JP4208050B2 - 粉体塗料組成物、防錆塗膜を塗装する方法、自動車用鋼材 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材の優れた防錆性を有する塗膜を形成するのに好適な粉体塗料組成物、ならびに防錆塗膜を塗装する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築材料、構造材料、各種機器、装置の部品等に用いられる鋼材は、錆の発生を防ぐために、防錆性塗膜の塗装がなされている。
従来、鋼材の防錆には、亜鉛を用いると非常に優れた効果が得られることが知られている。亜鉛メッキ、あるいは亜鉛微粒子を混合したジンクリッチプライマー（ＪＩＳ Ｋ ５５５２）、厚膜形ジンクリッチペイント（ＪＩＳ Ｋ ５５５３）等はその例であり、鉄よりもイオン化傾向の高い亜鉛が、犠牲防食により鋼材内部に水分、酸素等が及ぶのを防ぐ作用を有するものである。これらは、鋼材の表面に塗られ、そのまま用いられることもあるが、防錆性の維持や色あせの防止等のために、これらを下塗りした後に有機塗料を上塗りし、２層の塗膜を形成する場合がある。
【０００３】
一方で、近年、環境問題への関心の高まりから、ＶＯＣ（揮発性有機溶剤）の排出量が問題視されてきている。このため、塗料業界においてもＶＯＣを低減する動向があり、無溶剤型の粉体塗料が開発されている。ジンクリッチペイントのような溶剤型の下塗り塗料を塗装した上に、上塗りとして粉体塗料を塗装する場合は以下のような問題点がある。下塗り塗料を塗装した後に、焼き付けをせずに粉体塗料を塗り重ねると、その後の焼き付けで塗膜内部から揮発する溶剤の影響で粉体塗料の塗膜の表面に外観の不具合を生じる。また、下塗り塗料と上塗り塗料との組み合わせによっては、下塗り塗料が含む溶剤に粉体塗料の樹脂が溶解し、外観の不具合のみならず、粉体塗料の性能を損ねることにもなる。
上記のような問題点の改善のために、例えば、特許文献１では、ビヒクルとしてフェノキシ樹脂を、防錆顔料として亜鉛粉末を含み、揮発性の高い溶剤を希釈溶剤として用いた一液型のジンクリッチプライマーを下塗りに用い、前記ジンクリッチプライマーを塗布し、次いで粉体塗料を塗り重ね、その後焼き付けを行う粉体塗装方法が提案されている。しかしながら、ＶＯＣ排出量の低減、焼き付け塗装による塗膜の密着化を図る観点から、下塗りとして用いる防錆塗料も粉体塗料であることが好ましいといえる。
【０００４】
特許文献２には、鋼製の被処理体に対して、亜鉛粒子を含む第１の粉体塗料と亜鉛を含まない第２の粉体塗料とを順次焼き付け塗装することにより、樹脂中に亜鉛粒子が分散した下塗り層と樹脂だけからなる上塗り層との２層からなる防食塗膜の塗装方法が提案されている。しかしながら、第１の粉体塗料に用いられる亜鉛粒子は、微細粒子状でもフレーク状でもよく、詳細な粒子性状の検討はなされていない。亜鉛粒子の性状は防錆塗膜の性能にもかかるため、更なる考察が必要である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２１８２２６号公報
【特許文献２】
特開平１０−１１３６１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点に鑑み、本発明は、ＶＯＣの排出も無く、鋼材に対し優れた防錆性を発揮し、塗膜の密着性も良好な粉体塗料組成物を提供することを課題とする。また、当該粉体塗料組成物を用い、鋼材に対し優れた防錆塗膜を塗装する方法を提供する。更には、これらの塗装により塗膜が形成され、防錆性に優れた塗装体、及び自動車用鋼材を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、鋼材の下塗りに用いる粉体塗料組成物であって、亜鉛粉末と、エポキシ樹脂と、硬化剤とを少なくとも含有してなり、該亜鉛粉末は、平均粒径が４〜２０μｍで、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占め、該粉体塗料組成物中の該亜鉛粉末の含有量が、４０〜８０ｗｔ％である粉体塗料組成物とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粉体塗料組成物において、前記エポキシ樹脂がビスフェノール型エポキシ樹脂である粉体塗料組成物とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、鋼材に、第１の粉体塗料を塗装し第１の塗膜を形成した上に、第２の粉体塗料を塗装して第２の塗膜を形成する防錆塗膜を塗装する方法であって、該第１の粉体塗料として、請求項１又は２に記載の粉体塗料組成物を用いる、防錆塗膜を塗装する方法である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の防錆塗膜を塗装する方法において、前記第１の粉体塗料及び前記第２の粉体塗料の塗装方法が静電粉体吹き付け法、又は静電流動浸漬法である、防錆塗膜を塗装する方法である。
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の防錆塗膜を塗装する方法において、前記第１の塗膜の膜厚が３０〜２００μｍである、防錆塗膜を塗装する方法である。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、請求項３ないし５のいずれかに記載の防錆塗膜を塗装する方法によって防錆性の塗膜が形成された塗装体である。
請求項７に記載の発明は、請求項３ないし５のいずれかに記載の防錆塗膜を塗装する方法によって防錆性の塗膜が形成された自動車用鋼材である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の粉体塗料組成物は、鋼材の下塗りに用いられる粉体塗料組成物であり、亜鉛粉末と、エポキシ樹脂と、硬化剤とを少なくとも含有してなる。先ず、亜鉛粉末について詳細に説明する。
亜鉛粉末は、平均粒径が４〜２０μｍで、かつ、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占めるものである。平均粒径、粒径分布は、遠心沈降法により測定される値である。このような亜鉛粉末に規定する理由は、亜鉛粉末の塗膜中での犠牲防食作用をより優れたものとするためである。被塗物が鋼材である場合、亜鉛粉末を含有する塗膜に、水分、酸素等が侵入すると、亜鉛と鉄の間で亜鉛を陽極として腐食電池が形成される。腐食のしやすさは、イオン化傾向の高い亜鉛であることから、塗膜中に高濃度に分散された亜鉛粉末が鋼材に代わって腐食される。これを犠牲防食と呼んでいるが、このような電気化学的な防食作用によって鋼材の変質を防いでいる。
本粉体塗料組成物において、亜鉛粉末の平均粒径が４μｍ未満であると、亜鉛粉末が小さいため、犠牲防食作用によって消費される量が多くなるため、長期に渡って防食性能を維持することが難しい。また、平均粒径が２０μｍを超えると、亜鉛の粒子間距離が大きくなり、また、塗膜を形成するための樹脂量が過剰となるため、腐食電池が良好に形成されず、犠牲防食効果が損なわれる。したがって、亜鉛粉末の平均粒径は４〜２０μｍであることがよく、より好ましくは、４〜１０μｍ、一層好ましくは５〜８μｍである。
また、亜鉛粉末は平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％未満であると、長期に渡って鋼材の腐食を防ぐことが難しい。したがって、本発明の粉体塗料組成物は、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占める亜鉛粉末を用いるものである。より好ましくは、平均粒径±２μｍの粉末が全体の８０％以上を占めることが、優れた防錆性能を有する塗膜の形成にとって有利である。
【００１１】
上記のような亜鉛粉末は、次のようにして得ることができる。周知の方法により、亜鉛を炉内で溶融し、送り出される亜鉛蒸気を急冷して粒子化する。得られた粒子は、複数の分級工程を経て所望の平均粒径の亜鉛粉末を得るが、本発明の粉体塗料組成物に用いられる亜鉛粉末は、特に、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占めるように分級工程を設計して、これを行うものである。例えば、目標とする亜鉛粉末の平均粒径が８μｍであるとすると、平均粒径６〜７μｍに分級された亜鉛粉末の小粒径部分を更にカットすることで、粒径分布を上記の範囲とし、目標とする亜鉛粉末を得る。
【００１２】
図１は、本発明の粉体塗料組成物に用いられる亜鉛粉末の粒径分布を示す図、図２は、従来のジンクリッチペイントに用いられる亜鉛粉末の粒径分布を示す図である。いずれも平均粒径は８μｍである。上記した製造方法により得られる亜鉛粉末は、図１に示すように、粒径分布が極めて狭くなっていることが特徴的である。この図では、平均粒径±２μｍの粉末が全体の８０％以上を占めている。一方、図２に示す従来のジンクリッチペイントに用いられる亜鉛粉末は、粒径分布が広い。この図では、平均粒径±２μｍの粉末が全体に占める割合は６０％未満である。従来のジンクリッチペイントに用いられる亜鉛粉末に比べ、極めて粒径のそろった亜鉛粉末を用いる本発明の粉体塗料組成物は、長期に渡って鋼材の防錆性を維持することができるため、塗膜の性能向上を図ることができる。
【００１３】
本粉体塗料組成物中の亜鉛粉末の含有量は、４０〜８０ｗｔ％である。亜鉛粉末の含有量が４０ｗｔ％未満であると、塗膜中の亜鉛粉末の量が不足して腐食電池が良好に形成されず、犠牲防食効果が得られない。一方、亜鉛粉末の含有量が８０ｗｔ％を超えると、樹脂成分が少なくなるため、素地である鋼材の上に本粉体塗料組成物と上塗り塗料とを塗り重ねたときの塗膜の十分な密着性が得られない。密着性を評価する試験として、本粉体塗料組成物を鋼材表面に塗った上に有機粉体塗料を上塗りし、形成された塗膜を、４０℃の温水に浸漬した後乾燥させて、クロスカット法（ＪＩＳ Ｋ ５４００）により付着性を調べると、亜鉛粉末の含有量が８０ｗｔ％を超える粉体塗料組成物を用いた場合、亜鉛粉末を含む下塗り塗膜と素地との界面から剥がれてしまう。これは、加温、潤湿、乾燥の影響によって上塗り塗膜に樹脂の収縮による内部応力が発生し、密着性の十分でない素地と下塗り塗膜の界面から剥離が生じるものである。
以上から、亜鉛粉末の含有量を８０ｗｔ％以下とし、素地である鋼材との密着性を十分にし、上記のような環境下においても素地から下塗り塗膜が剥がれることがないようにする。
また、亜鉛の犠牲防食効果の観点から言えば、塗膜中の亜鉛粉末の含有量は高いほどよい。しかしながら、本粉体塗料組成物は下塗りとして用いるものであり、上塗りにより２層の塗膜を形成することで、上塗り塗膜が水分や酸素の侵入を防ぐため、亜鉛粉末の含有量が４０ｗｔ％以上であれば十分な防錆性を得ることができる。
【００１４】
本粉体塗料組成物に用いられるエポキシ樹脂は、軟化点７５〜１２８℃、エポキシ当量６００〜２２００ｇ／ｅｑのビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。ビスフェノール型エポキシ樹脂を使用することにより、鋼材素地との優れた密着性及び防錆性が得られる。このようなエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型及びビスフェノールＦ型が挙げられる。
エポキシ樹脂は、重量平均分子量が５０００〜５００００、より好ましくは１００００〜３００００のものが適している。
【００１５】
硬化剤は、一般にエポキシ樹脂を含有する粉体塗料組成物に用いられるものであればよく、例えば、芳香族アミン、ジシアンジアミド、二塩基酸ヒドラジド、等のアミン系硬化剤、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等の酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤等が使用できる。硬化剤は、エポキシ樹脂に対して、０．６〜１．０当量加えられる。
また、この他にも、流れ調整剤や硬化促進剤等の添加剤を加えることができる。
【００１６】
本粉体塗料組成物は、周知の方法により製造される。上記に示したエポキシ樹脂、硬化剤、亜鉛粉末に必要に応じて添加剤を加え、予備混合、混練の後、冷却して粉砕し、粒度を調整して粉体塗料組成物を得る。得られる粉体塗料組成物の粒径は、従来の粉体塗料組成物と同等でよく、１０〜６０μｍ程度である。
【００１７】
本発明の防錆塗膜を塗装する方法は、第１の粉体塗料として上記の亜鉛粉末を含有する粉体塗料組成物を塗装し、第１の塗膜を形成した上に、第２の粉体塗料を塗装して第２の塗膜を形成するものである。第２の粉体塗料としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂が用いられ、目的に応じて着色剤を含有してなる。このうち、第１の塗膜との密着性の観点から、エポキシ樹脂単独か、又はエポキシ樹脂とアクリル樹脂もしくはポリエステル樹脂を混合したものが好ましい。また、この他にカップリング剤、レベリング剤、滑剤等を適宜添加することができる。製造方法は、先にも示した周知の製造方法を用いることができ、所望の材料を予備混合、混練の後、冷却して粉砕し、粒度を調整して粉体塗料組成物を得る。
【００１８】
第１の粉体塗料、第２の粉体塗料を塗装する方法としては、静電粉体吹き付け法、あるいは静電流動浸漬法を用いるのが好ましい。静電粉体吹き付け法で使用する粉体静電塗装機は、タンク等に貯えられた粉体塗料を吸引し、コロナ帯電ガン、あるいは摩擦帯電ガンによって粉体塗料粒子を帯電させて被塗物に吹き付け塗着させるものである。膜厚は、適宜コントロールすることができ、３０〜５００μｍが適当である。特に、第１の塗膜の膜厚は、十分な防錆性と素地に対する密着性の兼ね合いから、３０〜１００μｍが好ましい。
第１の粉体塗料を塗装した後に、１２０〜２００℃で、５〜５０分間焼き付けを行い、その後第２の粉体塗料を塗装し、同様にして１２０〜２００℃で、５〜５０分間焼き付けを行って２層の塗膜を形成させる。
上記のように２コート２ベークにより塗装する方法の他に、第１の粉体塗料を塗装した後に、焼き付けを行わず第２の粉体塗料を塗装する方法（２コート１ベーク）、また、第１の粉体塗料を塗装した後に、粉体塗料が溶融する程度の焼き付けを行い、第２の粉体塗料を塗装する方法（２コート１ハーフベーク１ベーク）により塗膜を形成させることもできる。
【００１９】
被塗物は、金属材料、特に鉄鋼材を用いて構成される建造物の構造部品、各種機器、装置等の部品、鉄道車両、自動車等の部品等が挙げられる。本発明の防錆塗膜を塗装する方法を用いて塗膜を形成された塗装体は、耐候性が要求される環境下にあっても亜鉛粉末を含む第１の塗膜と素地との高い密着性により、優れた防錆性能を示す。これにより腐食疲労が発生することなく、信頼性の高い部材を提供することができる。
また、本発明の防錆塗膜を塗装する方法によって自動車用鋼材を塗装することで、高い防錆性を有する信頼性の高い鋼材を提供することができる。例えば、自動車用バネ材を例に挙げると、自動車走行中にバネ材には石等が当たり、キズが付くことがあるが、このようなキズから水分が入り込んでも、内部で形成される腐食電池の作用によって亜鉛の犠牲防食が起こり、バネ材を腐食させることはない。
【００２０】
【実施例】
以下に、実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明する。
（実施例１）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１００４Ｆ；ジャパンエポキシレジン社製）８０重量部、硬化剤としてフェノール系硬化剤（エピキュア１７０；ジャパンエポキシレジン社製）２０重量部に対し、流れ調整剤、硬化促進剤を適量添加し、平均粒径８μｍ、平均粒径±２μｍの粉末量が８０％の亜鉛粉末を、含有量が塗料全体の６０ｗｔ％となるように加え、ヘンシェル（三井鉱山社製）で予備混合し、コニーダー（ブス社製）で混練り、冷却後粉砕、粒度調整を行って、平均粒径４０μｍの粉体塗料Ａ−１を得た。
３．２×７０×１５０（ｍｍ）のショットブラスト処理（Ｓａ−２．０以上）した冷間圧延鋼板に静電粉体塗装機（ＧＸ５０００；日本パーカライジング社製）によって粉体塗料Ａ−１を塗装し、塗装後１５０℃の恒温器中で３０分間焼き付けを行い、膜厚６０μｍの塗膜を形成した。引き続き、エポキシ樹脂とアクリル樹脂の混合物からなる粉体塗料Ｂを同じく静電粉体塗装機により塗装し、塗装後１５０℃の恒温器中で３０分間焼き付けを行い、膜厚３００μｍの塗膜を形成した。
（実施例２）
平均粒径５μｍ、平均粒径±２μｍの粉末量が８０％の亜鉛粉末を、含有量が塗料全体の７０ｗｔ％となるように加えた以外は、実施例１と同様にして塗料を調製し、粉体塗料Ａ−２を得た。
また、実施例１と同様にして、冷間圧延鋼板に粉体塗料Ａ−２、粉体塗料Ｂを用いた２層の塗膜を形成した。
【００２１】
（比較例１）
平均粒径８μｍ、平均粒径±２μｍの粉末量が６０％の亜鉛粉末を、含有量が塗料全体の６０ｗｔ％となるように加えた以外は、実施例１と同様にして塗料を調製し、粉体塗料Ａ−３を得た。
また、実施例１と同様にして、冷間圧延鋼板に粉体塗料Ａ−３、粉体塗料Ｂを用いた２層の塗膜を形成した。
（比較例２）
平均粒径８μｍ、平均粒径±２μｍの粉末量が８０％の亜鉛粉末を、含有量が塗料全体の３０ｗｔ％となるように加えた以外は、実施例１と同様にして塗料を調製し、粉体塗料Ａ−４を得た。
また、実施例１と同様にして、冷間圧延鋼板に粉体塗料Ａ−４、粉体塗料Ｂを用いた２層の塗膜を形成した。
（比較例３）
平均粒径１０μｍ、平均粒径±２μｍの粉末量が８０％の亜鉛粉末を、含有量が塗料全体の８０ｗｔ％となるように加えた以外は、実施例１と同様にして塗料を調製し、粉体塗料Ａ−５を得た。
また、実施例１と同様にして、冷間圧延鋼板に粉体塗料Ａ−５、粉体塗料Ｂを用いた２層の塗膜を形成した。
【００２２】
＜塗膜の性能評価＞
１）付着性
上記で塗膜を形成した試験片を４０℃の温水に２４０時間浸漬し、恒温室（温度２５℃、湿度６５％）で２４時間乾燥させた。その後の試験片についてＪＩＳＫ ５４００に規定された付着性試験（５ｍｍ間隔、クロスカット法）を行った。評価は、塗膜の剥離のないものを「１０点」とし、以下、剥離の度合いを５段階に区切って「８点」、「６点」、「４点」、「２点」、「０点」とした。尚、実用上問題ないのは８点以上である。
２）防錆性
上記で塗膜を形成した試験片について、試験片の中心にカッターで長さ１００ｍｍの素地に達するラインを引き、ＪＩＳ Ｋ ５４００に規定された耐塩水噴霧試験試験を１０００時間行った。試験終了後、恒温室（温度２５℃、湿度６５％）に２時間放置した後、カットライン部に巾１５ｍｍのセロハン粘着テープを完全に付着させた後引き剥がし、カットラインからの錆巾（ｍｍ）を測定した。評価は、平均片側錆巾１．０ｍｍ未満を「１０点」、以下、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満を「８点」、２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満を「６点」、３．０ｍｍ以上４．０ｍｍ未満を「４点」、４．０ｍｍ以上を「０点」とした。尚、実用上問題ないのは８点以上である。
【００２３】
実施例１、２及び比較例１、２、３の塗膜の性能評価結果を表１に示す。
【表１】
【００２４】
粉体塗料Ａの亜鉛粉末が、平均粒径４〜２０μｍ、平均粒径±２μｍの粉末量が７０％以上であり、含有量が４０〜８０ｗｔ％の範囲にある実施例１及び２では、下塗り塗膜の素地に対する密着性、及び２層塗膜の防錆性はともに良好な結果を示している。
一方、比較例１は、平均粒径±２μｍの粉末量が６０％の亜鉛粉末を含有する粉体塗料Ａ−３を用いており、下塗り塗膜の素地に対する密着性は十分であるが、２層塗膜の防錆性が劣る結果を示している。また、比較例２は、粉体塗料Ａ−４の亜鉛粉末含有量が３０ｗｔ％であり、下塗り塗膜の素地に対する密着性は良好であるが、亜鉛粉末の含有量が少ないために防錆性が劣る結果を示している。更に、比較例３は、粉体塗料Ａ−５の亜鉛粉末含有量が８５ｗｔ％であり、防錆性には優れているが、亜鉛粉末の含有量が多いため下塗り塗膜の素地に対する密着性が低下する結果を示している。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の亜鉛粉末を含有する粉体塗料組成物を下塗り塗料として用い、上塗りを施して２層塗膜を形成することで、鋼材と塗膜との良好な密着性と、鋼材に対する優れた防錆性を得ることができる。また、本発明の粉体塗料組成物を用いて塗膜が施された塗装体は、防錆性に優れたものである。本発明の粉体塗料組成物によって塗膜を施された自動車用鋼材は、従来の自動車用鋼材と比較して極めて防錆性に優れ、信頼性の高い鋼材である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粉体塗料組成物に用いられる亜鉛粉末の粒径分布を示す図である。
【図２】従来のジンクリッチペイントに用いられる亜鉛粉末の粒径分布を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材の優れた防錆性を有する塗膜を形成するのに好適な粉体塗料組成物、ならびに防錆塗膜を塗装する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築材料、構造材料、各種機器、装置の部品等に用いられる鋼材は、錆の発生を防ぐために、防錆性塗膜の塗装がなされている。
従来、鋼材の防錆には、亜鉛を用いると非常に優れた効果が得られることが知られている。亜鉛メッキ、あるいは亜鉛微粒子を混合したジンクリッチプライマー（ＪＩＳ Ｋ ５５５２）、厚膜形ジンクリッチペイント（ＪＩＳ Ｋ ５５５３）等はその例であり、鉄よりもイオン化傾向の高い亜鉛が、犠牲防食により鋼材内部に水分、酸素等が及ぶのを防ぐ作用を有するものである。これらは、鋼材の表面に塗られ、そのまま用いられることもあるが、防錆性の維持や色あせの防止等のために、これらを下塗りした後に有機塗料を上塗りし、２層の塗膜を形成する場合がある。
【０００３】
一方で、近年、環境問題への関心の高まりから、ＶＯＣ（揮発性有機溶剤）の排出量が問題視されてきている。このため、塗料業界においてもＶＯＣを低減する動向があり、無溶剤型の粉体塗料が開発されている。ジンクリッチペイントのような溶剤型の下塗り塗料を塗装した上に、上塗りとして粉体塗料を塗装する場合は以下のような問題点がある。下塗り塗料を塗装した後に、焼き付けをせずに粉体塗料を塗り重ねると、その後の焼き付けで塗膜内部から揮発する溶剤の影響で粉体塗料の塗膜の表面に外観の不具合を生じる。また、下塗り塗料と上塗り塗料との組み合わせによっては、下塗り塗料が含む溶剤に粉体塗料の樹脂が溶解し、外観の不具合のみならず、粉体塗料の性能を損ねることにもなる。
上記のような問題点の改善のために、例えば、特許文献１では、ビヒクルとしてフェノキシ樹脂を、防錆顔料として亜鉛粉末を含み、揮発性の高い溶剤を希釈溶剤として用いた一液型のジンクリッチプライマーを下塗りに用い、前記ジンクリッチプライマーを塗布し、次いで粉体塗料を塗り重ね、その後焼き付けを行う粉体塗装方法が提案されている。しかしながら、ＶＯＣ排出量の低減、焼き付け塗装による塗膜の密着化を図る観点から、下塗りとして用いる防錆塗料も粉体塗料であることが好ましいといえる。
【０００４】
特許文献２には、鋼製の被処理体に対して、亜鉛粒子を含む第１の粉体塗料と亜鉛を含まない第２の粉体塗料とを順次焼き付け塗装することにより、樹脂中に亜鉛粒子が分散した下塗り層と樹脂だけからなる上塗り層との２層からなる防食塗膜の塗装方法が提案されている。しかしながら、第１の粉体塗料に用いられる亜鉛粒子は、微細粒子状でもフレーク状でもよく、詳細な粒子性状の検討はなされていない。亜鉛粒子の性状は防錆塗膜の性能にもかかるため、更なる考察が必要である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２１８２２６号公報
【特許文献２】
特開平１０−１１３６１３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題点に鑑み、本発明は、ＶＯＣの排出も無く、鋼材に対し優れた防錆性を発揮し、塗膜の密着性も良好な粉体塗料組成物を提供することを課題とする。また、当該粉体塗料組成物を用い、鋼材に対し優れた防錆塗膜を塗装する方法を提供する。更には、これらの塗装により塗膜が形成され、防錆性に優れた塗装体、及び自動車用鋼材を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、鋼材の下塗りに用いる粉体塗料組成物であって、亜鉛粉末と、エポキシ樹脂と、硬化剤とを少なくとも含有してなり、該亜鉛粉末は、平均粒径が４〜２０μｍで、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占め、該粉体塗料組成物中の該亜鉛粉末の含有量が、４０〜８０ｗｔ％である粉体塗料組成物とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の粉体塗料組成物において、前記エポキシ樹脂がビスフェノール型エポキシ樹脂である粉体塗料組成物とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、鋼材に、第１の粉体塗料を塗装し第１の塗膜を形成した上に、第２の粉体塗料を塗装して第２の塗膜を形成する防錆塗膜を塗装する方法であって、該第１の粉体塗料として、請求項１又は２に記載の粉体塗料組成物を用いる、防錆塗膜を塗装する方法である。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の防錆塗膜を塗装する方法において、前記第１の粉体塗料及び前記第２の粉体塗料の塗装方法が静電粉体吹き付け法、又は静電流動浸漬法である、防錆塗膜を塗装する方法である。
請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の防錆塗膜を塗装する方法において、前記第１の塗膜の膜厚が３０〜２００μｍである、防錆塗膜を塗装する方法である。
【０００９】
請求項６に記載の発明は、請求項３ないし５のいずれかに記載の防錆塗膜を塗装する方法によって防錆性の塗膜が形成された塗装体である。
請求項７に記載の発明は、請求項３ないし５のいずれかに記載の防錆塗膜を塗装する方法によって防錆性の塗膜が形成された自動車用鋼材である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の粉体塗料組成物は、鋼材の下塗りに用いられる粉体塗料組成物であり、亜鉛粉末と、エポキシ樹脂と、硬化剤とを少なくとも含有してなる。先ず、亜鉛粉末について詳細に説明する。
亜鉛粉末は、平均粒径が４〜２０μｍで、かつ、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占めるものである。平均粒径、粒径分布は、遠心沈降法により測定される値である。このような亜鉛粉末に規定する理由は、亜鉛粉末の塗膜中での犠牲防食作用をより優れたものとするためである。被塗物が鋼材である場合、亜鉛粉末を含有する塗膜に、水分、酸素等が侵入すると、亜鉛と鉄の間で亜鉛を陽極として腐食電池が形成される。腐食のしやすさは、イオン化傾向の高い亜鉛であることから、塗膜中に高濃度に分散された亜鉛粉末が鋼材に代わって腐食される。これを犠牲防食と呼んでいるが、このような電気化学的な防食作用によって鋼材の変質を防いでいる。
本粉体塗料組成物において、亜鉛粉末の平均粒径が４μｍ未満であると、亜鉛粉末が小さいため、犠牲防食作用によって消費される量が多くなるため、長期に渡って防食性能を維持することが難しい。また、平均粒径が２０μｍを超えると、亜鉛の粒子間距離が大きくなり、また、塗膜を形成するための樹脂量が過剰となるため、腐食電池が良好に形成されず、犠牲防食効果が損なわれる。したがって、亜鉛粉末の平均粒径は４〜２０μｍであることがよく、より好ましくは、４〜１０μｍ、一層好ましくは５〜８μｍである。
また、亜鉛粉末は平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％未満であると、長期に渡って鋼材の腐食を防ぐことが難しい。したがって、本発明の粉体塗料組成物は、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占める亜鉛粉末を用いるものである。より好ましくは、平均粒径±２μｍの粉末が全体の８０％以上を占めることが、優れた防錆性能を有する塗膜の形成にとって有利である。
【００１１】
上記のような亜鉛粉末は、次のようにして得ることができる。周知の方法により、亜鉛を炉内で溶融し、送り出される亜鉛蒸気を急冷して粒子化する。得られた粒子は、複数の分級工程を経て所望の平均粒径の亜鉛粉末を得るが、本発明の粉体塗料組成物に用いられる亜鉛粉末は、特に、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占めるように分級工程を設計して、これを行うものである。例えば、目標とする亜鉛粉末の平均粒径が８μｍであるとすると、平均粒径６〜７μｍに分級された亜鉛粉末の小粒径部分を更にカットすることで、粒径分布を上記の範囲とし、目標とする亜鉛粉末を得る。
【００１２】
図１は、本発明の粉体塗料組成物に用いられる亜鉛粉末の粒径分布を示す図、図２は、従来のジンクリッチペイントに用いられる亜鉛粉末の粒径分布を示す図である。いずれも平均粒径は８μｍである。上記した製造方法により得られる亜鉛粉末は、図１に示すように、粒径分布が極めて狭くなっていることが特徴的である。この図では、平均粒径±２μｍの粉末が全体の８０％以上を占めている。一方、図２に示す従来のジンクリッチペイントに用いられる亜鉛粉末は、粒径分布が広い。この図では、平均粒径±２μｍの粉末が全体に占める割合は６０％未満である。従来のジンクリッチペイントに用いられる亜鉛粉末に比べ、極めて粒径のそろった亜鉛粉末を用いる本発明の粉体塗料組成物は、長期に渡って鋼材の防錆性を維持することができるため、塗膜の性能向上を図ることができる。
【００１３】
本粉体塗料組成物中の亜鉛粉末の含有量は、４０〜８０ｗｔ％である。亜鉛粉末の含有量が４０ｗｔ％未満であると、塗膜中の亜鉛粉末の量が不足して腐食電池が良好に形成されず、犠牲防食効果が得られない。一方、亜鉛粉末の含有量が８０ｗｔ％を超えると、樹脂成分が少なくなるため、素地である鋼材の上に本粉体塗料組成物と上塗り塗料とを塗り重ねたときの塗膜の十分な密着性が得られない。密着性を評価する試験として、本粉体塗料組成物を鋼材表面に塗った上に有機粉体塗料を上塗りし、形成された塗膜を、４０℃の温水に浸漬した後乾燥させて、クロスカット法（ＪＩＳ Ｋ ５４００）により付着性を調べると、亜鉛粉末の含有量が８０ｗｔ％を超える粉体塗料組成物を用いた場合、亜鉛粉末を含む下塗り塗膜と素地との界面から剥がれてしまう。これは、加温、潤湿、乾燥の影響によって上塗り塗膜に樹脂の収縮による内部応力が発生し、密着性の十分でない素地と下塗り塗膜の界面から剥離が生じるものである。
以上から、亜鉛粉末の含有量を８０ｗｔ％以下とし、素地である鋼材との密着性を十分にし、上記のような環境下においても素地から下塗り塗膜が剥がれることがないようにする。
また、亜鉛の犠牲防食効果の観点から言えば、塗膜中の亜鉛粉末の含有量は高いほどよい。しかしながら、本粉体塗料組成物は下塗りとして用いるものであり、上塗りにより２層の塗膜を形成することで、上塗り塗膜が水分や酸素の侵入を防ぐため、亜鉛粉末の含有量が４０ｗｔ％以上であれば十分な防錆性を得ることができる。
【００１４】
本粉体塗料組成物に用いられるエポキシ樹脂は、軟化点７５〜１２８℃、エポキシ当量６００〜２２００ｇ／ｅｑのビスフェノール型エポキシ樹脂が好ましい。ビスフェノール型エポキシ樹脂を使用することにより、鋼材素地との優れた密着性及び防錆性が得られる。このようなエポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型及びビスフェノールＦ型が挙げられる。
エポキシ樹脂は、重量平均分子量が５０００〜５００００、より好ましくは１００００〜３００００のものが適している。
【００１５】
硬化剤は、一般にエポキシ樹脂を含有する粉体塗料組成物に用いられるものであればよく、例えば、芳香族アミン、ジシアンジアミド、二塩基酸ヒドラジド、等のアミン系硬化剤、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等の酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤等が使用できる。硬化剤は、エポキシ樹脂に対して、０．６〜１．０当量加えられる。
また、この他にも、流れ調整剤や硬化促進剤等の添加剤を加えることができる。
【００１６】
本粉体塗料組成物は、周知の方法により製造される。上記に示したエポキシ樹脂、硬化剤、亜鉛粉末に必要に応じて添加剤を加え、予備混合、混練の後、冷却して粉砕し、粒度を調整して粉体塗料組成物を得る。得られる粉体塗料組成物の粒径は、従来の粉体塗料組成物と同等でよく、１０〜６０μｍ程度である。
【００１７】
本発明の防錆塗膜を塗装する方法は、第１の粉体塗料として上記の亜鉛粉末を含有する粉体塗料組成物を塗装し、第１の塗膜を形成した上に、第２の粉体塗料を塗装して第２の塗膜を形成するものである。第２の粉体塗料としては、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂が用いられ、目的に応じて着色剤を含有してなる。このうち、第１の塗膜との密着性の観点から、エポキシ樹脂単独か、又はエポキシ樹脂とアクリル樹脂もしくはポリエステル樹脂を混合したものが好ましい。また、この他にカップリング剤、レベリング剤、滑剤等を適宜添加することができる。製造方法は、先にも示した周知の製造方法を用いることができ、所望の材料を予備混合、混練の後、冷却して粉砕し、粒度を調整して粉体塗料組成物を得る。
【００１８】
第１の粉体塗料、第２の粉体塗料を塗装する方法としては、静電粉体吹き付け法、あるいは静電流動浸漬法を用いるのが好ましい。静電粉体吹き付け法で使用する粉体静電塗装機は、タンク等に貯えられた粉体塗料を吸引し、コロナ帯電ガン、あるいは摩擦帯電ガンによって粉体塗料粒子を帯電させて被塗物に吹き付け塗着させるものである。膜厚は、適宜コントロールすることができ、３０〜５００μｍが適当である。特に、第１の塗膜の膜厚は、十分な防錆性と素地に対する密着性の兼ね合いから、３０〜１００μｍが好ましい。
第１の粉体塗料を塗装した後に、１２０〜２００℃で、５〜５０分間焼き付けを行い、その後第２の粉体塗料を塗装し、同様にして１２０〜２００℃で、５〜５０分間焼き付けを行って２層の塗膜を形成させる。
上記のように２コート２ベークにより塗装する方法の他に、第１の粉体塗料を塗装した後に、焼き付けを行わず第２の粉体塗料を塗装する方法（２コート１ベーク）、また、第１の粉体塗料を塗装した後に、粉体塗料が溶融する程度の焼き付けを行い、第２の粉体塗料を塗装する方法（２コート１ハーフベーク１ベーク）により塗膜を形成させることもできる。
【００１９】
被塗物は、金属材料、特に鉄鋼材を用いて構成される建造物の構造部品、各種機器、装置等の部品、鉄道車両、自動車等の部品等が挙げられる。本発明の防錆塗膜を塗装する方法を用いて塗膜を形成された塗装体は、耐候性が要求される環境下にあっても亜鉛粉末を含む第１の塗膜と素地との高い密着性により、優れた防錆性能を示す。これにより腐食疲労が発生することなく、信頼性の高い部材を提供することができる。
また、本発明の防錆塗膜を塗装する方法によって自動車用鋼材を塗装することで、高い防錆性を有する信頼性の高い鋼材を提供することができる。例えば、自動車用バネ材を例に挙げると、自動車走行中にバネ材には石等が当たり、キズが付くことがあるが、このようなキズから水分が入り込んでも、内部で形成される腐食電池の作用によって亜鉛の犠牲防食が起こり、バネ材を腐食させることはない。
【００２０】
【実施例】
以下に、実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明する。
（実施例１）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（エピコート１００４Ｆ；ジャパンエポキシレジン社製）８０重量部、硬化剤としてフェノール系硬化剤（エピキュア１７０；ジャパンエポキシレジン社製）２０重量部に対し、流れ調整剤、硬化促進剤を適量添加し、平均粒径８μｍ、平均粒径±２μｍの粉末量が８０％の亜鉛粉末を、含有量が塗料全体の６０ｗｔ％となるように加え、ヘンシェル（三井鉱山社製）で予備混合し、コニーダー（ブス社製）で混練り、冷却後粉砕、粒度調整を行って、平均粒径４０μｍの粉体塗料Ａ−１を得た。
３．２×７０×１５０（ｍｍ）のショットブラスト処理（Ｓａ−２．０以上）した冷間圧延鋼板に静電粉体塗装機（ＧＸ５０００；日本パーカライジング社製）によって粉体塗料Ａ−１を塗装し、塗装後１５０℃の恒温器中で３０分間焼き付けを行い、膜厚６０μｍの塗膜を形成した。引き続き、エポキシ樹脂とアクリル樹脂の混合物からなる粉体塗料Ｂを同じく静電粉体塗装機により塗装し、塗装後１５０℃の恒温器中で３０分間焼き付けを行い、膜厚３００μｍの塗膜を形成した。
（実施例２）
平均粒径５μｍ、平均粒径±２μｍの粉末量が８０％の亜鉛粉末を、含有量が塗料全体の７０ｗｔ％となるように加えた以外は、実施例１と同様にして塗料を調製し、粉体塗料Ａ−２を得た。
また、実施例１と同様にして、冷間圧延鋼板に粉体塗料Ａ−２、粉体塗料Ｂを用いた２層の塗膜を形成した。
【００２１】
（比較例１）
平均粒径８μｍ、平均粒径±２μｍの粉末量が６０％の亜鉛粉末を、含有量が塗料全体の６０ｗｔ％となるように加えた以外は、実施例１と同様にして塗料を調製し、粉体塗料Ａ−３を得た。
また、実施例１と同様にして、冷間圧延鋼板に粉体塗料Ａ−３、粉体塗料Ｂを用いた２層の塗膜を形成した。
（比較例２）
平均粒径８μｍ、平均粒径±２μｍの粉末量が８０％の亜鉛粉末を、含有量が塗料全体の３０ｗｔ％となるように加えた以外は、実施例１と同様にして塗料を調製し、粉体塗料Ａ−４を得た。
また、実施例１と同様にして、冷間圧延鋼板に粉体塗料Ａ−４、粉体塗料Ｂを用いた２層の塗膜を形成した。
（比較例３）
平均粒径１０μｍ、平均粒径±２μｍの粉末量が８０％の亜鉛粉末を、含有量が塗料全体の８０ｗｔ％となるように加えた以外は、実施例１と同様にして塗料を調製し、粉体塗料Ａ−５を得た。
また、実施例１と同様にして、冷間圧延鋼板に粉体塗料Ａ−５、粉体塗料Ｂを用いた２層の塗膜を形成した。
【００２２】
＜塗膜の性能評価＞
１）付着性
上記で塗膜を形成した試験片を４０℃の温水に２４０時間浸漬し、恒温室（温度２５℃、湿度６５％）で２４時間乾燥させた。その後の試験片についてＪＩＳＫ ５４００に規定された付着性試験（５ｍｍ間隔、クロスカット法）を行った。評価は、塗膜の剥離のないものを「１０点」とし、以下、剥離の度合いを５段階に区切って「８点」、「６点」、「４点」、「２点」、「０点」とした。尚、実用上問題ないのは８点以上である。
２）防錆性
上記で塗膜を形成した試験片について、試験片の中心にカッターで長さ１００ｍｍの素地に達するラインを引き、ＪＩＳ Ｋ ５４００に規定された耐塩水噴霧試験試験を１０００時間行った。試験終了後、恒温室（温度２５℃、湿度６５％）に２時間放置した後、カットライン部に巾１５ｍｍのセロハン粘着テープを完全に付着させた後引き剥がし、カットラインからの錆巾（ｍｍ）を測定した。評価は、平均片側錆巾１．０ｍｍ未満を「１０点」、以下、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ未満を「８点」、２．０ｍｍ以上３．０ｍｍ未満を「６点」、３．０ｍｍ以上４．０ｍｍ未満を「４点」、４．０ｍｍ以上を「０点」とした。尚、実用上問題ないのは８点以上である。
【００２３】
実施例１、２及び比較例１、２、３の塗膜の性能評価結果を表１に示す。
【表１】
粉体塗料Ａの亜鉛粉末が、平均粒径４〜２０μｍ、平均粒径±２μｍの粉末量が７０％以上であり、含有量が４０〜８０ｗｔ％の範囲にある実施例１及び２では、下塗り塗膜の素地に対する密着性、及び２層塗膜の防錆性はともに良好な結果を示している。
一方、比較例１は、平均粒径±２μｍの粉末量が６０％の亜鉛粉末を含有する粉体塗料Ａ−３を用いており、下塗り塗膜の素地に対する密着性は十分であるが、２層塗膜の防錆性が劣る結果を示している。また、比較例２は、粉体塗料Ａ−４の亜鉛粉末含有量が３０ｗｔ％であり、下塗り塗膜の素地に対する密着性は良好であるが、亜鉛粉末の含有量が少ないために防錆性が劣る結果を示している。更に、比較例３は、粉体塗料Ａ−５の亜鉛粉末含有量が８５ｗｔ％であり、防錆性には優れているが、亜鉛粉末の含有量が多いため下塗り塗膜の素地に対する密着性が低下する結果を示している。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の亜鉛粉末を含有する粉体塗料組成物を下塗り塗料として用い、上塗りを施して２層塗膜を形成することで、鋼材と塗膜との良好な密着性と、鋼材に対する優れた防錆性を得ることができる。また、本発明の粉体塗料組成物を用いて塗膜が施された塗装体は、防錆性に優れたものである。本発明の粉体塗料組成物によって塗膜を施された自動車用鋼材は、従来の自動車用鋼材と比較して極めて防錆性に優れ、信頼性の高い鋼材である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粉体塗料組成物に用いられる亜鉛粉末の粒径分布を示す図である。
【図２】従来のジンクリッチペイントに用いられる亜鉛粉末の粒径分布を示す図である。
Claims (7)
- 鋼材の下塗りに用いる粉体塗料組成物であって、
亜鉛粉末と、エポキシ樹脂と、硬化剤とを少なくとも含有してなり、
該亜鉛粉末は、平均粒径が４〜２０μｍで、平均粒径±２μｍの粉末が全体の７０％以上を占め、
該粉体塗料組成物中の該亜鉛粉末の含有量が、４０〜８０ｗｔ％である
ことを特徴とする粉体塗料組成物。 - 請求項１に記載の粉体塗料組成物において、
前記エポキシ樹脂は、ビスフェノール型エポキシ樹脂である
ことを特徴とする粉体塗料組成物。 - 鋼材に、第１の粉体塗料を塗装し第１の塗膜を形成した上に、第２の粉体塗料を塗装して第２の塗膜を形成する防錆塗膜を塗装する方法であって、
該第１の粉体塗料として、請求項１又は２に記載の粉体塗料組成物を用いる
ことを特徴とする防錆塗膜を塗装する方法。 - 請求項３に記載の防錆塗膜を塗装する方法において、
前記第１の粉体塗料及び前記第２の粉体塗料の塗装方法は、静電粉体吹き付け法、又は静電流動浸漬法である
ことを特徴とする防錆塗膜を塗装する方法。 - 請求項３又は４に記載の防錆塗膜を塗装する方法において、
前記第１の塗膜の膜厚は、３０〜２００μｍである
ことを特徴とする防錆塗膜を塗装する方法。 - 請求項３ないし５のいずれかに記載の防錆塗膜を塗装する方法によって防錆性の塗膜が形成された塗装体。
- 請求項３ないし５のいずれかに記載の防錆塗膜を塗装する方法によって防錆性の塗膜が形成された自動車用鋼材。
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