JP5290542B2

JP5290542B2 - 防錆顔料組成物

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Publication number: JP5290542B2
Application number: JP2007169848A
Authority: JP
Inventors: 元近藤; 育生吉田
Original assignee: Tayca Corp
Current assignee: Tayca Corp
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2027-06-28
Also published as: JP2009007466A; US8058338B2; EP2163589A4; US20100210774A1; EP2163589A1; WO2009001630A1; EP2163589B1; KR101460833B1; KR20100036320A

Description

本発明は、防錆顔料組成物に関する。さらに詳しくは、本発明は、無公害で、かつ防錆性能が優れ、しかも世界的な環境問題の高まりの中、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）規制に伴って今後の伸びが期待される水系塗料に配合した場合でも、貯蔵安定性が優れた防錆顔料組成物に関する。

世界的な環境意識の高まりからVOCの規制により、徐々にではあるが、従来の溶剤系塗料から粉体塗料や水系塗料への移行が行われている。又、環境意識より六価クロムや鉛など有害な重金属を排除する流れの中、防錆顔料においても、クロム、鉛を含まない環境対応型のものへの代替が進んでいる。これらの環境対応型防錆顔料の主流は、リン酸塩系、特にリン酸亜鉛を成分とするものが多い。しかし、欧州では亜鉛成分が水棲生物の成長を阻害するとのデータより、67/548/EEC欧州危険物質リストにリン酸亜鉛、酸化亜鉛が掲載され、リン酸亜鉛、酸化亜鉛を含む顔料組成物や塗料などには危険物質のラベル表示が義務づけられている。日本国内でも酸化亜鉛は労働安全衛生法の通知対象物質であり、GHSの危険性シンボルを記入したMSDSによる通知が必要となってくる。米国においては、カリフォルニア州法にて亜鉛の排出が規制されている。これらの背景から水系塗料に適した亜鉛フリー防錆顔料が切望されていた。ただ、鋼板に対する防錆には亜鉛成分は必須と考えられており、亜鉛成分を含まず高い防錆性を発現させることは非常に難しい。さらに、水系塗料での安定性も考慮する必要がある。

近年は、鉛、クロムなどの重金属元素に対する公害規制が強化され、それに伴って、無公害のリン酸系防錆顔料の使用量が大きく伸びている。特に層状リン酸塩であるトリポリリン酸二水素アルミニウムを配合した防錆顔料組成物は優れた防錆性能を有していて、重金属を含有しない無公害型防錆顔料として、溶剤系、水系、粉体系など、各種の塗料系で広範囲に使用されている（特開昭５５−１６００５９号公報）。しかしながら、上記トリポリリン酸二水素アルミニウムをはじめ、層状リン酸塩を配合した防錆顔料組成物は、水系塗料での貯蔵安定性を向上させるために、塗料配合上の工夫を必要とする場合があり、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）規制によって、塗料が溶剤系から水系へ移行する技術動向に対して充分に対応できないという問題があった。したがって、本発明は、層状リン酸塩を水系塗料にも充分に適応できるようにして、水系塗料に配合した場合でも貯蔵安定性が優れ、かつ防錆性能が優れた亜鉛成分を含まない防錆顔料組成物を提供することを目的とする。

リン酸塩系防錆顔料として最も普及しているトリポリリン酸二水素アルミニウムはプロトンを含んでいる１種の固体酸である。そのため水系塗料に添加すると貯蔵中増粘、ゲル化などが発生し、貯蔵安定性に悪影響する。そのため本出願人の特許第３１８６９０８号は、トリポリリン酸二水素アルミニウムのプロトンを部分的にアンモニアで置換し、これを酸化亜鉛またはアルカリ土類金属の酸化物もしくは水酸化物を組合せて、水系塗料を配合した場合でも貯蔵安定性に悪影響しない無公害型防錆顔料を提供する。しかしながらアンモニアは劇物であり、かつ悪臭を発するのでその使用は好ましくはない。亜鉛成分を含まない防錆顔料として特許第３００４４８６号、特許第３４４０３２５号等が開示されているが、トリポリリン酸二水素アルミニウムが有する固体酸の影響により、一般的な水系塗料中では貯蔵安定性が悪い。

それ故有害重金属および亜鉛を含まず、防錆性能にすぐれ、水系塗料に配合しても貯蔵安定性に悪影響しないリン酸塩型防錆顔料組成物の提供が望まれる。

本発明は、
（ａ）トリポリリン酸二水素アルミニウム、オルトリン酸アルミニウム、メタリン酸アルミニウムおよびリン酸水素チタンよりなる群から選ばれた水難溶性リン酸塩、
（ｂ）カルシウムの酸化物、水酸化物または炭酸塩、および
（ｃ）マグネシウムの酸化物、水酸化物または炭酸塩の３成分のうち、（ａ）成分と（ｂ）成分の２成分か、（ａ）成分、（ｂ）成分および（ｃ）成分の３成分を含み、重量基準で（ａ）：（ｂ）が１：０．０５ないし１：５であり、（ｃ）成分を含む場合（ａ）：（ｃ）が１：０．１ないし１：１であることを特徴にする。

好ましくは、（ａ）成分はトリポリリン酸二水素アルミニウムであり、（ｂ）成分は水酸化カルシウムであり、（ｃ）成分は酸化マグネシウムである。

本発明の防錆顔料組成物は、（ａ）成分を、（ｂ）成分単独または（ｂ）成分と（ｃ）成分と湿式で反応させることによって調製される。湿式反応はバッチ式、連続式のいずれでも可能であり、（ａ）成分に対する他の成分の混合順序は任意である。湿式反応の反応温度は室温から８０℃までの範囲が適しており、反応時間は通常３０分〜３時間が好ましい。反応終了後は、反応スラリーを濾過、乾燥し、得られた乾燥物を粉砕することによって、目的とする防錆顔料組成物を得ることができる。

この湿式反応について、好適な具体例を例示しつつ、さらに詳しく説明すると、まず、イオン交換水にアルカリ土類金属の酸化物或いは水酸化物を投入してアルカリ土類金属スラリーを作製する。このスラリーを室温から８０℃程度まで昇温し、そこにリン酸塩を投入し約８０℃まで昇温した後、室温から８０℃程度で２時間攪拌する。アルカリ土類金属の酸化物或いは水酸化物としては、水酸化カルシウム、酸化マグネシウムの２種類を併用するのが好適である。特に好ましい製造方法としてはイオン交換水に水酸化カルシウムを投入して水酸化カルシウムスラリーを作製、このスラリーを約６０℃まで昇温し、リン酸塩を投入し約８０℃まで昇温した後、同温度で１時間攪拌する。つぎに、上記スラリーに酸化マグネシウムを投入し、１時間攪拌する。その後、該スラリーを脱水、濾過し、乾燥した後、粉砕することによって、防錆顔料組成物を得る。ここでスラリー温度を室温から８０℃までの温度とするのは、反応温度が低いと反応時間が長くなるというだけのことであり、それによって特に反応条件が限定されるものではない。
上記の湿式反応においては、添加順序を逆にしてもよい。

本発明の防錆顔料組成物は、特に水系塗料に配合した場合でも優れた貯蔵安定性を持ち得るようにしたものであるが、塗料化にあたっては水溶性樹脂、ディスパージョン樹脂、エマルション樹脂（カチオン電着塗料用エマルション樹脂、アニオン電着塗料用エマルション樹脂を含む）をはじめとする水系樹脂はもとより、塗料用樹脂として用いられるものであれば特に制限を受けることなく各種のものを用いることができる。たとえば、ボイル油、油性ワニス、フェノール樹脂、アミノ樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ビニル樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂などの各種塗料用合成樹脂、塩化ゴム、環化ゴムなどのゴム誘導体、その他繊維素誘導体などを、単独でまたは併用して使用することができる。

つぎに、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、以下において量を示す部数や濃度を示す％は重量基準によるものである。

実施例１
イオン交換水１０００ｇに対し水酸化カルシウム（（株）カルファイン製特号消石灰）を３０ｇ投入して水酸化カルシウムスラリーを作製した。このスラリーを約６０℃まで昇温し、トリポリリン酸二水素アルミニウム（テイカ（株）製Ｋ−フレッシュ＃１００Ｐ）を２４０ｇ投入し約８０℃まで昇温した後、同温度で１時間攪拌した。
つぎに、上記スラリーに酸化マグネシウム（協和化学工業（株）製キョウワマグ３０）を３０ｇ投入し、１時間攪拌した。その後、該スラリーを脱水、濾過し、１００℃で１２時間乾燥した後、粉砕することによって、防錆顔料組成物を得た。

実施例２〜５
トリポリリン酸二水素アルミニウム、水酸化カルシウム、酸化マグネシウムの量を変更し、実施例１と全く同じ手順で防錆顔料組成物を得た。（表１参照）

実施例６
イオン交換水１０００ｇに対し水酸化カルシウムを８０ｇ投入して水酸化カルシウムスラリーを作製した。このスラリーを約６０℃まで昇温し、トリポリリン酸二水素アルミニウムを２２０ｇ投入し約８０℃まで昇温した後、同温度で２時間攪拌した。
その後、該スラリーを脱水、濾過し、１００℃で１２時間乾燥した後、粉砕することによって、防錆顔料組成物を得た。

実施例７
トリポリリン酸二水素アルミニウム、水酸化カルシウムの量を変更し、実施例６と全く同じ手順で防錆顔料組成物を得た。（表１参照）

実施例８
トリポリリン酸アルミニウム５００ｇを箱形電気炉に入れ、５００℃で２時間焼成し、粉砕することによって白色粉末４０９．３ｇを得た。Ｘ線回折の結果このものはメタリン酸アルミニウムであることが判明した。上記で得られたリン酸アルミニウムをトリポリリン酸二水素アルミニウムの代わりに用いる以外は、実施例２と全く同じ手順で防錆顔料組成物を得た。

実施例９
水酸化アルミニウム２３４ｇと、８５％リン酸３４６ｇ（Ｐ₂Ｏ₅／Ａｌ_２Ｏ_３のモル比１）を磁製ルツボ中でよく攪拌混合し、得られた混合物をルツボごと３００℃に温度設定された電気炉中に６時間入れ、さらに８００℃に昇温し１時間焼成した。得られた反応生成物は白色を呈していた。この反応生成物を水洗、脱水、乾燥した後、粉砕した。この粉砕物はＸ線回折測定の結果、オルソリン酸アルミニウム（ＡｌＰＯ₄）であると判明した。トリポリリン酸二水素アルミニウムの代わりにオルソリン酸アルミニウムを用いる以外は、実施例２と全く同じ手順で防錆顔料組成物を得た。

実施例１０
水酸化チタン〔Ｔｉ（ＯＨ）₄〕１１６ｇと、８５％リン酸３４６ｇ（Ｐ₂Ｏ₅／ＴｉＯ₂のモル比１．５）とを実施例４と同様に磁製ルツボ中でよく攪拌混合し、得られた混合物をルツボごと１１０℃に温度設定された電気炉中に入れ、１１０℃に加熱した水蒸気を吹き込み、水蒸気の存在下で水酸化チタンとリン酸とを１１０℃で５時間反応させた。得られた反応生成物は白色を呈していた。この反応生成物を水洗、脱水、乾燥した後、粉砕した。この粉砕物はＸ線回折測定の結果、リン酸チタン〔Ｔｉ（ＨＰＯ₄）₂・Ｈ₂Ｏ〕であると判明した。また、このリン酸チタンの層間距離は７．６Åであった。
上記で得られたリン酸チタンをトリポリリン酸二水素アルミニウムの代わりに用いる以外は、実施例２と全く同じ手順で防錆顔料組成物を得た。

実施例１１
イオン交換水１０００ｇに対し酸化マグネシウムを３０ｇ投入して酸化マグネシウムスラリーを作製した。このスラリーを約６０℃まで昇温し、トリポリリン酸二水素アルミニウムを２１０ｇ投入し約８０℃まで昇温した後、同温度で１時間攪拌した。
つぎに、上記スラリーに水酸化カルシウムを６０ｇ投入し、１時間攪拌した。その後、該スラリーを脱水、濾過し、１００℃で１２時間乾燥した後、粉砕することによって、防錆顔料組成物を得た。

実施例１２
イオン交換水１０００ｇに対し水酸化カルシウム６０ｇ、酸化マグネシウム３０ｇを投入して水酸化カルシウム、酸化マグネシウム混合スラリーを作製した。このスラリーを約６０℃まで昇温し、トリポリリン酸二水素アルミニウムを２１０ｇ投入し約８０℃まで昇温した後、同温度で２時間攪拌した。その後、該スラリーを脱水、濾過し、１００℃で１２時間乾燥した後、粉砕することによって、防錆顔料組成物を得た。

比較例１
トリポリリン酸二水素アルミニウム、水酸化カルシウムの量を変更し、実施例６と全く同じ手順で防錆顔料組成物を得た。（表１参照）

比較例２
イオン交換水１０００ｇに対し酸化マグネシウムを１８０ｇ投入して酸化マグネシウムスラリーを作製した。このスラリーを約６０℃まで昇温し、トリポリリン酸二水素アルミニウムを１２０ｇ投入し約８０℃まで昇温した後、同温度で２時間攪拌した。その後、該スラリーを脱水、濾過し、１００℃で１２時間乾燥した後、粉砕することによって、防錆顔料組成物を得た。

比較例３
トリポリリン酸二水素アルミニウム（テイカ（株）製Ｋ−フレッシュ＃１００Ｐ）を使用。

比較例４
亜鉛成分を含有した防錆顔料としてリン酸亜鉛（堺化学工業（株）ＺＰＦ）を使用。

比較例５
既存の亜鉛フリー防錆顔料としてマグネシウム処理トリポリリン酸二水素アルミニウム（テイカ（株）製Ｋ−ホワイトＧ１０５）を使用。

比較例６
既存の亜鉛フリー防錆顔料としてカルシウム処理リン酸カルシウム（Ｗａｙｎｅ社製Ｗａｉｎｃｏｒ２１３）を使用。

つぎに、上記実施例１〜１２の防錆顔料組成物および比較例１〜６の顔料組成物を用いて表２の配合でそれぞれ常乾型エマルション樹脂系塗料を調製し、塗膜形成後、塩水噴霧試験、複合サイクル試験、耐湿試験および貯蔵安定試験を行った。その結果を表３，４に示す。ただし、実施例１および６〜１０は参考例である。

塗装および塗装条件
上記１８種類の常乾型エマルション樹脂系塗料をそれぞれ下記条件で被塗板上に塗装し、常温で乾燥して塗膜を形成した。
塗装：バーコーター塗装
被塗板：脱脂処理軟鋼板ＪＩＳＧ３１４１（ＳＰＣＣ−ＳＢ）、日本テストパネル工業社製
膜厚：３８〜４１μｍ
乾燥：４０℃ ６０時間

防錆試験（トータル４０点満点）

１塩水噴霧試験（ＳＳＴ）（１５点満点）
上記塗装条件で被塗板上に塗膜を形成することによって作成した試験板に、カッターナイフで被塗板表面に達するクロスカットを入れ、槽内温度を３５℃に保った塩水噴霧試験器内に静置して、５％塩化ナトリウム水溶液を１ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で１６８時間塗膜に噴霧し、錆発生状況および塗膜の膨れを観察して、以下の評価基準に基づき評価した。なお、腐食状況は平面部の膨れと錆の発生面積、並びにカット部の腐食幅で評価した。いずれの評価においても、評価点が高いほど防錆能が優れている。

サビ発生防止効果の評価基準（ＡＳＴＭＤ６１０−６８（1970) に準拠）
平面部
サビ発生面積０．０３％未満：５点
サビ発生面積０．０３〜０．１％：４点
サビ発生面積０．３〜１％：３点
サビ発生面積３％：２点
サビ発生面積１０％：１点
サビ発生面積１６％以上：０点

フクレ発生防止効果の評価基準（ＡＳＴＭＤ−７１４−５９(1965)に準拠）

平面部
無し：５点
８Ｆ：４点
８Ｍ，６Ｆ,４Ｆ：３点
８ＭＤ，６Ｍ：２点
８Ｄ，２Ｆ：１点
６ＭＤ以上，４ＭＤ以上、２Ｍ以上：０点
カット部
腐食幅０〜１ｍｍ：５点
腐食幅１〜２ｍｍ：４点
腐食幅２〜４ｍｍ：３点
腐食幅４〜７ｍｍ：２点
腐食幅７〜１０ｍｍ：１点
腐食幅１０ｍｍ以上：０点

２複合サイクル試験（ＣＣＴ）（１５点満点）
塩水噴霧試験と同様にカッターナイフで被塗板表面に達するクロスカットを入れた試験板を、複合サイクル試験器内に静置して、JIS H8502 めっきの耐食性試験に記載されている中性塩水噴霧サイクル試験の条件（１）塩水噴霧試験５％NaCl溶液噴霧３５℃ ２時間（２）乾燥６０℃ ４時間（３）湿潤湿度９５RH%以上５０℃ ２時間（８時間／１サイクル）で、所定時間（５０４時間６３サイクル）、試験を行った。錆発生状況および塗膜の膨れを観察して、塩水噴霧試験と同様の評価基準に基づき評価した。

３耐湿試験（ＨＴ）（１０点満点）
クロスカットしていない上記試験板を槽内温度５０℃，相対湿度９５％以上に保った耐湿試験器内に５０４時間静置し、塗膜の膨れを観察し、塩水噴霧試験の平面部のフクレ発生防止効果と同様の評価基準により評価した。

塗料の貯蔵安定性試験
上記の塗料配合で各種防錆顔料を含む防錆塗料を調製した。この防錆塗料を４０℃の恒温室中に放置し、１週間ごとに１カ月間にわたって経時的に防錆塗料の粘度をＢ型粘度計にて測定した。上記貯蔵安定性試験の結果を表４に示す。評価としては、経時的な粘度変化が少ない方がよく、粘度変化が大きい場合は塗料がゲル化して使用できなくなる。なお、表４中の数字の単位はｃｐｓである。

表３に示すように、実施例１〜１２の防錆顔料組成物は、鉄への防錆に有効な亜鉛成分を含んでいないにもかかわらず、各防錆試験の評価値も高く防錆効果が優れており、現行の亜鉛成分を含んだ防錆顔料である比較例４以上の性能を示している。また、表４に示すように、実施例１〜１２の防錆顔料組成物は、貯蔵による粘度増加が少なく、水系塗料中での貯蔵安定性が優れていた。これに対し、比較例１〜２の顔料組成物は、いずれも防錆効果あるいは塗料の貯蔵安定性が悪いものであった。

Claims

（ａ）トリポリリン酸二水素アルミニウムと、
（ｂ）水酸化カルシウムと、
（ｃ）酸化マグネシウムとを湿式で混合・撹拌することによって（ａ）成分、（ｂ）成分および（ｃ）成分の３者を反応させて得られる水系塗料用防錆顔料組成物であって、仕込み量が重量基準で、（ａ）：（ｂ）が１：０．２８６〜１：５．０００であり、（ａ）：（ｃ）が１：０．１４３〜１：０．６６７であることを特徴とする水系塗料用防錆顔料組成物。
請求項１の水系塗料用防錆顔料組成物を含んでいる水系防錆塗料組成物。