JP3261538B2 - 亜鉛系リン酸複塩防錆顔料、その製造方法、及び、それを含有する防錆塗料 - Google Patents

亜鉛系リン酸複塩防錆顔料、その製造方法、及び、それを含有する防錆塗料

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、人体等に対して毒性が
なく、かつ、防錆効果の優れた顔料、その製造方法、及
び、それを含有する防錆塗料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、防錆顔料として、クロム酸化合
物、鉛化合物が広範囲に使用されてきたが、これらは、
優れた防錆効果を示すにもかかわらず、その中に含有す
るクロムや鉛の毒性が問題にされてきた。そこで、この
ような毒性のない無公害防錆顔料として、クロムや鉛を
含有しない防錆顔料の開発が進められ、リン酸亜鉛、リ
ン酸ケイ素、リン酸チタン、縮合リン酸アルミニウム等
のリン酸塩、亜リン酸亜鉛、亜リン酸バリウム、亜リン
酸マンガン等の亜リン酸塩、及び、モリブデン酸亜鉛、
モリブデン酸カルシウム等のモリブデン酸塩等が検討さ
れた。その中で、リン酸亜鉛は古くから知られていた
が、分散性や貯蔵安定性に問題があり、また、その防錆
効果が決して充分でなかった。
【0003】特公昭49−2005号公報には、亜鉛化
合物とリン酸とを反応させる際に、超微粒シリカ及び縮
合リン酸を添加することによって、通常の方法で製造さ
れたリン酸亜鉛の粒子が大きくて塗料に配合した場合に
短期間で沈降するという欠点が改善できることが開示さ
れている。
【0004】特開昭59−204663号公報には、リ
ン酸亜鉛の亜鉛の一部をカリウムに置換して、塩基性リ
ン酸カリウム亜鉛化合物とすることによって、防錆性を
更に高めうることが開示されている。また、特開昭59
−204664号公報には、このような亜鉛の一部をカ
リウムに置換して防錆性を高める方法は、亜リン酸亜鉛
についても適用しうることが開示されている。
【0005】特開平1−308814号公報には、亜鉛
化合物とリン酸化合物とを反応させる際にメカノケミカ
ル的反応を適用することによって、工程を簡略化し、か
つ、正しい化学量比を有するリン酸亜鉛が製造できるこ
とが開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述の特公昭49−2
005号公報に開示された方法では、リン酸亜鉛粒子を
細かくできても、超微粒シリカや縮合リン酸を添加する
という煩雑さがあり、特開昭59−204663号公報
に開示された方法では、防錆性を高めることができて
も、原料が高価になり、かつ、塩基性であるため、塗料
製造の際に多くの制限が生じてくる。また、特開平1−
308814号公報に開示された方法では、正しい化学
量比のリン酸亜鉛が製造できても、まだ充分な防錆性を
有するものはえられなかった。本発明が解決しようとす
る課題は、このような問題を解消しうる微粒子で防錆性
の高い新しいリン酸亜鉛系防錆顔料を提供することにあ
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述の課
題を解決するために、リン酸亜鉛中の亜鉛の5〜50モ
ル%が、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロ
ンチウム、及び、アルミニウムからなる群の中から選ば
れた1種以上の金属で置換され、メカノケミカル的に製
造されたことを特徴とする亜鉛系リン酸複塩からなる防
錆顔料(以下「第1発明」という)、 亜鉛化合物50
〜95モル%と、マグネシウム、カルシウム、バリウ
ム、ストロンチウム、及び、アルミニウムからなる群の
中から選ばれた1種以上の金属の化合物5〜50モル%
と、リン酸又はリン酸化合物とを、機械的手段で湿式練
和しメカノケミカル的に反応を完結させることを特徴と
する亜鉛系リン酸複塩からなる防錆顔料の製造方法(以
下「第2発明」という)、並びに、第1発明に係わる亜
鉛系リン酸複塩からなる防錆顔料を含有することを特徴
とする防錆塗料(以下「第3発明」という)を提案す
る。
【0008】この亜鉛系リン酸複塩防錆顔料の発明にお
いて、亜鉛と置換される金属は、マグネシウム、カルシ
ウム、バリウム、ストロンチウム、及び、アルミニウム
であって、同時に、これらの中の1種、2種、又は、そ
れ以上が使用されていてもよい。また、亜鉛と置換され
る各金属の総量は、全体の5〜50モル%であることが
必要である。置換される金属の量が5モル%未満であっ
ても、また、50モル%を超えても、高い防錆性のもの
を得ることができない。なお、一般に、このように一部
を他金属で置換した亜鉛系リン酸複塩は、結晶性が低い
ためか、5μm未満の微粒子になり易い。
【0009】上記の亜鉛系リン酸複塩防錆顔料の製造方
法の発明において、使用される亜鉛化合物は、リン酸又
はリン酸化合物と反応してリン酸亜鉛を生成するもので
あれば、どのような亜鉛化合物でもよい。しかし、反応
生成物中に除去困難な異種酸根が残留しないように、酸
化亜鉛、水酸化亜鉛、又は、炭酸亜鉛等を使用するのが
好ましい。また、使用されるマグネシウム化合物、カル
シウム化合物、バリウム化合物、ストロンチウム化合
物、及び、アルミニウム化合物も、リン酸又はリン酸化
合物と反応してリン酸塩を生成するものであれば、どの
ような化合物でもよいが、反応生成物中に除去困難な異
種酸根が残留しないように、酸化物、水酸化物、又は、
炭酸塩等を使用するのが好ましい。また、リン酸の代わ
りに使用されるリン酸化合物は、前述の亜鉛化合物、及
び、前述の金属化合物と反応してリン酸複塩を生成する
ものであれば、どのようなリン酸化合物でもよい。しか
し、反応生成物中に除去困難な異種金属や塩基が残留し
ないように、リン酸水素亜鉛のような酸性同種金属リン
酸塩を使用することが好ましい。
【0010】また、上記の亜鉛系リン酸複塩防錆顔料の
製造方法の発明において、機械的手段で湿式練和しメカ
ノケミカル的に反応を完結させるとは、各原料を混合し
て得られた反応スラリーを、又は、各原料を直接、ボー
ルミル、らいかい機、振動ミル、サンドグラインドミル
等のメカノケミカル効果のある装置に入れて、反応を完
結させることをいう。
【0011】上記の発明に係わる亜鉛系リン酸複塩防錆
顔料を含有する塗料とは、顔料として、上記の亜鉛系リ
ン酸複塩防錆顔料を、単独に、又は、他の顔料と併用し
て使用し、塗料用樹脂として、アルキッド樹脂、フェノ
ール樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、シ
リコン樹脂、ポリエステル樹脂等の合成樹脂、塩化ゴ
ム、環化ゴム等のゴム誘導体、繊維素誘導体等を、単独
で又は併用して使用して通常の方法で塗料化した塗料を
いう。
【0012】
【作用】この発明に係わる亜鉛系リン酸複塩防錆顔料、
及び、それを含有する防錆塗料が、優れた防錆性を有す
るのは、次のような作用が関与しているものと推定され
る。すなわち、この発明において、リン酸亜鉛中の亜鉛
の一部を他の金属で置換することにより、結晶構造が乱
れ、その結果結晶の成長も抑制されて、結晶構造の乱れ
た微粒子を得ることができたものと考えられる。そのこ
とは、例えば、固体酸性度が、リン酸亜鉛(Zn(P
)では0.02meq/gに過ぎないのに対し
て、この発明に係わるリン酸亜鉛マグネシウム(Zn
Mg(PO)では0.30meq/gにも達した
ことによっても裏づけられている。なお、この高い固体
酸性度は、塗料製造過程で他の金属イオン等の吸着等に
よって緩和されるものと考えられる。そして、結晶構造
が乱された結果、その中の金属原子が離脱し易くなり、
しかも、鉄よりイオン化傾向の高い亜鉛の一部が、亜鉛
より更にイオン化傾向の高い金属で置換されているの
で、外部から侵入する鉄を錆びさせる要因に対して、更
に高い緩衝作用を発揮し、それが、防錆性を高めている
ものと考えられる。
【0013】この発明に係わる亜鉛系リン酸複塩防錆顔
料の製造方法において、前述のような微粒子化された高
い防錆性を有する複塩が生成するのは、メカノケミカル
的反応の際、固体同士の接触点に瞬間的に高温高圧点が
生じて、そこにエネルギーが集中して、局部的に、か
つ、溶液反応とは異なった特殊な反応が生成するためと
考えられる。
【0014】(1) 亜鉛系リン酸複塩防錆顔料の製造 〔実施例1〕50℃に加温した25%リン酸水溶液75
0gに攪拌しながら酸化亜鉛(ZnO)194.7gを
加えて反応させ、更に、水酸化カルシウム(Ca(O
H))35.4gを加えて反応させて、60℃で5時
間保持した後、得られたスラリーを30℃に冷却して2
lボールミルに移し、6時間練和して反応を終了させ
た。反応後のスラリーを濾過し、得られたフィルターケ
ーキを110℃で12時間乾燥して粉末(以下「粉末
I」という)を得た。
【0015】〔実施例2〕75%リン酸600gに酸化
マグネシウム(MgO)138.8gと酸化亜鉛(Zn
O)280.3gを加えて反応させ、得られた反応粉末
約500gを2lボールミルに移し、水1000gを加
えて10時間練和して反応を終了させた。反応後のスラ
リーから実施例1と同様にして粉末(以下「粉末II」
という)を得た。
【0016】〔実施例3〕60℃に加温した25%リン
酸水溶液750gに、酸化亜鉛(ZnO)129.8
g、炭酸ストロンチウム(SrCO)47.1g、及
び、水酸化アルミニウム(ギブサイトAl3H
O)49.8gを徐々に添加して反応させ、70℃で3
時間保持した後、40℃まて冷めた時点でらいかい機に
移し、5時間練和して反応を終了させた。反応後のスラ
リーから実施例1と同様にして粉末(以下「粉末II
I」という)を得た。
【0017】〔実施例4〕リン酸水素亜鉛(ZnHPO
O)410.0g、炭酸カルシウム(CaC
)57.0g、及び、酸化マグネシウム(MgO)
23.0gの混合粉末を2l振動ミルに移し、水500
gを加えて、5時間練和して反応を終了させた。反応後
のスラリーから実施例1と同様にして粉末(以下「粉末
IV」という)を得た。
【0018】〔実施例5〕リン酸水素亜鉛(ZnHPO
O)400.0g、炭酸バリウム(BaCO
293.3gの混合粉末を2lボールミルに移し、水1
000gを加えて20時間練和して反応を終了させた。
反応後のスラリーから実施例1と同様にして粉末(以下
「粉末V」という)を得た。
【0019】〔比較例〕50℃に加温した25%リン酸
水溶液750gに攪拌しながら酸化亜鉛(ZnO)23
3.6gを徐々に添加して反応させ、70℃で6時間保
持して反応を終了させた。得られたスラリーから実施例
1と同様にして粉末(以下「粉末VI」という)を得
た。
【0020】〔亜鉛系リン酸複塩防錆顔料の特性〕前述
の実施例1〜5及び比較例で得られた粉末I〜VIの特
性は表1の通りであった。この表1から、本発明に係わ
る亜鉛系リン酸複塩防錆顔料である粉末I〜Vの平均粒
径が、比較例の粉末VIの平均粒径に比べて、かなり小
さく、5μm未満になっていることが認められる。
【表1】
【0021】〔常乾型水溶性エポキシエステル樹脂系塗
料の製造〕実施例1〜3で得られた粉末I〜III、比
較例で得られた粉末VI、及び、市販のジンククロメー
ト(ZPC型)(以下「粉末VII」とする)を、それ
ぞれ、表2の配合で、ガラスビーズ(Φ1.5mm)1
00gとともに、サンドミルを用いて1時間分散させて
塗料化し、それぞれ、塗料H1、H2、H3、H4、H
5を得た。
【表2】
【0022】なお、ここで使用した水溶性エポキシエス
テル樹脂は、大日本インキ化学工業(株)製のウォータ
ーゾールCD−540で不揮発分39.2%の樹脂であ
る。また、粉末I〜III、及び、VIIは、塗料化に
おいても、得られた塗料の安定性についても問題はなか
ったが、粉末VIは、塗料調整後静置させると顔料の分
離が認められ塗料の安定性が悪かった。
【0023】〔常乾型中油性アルキド樹脂系塗料の製
造〕実施例3〜5で得られた粉末III〜V、比較例で
得られた粉末VI、及び、市販のジンククロメート(Z
PC型)(粉末VII)を、それぞれ、表3の配合で、
ガラスビーズ(Φ1.5mm)100gとともに、サン
ドミルを用いて1時間分散させて塗料化し、それぞれ塗
料L1、L2、L3、L4、L5を得た。
【表3】
【0024】なお、ここで使用した中油性アルキド樹脂
は大日本インキ化学工業(株)製のベッコゾール133
4ELで不揮発分50%の樹脂であり、皮張り防止剤は
楠本化成(株)製のディスパロン510、流れ止め剤は
楠本化成(株)製のディスパロン4200−20であ
る。また、粉末III〜V、及び、Wは、塗料化におい
ても、得られた塗料の安定性ついても問題はなかった
が、粉末VIは、塗料調整後静置させると顔料の分離が
認められ塗料の安定性が悪かった。
【0025】〔防錆試験〕前述のようにして得られた塗
料H1〜H5、L1〜L5を、それぞれ、日本テストパ
ネル工業(株)製の冷間圧延鋼板JIS G3141
SPCC−SB1.0×70×150mmにバーコータ
ーを用いて1回塗りし、乾燥後の膜厚が30μmになる
ようにした。その後室温で1週間乾燥し、上塗りするこ
となく、スガ試験機(株)製の塩水噴霧試験機ST−I
SO−3を使用し、5%NaCl水溶液を用い、噴霧圧
力1Kg/cm、機内温度35℃、試験期間336時
間の塩水噴霧試験を行った。その結果を表4に示す。
【表4】
【0026】この表において、評価の欄の数字は、1を
錆の発生が100%のもの、2を錆の発生が75%のも
の、3を錆の発生が50%のもの、4を錆の発生が25
%のもの、5をふくれや錆のないものとする基準に基づ
いて、錆の発生状態を評価した結果を示す。この表4か
ら、本発明に係わる亜鉛系リン酸複塩防錆顔料を含有す
る塗料が、優れた防錆性を有することが明らかに認めら
れる。
【0027】
【発明の効果】本発明に係わる亜鉛系リン酸複塩防錆顔
料及びそれを含有する防錆塗料は、前述のような構成と
作用を有するので、有害金属等を含まず無公害であるだ
けでなく、優れた防錆性を有しているので、環境問題が
厳しくなる状況下で日常の産業活動における設備の保全
等に大きな寄与を果たすものと考えられる。また、本発
明に係わる亜鉛系リン酸複塩防錆顔料の製造方法は、こ
のような優れた顔料を製造を初めて可能にした点におい
て、大きな効果があるものと考えられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C01B 25/45 CA(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リン酸亜鉛中の亜鉛の5〜50モル%
    が、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチ
    ウム、及び、アルミニウムからなる群の中から選ばれた
    1種以上の金属で置換され、メカノケミカル的に製造さ
    れたことを特徴とする亜鉛系リン酸複塩からなる防錆顔
  2. 【請求項2】 亜鉛化合物50〜95モル%と、マグネ
    シウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、及
    び、アルミニウムからなる群の中から選ばれた1種以上
    の金属の化合物5〜50モル%と、リン酸又はリン酸化
    合物とを、機械的手段で湿式練和しメカノケミカル的に
    反応を完結させることを特徴とする亜鉛系リン酸複塩か
    らなる防錆顔料の製造方法
  3. 【請求項3】 請求項1記載の亜鉛系リン酸複塩からな
    る防錆顔料を含有することを特徴とする防錆塗料
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