなるにつれて、加熱炉も大型化し、また、粉体流動槽も大型化してしまう。このようなことから被塗装物が大きくなるほど設備も大きくなり、更に焼き付け樹脂の溶融温度が高い場合には加熱炉の高耐熱確保や消費熱量も大きくなって設備費や操業費用もかさみ、トータルの塗装費が非常に高いものになる。また、このような理由から、屋外に設置済みの構造物に対して現地で直接塗装することは非常に困難であるという問題があった。
特開平１−１２７０８５号公報

本発明の目的は、大型の構造物に対しても大型加熱炉や流動槽を必要とせず、また屋外構造物に対しても現地で直接防錆被膜処理を施すことが可能な多層樹脂溶射方法を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の多層樹脂溶射方法は、金属構造物への樹脂溶射において、対象の金属構造物に予熱を施した後、粉体樹脂材料を用いて溶射を施して第１層被膜を形成し、この被膜が溶融或いは半溶融状態にあるうちに、第１層被膜樹脂材料より溶融温度の高い樹脂材料を溶射して第２層被膜を形成し、更に必要に応じこの第２層被膜が溶融或いは半溶融状態にあるうちに第２層樹脂材料より溶融温度の高い樹脂材料を溶射して第３層被膜を形成するように下層から上層へと順次溶融温度が高い樹脂材料を溶射積み重ねていくことを特徴としている。

詳述すると、本発明は樹脂溶射法を採用し、高い溶融温度の樹脂を持ち運び可能な機器のみによって金属表面に密着性の優れた樹脂塗膜層を容易に形成させる方法を提供せんとするものである。
樹脂溶射法は燃焼ガスやプラズマを熱源として樹脂材料を加熱により溶融もしくは半溶融状態にさせ、それを圧縮エアにより加速し、母材表面に衝突させて凝着させる方法であるが、金属溶射法に比べて樹脂が金属に溶着し難いことが大きな難点になっており、すなわち、加熱した樹脂の熱量が相対的に少なく、又溶射前に十分に予熱しておかないと金属表面に溶着しにくく良好な密着性が得にくいことがあって現在、あまり実用に供されていない。

基材（被溶射物）は熱伝導のよい金属であるため、樹脂溶射は金属溶射に比べて、著しく低温で行われる結果、溶融或いは半溶融状態の樹脂を吹き付けても基材に到達した溶融樹脂の熱が即座に奪われて冷えてしまうため溶着しにくいという問題がある。
したがって、基材と樹脂を十分に密着させるには、予め基材の温度を少なくとも樹脂の溶融温度以下２０〜３０℃程度以上に十分加熱しておく必要がある。基材を十分に予熱しておかないと、溶射した樹脂は外見上きれいな被膜を形成することはできるが、基材との密着性が非常に弱く、僅かな外力で簡単に割れたり、剥がれたりしてしまい、所期の目的とする耐食性が得られない。この場合、基材のボリュームが大きくなるにつれ、また溶融温度が高い溶射樹脂材料になるにつれ、良好な密着性を得るために基材を必要温度に予熱するのが容易ではなく、特に冬場における気温の低い時期にはより難しいものになる。

樹脂溶射法において、基材表面に予め、エポキシ等のプライマー処理を施すことも提案されているがプライマー塗布作業と塗布後の乾燥時間が数時間〜数日と長いことなどから非常に手間がかかる上、その後の溶射においては基材が常温状態からスタートするため、予熱処理において表面のプライマー温度が上がり難くいこともあって、良好な被膜形成が容易に達成できない。

そこで、本発明は、上記課題を解決し、溶融温度が高い樹脂材料を溶射するのにこれに応じて基材の予熱温度も高くしなければならないような場合においても、それより低い温度の予熱でも溶射による密着性の良い樹脂被膜の形成を可能にしたものである。
即ち、低温予熱後、低溶融温度の樹脂を溶射して下塗り被膜層を作り、その外層に目的とする高溶融温度の樹脂を溶射被覆して多層被膜構造とするものであり、この方法によれば、密着性に優れた高耐食性の樹脂被膜構造物にできるものである。

具体的には簡単な手持ち式ガスバーナー或いは溶射機を用いて基材に低温予熱を行った後、溶融温度の低い樹脂を溶射して下塗りとしての第１層被膜を形成させ、当該被膜樹脂が溶融或いは半溶融状態のうちにその上に溶融温度が高い目的とする樹脂を溶射して外層とする多層構造の被膜を形成させるものである。
また、必要に応じて第１層より溶融温度が高い他の樹脂を第１層被膜樹脂が溶融又は半溶融状態のうちにその外層に溶射した後、それが溶融又は半溶融状態のうちに溶融温度が更に高い目的とする樹脂を溶射する。必要によっては下塗りを２層以上とし、その最外層として目的とする樹脂を溶射して多層構造の被膜を形成させてもよい。

本発明でもっとも特徴とするところは以下の２点である。
１）基材金属の予熱温度が低くても溶射樹脂との密着性が比較的容易に得られる低溶融温度の樹脂を下塗りすること。
２）この下塗り層が溶融或いは半溶融状態にあるうちにその上に下塗り層樹脂より溶融温度の高い目的とする樹脂を溶射すること。
上記１）は樹脂溶射の必要条件である溶射材料に適した予熱温度を確保するものであり、２）は下塗り層の溶射残熱が十分ある状態において上層樹脂を溶射することにより下層との密着性を確保するものである。
このとき、下層樹脂および上層樹脂はお互いに溶融或いは半溶融樹脂同士なので相互の密着も良好なものとすることができる。更には上層樹脂の溶射により、下層樹脂がその劣化温度を越えても上層樹脂が下層樹脂を覆うので下層樹脂と空気との接触が防がれることにより、ガラス化等の劣化をも抑えるものである。

溶融温度の低い樹脂を溶射して第１層とし、次に更にそれより溶融温度の高い第１層樹脂の上に溶射して第２層とし、更には必要に応じて、その上に第２層より溶融温度の高い樹脂を溶射して第３層とする方法をとることにより、基材と第１層目樹脂間及び１層目と２層目、更には２層目と３層目の樹脂間で密着性の良好な防錆膜の層を形成することができる。勿論、４層以上の溶射も可能である。
このようにして、直接、基材に溶射することが困難な樹脂でも下層樹脂を介して最上層に要求特性を満たす樹脂層を形成することができるものである。また、用途に応じて多層樹脂層の形成でそれぞれの樹脂の特性を生かすこともできるものである。
本発明により幅広く多くの種類の樹脂を容易に溶射することが可能になり、この溶射によって非常に耐食性の高い金属構造物が得られる。すなわち本発明は、それぞれ溶融温度の異なる樹脂溶射被膜からなる２層以上の多層樹脂被膜を有することを特徴とする多層樹脂溶射金属構造物を含んでいる。

好適には、第1層とする樹脂は溶融温度１３０℃以下のものを選定し、第２層の樹脂は溶融温度が第１層より高い２５０℃程度以下のものを選定する。第２層として溶融温度２００℃以下のものを選定し、第３層は第２層樹脂の溶融温度より高く、２５０℃以下のものを選定し、溶射しても良い。
すなわち、金属構造物にその表面が８０〜１２０℃程度になるように低温予熱を施した後、第１層被膜に溶融温度１３０℃以下の樹脂材料、第２層被膜に溶融温度２５０℃以下の樹脂材料を溶射積み重ねていく。(請求項２)
３層被膜とする場合には、低温予熱を施した後、第１層被膜に溶融温度１３０℃以下の樹脂材料、第２層被膜に溶融温度２００℃以下の樹脂材料、第３層被膜に溶融温度２５０℃以下の樹脂材料を溶射積み重ねていく。(請求項３)

ここで、第１層被膜は金属地肌とできるだけ密着性のよい樹脂を用いることが好ましく、最外層被膜は最も要求度の高い用途、具体的には耐候性、耐薬品性、耐塩水腐食性等を考慮して用途目的に最適な樹脂を選定すればよい。
好適には、第１層被膜にＥＶＡ（エチレン酢酸共重合体）系樹脂材料、第２層被膜に飽和ポリエステル系樹脂であってイソフタル酸８〜２０モル％を含み、固有粘度が０．７〜１．０のイソテレフタル酸共重合飽和ポリエステル樹脂材料を用いる。(請求項４)
３層被膜とする場合には、第１層被膜にＥＶＡ系樹脂材料、第２層被膜にエポキシ系樹脂材料、第３層被膜に飽和ポリエステル系樹脂であってイソフタル酸８〜２０モル％を含み、固有粘度が０．７〜１．０のイソテレフタル酸共重合飽和ポリエステル樹脂材料を用いる。(請求項５)

図１は本発明の樹脂溶射方法のフローチャートを示し、図２と図３は本発明による樹脂溶射被膜構造断面を模式的に示しており、６は基材、７は第1層樹脂被膜、８は第２層樹脂被膜、９は第３層樹脂被膜である。

本発明の樹脂溶射方法について説明すると、１は前処理工程であり、基材表面にエアーブラスト装置を用いてショットブラスト処理を行い、表面の梨地化と活性化を行って溶射材の密着性を向上させるもので、ブラスト処理の代わりに研磨紙磨きやハンドグラインダー式研磨機等を使用して処理してもよい。
２は低温予熱工程であり、対象とする金属構造物（基材）の表面が８０〜１２０℃程度になるように加熱する。これは、ガンタイプの溶射機を用い、溶射材を噴射させないで燃焼炎のみで基材表面を軽く予熱するか、或いはバーナーを用いて基材表面を軽く予熱する。

３は第１層樹脂溶射工程であり、第１層目の樹脂を溶射する。溶射は燃焼ガスやプラズマを熱源として樹脂材料を加熱により溶融もしくは半溶融状態にさせ、それを圧縮エアにより加速し、母材表面に衝突させて凝着させる方法であり、装置としては、ガンタイプの溶射機と、プロパンガスボンベや酸素ボンベなどの熱源と、粉体供給タンクと、エアコンプレッサーなどが用いられる。第１層目の樹脂としては溶融温度１３０℃以下のものが用いられ、好適な例は、ＥＶＡ（エチレン酢酸共重合体）系樹脂材料である。粉体粒度は７５〜３００μｍのごときである。
なお、溶射後、表面平滑性が不十分な場合は溶射材を絶って、燃焼炎で加熱するなどして調整してもよい。被膜の表面平滑性を確保するため、溶射後すぐに溶射機で溶射材の供給を絶って炎のみで加熱し、或いは手持ち式バーナーで熱を加えて樹脂の溶融を助け、平滑な表面になるようにしてやればよい。被膜厚さは主として溶射において塗り重ね回数で自在に調整することができる。

４は第２層目樹脂溶射工程であり、溶射材供給タンクを第１層目樹脂供給タンクから、第２層樹脂供給タンクに切替えて１層目樹脂溶射と同様に行う。
第２層の樹脂は溶融温度が第１層より高い２５０℃程度以下のものであり、その例としては、熱可塑性変性飽和ポリエステル樹脂ＴＯＦＦ：飽和ポリエステル系樹脂であってイソフタル酸８〜２０モル％を含み、固有粘度が０．７〜１．０のイソテレフタル酸共重合飽和ポリエステル樹脂材料が挙げられる。
溶射後、必要に応じて燃焼炎で表面平滑性の調整をしてもよい。２層目の溶射は１層目の樹脂が溶融或いは半溶融状態にあるうちに行うのが要点である。

なお、３層樹脂溶射被膜を形成する場合には、溶射材供給タンクを第２層目樹脂供給タンクから、第３層樹脂供給タンクに切替えて２層目樹脂溶射と同様に第３層目の樹脂溶射工程を行う。
この場合、第２層被膜に溶融温度２００℃以下の樹脂材料、第３層被膜に溶融温度２５０℃以下の樹脂材料を用いる。その具体例としては、第１層被膜にＥＶＡ系樹脂材料、第２層被膜にエポキシ系樹脂材料、第３層被膜に飽和ポリエステル系樹脂であってイソフタル酸８〜２０モル％を含み、固有粘度が０．７〜１．０のイソテレフタル酸共重合飽和ポリエステル樹脂材料を用いることがあげられる。
５は冷却工程であり、溶射樹脂の種類に応じて、空冷又は水冷を行って樹脂の固化を行う。

プロパンガス、酸素による燃焼ガスを熱源として、粉体樹脂を加熱液滴化させて基材にエアにより加速し、基材に吹き付けて被膜を形成する溶射機を用いて溶射を行った。
基材には亜鉛めっきを施した鉄板を用いた。基材表面には予めショットブラスト処理を施し、次にこの基材を上記の溶射機を用いて８０〜１００℃程度の低温予熱を施した後、融点が１１０〜１２０℃であるエチレン−酢酸ビニール共重合体である熱可塑性ＥＶＡ樹脂の溶射を行って第１層の被膜を形成した。

この被膜が溶融或いは半溶融状態のうちに、その上に融点が２３０〜２４０℃の熱可塑性変性飽和ポリエステル樹脂、即ち飽和ポリエステル系樹脂であってイソフタル酸８〜２０モル％を含み、固有粘度が０．７〜１．０のイソテレフタル酸共重合飽和ポリエステル樹脂（粒度：１８０μｍ以下）を同様に溶射した後、水冷固化して表面平滑性のよい２層溶射被膜を形成した。ここで当該変性飽和ポリエステル樹脂は耐候性、耐食性及び耐酸性に非常に優れているものである。

第１層の被膜厚は約４２０μｍ、第２層の被膜厚は約８５０μｍであり、合計１２７０μｍ厚の被膜が得られた。ここで、最表面（第２層）の当該変性飽和ポリエステル樹脂は、耐候性はもとより、とりわけ耐酸性に優れた樹脂である。
直径２５．４ｍｍ、質量３００ｇの頭部球形重りを高さ８０ｃｍから落下させる落球衝撃試験（JIS K5600）を行った結果、基材と１層目樹脂被膜間及び１層目樹脂被膜と２層目樹脂被膜間でいずれも剥がれや割れの発生もなく、密着性は非常に良好であった。

実施例１と同じく第１層目に前記ＥＶＡ系樹脂を溶射し、続いて２層目に融点約１８０〜１９０℃の熱硬化性エポキシ系樹脂を溶射した後、更にこの上に前記飽和ポリエステル樹脂を溶射して第３層目とした３層構造の被膜を形成した。
第１層の被膜厚は約４００μｍ、第２層の被膜厚は約３６０μｍ、第３層の被膜厚は約３１０μｍであり、合計約１１００μｍの厚さの被膜が得られた。又、前記の落球衝撃試験においても基材と１層目皮膜間及び各皮膜間での剥がれや割れもなく、密着性も非常に良好なものが得られた。

土木施設の支柱に用いられる直径１１５ｍｍの亜鉛めっき鋼管、及び３００ｍｍ×３００ｍｍの亜鉛めっきを施したＨ形鋼について、その一部である幅３５０ｍｍ長さについて、実施例１と同様に２層溶射を行った。いずれも問題なく溶射ができ、落球衝撃試験でも問題なく良好な溶射皮膜が得られた。

なお、このように実施例１および２で得られた溶射鉄板と、比較材として当該溶射に用いた亜鉛めっき鉄板の３種類について耐食性試験を行った。
試験方法：(Ａ)塩水噴霧試験［３５℃、５％塩水噴霧］ (Ｂ)塩乾湿複合サイクル試験：［塩水噴霧１時間（３５℃、５％塩水噴霧）→湿潤３時間（３５℃、９５％ＲＨ）→乾燥２時間（５０℃、２０％ＲＨ）→乾燥２時間（３０℃、２０％ＲＨ）］の繰り返し（３サイクル／日）
試験期間：（Ａ）２，０００時間 →（Ｂ）２，０００時間
結果：前記２層及び３層溶射材は（Ａ）→（Ｂ）終了後において、いずれも錆びの発生は皆無で問題なく良好であった。
これに対して比較材の亜鉛めっき鉄板は（Ａ）の塩水噴霧試験２，０００時間放置で既に部分的に鉄地からの薄い赤錆が発生し、（Ｂ）の終了時には全面に赤錆が発生した。

本発明溶射法のフローチャートである。 実施例１の溶射による２層被膜構造断面である。 実施例２の溶射による３層被膜構造断面である。

符号の説明

１ 前処理工程
２ 低温予熱工程
３ 第１層樹脂溶射工程
４ 第２層樹脂溶射工程
６ 基材
７ 第1層樹脂被膜
８ 第２層樹脂被膜
９ 第３層樹脂被膜

Claims (6)

1. 金属構造物への樹脂溶射において、対象の金属構造物に予熱を施した後、粉体樹脂材料を用いて溶射を施して第１層被膜を形成し、この被膜が溶融或いは半溶融状態にあるうちに、第１層被膜樹脂材料より溶融温度の高い樹脂材料を溶射して第２層被膜を形成し、更に必要に応じこの第２層被膜が溶融或いは半溶融状態にあるうちに第２層樹脂材料より溶融温度の高い樹脂材料を溶射して第３層被膜を形成するように下層から上層へと順次溶融温度が高い樹脂材料を溶射積み重ねていくことを特徴とする被膜が２層以上の樹脂からなる多層樹脂溶射方法。
2. 金属構造物にその表面が８０〜１２０℃程度になるように低温予熱を施した後、第１層被膜に溶融温度１３０℃以下の樹脂材料、第２層被膜に溶融温度２５０℃以下の樹脂材料を溶射積み重ねていく請求項１に記載の多層樹脂溶射方法。
3. 金属構造物にその表面が８０〜１２０℃程度になるように低温予熱を施した後、第１層被膜に溶融温度１３０℃以下の樹脂材料、第２層被膜に溶融温度２００℃以下の樹脂材料、第３層被膜に溶融温度２５０℃以下の樹脂材料を溶射積み重ねていく請求項１に記載の多層樹脂脂溶射方法。
4. 第１層被膜にＥＶＡ（エチレン酢酸共重合体）系樹脂材料、第２層被膜に飽和ポリエステル系樹脂であってイソフタル酸８〜２０モル％を含み、固有粘度が０．７〜１．０のイソテレフタル酸共重合飽和ポリエステル樹脂材料を用いた請求項２に記載の多層樹脂溶射方法。
5. 第１層被膜にＥＶＡ系樹脂材料、第２層被膜にエポキシ系樹脂材料、第３層被膜に飽和ポリエステル系樹脂であってイソフタル酸８〜２０モル％を含み、固有粘度が０．７〜１．０のイソテレフタル酸共重合飽和ポリエステル樹脂材料を用いた請求項３に記載の多層樹脂溶射方法。
6. それぞれ溶融温度の異なる樹脂溶射被膜からなる２層以上の多層樹脂被膜を有することを特徴とする多層樹脂溶射金属構造物。

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