JP3644377B2 - 鋼材の錆安定化処理剤及び錆安定化処理鋼材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、錆安定化処理剤および前記処理剤の乾燥皮膜が形成された錆安定化処理鋼材に関する。より具体的には、Cu,Ni,Cr,P,Mo等の合金元素を添加してなる耐候性鋼材に主として適用される表面処理剤であって、特に飛来塩分の多い海岸地域や、冬季に凍結防止塩を散布する地域などにおいても、耐候性鋼の安定錆を効率よく生成せしめることを目的とした錆安定化処理剤および錆安定化処理鋼材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
耐候性鋼はCu,Ni,Cr,P,Mo等の元素が少量含有された低合金鋼であって、大気中に暴露すると腐食し発錆する過程で保護性の強い錆層（安定錆）が自然に形成される。そして前記錆層が形成された後はそれ以降の鋼材の腐食は減少し、最終的には腐食が殆ど進行しない特性を持つ鋼材となる。
【０００３】
この様な耐候性鋼材は、形鋼、鋼板、鋼管等各種鋼材に適用され、橋梁や鉄塔等の構造物として幅広い用途があるが、次のような問題を有していた。
【０００４】
即ち、耐候性鋼材を裸使用する場合、鋼材表面に保護性の強い安定した錆が形成されるまで5年以上の長期間を要し、その間、浮き錆や流れ錆を生じ、流出した錆汁により周囲環境を汚染し、外観を損なう問題があった。
【０００５】
そこで、耐候性鋼の表面に錆安定化処理と称される表面処理を行い、上記の問題を解決する技術が開示されている。この錆安定化処理は、例えば、特開昭56-127774号公報では、カチオン型皮膜とアニオン型皮膜の2層皮膜が、特公昭56-33991号公報では、下層に安定錆成分を含有する樹脂層、上層に耐候性、耐腐食性に優れた樹脂層を設けた2層被覆が、および特許2666673号公報では、安定錆形成促進作用を有する有機樹脂により被覆された鋼材について開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来技術の内、特公昭56-33991号公報による方法では、安定錆形成過程の塗膜劣化過程での外観が悪く、塗膜のフクレや剥離が発生し易い欠点がある。更に飛来塩分に対する対応が不十分で、腐食性の厳しい環境での安定錆形成能力が劣る欠点がある。また2層以上の塗装が必要で、塗装作業性、塗装コストが上昇する欠点がある。
【０００７】
また特許2666673号公報では、安定錆を早期に形成するため、処理後の外観不良が避けられず、流れ錆等による周辺環境の汚損も問題となる。また早期に形成した錆が真の安定錆として長期間機能するかどうか、不明確である。
【０００８】
特開昭56-127774号公報記載の方法では、カチオン型皮膜で流れ錆を防止し、アニオン型皮膜で塩分に対する耐久性を増していることで、安定錆形成環境を整え、効率的な安定錆形成を意図したものであるが、2層以上の異なる塗膜を形成する必要があり、塗装作業性上問題がある。また安定錆形成能力とのバランス上、アニオン型皮膜の割合に制限があり、十分な耐飛来塩分性が発揮できない点も問題であった。
【０００９】
また、これまでの錆安定化処理剤は長期的に塗膜表面に蓄積された汚れ等により、外観上問題となるばかりか、付着物を基点とした不安定錆の形成などの問題もある。
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、特に飛来塩分の多い海岸地域や、冬季に凍結防止塩を散布する地域などにおいても、耐候性鋼の安定錆を効率よく生成せしめると共に、安定錆形成過程での流れ錆等による外観不良を防止し、あるいは更に処理剤皮膜下に安定錆を形成する際の塗膜のフクレや剥離による外観悪化を極めて起こりにくくすることを目的とした耐候性鋼の錆安定化処理剤、およびその処理剤の硬化皮膜が形成された錆安定化処理鋼材を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、
(1)処理剤中に光触媒型親水性付与剤を処理剤固形分100重量部中に2〜20重量部含有（ただし、アナターゼ型酸化チタンを 2 〜 4 重量部含有する場合を除く）することを特徴とする鋼材の錆安定化処理剤、
(2)処理剤中に光触媒型親水性付与剤を処理剤固形分100重量部中に5〜10重量部含有することを特徴とする鋼材の錆安定化処理剤、
(3)前記光触媒型親水性付与剤が酸化チタンであることを特徴とする前記(1)または(2)に記載の錆安定化処理剤、
(4)前記(1)〜(3)記載の処理剤の乾燥皮膜を表面に形成してなる錆安定化処理鋼材、
である。
【００１２】
本発明では、光により処理皮膜表面に親水性を付与する光触媒型親水性付与材を含有することにより、付着した塩分などの安定錆形成を阻害する成分を自己洗浄すると共に、汚れなども分解して汚れを基点とした錆の不安定化を防止する。また光触媒の作用により錆安定化処理塗膜自体の分解、風化も促進されることで、良好な風化外観を得ることも出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（適用可能鋼材）
本発明の錆安定化処理剤が適用可能な鋼材は特に限定するものではない。普通鋼に対しても効果は認められるが、耐候性鋼のようなCu,Ni,Cr,P,Mo等の合金元素を少量含む低合金鋼に対して特に有効である。また、処理面はブラスト処理等で表面のスケールや錆を落とした状態が好ましいが、必ずしもこの必要はない。
(光触媒型親水性付与剤)
本発明の錆安定化処理剤に含有される光触媒型親水性付与剤は、特定の励起波長の紫外線や可視光線があたることにより、スーパーオキシドアニオンやヒドロキシラジカルなどの活性酸素を生成しうる化合物で、光触媒の活性酸素により表面に付着した疎水性の汚れを分解し、塗膜表面に物理吸着水の層を形成することで表面親水性付与作用を有すると考えられている物質である。例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉄、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化銅、酸化マンガン、など一連の金属酸化物、およびチタン酸ストロンチウムなどの化合物が挙げられるが、これらの化合物の中で特に酸化チタン、その中でも結晶型がアナターゼ型である酸化チタンが特に顕著な効果を示す。
【００１４】
なお、光触媒型親水性付与剤の添加量は、処理剤固形分100重量部中、2〜20重量部（ただし、アナターゼ型酸化チタンを 2 〜 4 重量部含有する場合を除く）が好ましい。この範囲を下回ると錆安定化性能におとり、この範囲を越えると、塗膜としての強度、耐候性が低下するので好ましくない。添加量のより好ましい範囲は、5〜10重量部である。
【００１５】
これらの光触媒型親水性付与剤を錆安定化処理塗膜中に含有させることにより、特に飛来塩分や凍結防止剤散布が問題となる環境に錆安定化処理を適用した場合の、錆安定化性能が著しく優れることが、本発明者らの検討により明らかとなった。この理由としては、おそらく活性酸素の作用により塗膜表面の親水性が高まることで、塗膜表面に付着した塩化物イオンなど錆の安定化に悪影響を与える成分を効率的に洗浄すると共に、光による錆安定化塗膜の風化・消失が促進され、良好な外観を保持したまま早期に塗膜から塗膜下に生成した安定錆に置き換わることが可能となったことが原因と推測される。
(錆安定化処理剤)
本発明における錆安定化処理剤とは、主に耐候性鋼表面に塗布されて塗膜を形成し、耐候性鋼の初期流れ錆を抑制しながら塗膜下で耐候性鋼の安定錆を形成する機能を有するもので、最終的には塗膜は風化、消失し耐候性鋼の安定錆に置き換わる。
【００１６】
本発明の錆安定化処理剤は、前記の光触媒型親水性付与剤以外に、樹脂（基体樹脂）、顔料、溶剤、各種添加剤などからなる。
【００１７】
前記樹脂としては、他の成分を分散し、処理剤の硬化皮膜を形成し、かつ、処理剤としての塗装作業性を損なわないものであれば特に制限はなく、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、ブチラール樹脂、ビニル系樹脂、アルキッド樹脂などの一般の塗料用樹脂をベースに、必要に応じて、脂肪酸、油脂、歴青質、他の化合物などで変性したものを用いることが出来る。
【００１８】
尚、樹脂中には、塗膜にカチオン選択透過性を付与し、塗膜中への塩分などの腐食性アニオンの透過を抑制する観点から、カルボキシル基、スルホン基、リン酸基、フェノール性水酸基などのアニオン性の固定電荷を付与することが好ましい。
【００１９】
前記樹脂の含有量は、塗膜強度と塗膜の劣化過程の外観保持機能のバランスの観点から、処理剤固形分100重量部に対し、20〜50重量部が好ましい。
【００２０】
顔料としては、体質顔料、着色顔料、その他の機能性顔料などを必要に応じて適宜選択して配合することができる。体質顔料、着色顔料の例としては、バライト、沈降性硫酸バリウム、白亜、沈降性炭酸カルシウム、胡粉、クレー、砥の粉、タルク、ケイソウ土、シリカ白、アルミナ白、石膏、サチン白、グロスホワイト、ベントナイト、ケイ酸カルシウム、沈降性炭酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム、鉛酸カルシウム、酸化チタン、亜鉛華、リトボン、硫化亜鉛、鉛白、酸化ジルコン、アンチモン白、酸化スズ、カーボンブラック、油煙、黒鉛、鉄黒、亜鉛末、亜酸化鉛、炭化ケイ素、ベンガラ、鉛丹、朱、カドミウム赤、カドミウム水銀赤、モリブデン赤、亜酸化銅、アンバー、黄鉛、ジンククロメート、カドミウム黄、合成オーカ、チタン黄、アンチモン黄、バリウム黄、ストロンチウム黄、クロム緑、酸化クロム緑、ビリジアン、亜鉛緑、コバルト緑、エメラルド緑、マンガン緑、紺青、群青、コバルト青、セルリアン青、マンガン青、マンガン紫、濃口コバルト紫、淡口コバルト紫、マルス紫、アルミ粉等が上げられる。これらを単独または複数用いて錆安定化処理剤中に配合するが、特に鋼材の錆に置換する際の外観上のムラをなくすためには、錆と類似の色調となるよう配合するのが好ましい。
【００２１】
また、上記顔料以外に、鋼材の腐食速度をコントロールして、かつ流れ錆、浮き錆など防止する目的で機能性顔料を配合することが出来る。その例としては、リン酸塩、モリブデン酸塩、クロム酸塩、タングステン酸塩、バナジン酸塩、ベリリウム酸イオン、ケイ酸イオン、チタン酸イオン、マンガン酸イオン、セレニウム酸イオン、ジルコニウム酸イオンなどが挙げられ、カチオン種としては亜鉛、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、バリウム、カリウム、ナトリウム、ストロンチウムなどが上げられる。
【００２２】
なお、上記の顔料は、合計で処理剤固形分100重量部に対し、30〜70重量部を配合することが好ましい。この範囲とすることで、安定錆形成に必要な塗膜下への水、酸素の供給を促進すると共に、ブリスターなどの見苦しい塗膜外観劣化を防止することが出来る。
【００２３】
本発明の処理剤には、上記以外に、硬化促進剤、増粘剤、その他の無機塩、溶剤、その他の処理剤添加物等を含有することが出来る。
（錆安定化処理鋼材）
本発明の錆安定化処理鋼材は、前記の錆安定化処理剤の硬化皮膜が鋼材表面に形成されたものであり、硬化皮膜の膜厚は10〜100μmの範囲が好ましい。この範囲を下回ると本発明処理剤の性能が全般的に劣り、またこの範囲を越えても効果は一定で高コストになるため好ましくない。また錆安定化処理剤は、鋼材表面のスケールをサンドブラスト、ショットブラスト等で除去した後に塗布するのが好ましい。更に本発明の錆安定化処理剤の鋼材表面への形成方法は、通常の塗料と同様、エアスプレー、エアレススプレー、刷毛塗り等の方法が適用できる。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
JIS G 3114に規定された耐候性鋼材(SMA 400)試験片（150mm×70mm×6mm）をブラスト処理した後に表1に示した成分系の処理剤を膜厚45μmで塗布した。着色顔料としては、ベンガラと鉄黒を1：3の重量比率で混合した。ベースの樹脂としては、常乾型の脂肪酸変性エポキシ樹脂を用いた。尚、表1に記載した以外の成分として、硬化促進剤、その他処理剤としての物性を調整するための添加剤として、増粘剤、レベリング剤を適宜添加した。尚表1中の重量部は硬化塗膜中の重量部である。
【００２５】
表1に記載した処理剤を塗布した耐候性鋼材を下記の方法で評価し、耐候性鋼の錆安定化処理剤としての性能を評価した。
(1)田園地帯暴露(3年、南面30°暴露)による流れ錆有無、および安定錆形成の有無。
(2)海岸地帯暴露(3年、南面30°暴露)による流れ錆有無、および安定錆形成の有無。
(3)融雪塩散布地域(3年)、融雪塩散布地域に設置された橋梁の下フランジ部に試験片を取り付け、流れ錆有無、及び安定錆形成の有無
流れ錆有無：塗膜表面の外観で評価した。
◎：全く見られない、○：殆ど見られない、
△：多少見られる、×：顕著に見られる
安定錆形成：塗膜を剥がし、塗膜下の錆の状況を調べ、以下の評価をした。
◎：緻密で欠陥の少ない錆が連続的に形成されている
○：緻密な錆が連続的に形成されているが、僅かに欠陥がある
△：錆が形成されているものの、緻密さに欠け、欠陥も多い
×：層状の剥がれやすい錆が形成されている
評価結果を表1に併せて示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
表１から以下のことが分かる。本発明の錆安定化処理を適用された発明例の鋼材は、田園環境、海岸環境、融雪塩散布地域いずれにおいても良好な外観保持機能と安定錆形成機能を有し、高塩分環境においても良好な性能を保持することが分かった。
【００２８】
特に光触媒型親水性付与剤として酸化チタンを使用することで一層優れた性能が得られることが分かった。
【００２９】
また、顔料の配合量を30〜70重量部とすることで、一層優れた性能が得られることが分かった。
【００３０】
なお、融雪塩散布地域においては、定期的に塗膜表面の付着塩分量を測定したが、本発明の錆安定化処理は表面の付着量が比較例と比較し著しく小さかったことから、表面の親水化付与効果により付着塩分が洗浄され、その結果塗膜への塩分浸透が抑制され、結果的に塗膜下の安定錆形成がスムーズに行えたと共に、塩分による過度な腐食による流れ錆の発生も抑制されたものと考えられる。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の錆安定化処理剤の硬化皮膜を形成した鋼材は、田園環境、海洋環境、融雪塩散布環境いずれにおいても流れ錆防止性能と効率的な安定錆形成性能を兼ね備えていた。
【００３２】
特に光触媒型親水性付与剤として酸化チタンを使用することで更に良好な性能が得られることが分かった。
【００３３】
本発明の錆安定化処理剤を耐候性鋼材に適用することで、良好な外観を保持しつつ、鋼材のメンテナンスフリー化が図れ、従来の塗装の塗り替え等の費用が不要となり、その経済効果は計り知れない。

Claims (4)

1. 処理剤中に光触媒型親水性付与剤を処理剤固形分100重量部中に2〜20重量部含有（ただし、アナターゼ型酸化チタンを 2 〜 4 重量部含有する場合を除く）することを特徴とする鋼材の錆安定化処理剤。
2. 処理剤中に光触媒型親水性付与剤を処理剤固形分100重量部中に5〜10重量部含有することを特徴とする鋼材の錆安定化処理剤。
3. 前記光触媒型親水性付与剤が酸化チタンであることを特徴とする請求項１または２に記載の錆安定化処理剤。
4. 前記請求項１〜３のいずれかに記載の処理剤の乾燥皮膜を表面に形成してなる錆安定化処理鋼材。