JP4220110B2

JP4220110B2 - 耐候性鋼の防食法

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Publication number: JP4220110B2
Application number: JP2000221779A
Authority: JP
Inventors: 弘往田辺; 徹多記; 昌憲永井; 剛司松本
Original assignee: Dai Nippon Toryo KK
Current assignee: Dai Nippon Toryo KK
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2000-07-24
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2020-07-24
Also published as: JP2002035687A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐候性鋼の新規な塗装方法に関し、更に詳しくは、耐候性鋼の流れ錆（赤錆）を防止し、環境に調和した様々な着色の付与を可能にし、更に省工程で長期耐候性、防錆性を付与する耐候性鋼の防食方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に鋼構造物は、そのコストが安いということもあって、炭素鋼を使用する場合が多い。しかしながら、炭素鋼は、空気中の水分（降雨、湿気等）や酸素が鋼材表面に接触して、短期間で赤錆が発生する。この赤錆発生を防止する方法としては、塗料を塗装する方法が一般的である。この方法では、塗装の塗替を極力減らすため、耐久性の良好な塗装を施すことが一般的である。例えば、無機ジンクリッチペイント塗装→エポキシ樹脂塗料ミストコート→エポキシ樹脂塗料下塗塗装（２回）→エポキシ樹脂塗料中塗塗装→ポリウレタン樹脂塗料上塗塗装は、耐久性１５年以上有する代表的な鋼材の塗装システムである。この塗装システムは、環境と調和した色彩を付与した美観及び長期の防錆性が維持できる長所があるが、一方では、この塗装システムでは、膜厚が厚く、更に６回塗りが必要なので、完成までに時間とコストがかかる。そこで、最近では鋼構造物に耐食性の良い耐候性鋼を使用する場合が増加してきている。
【０００３】
耐候性鋼は、一般的にＰ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ等の元素を添加した低合金鋼である。この鋼材は、屋外に於て十数年で腐食に対して保護作用のある錆（以下、「保護錆」という。）を形成し、以後防錆処理作業を不要とする、いわゆるメンテナンスフリーになるといった特性を有している。
この腐食に対して保護作用のある錆とは、いわゆる錆をもって錆を制すものであって、結晶水を多量に含む無定型オキシ水酸化鉄が主体であり、これが緻密で密着性の良い保護錆の形成に寄与するものと考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、耐候性鋼の鋼材を無処理のままで使用すると保護錆が形成されるまでの期間中に、赤錆や黄錆等の浮き錆や流れ錆を生じてしまい、外見的又は審美的に好ましくないばかりでなく、周囲環境の汚染原因にもなると云う問題点を有していた。
また、従来例において、耐候性鋼の表面に保護錆を得るための塗装による表面処理法があるが、それでも保護錆が形成されるまでに数年間の長い期間を要し、この間に塗膜自体の白化、ふくれ、剥離といった問題点を引き起こしている。また、発生した錆を目立たなくするため色調はさび色に統一されており、炭素鋼への塗装のように環境と調和した様々な色彩を付与する配慮が全くなされていなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、耐候性鋼表面に、水性エポキシ樹脂系防食塗料を塗装することで、防錆性を長期間維持し、更に、耐候性の良好な樹脂と着色剤とを含む水性上塗塗料を塗装することで耐候性を長期間維持するとともに、任意の着色を可能にした、省工程の耐候性鋼の防食方法を完成したものである。
【０００６】
即ち、本発明は、耐候性鋼表面に、無公害防錆顔料を含有した水性エポキシ樹脂系防食塗料を乾燥膜厚３０〜７０μｍとなるように塗装し、乾燥し、次いで、その上に、促進耐候性試験サンシャインウェザーメーター照射３００時間後の光沢保持率が８０％以上の塗膜を形成する水性着色上塗塗料を乾燥膜厚２０〜４０μｍとなるように塗装し、乾燥することを特徴とする耐候性鋼の防食方法に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明に用いる耐候性鋼は、ＳＰＡ材、ＳＭＡ材と言われ、ＪＩＳに規定されているものであり、錆等が付着している場合は、前処理としてブラストや酸洗を行なったものが好ましい。
次に、本発明で使用する防食塗料について説明する。
防食塗料は、水性エポキシ樹脂、その硬化剤、無公害防錆顔料及び溶媒としての水、更に必要に応じて配合されるシランカップリング剤や、分散剤、抗菌剤、ハジキ防止剤などの各種添加剤、少量の有機溶剤などから構成される。
防食塗料を構成する結合剤として、耐候性鋼との密着性がよく、また、成膜後腐食原因となる水や酸素を透過しにくい水性エポキシ樹脂を使用する。
【０００８】
該水性エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型や、ビスフェノールＦ型、ビスフェノールＡＤ型、ノボラック型等のグリシジルエーテル系エポキシ樹脂、グリシジルエステル系エポキシ樹脂、ウレタン結合を有するウレタン変性エポキシ樹脂、メタキシレンジアミンやヒダントインなどをエポキシ化した含窒素エポキシ樹脂、ゴム変性エポキシ樹脂等の各種エポキシ樹脂を界面活性剤存在下で水分散化したエポキシ樹脂や、エポキシ樹脂中にカルボキシル基や、アミノ基、水酸基、カルボニル基等の親水基を導入し、水溶性もしくは水分散性としたエポキシ樹脂が代表的なものとして挙げられる。このような水性エポキシ樹脂の具体例としては、例えば、特開平５−２０２３１８号や、特開平６−２２８２７２号、特開平７−２０６９８２号、特開平８−１００１０９号、特開平９−１２４９９７号、特開平１０−１３９８６１号等の各公報に記載のエポキシ樹脂が好適に挙げられる。
エポキシ樹脂のエポキシ当量は、例えば、１２０〜５０００ｇ／ｅｑ、好ましくは、４００〜２０００ｇ／ｅｑが好適である。
【０００９】
水性エポキシ樹脂用の硬化剤としては、例えば、ジエチレントリアミンや、トリエチレントリアミン、ジアミノシクロヘキサン、ジアミノジフェニルメタン等のポリアミン、これらポリアミンとエポキシ樹脂との反応生成物であるアミン−エポキシ付加物、ポリアミンとポリカルボン酸との反応生成物であるポリアミドアミン等が代表的なものとして挙げられる。硬化剤の配合量は、エポキシ樹脂中のエポキシ基１当量に対して、硬化剤中の活性水素が０．７〜１．５当量、好ましくは、０．９〜１．２当量となるような量が適当である。
【００１０】
防食塗料で使用される無公害防錆顔料は、クロムフリー、鉛フリーの防錆顔料であり、具体的には、アルミニウム粉末、亜鉛粉末の他、リン酸アルミニウムや、トリポリリン酸アルミニウム、亜リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、亜リン酸亜鉛、亜リン酸カリウム、亜リン酸カルシウム、リン酸亜鉛カルシウム、リン酸亜鉛アルミニウム、モリブデン酸亜鉛、リンモリブデン酸亜鉛、リンモリブデン酸アルミニウム、モリブデン酸カルシウム、ハイドロカルマイト、カルシウム担持シリカ等の防錆顔料が代表的なものとして挙げられ、これらは一種もしくは二種以上の混合物が用いられる。これら防錆顔料は、エポキシ樹脂（及び硬化剤）１００質量部に対して１〜８０質量部、好ましくは５〜６０質量部添加するのが良い。１質量部未満では、防錆性が不充分で、一方、８０質量部越える場合、塗料安定性が悪くなる傾向にある。
【００１１】
本発明の防汚塗料では、無公害防錆顔料と併用して、耐候性鋼表面を不働態化し、電位を均一にする作用のある導電性ポリアニリンや、耐候性鋼と塗膜との密着性を強固にする２−ベンゾチアゾチオコハク酸や、ジフェニルチオカルバゾン、Ｎ，Ｎ―ジフェニルエチレンジアミン、Ｓ―ジフェニルカルバジド、フェノシアゾリン等の有機系防錆剤を併用することも可能である。これら防錆剤は、エポキシ樹脂（及び硬化剤）１００質量部に対して、例えば、０〜４０質量部、好ましくは、２〜３０質量部添加するのが適当である。
更に、本発明で使用される防食塗料には、樹脂−防錆顔料−耐候性鋼素材を複合化し、密着性を向上させるために、シランカップリング剤を配合するのが好ましい。
【００１２】
このようなシランカップリング剤の具体例を挙げると、γ−クロロプロピルトリメトキシシランや、ビニルトリクロルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニル・トリス（β−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−ユレイドプロピルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルジメチル、γ−グリシドキシプロピルジメチルエトキシシラン等が代表的なものとして挙げられる。シランカップリング剤は、樹脂（及び硬化剤）１００質量部に対して、例えば、０．１〜２０質量部、好ましくは、１〜５質量部添加する。
【００１３】
０．１質量部未満の場合、複合化の効果はうすく、一方、２０質量部越えると、塗料安定性が低下する傾向にある。
防食塗料の一回で塗装する膜厚は、乾燥膜厚３０〜７０μｍ、好ましくは、３５〜６０μｍが適当である。なお、３０μｍ未満であると、防食性が不充分であり、一方、７０μｍ越えると、垂直面に塗装した場合、塗料がタレやすく、また乾燥が遅くなりやすい等の不具合が生じ易い。
次に、本発明で使用する上塗塗料について説明する。
上塗塗料は、水性樹脂、着色剤及び溶媒としての水、更に必要に応じて配合される水性樹脂用の硬化剤、硬化促進剤、また分散剤や紫外線吸収剤、抗菌剤、ハジキ防止剤などの各種添加剤、少量の有機溶剤などから構成される。
【００１４】
水性着色上塗塗料において結合剤として使用される水性樹脂は、耐候性の良好な樹脂を使用することが必要である。即ち、促進耐候性試験サンシャインウェザーメーター照射３００時間後の光沢保持率が８０％以上、好ましくは９０％以上の塗膜を形成する樹脂である。光沢保持率が８０％未満であると、塗膜に白化や、フクレ、剥離等が生じるので好ましくない。
このような耐候性の良好な水性樹脂としては、従来から公知のフッ素樹脂や、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、アクリルシリコーン樹脂等が代表的なものとして挙げられる。
【００１５】
これら樹脂は、界面活性剤存在下で水分散化した樹脂や、樹脂中にカルボキシル基や、アミノ基、水酸基、カルボニル基等の親水基を導入し、場合により中和剤で中和した樹脂であり、前述の促進耐候性試験サンシャインウェザーメーター照射３００時間後の光沢保持率が８０％以上となる塗膜を形成する樹脂であれば従来から公知の各種樹脂が使用可能である。
本発明においては、これら樹脂が乾燥過程で網目構造に反応して硬化する硬化剤を併用するのが望ましい。
この場合の組合せとして、例えば、カルボニル基含有の水性樹脂と、アジピン酸ジヒドラジドや、イソフタル酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド等のヒドラジド化合物との組合せ；水酸基含有の水性樹脂と自己乳化型の水分散性ポリイソシアネートとが代表的なものとして挙げられる。
【００１６】
なお、前述の促進耐候性試験サンシャインウェザーメーターとは、JIS K５４００で規定されるサンシャインカーボンアーク灯式の、実際の屋外暴露と相関のある促進耐候性試験機であり、光沢保持率とは、JIS K５４００で規定される６０度鏡面光沢度から下記の式で計算された、光沢の残存の程度をいう。
光沢保持率＝Ａ×１００／Ｂ（％）
ここで、Ａは、サンシャインウェザーメーター照射３００時間後の光沢である。また、Ｂは、初期光沢である。
水性着色上塗塗料に使用される着色顔料は、要望に合致した着色を施すために使用されるものであり、このような着色顔料としては、具体的には、二酸化チタンや、酸化亜鉛等の白色顔料、カーボンブラック、黒鉛等の黒色顔料、モリブデートオレンジ、パーマネントカーミン、キナクリドンレッド等の赤色顔料、キノフタレンイエロー、パーマネントイエロー等の黄色顔料、フタロシアニングリーン、フタロシアニンブルー等の緑、青顔料等の、通常塗料用に使用されている各色の顔料が代表的なものとして挙げられる。更に、体質顔料も併用してもよい。着色顔料は、その種類によっても異なるが、樹脂１００重量部に対して、例えば、０．１〜７０重量部添加するのが適当である。
【００１７】
上塗塗料の一回で塗装する膜厚は、乾燥膜厚として、２０〜４０μｍ、好ましくは、２５〜３５μｍである。２０μｍ未満であると、隠蔽性や耐候性が不充分となる。一方、４０μｍ越えると、発泡や硬化不良が生じやすくなり、また垂直面に塗装した場合、塗料がタレる等の不具合が生じ易い。
次に耐候性鋼の塗装方法について述べる。ブラスト処理した、あるいは全く処理しない耐候性鋼に対して、上記防食塗料をハケや、スプレー、ローラー等の手段で乾燥膜厚が、３０〜６０μｍとなるように塗装し、例えば、自然乾燥もしくは１００℃以下の温度で強制乾燥させる。次いで、上記上塗塗料を同様な手段で乾燥膜厚が２０〜４０μｍとなるように塗装し、同様にして乾燥させる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明について、実施例により、更に詳細に説明する。
なお、実施例中「部」、「％」は質量基準で示す。
実施例１
平均表面粗さ３０μｍのアルミナブラスト処理を施した、３×１００×３００（ｍｍ）のJIS G3141に規定された耐候性鋼（ＳＭＡ４００）表面に、下記水性エポキシ樹脂系防食塗料を乾燥膜厚４０μｍになるよう塗装し、１日間自然乾燥させた。次いで、その上に下記水性フッ素樹脂系上塗塗料を乾燥膜厚３５μｍになるよう塗装し、裏面及び側面をエポキシ樹脂塗料でシールし、７日間自然乾燥させた。その塗装鋼の耐候性及び防食性評価結果を表１に示す。
〔防食塗料〕
＜主剤成分＞
液状エポキシ樹脂^注 ¹⁾ ７０．２部
注１）油化シエルエポキシ社製商品名「エピコート８１６Ａ」（エポキシ当量１９５、固形分１００％）
＜硬化剤成分＞
ポリアミドアミン水溶液^注 ²⁾ １９０．９部
トリポリリン酸アルミニウム４５．３部
γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン９．９部
二酸化チタン５０．０部
水１４２．４部
注２）エアープロダクツ社製商品名「ＥｐｉｌｉｎｋＤｐ７００」
（ポリアミドアミンのアミン価３００ｍｇＫＯＨ／ｇ、固形分５５％）
【００１９】
〔上塗塗料〕
＜主剤成分＞
フッ素樹脂エマルション^注 ³⁾ ２００．０部
炭酸カルシウム４２．５部
二酸化チタン５５．４部
水６１．６部
注３）旭硝子社製商品名「ルミフロンＥ−３０２９」（樹脂の水酸基価５５ｍｇＫＯＨ／ｇ、固形分５０％）
＜硬化剤成分＞
水分散型ポリイソシアネート^注 ⁴⁾ ４９．０部
水２４．６部
注４）日本ポリウレタン工業社製商品名「アクアネート１００」（ポリイソシアネート中のＮＣＯ含有量１７％、固形分１００％）
【００２０】
実施例２
実施例１と同様のブラスト処理を施した耐候性鋼表面に、下記水性エポキシ樹脂系防食塗料を乾燥膜厚６０μｍになるよう塗装し、１日間自然乾燥させた。次いでその上に下記水性アクリル樹脂系上塗塗料を乾燥膜厚３０μｍになるよう塗装し、裏面及び側面をエポキシ樹脂塗料でシールし、７日間自然乾燥させた。その塗装鋼の耐候性及び防食性評価結果を表１に示す。
〔防食塗料〕
＜主剤成分＞
液状エポキシ樹脂^注 ¹⁾ ７０．２部
＜硬化剤成分＞
ポリアミドアミン水溶液^注 ²⁾ １９０．９部
モリブデン酸亜鉛４５．３部
γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン９．９部
キナクリドンレッド５０．０部
水１４２．４部
〔上塗塗料〕
アクリル樹脂エマルション^注 ⁵⁾ １６３．０部
沈降性硫酸バリウム１３．５部
キナクリドンレッド３０．８部
水４６．１部
注５）ロームアンドハース社製商品名「メインコートＨＧ−５６」
（固形分５０％）
【００２１】
実施例３
実施例１と同様のブラスト処理を施した耐候性鋼表面に、下記水性エポキシ樹脂系防食塗料を乾燥膜厚６０μｍになるよう塗装し、１日間自然乾燥させた。次いでその上に下記水性アクリルウレタン樹脂系上塗塗料を乾燥膜厚３５μｍになるよう塗装し、裏面及び側面をエポキシ樹脂塗料でシールし、７日間自然乾燥させた。その塗装鋼の耐候性及び防食性評価結果を表１に示す。
〔防食塗料〕
＜主剤成分＞
液状エポキシ樹脂溶液^注 ¹⁾ ７０．２部
＜硬化剤成分＞
ポリアミドアミン水溶液^注 ²⁾ １９０．９部
亜リン酸亜鉛４５．３部
γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン９．９部
二酸化チタン５０．０部
水１４２．４部
【００２２】
〔上塗塗料〕
＜主剤成分＞
アクリル樹脂エマルション^注 ⁶⁾ １１７．２部
炭酸カルシウム３５．６部
キノフタレインイエロー３０．８部
水４９．０部
注６）三菱油化バディシュ社製商品名「アクロナールＳ７６０」
（固形分５０％）
＜硬化剤成分＞
水分散型ポリイソシアネート^注 ⁴⁾ ２７．６部
水５２．０部
【００２３】
比較例１
実施例１と同様のブラスト処理を施した耐候性鋼を、全く塗装しないで、耐候性及び防食性評価結果を表１に示す。
比較例２
実施例１において、防錆顔料とシランカップリング剤を含有しない水性エポキシ樹脂系防食塗料を使用する以外は同様にして防食塗料及び水性フッ素樹脂系上塗塗料を塗装し、その塗装鋼の耐候性及び防食性評価結果を表１に示す。
比較例３
実施例１において、水性エポキシ樹脂系防食塗料を乾燥膜厚８０μｍになるよう塗装し、水性フッ素樹脂系上塗塗料を塗装しない以外は、同様にして塗装鋼を作製し、その耐候性及び防食性評価結果を表１に示す。
【００２４】

【００２５】
注７）サンシャインウェザーメーター３００時間後の光沢保持率（％）
注８）屋外暴露１年
注９）塩水噴霧試験１０００時間
表１からも明らかな通り、本発明の実施例においては、任意の色に着色でき、また優れた耐候性及び防食性を有していた。一方、無塗装の比較例１、防錆顔料を含有しない比較例２は、いずれも赤錆が発生した。また、上塗塗料を塗装しない比較例３は、チョーキングが発生した。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の方法により、有機溶剤を多量に使用する有機溶剤型塗料の代わりに水を溶媒とする水性塗料を使用することにより、環境汚染や臭気の発生を少なくし、また、防錆性及び耐候性を長期間保持し、更に任意の着色を可能にした、省工程の耐候性鋼の防食が可能となる。

Claims

耐候性鋼表面に、無公害防錆顔料と、エポキシ当量１２０〜５０００ｇ／ｅｑのエポキシ樹脂とポリアミドアミン硬化剤を含有する水性エポキシ樹脂系防食塗料を乾燥膜厚３０〜７０μｍとなるように塗装し、乾燥し、次いでその上に、促進耐候性試験サンシャインウェザーメーター照射３００時間後の光沢保持率が８０％以上の塗膜を形成する水性着色上塗塗料を乾燥膜厚２０〜４０μｍとなるように塗装し、乾燥することを特徴とする耐候性鋼の防食法。
前記防食塗料が、シランカップリング剤を含有する請求項１記載の防食法。