JP2024048506A - 2液型素地調整剤及びエアゾール用素地調整剤 - Google Patents
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Abstract
Description
このような問題を解決する方法として、除錆処理(素地調整)後に、腐食性イオン物質を固定化する塗布型の素地調整剤を塗装する方法がある。
(1)重量平均分子量が5000~20000であり、エポキシ当量が500~900g/eqであるエポキシ樹脂(a)を含む主剤と、当該エポキシ樹脂のエポキシ基と反応する化合物(b)を含む硬化剤とを含む2液型素地調整剤であって、
前記主剤又は硬化剤の少なくとも一方には、腐食性イオン固定化剤(c)及び脂肪族炭化水素を含む溶剤(d)を含み、
前記主剤は、温度23℃におけるフォードカップNo.4の粘度が10~27秒であることを特徴とする2液型素地調整剤。
(2)前記エポキシ基と反応する化合物(b)が、ケチミン及びフェナルカミンを少なくとも含むことを特徴とする(1)に記載の2液型素地調整剤。
(3)重量平均分子量が5000~20000であり、エポキシ当量が500~900g/eqであるエポキシ樹脂(a)を含む主剤と、当該エポキシ基と反応する化合物(b)を含む硬化剤とを含む2液型素地調整剤と、(e)噴射剤とを含み、
前記主剤又は硬化剤の少なくとも一方には、腐食性イオン固定化剤(c)及び脂肪族炭化水素を含む溶剤(d)を含み、
前記主剤は、温度23℃におけるフォードカップNo.4の粘度が10~27秒であることを特徴とするエアゾール用素地調整剤。
本発明は、以下に述べる主剤及び硬化剤を含む2液型の素地調整剤を含み、これを前述の錆を有する鋼材に塗布すると、錆層中によく浸透しながら主剤と硬化剤とが反応して硬化することにより、鋼材表面に存在する錆層を固定化して鋼材表面の防食性を強化することができる。以下、主剤及び硬化剤について、それぞれ具体的に説明する。
本発明の2液型素地調整剤に使用される主剤には、少なくとも、重量平均分子量が5000~20000であり、エポキシ当量が500~900g/eqであるエポキシ樹脂(a)を含む。また、後述する腐食性イオン固定化剤(c)、脂肪族炭化水素を含む溶剤(d)を含んでもよい。また、主剤は、温度23℃におけるフォードカップNo.4の粘度が10~27秒である。
エポキシ樹脂(a)は、本発明で用いられる2液型素地調整剤の塗膜を形成する主要の樹脂成分である。エポキシ樹脂の重量平均分子量(Mw)は、重量平均分子量が5000~20000である。重量平均分子量の好ましい下限は7000以上であり、より好ましい下限は9000以上であり、さらに好ましい下限は10000以上である。他方、重量平均分子量の好ましい上限は19000以下であり、より好ましい上限は18000以下であり、さらに好ましい上限は17000以下である。重量平均分子量が5000未満であると、形成した塗膜の耐溶剤性に劣るおそれがあり、また、硬化性(とくに低温硬化性)にも劣るおそれがある。他方、重量平均分子量が20000超過であると、素地調整剤の錆層への浸透性に劣り、防食性が得られないおそれがある。
フェノール変性エポキシ樹脂、アルキルフェノール変性エポキシ樹脂、フェノールノボラック変性エポキシ樹脂又はアルキルフェノールノボラック変性エポキシ樹脂については、例えば、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環族型エポキシ樹脂、芳香族型エポキシ樹脂から選ばれる少なくとも1種以上のエポキシ樹脂を、フェノール樹脂、アルキルフェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂又はアルキルフェノールノボラック樹脂によって変性する方法、あるいはフェノール樹脂、アルキルフェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂又はアルキルフェノールノボラック樹脂とエピクロルヒドリンとを反応させる方法によって得ることができる。
本発明において、主剤の粘度は、温度23℃におけるフォードカップNo.4の粘度が10~27秒である。10秒未満であると粘度が低すぎて、塗装される面によっては液ダレが生じることがあることや、或いは、配合成分が沈降しやすくなる場合がある。反対に、27秒超過であると、素地調整剤とした際に錆層への浸透性が不十分となるおそれがある。好ましくは、当該測定における秒数が12~25秒の範囲であることがよく、より好ましくは15~23秒である。このような粘度特性であれば、素地調整剤とした際に、錆層の浸透性が良く作業性等にも優れる。また、とくにエアゾール用の素地調整剤として使用されるうえで、当該フォードカップNo.4で測定される粘度を基準として規定されることが好適である。当該粘度を達成するために、主剤に配合される固形分や溶剤量を適宜調整することが好ましい。
本発明における主剤には、鋼材における錆層と鋼材素地との界面に存在するCl-やSO4 2-などの腐食性イオンを捕集すると共に化学反応し、水不溶性の複塩として固定化して不活性化するための腐食性イオン固定化剤(c)を、更に、含むことが好ましい。このような腐食性イオン固定化剤(c)としては、公知のものが使用できるが、代表的には、ハイドロカルマイトや、ハイドロタルサイト等が挙げられる。主剤中における当該腐食性イオン固定化剤(c)の含有量は、0.1~10質量%が好ましく、より好ましくは0.5~5質量%とする。なお、後述のとおり、腐食性イオン固定化剤は、主剤中への配合に限定されないが、水分を吸収してしまうため、硬化剤内のケチミンが水分と反応してしまうことから、主剤中に含有されることが好ましい。
本発明における主剤には、本発明の目的を害さない範囲で、有機溶剤を含んでもよい。有機溶剤としては、公知のものが使用できるが、旧塗膜への影響や、エアゾール用途への適用に際してパッキンなどのプラスチック材の部材への影響を勘案して、弱溶剤を用いることがよく、脂肪族炭化水素を含む溶剤(d)とする。当該脂肪族炭化水素を含む溶剤(d)としては、限定されないが、ミネラルスピリット(ミネラルシンナー、ペトロリウムスピリット、ホワイトスピリット及びミネラルターペンを含む)、ソルベントナフサ、ターペン、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-ドデカンなどを挙げることができる。この中でも、エポキシ樹脂(a)の溶解性や、乾燥性等の観点から、ミネラルスピリットを用いることが好ましい。なお、ミネラルスピリットとは、JIS工業ガソリン4号に相当する石油系炭化水素の混合溶剤であり、有機溶剤中毒予防規則(労働安全衛生法)の第3種有機溶剤に該当するものである。
本発明における主剤には、本発明の目的を害さない範囲で、前記以外の他の成分が配合されてもよい。例えば、防錆顔料、体質顔料、着色顔料、顔料分散剤、表面調整剤、ダレ止め剤(沈降防止剤)、シランカップリング剤、消泡剤、ドライヤー、皮張り防止剤などの通常の塗料用添加剤を全て含むことができる。これらの他の成分は、主剤中に0~30質量%とすることが好ましく、目的に応じて適宜選んで配合することができる。この中でも、少なくとも、防錆顔料及びダレ止め剤(沈降防止剤)を用いることは、本発明の目的において好適である。
本発明の2液型素地調整剤に使用される硬化剤には、少なくとも、前記エポキシ樹脂(a)中のエポキシ基と反応する化合物(b)を含む。このような化合物(b)としては、エポキシ樹脂(a)中のエポキシ基と反応して硬化塗膜を形成できるものであれば、制限無く使用することができる。例えば、フェノール性化合物、酸無水物化合物、アミン化合物などを挙げることができる。この中でも、反応性の観点からアミン化合物が好適に使用できる。
ここで、前記ケチミンは、カルボニル化合物でブロックされた第1級アミノ基を1分子中に少なくとも1個有するポリアミンであり、アルジミン化合物を包含する。前記ケチミンは、カルボニル化合物と第1級アミノ基との脱水縮合反応により得ることができる。前記の「カルボニル化合物でブロックされた第1級アミノ基」は、例えば水分の存在によって容易に加水分解して遊離の第1級アミノ基に変わりうる保護されたアミノ基であり、典型的には、式
フェナルカミンは、通常、フェノール系化合物、アルデヒド化合物およびアミン化合物のマンニッヒ塩基反応によって得られる。
なお、硬化剤には、前記のとおり、前記腐食性イオン固定化剤(c)及び/又は前記脂肪族炭化水素を含む溶剤(d)を含んでもよい。これらの(c)、(d)成分を硬化剤中に含有させる場合、腐食性イオン固定化剤(c)は通常0.1~10質量%程度とすることが好ましい。また、脂肪族炭化水素を含む溶剤(d)は通常10~80質量%とすることが好ましく、より好ましくは20~70質量%、さらに好ましくは30~65質量%である。
本発明において、硬化剤の粘度は、前記した主剤の粘度と同程度であることが好ましく、温度23℃におけるフォードカップNo.4の粘度が10~27秒であることがより好ましい。
本発明のエアゾール用素地調整剤は、前記した2液型素地調整剤と、噴射剤(e)とを含む。さらに、エアゾール用途の目的を害さない範囲で、この用途に適用される公知のその他の成分を用いることができる。当該その他の成分は、前記した主剤及び/又は硬化剤中に配合され得る他の成分であってよく、主剤及び/又は硬化剤として用いてもよく、噴射剤(e)と混合する際に用いてもよい。
このようにして調製された本発明の2液型素地調整剤及びエアゾール用素地調整剤は、前述のとおり、錆を有する鋼材に塗布する場合、前処理として、劣化塗膜や浮き錆等の脆弱個所をワイヤーブラシ、スコッチブライト(スリーエム社製商品名)等で除去し、また、層状錆やコブ錆等の発生した腐食の著しい個所がある場合には、動力研磨工具や手研磨工具にて除去することが好ましい。ただし、固着化した錆は除去する必要性は少ない。
容器に、表1に記載された原料を順次仕込み、公知の製造方法により、主剤1~8を調製した。表1に記載の原料は次のとおりである。
2)アルキルフェノールノボラック変性エポキシ樹脂溶液2(アルキルフェノールノボラック樹脂とビスフェノールA型エポキシ樹脂の反応物、エポキシ当量670、重量平均分子量10000、固形分濃度60質量%、ミネラルスピリット(日東化成社製)40質量%)
3)アルキルフェノールノボラック変性エポキシ樹脂溶液3(アルキルフェノールノボラック樹脂とビスフェノールA型エポキシ樹脂の反応物、エポキシ当量930、重量平均分子量6000、固形分濃度70質量%、ミネラルスピリット(日東化成社製)30質量%)
4)ビスフェノールA型エポキシ樹脂溶液(エポキシ当量475、重量平均分子量3700、固形分濃度70質量%、ミネラルスピリット(日東化成社製)30質量%)
5)アクリル変性エポキシ樹脂溶液(製造方法は後述。エポキシ当量690、重量平均分子量25000、固形分濃度60質量%、ミネラルスピリット(日東化成社製)40質量%)
6)着色顔料1(酸化チタン、TITONERUTILE R-5N(堺化学社製))
7)着色顔料2(カーボンブラック、Raven 14 POWDER(BILRA社製))
8)着色顔料3(黄色酸化鉄、TAROX 合成酸化鉄 HY-100(チタン工業社製))
9)防錆顔料1(メタリン酸アルミニウム、K-WHITE #94(テイカ社製))
10)防錆顔料2(リン酸亜鉛と亜リン酸カルシウムと酸化亜鉛の混合物、EXPERT NP-1007-D(東邦顔料社製))
11)防錆顔料3(トリポリリン酸アルミニウム、ZAP-1(Shih-Sheng))
12)だれ止め剤(炭酸カルシウム、MC-K(丸尾カルシウム社製))
13)レベリング剤(アクリルポリマー系表面調整剤、BYK-350(ビッグケミー社製))
14)腐食イオン固定化剤(ハイドロタルサイト)
15)炭化水素系溶剤1(ミネラルスピリット(日東化成社製))
16)ケトン系溶剤(メチルイソブチルケトン(三菱ケミカル株式会社製)
ミネラルスピリット(日東化成社製)100部および「エピクロンHP-820」(商品名、DIC社製、4-t-ブチルカテコールとエピクロルヒドリンとの誘導体、エポキシ当量225、重量平均分子量450)588部を窒素気流下で135℃に加熱し、下記のビニルモノマーおよび重合開始剤の混合物を2時間で滴下し、滴下後1時間熟成した(ビニルモノマーおよび重合開始剤の混合物:アクリル酸12部、2-エチルヘキシルアクリレート70部、スチレン335部、t-ブチルパーオキシ-2-エチルヘキサノエート13部の混合物)。次いでミネラルスピリット100部、「ハリダイマー200」(商品名、ハリマ化成社製、ダイマー酸、酸価192)168部およびテトラブチルアンモニウムブロマイド1.2部を仕込み135℃に加熱し、約1時間反応を行った。さらにサリチル酸24部を仕込み、約1時間反応を行い、樹脂酸価が1mgKOH/g以下になったところでミネラルスピリットを添加し、固形分濃度60質量%のアクリル変性エポキシ樹脂溶液を得た。得られたアクリル変性エポキシ樹脂のエポキシ当量は690(固形分当たり)、重量平均分子量は25,000であった。
尚、樹脂の酸価については、JIS K 5601-2-1:1999に記載の方法に準じて、樹脂1g中の遊離酸を中和するのに要する水酸化カリウムのmg数を定量し、樹脂固形分の酸価を求めた。重量平均分子量は、ポリスチレンを標準物質とし、サイズ排除クロマトグラフィーによって測定した。
表2に記載された原料を順次仕込み、公知の製造方法により、硬化剤1~4を調製した。
表2に記載の原料は以下のとおりである。
18)変性ポリアミン溶液1(ダイトクラールU6181(大都産業社製)、活性水素当量278、固形分濃度90質量%)
19)変性ポリアミン溶液2(ダイトクラールX9553(大都産業社製)、活性水素当量74、固形分濃度70質量%)
20)ケチミン1(アデカハードナー EH-235R-2(ADEKA社製)、活性水素当量95、固形分濃度100質量%)
[実施例1~14、比較例1~6]
表3、表4に示す配合量に従い、主剤及び硬化剤を塗装に用いる直前にそれぞれ混合し、素地調整剤1~20(実施例1~14、比較例1~6)を調製した(当量比(アミン/エポキシ)=0.8)。また、主剤及び硬化剤については、混合前にそれぞれ粘度を測定した。粘度の測定は、ASTM D-1200-10に準拠したフォードカップNo.4を用いて23℃/50%RH条件下で行った。
素地調整剤1~11について、常温硬化性、低温硬化性、高湿度での低温硬化性、耐溶剤性試験を、以下の方法により評価した。また、素地調整剤12~20について、エアゾール化した場合の吐出性を評価した。結果を表3、表4に示す。
寸法150mm×70mm×0.8mmの鋼板に、素地調整剤1~11をそれぞれ0.10kg/m2となるように刷毛で塗布した。23℃/50%RHの条件下にて3時間養生後、塗膜の乾燥程度をJIS K5600-1-1:1999に基づき評価した。
〇:3時間後に半硬化乾燥である。
×:3時間経過しても指触乾燥まで至ってない状態である。
寸法150mm×70mm×0.8mmの鋼板に、素地調整剤1~11をそれぞれ0.10kg/m2となるように刷毛で塗布した。5℃/50%RHの条件下にて5時間養生後、塗膜の乾燥程度をJIS K5600-1-1:1999に基づき評価した。
〇:5時間後に半硬化乾燥である。
△:5時間後に指触乾燥である。
×:5時間経過しても指触乾燥まで至ってない状態である。
寸法150mm×70mm×0.8mmの鋼板に、素地調整剤1~11をそれぞれ0.10kg/m2となるように刷毛で塗布した。5℃/99%RHの条件下にて5時間養生後、塗膜の乾燥程度をJIS K5600-1-1:1999に基づき評価した。
◎:5時間後に硬化乾燥である。
〇:5時間後に半硬化乾燥である。
×:5時間経過しても指触乾燥まで至ってない状態である。
寸法150mm×70mm×0.8mmの鋼板に、素地調整剤1~11をそれぞれ0.10kg/m2となるように刷毛で塗布した。23℃/50%RHの条件下にて24時間養生後、ASTM D4752-03の方法に準拠してラビング評価した。なお、使用試薬はキシレン(ENEOS株式会社製)を用いた。
〇:表面に影響を与えない状態。
△:ラビング後、塗膜外観が溶解する状態。
×:ラビング後、塗膜外観が溶解し表面がへこむ状態
寸法150mm×70mm×0.8mmの鋼板に、素地調整剤1~11をそれぞれ0.10kg/m2となるように刷毛で塗布した。23℃/50%RHの条件下にて24時間養生後、ASTM D4752-03の方法に準拠してラビング評価した。なお使用試薬には、ミネラルスピリット(日東化成株式会社製)を用いた。
〇:表面に影響を与えない状態。
△:ラビング後、塗膜外観が溶解する状態。
×:ラビング後、塗膜外観が溶解し表面がへこむ状態。
エアゾール容器として、エア・ウォーター・ゾル社製のものを準備した。噴射剤としては、ジメチルエーテルを用いた。上記のエアゾール容器に、表4に示すように、主剤144ml、硬化剤16ml、噴射剤160mlを封入し、エアゾール製品を調製した(当量比(アミン/エポキシ)=0.8~1.0)。
エアゾール製品について、吐出安定性の評価を行った。方法としては、45℃環境下で貯蔵し、1か月経過ごとにエアゾール缶を20回振とうさせることで缶内の攪拌玉音が鳴るか、また噴射液が詰まることなく吐出されるか評価した。
〇:攪拌玉音が鳴り、十分に振とうさせることで噴射液を安定して吐出できる。
×:20回振とうしても攪拌玉音が鳴りにくく、噴射液を安定して出せない。
<5-1.発錆塗板の作製>
[試験方法、評価]
先ず、寸法150mm×70mm×1.6mmのグリットブラスト鋼板に対し、その片面半分(75×70mm)に、JIS K5621(一般さび止めペイント)2種[「グリーンボーセイ建築用」〔大日本塗料(株)製商品名〕]を2回塗りし、次いで、JISK5516(合成樹脂調合ペイント)2種中塗り用[「タイコーマリン中塗」〔大日本塗料(株)製商品名〕]を1回塗りし、最後に、JIS K5516(合成樹脂調合ペイント)2種上塗り用[「タイコーマリン上塗」〔大日本塗料(株)製商品名〕]を1回塗りして、試験用塗板を得た。このようにして形成された塗膜を、以下「旧塗膜」という。得られた試験用塗板を屋外に12か月間曝露し、発錆させた。このようにして、発錆塗板を作製した。
発錆塗板表面の付着物、脆弱錆のみをスコッチブライト(スリーエム社製商品名)により除去した。
前記前処理後の発錆塗板の表面に、塗装に用いる直前に調製した素地調整剤1~11をそれぞれ0.10kg/m2となるように刷毛で塗布し、温度23℃の環境下で1日間自然乾燥させ、試験板を作製した。
素地調整剤1~11を塗布した試験板について、錆面への含浸性、防食性を以下の方法により評価した。結果を表3に示す。
作製した試験体を1cm×1cmの大きさにカットし、走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製SU-70)により断面写真及び元素分布(炭素及び鉄)を測定し、錆層への浸透性を下記基準で評価した。
〇:さび層中のひび割れの奥深くまで樹脂分(炭素)が確認される
×:さび層中のひび割れに樹脂分(炭素)が入り込んでいない
作製した試験体をJIS K 5674:2019のサイクル腐食性に基づいて防食性を評価した(サイクル数:36)。
◎:ふくれ、発錆なし
〇:クロスカット部に幅2mm未満のふくれ、発錆あり
あるいは、クロスカット部以外にふくれ、発錆数点あり
△:クロスカット部に幅2~5mmのふくれ、発錆あり
あるいは、クロスカット部以外10%以下のふくれ、発錆あり
×:クロスカット部に幅5mmを超えるふくれ、発錆あり
あるいは、クロスカット部以外に10%を超えるふくれ、発錆あり
Claims (3)
- 重量平均分子量が5000~20000であり、エポキシ当量が500~900g/eqであるエポキシ樹脂(a)を含む主剤と、当該エポキシ樹脂のエポキシ基と反応する化合物(b)を含む硬化剤とを含む2液型素地調整剤であって、
前記主剤又は硬化剤の少なくとも一方には、腐食性イオン固定化剤(c)及び脂肪族炭化水素を含む溶剤(d)を含み、
前記主剤は、温度23℃におけるフォードカップNo.4の粘度が10~27秒であることを特徴とする2液型素地調整剤。 - 前記エポキシ基と反応する化合物(b)が、ケチミン及びフェナルカミンを少なくとも含むことを特徴とする請求項1に記載の2液型素地調整剤。
- 重量平均分子量が5000~20000であり、エポキシ当量が500~900g/eqであるエポキシ樹脂(a)を含む主剤と、当該エポキシ基と反応する化合物(b)を含む硬化剤とを含む2液型素地調整剤と、噴射剤(e)とを含み、
前記主剤又は硬化剤の少なくとも一方には、腐食性イオン固定化剤(c)及び脂肪族炭化水素を含む溶剤(d)を含み、
前記主剤は、温度23℃におけるフォードカップNo.4の粘度が10~27秒であることを特徴とするエアゾール用素地調整剤。
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