JP2013119644A - 防錆皮膜 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有機ケイ素化合物および有機チタネート化合物を含む無機バインダーと、金属系粉末とを含有する亜鉛含有無機系塗料からなる液状の層を加熱することにより得られる亜鉛含有皮膜を備える防錆皮膜であって、金属系粉末はアルミニウム系粉末および亜鉛系粉末を備え、このアルミニウム系粉末は、粒径加積曲線における通過重量百分率が50%のときの粒径D50が10μm以上20μm以下、リーフィング価が70%以上、かつ金属系粉末に対する質量比率が10質量%以上40質量%以下である。
【選択図】なし
Description
しかしながら、近年、皮膜に求められる機能は多様化し、防錆機能のみならず優れた外観も兼ね備えることが需要家により要求される場合がある。そのように皮膜の外観が優れる場合には、外観を付与するための着色塗装工程が不要となるため、製造工程を簡素化でき、さらに得られた皮膜全体の厚さを薄くすることが実現される。
(1)全塗料に基づいて、5質量%以上40質量%以下の有機ケイ素化合物および0.05質量%以上2質量%以下の有機チタネート化合物を含む無機バインダーと、20質量%以上60質量%以下の第一の金属系粉末と、10質量%以上60質量%以下の有機溶剤とを含有する第一の亜鉛含有無機系塗料からなる液状の層を加熱することにより得られる第一の亜鉛含有皮膜を備える防錆皮膜であって、前記第一の亜鉛含有無機系塗料に含有される前記第一の金属系粉末は、アルミニウム粉末およびアルミニウム合金粉末から選ばれる一種または二種以上からなる第一のアルミニウム系粉末、ならびに亜鉛粉末および亜鉛合金粉末から選ばれる一種または二種以上からなる第一の亜鉛系粉末を備え、前記第一のアルミニウム系粉末は、粒径加積曲線における通過重量百分率が50%のときの粒径D50が10μm以上20μm以下、リーフィング価が70%以上、かつ前記第一の金属系粉末に対する質量比率が10質量%以上40質量%以下であることを特徴とする防錆皮膜。
本発明の第一の実施形態に係る防錆皮膜は、第一の亜鉛含有皮膜を備える。この第一の亜鉛含有皮膜は、次に説明する非水系の第一の亜鉛含有無機系塗料から製造されるものである。
本実施形態に係る第一の亜鉛含有無機系塗料は、5質量%以上40質量%以下の有機ケイ素化合物および0.05質量%以上2質量%以下の有機チタネート化合物を含む無機バインダーと、20質量%以上60質量%以下の第一の金属系粉末と、10質量%以上60質量%以下の有機溶剤とを含有する非水系の液状組成物からなる。以下、塗料の成分の含有量に関する「%」は特にことわりがない限り全塗料に基づく質量%を意味する。
本実施形態に係る第一の亜鉛含有無機系塗料は、無機バインダーを構成する成分の一つとして、有機ケイ素化合物を含有する。有機ケイ素化合物は無機バインダーの主成分である。
本実施形態に係る第一の亜鉛含有無機系塗料は、無機バインダーを構成する成分の一つとして、有機チタネート化合物を含有する。有機チタネート化合物を含有することにより、高温での焼き付け処理を行って得られた第一の亜鉛含有皮膜にクラックが発生しにくい。
本実施形態に係る第一の亜鉛含有無機系塗料は、第一の金属系粉末を含有する。第一の金属系粉末は、第一の亜鉛含有皮膜に耐食性を付与するとともに、メタリックな外観を付与する。第一の金属系粉末は、アルミニウム粉末およびアルミニウム合金粉末から選ばれる一種または二種以上からなる第一のアルミニウム系粉末、ならびに亜鉛粉末および亜鉛合金粉末から選ばれる一種または二種以上からなる第一の亜鉛系粉末を備える。アルミニウム合金としては、Al−Cu系合金、Al−Mn系合金、Al−Si系合金、Al−Mg系合金、Al−Mg−Si系合金およびAl−Zn系合金が例示される。亜鉛合金としては、Zn−Ni、Zn−Sn、Zn−Fe、Zn−AlおよびZn−Al−Mgが例示される。
また、第一の金属系粉末における鱗片形状の平均厚さが上記の範囲よりも小さい場合には塗料の攪拌・混練作業の際に破壊されやくすくなり、鱗片形状が形成されにくくなり、積層構造が得られにくくなる。一方、上記範囲よりも大きい場合には皮膜の厚さ方向に複数の金属系粉末が積層される構造が得られにくくなり、クラックの進展を抑制する効果が減少することが懸念される。
本実施形態に係る第一の亜鉛含有無機系塗料は、塗布作業にあたって有機溶剤を含有させると被塗部材への液なじみがよく、密着性が高い皮膜を得ることが実現される。また、塗料化に際して添加される各種の添加剤に関して、有機溶剤を含有させることにより、幅広い添加剤の利用が可能となる。
本実施形態に係る第一の亜鉛含有無機系塗料には、必要に応じて、塗料に一般に使用されている各種の添加剤を含有させることができる。そのような添加剤としては、金属系化合物、樹脂、潤滑剤、消泡剤、着色顔料、防錆顔料、増粘剤、コロイド状シリカ微粒子など例示される。
なお、本実施形態に係る第一の亜鉛含有無機系塗料は6価クロム系物質を実質的に含有しないことが好ましい。
本実施形態に係る第一の亜鉛含有無機系塗料の製造方法は特に限定されない。例えば、上述した各成分を十分に攪拌・混合して、第一の金属系粉末を液中に均一に分散させることにより調製してもよい。
本実施形態に係る第一の亜鉛含有皮膜は、上記の第一の亜鉛含有無機系塗料からなる液状の層を加熱することにより得られるものである。
本実施形態に係る第一の亜鉛含有皮膜が形成される基材の種類は特に限定されないが、上記の焼付け処理によって基材の寸法が大きく変化したり、第一の亜鉛含有皮膜が形成される領域以外の領域における酸化が顕著となったりしないような材料であることが好ましい。
本実施形態に係る防錆部材は、上記の基材上に、前述の第一の亜鉛含有皮膜からなる防錆皮膜を備える。この防錆皮膜を備えることにより、防錆部材は、優れた耐食性を有するとともに高い光沢を有するものとなる。
本発明の第二の実施形態に係る防錆皮膜は、第二の亜鉛含有皮膜およびこの第二の亜鉛含有皮膜における基材に近位な側に設けられる第三の亜鉛含有皮膜を備える。すなわち、防錆皮膜が第二の亜鉛含有皮膜および第三の亜鉛含有皮膜からなる場合には、防錆皮膜を備える部材である防錆部材は、基材上に第三の亜鉛含有皮膜が設けられ、その上にさらに第二の亜鉛含有皮膜が設けられた構成を備える。この第二の亜鉛含有皮膜は非水系の第二の亜鉛含有無機系塗料から製造されるものであり、第三の亜鉛含有皮膜は非水系の第三の亜鉛含有無機系塗料から製造されるものである。
本実施形態に係る第二の亜鉛含有無機系塗料は、全塗料に基づいて、5%以上40%以下の有機ケイ素化合物および0.05%以上2%以下の有機チタネート化合物を含む無機バインダーと、20%以上60%以下の第二の金属系粉末と、10%以上60%以下の有機溶剤とを含有する。
また、有機溶剤、およびその他の成分、および塗料の製造方法に関する詳細も第一の実施形態と同じであるから、説明を省略する。
本実施形態に係る第三の亜鉛含有無機系塗料は、全塗料に基づいて、5%以上40%以下の有機ケイ素化合物および0.05%以上2%以下の有機チタネート化合物を含む無機バインダーと、20%以上60%以下の第三の金属系粉末と、10%以上60%以下の有機溶剤とを含有する。
また、有機溶剤、およびその他の成分、および塗料の製造方法に関する詳細も第一の実施形態と同じであるから、説明を省略する。
本実施形態に係る防錆皮膜は第二の亜鉛含有皮膜および当該皮膜における基材に近位な側に設けられた第三の亜鉛含有皮膜を備え、これらの皮膜は、それぞれ、上記の第二の亜鉛含有無機系塗料からなる液状の層および第三の亜鉛含有無機系塗料からなる液状の層を加熱することにより得られるものである。
第二の亜鉛含有皮膜の製造方法の詳細は、第一の実施形態に係る第一の亜鉛含有皮膜が基材上に形成されるのに対して、第二の亜鉛含有皮膜は第三の亜鉛含有皮膜上に形成される点が相違するものの、他の点は共通することから、説明を省略する。
本実施形態に係る第二の亜鉛含有皮膜および第三の亜鉛含有皮膜を備える防錆皮膜が形成される基材の種類は特に限定されない。具体的な基材の材質や形状についての詳細は、第一の実施形態の場合と同じであるから説明を省略する。
本実施形態に係る防錆部材は、上記の基材上に、前述の第二の亜鉛含有皮膜および当該皮膜における基材に近位な側に設けられた第三の亜鉛含有皮膜を有する本実施形態に係る防錆皮膜を備える。この防錆皮膜を備えることにより、防錆部材は、優れた耐食性を有するとともに高い光沢を有するものとなる。
(1)塗料の調製
鱗片状の亜鉛粉末を以下のようにして作成した。平均粒径5μmの金属亜鉛粉末100重量部をミネラルスピリット200重量部中に分散させ、さらに少量の脂肪酸を加えて、金属亜鉛粉末の分散濃度が約30重量%のスラリーとした。このスラリーをビーズミル(アシザワ・ファインテック株式会社製スターミルZRS)で粉砕処理し、処理後のスラリーを減圧下で蒸発乾燥させて、長径の分布の中心値が10μm、厚さの分布の中心値が0.3μmの鱗片状亜鉛粉末を得た。
表1に示すD50粒径およびJIS K5906で規定されるリーフィング価が相違する5種類の鱗片状のアルミニウム粉末(いずれも東洋アルミニウム株式会社製アルペースト)を用意した。
エチルポリシリケート:コルコート株式会社製 エチルシリケート40
テトラn−ブトキシチタン重合体:日本曹達(株)製 B−10
分散剤:楠本化成(株)製 酸化ポリオレフィン
フェノール樹脂:DIC(株)製 フェノール・ホルムアルデヒド樹脂
造粘剤:日本有機粘度(株)製 ベントナイト
また、表2中「金属粉末中アルミニウム粉末比率」とは、亜鉛粉末とアルミニウム粉末の総含有量に対するアルミニウム粉末の含有量の比率(単位:質量%)である。
公知の方法により脱脂および洗浄を行った軟鋼板(SS400)にショットブラスト処理(アルミナ投射)を行った。
得られた鋼板をバレル内に投入し、表2に示した塗料のうちNo.1から5の一種にこのバレルを浸漬し、引き上げたのち、塗料からなる液層が表面に堆積した鋼板が入ったバレルを回転させて鋼板上の液層の厚さを調整した。回転終了後、バレルから鋼板を取り出し、その鋼板を260℃のオーブンにて60分間加熱する焼付け処理を行った。焼付け処理後の鋼板をオーブンから取り出して室温まで放冷して、厚さ10μmの防錆塗膜が鋼板の表面に形成されてなる外観評価用サンプルを得た。
(株)堀場製作所製IG−331を用いて、JIS Z 8741に準拠して、上記の外観評価用サンプルの入射角60°のグロス値Gs(60°)を求めた。
得られたグロス値Gs(60°)により、下記評価基準にてサンプルの外観を評価した。可(△)レベル以上を合格とした。
特に良好(◎):Gs(60°)≧15%
良好(○):10%≦Gs(60°)<15%
可(△):7%≦Gs(60°)<10%
不可(×):Gs(60°)<7%
以下、この評価を「外観評価」という。
評価結果を表3に示す。
(1)外観評価用サンプルの作製
公知の方法により脱脂および洗浄を行った軟鋼板(SS400)にショットブラスト処理(アルミナ投射)を行った。
得られた鋼板をバレル内に投入し、表2に示した塗料のうちNo.1から12の一種にこのバレルを浸漬し、引き上げたのち、塗料からなる液層が表面に堆積した鋼板が入ったバレルを回転させて鋼板上の液層の厚さを調整した。回転終了後、バレルから鋼板を取り出し、その鋼板を260℃のオーブンにて60分間加熱する焼付け処理を行った。焼付け処理後の鋼板をオーブンから取り出して室温まで放冷して、厚さ5μmの塗膜(下層塗膜)をその表面に備える鋼板を得た。
公知の方法により脱脂および洗浄を行った鋼製のM10ボルトにショットブラスト処理(アルミナ投射)を行った。
得られたボルトをバレル内に投入し、表2に示した塗料のうちNo.1から12の一種にこのバレルを浸漬し、引き上げたのち、塗料からなる液層が表面に堆積したボルトが入ったバレルを回転させてボルト上の液層の厚さを調整した。回転終了後、バレルからボルトを取り出し、そのボルトを260℃のオーブンにて60分間加熱する焼付け処理を行った。焼付け処理後のボルトをオーブンから取り出して室温まで放冷して、厚さ4μmの塗膜(下層塗膜)をその表面に備えるボルトを得た。
外観評価に加えて、耐食性評価用サンプルを用いて次の評価を行った。
JIS Z2371に準拠した装置を用い、JIS H8502に基づいて中性塩水噴霧試験を行った。サンプルを24時間おきに目視で観察し、赤錆の発生が初めて認められた試験時間を赤錆発生時間とし、この時間を用いて耐食性を評価した。赤錆発生時間が1000時間未満の場合には耐食性に劣るものと判定した。
評価結果を表4に示す。表4中、「RL」とは、下層塗膜を与える塗料における、亜鉛粉末とアルミニウム粉末の総含有量に対するアルミニウム粉末の含有量の比率(単位:質量%)である。また、「RU」とは、上層塗膜を与える塗料における、亜鉛粉末とアルミニウム粉末の総含有量に対するアルミニウム粉末の含有量の比率(単位:質量%)である。また、「RU/RL」とは、上記の上層塗膜を与える塗料におけるアルミニウム粉末の含有量の比率RUを、下層塗膜を与える塗料におけるアルミニウム粉末の含有量の比率RLで除したものであり、比率RLが0質量%の場合には「−」として示した。
Claims (16)
- 全塗料に基づいて、5質量%以上40質量%以下の有機ケイ素化合物および0.05質量%以上2質量%以下の有機チタネート化合物を含む無機バインダーと、20質量%以上60質量%以下の第一の金属系粉末と、10質量%以上60質量%以下の有機溶剤とを含有する第一の亜鉛含有無機系塗料からなる液状の層を加熱することにより得られる第一の亜鉛含有皮膜を備える防錆皮膜であって、
前記第一の亜鉛含有無機系塗料に含有される前記第一の金属系粉末は、アルミニウム粉末およびアルミニウム合金粉末から選ばれる一種または二種以上からなる第一のアルミニウム系粉末、ならびに亜鉛粉末および亜鉛合金粉末から選ばれる一種または二種以上からなる第一の亜鉛系粉末を備え、
前記第一のアルミニウム系粉末は、
粒径加積曲線における通過重量百分率が50%のときの粒径D50が10μm以上20μm以下、リーフィング価が70%以上、かつ前記第一の金属系粉末に対する質量比率が10質量%以上40質量%以下であること
を特徴とする防錆皮膜。 - 前記第一の金属系粉末は鱗片形状を有する請求項1に記載の防錆皮膜。
- 前記鱗片形状を有する金属系粉末は、当該金属系粉末の平均厚さが、当該金属系粉末を含有する第一の亜鉛含有皮膜の平均厚さの1/200以上1/2以下であって、前記金属粉末の長径の平均値が前記第一の亜鉛含有皮膜の平均厚さに対して10倍以上50倍以下である請求項2に記載の防錆皮膜。
- 前記鱗片形状を有する金属系粉末は、当該金属系粉末の長径の平均値が1.0μm以上50μm以下であって、その平均厚さが0.05μm以上1.0μm以下である請求項2または3に記載の防錆皮膜。
- 前記第一の亜鉛含有無機系塗料に含有される前記有機ケイ素化合物は、炭素数が3以下のアルキル基を有するテトラアルキルシリケート化合物およびそのオリゴマーからなる群から選ばれた1種以上の化合物である請求項1から4のいずれか一項に記載の防錆皮膜。
- 前記第一の亜鉛含有無機系塗料に含有される前記有機チタネート化合物は、一般式Ti(X)4で表される有機化合物およびそのオリゴマーであって、Xは、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、およびtert−ブトキシの炭素数4以下のアルコキシ基、ラクテート、トリエタノールアミネート、アセチルセトネート、アセトアセテート、およびエチルアセトアセテートを含むキレート性置換基、ならびに水酸基からなる群から選ばれた1種以上の官能基である請求項1から5のいずれか一項に記載の防錆皮膜。
- 第二の亜鉛含有皮膜および当該第二の亜鉛含有皮膜における基材に近位な側に設けられる第三の亜鉛含有皮膜を備える防錆皮膜であって、
前記第二の亜鉛含有皮膜は、全塗料に基づいて、5質量%以上40質量%以下の有機ケイ素化合物および0.05質量%以上2質量%以下の有機チタネート化合物を含む無機バインダーと、20質量%以上60質量%以下の第二の金属系粉末と、10質量%以上60質量%以下の有機溶剤とを含有する第二の亜鉛含有無機系塗料からなる液状の層を加熱することにより得られるものであり、
前記第三の亜鉛含有皮膜は、全塗料に基づいて、5質量%以上40質量%以下の有機ケイ素化合物および0.05質量%以上2質量%以下の有機チタネート化合物を含む無機バインダーと、20質量%以上60質量%以下の第三の金属系粉末と、10質量%以上60質量%以下の有機溶剤とを含有する第二の亜鉛含有無機系塗料からなる液状の層を加熱することにより得られるものであって、
前記第二の亜鉛含有無機系塗料に含有される前記第二の金属系粉末は、アルミニウム粉末およびアルミニウム合金粉末から選ばれる一種または二種以上からなる第二のアルミニウム系粉末、ならびに亜鉛粉末および亜鉛合金粉末から選ばれる一種または二種以上からなる第二の亜鉛系粉末を備え、
前記第二のアルミニウム系粉末は、
粒径加積曲線における通過重量百分率が50%のときの粒径D50が10μm以上20μm以下、リーフィング価が70%以上、かつ前記第二の金属系粉末に対する質量比率が10質量%以上であり、
前記第三の金属系粉末は亜鉛粉末および亜鉛合金粉末から選ばれる一種または二種以上からなる第三の亜鉛系粉末を含むことを特徴とする防錆皮膜。 - 前記第三の金属系粉末は、アルミニウム粉末およびアルミニウム合金粉末から選ばれる一種または二種以上からなる第三のアルミニウム系粉末をも含む、請求項7に記載の防錆皮膜。
- 前記第二のアルミニウム系粉末の前記第二の金属系粉末に対する質量比率R2と前記第三のアルミニウム系粉末の前記第三の金属系粉末に対する質量比率R3との比R2/R3が1超である請求項8に記載の防錆皮膜。
- 前記第二の金属系粉末および前記第三の金属系粉末の少なくとも一方は鱗片形状を有する請求項7から9のいずれか一項に記載の防錆皮膜。
- 前記鱗片形状を有する金属系粉末は、当該金属系粉末の平均厚さが、当該金属系粉末を含有する前記第二の亜鉛含有皮膜および/または前記第三の亜鉛含有皮膜の平均厚さの1/200以上1/2以下であって、前記金属系粉末の長径の平均値が前記第二の亜鉛含有皮膜および/または前記第三の亜鉛含有皮膜の平均厚さに対して10倍以上50倍以下である請求項10に記載の防錆皮膜。
- 前記鱗片形状を有する金属系粉末は、当該金属系粉末の長径の平均値が1.0μm以上50μm以下であって、その平均厚さが0.05μm以上1.0μm以下である請求項10または11に記載の防錆皮膜。
- 前記第二の亜鉛含有無機系塗料に含有される前記有機ケイ素化合物および前記第三の亜鉛含有無機系塗料に含有される前記有機ケイ素化合物の少なくとも一方は、炭素数が3以下のアルキル基を有するテトラアルキルシリケート化合物およびそのオリゴマーからなる群から選ばれた1種以上の化合物である請求項7から12のいずれか一項に記載の防錆皮膜。
- 前記第二の亜鉛含有無機系塗料に含有される前記有機チタネート化合物および前記第三の亜鉛含有無機系塗料に含有される前記有機チタネート化合物の少なくとも一方は、一般式Ti(X)4で表される有機化合物およびそのオリゴマーであって、Xは、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、およびtert−ブトキシの炭素数4以下のアルコキシ基、ラクテート、トリエタノールアミネート、アセチルセトネート、アセトアセテート、およびエチルアセトアセテートを含むキレート性置換基、ならびに水酸基からなる群から選ばれた1種以上の官能基である請求項7から13のいずれか一項に記載の防錆皮膜。
- 請求項1から14のいずれか一項に記載される防錆皮膜を基材上に備え、当該防錆皮膜の表面についてJIS Z8741に準拠して求められた入射角60°のグロス値Gs(60°)が7%以上である防錆部材。
- 前記防錆皮膜の外側にオーバーコート層を備える請求項15に記載の防錆部材。
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