JP5402337B2

JP5402337B2 - 防錆塗装方法

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Publication number: JP5402337B2
Application number: JP2009164538A
Authority: JP
Inventors: 善彦佐々木
Original assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Current assignee: Mitsubishi Plastics Inc
Priority date: 2009-07-13
Filing date: 2009-07-13
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2029-07-13
Also published as: JP2011020006A

Description

本発明は、防錆塗装方法に関するものであり、詳しくは、防錆効果に優れ、かつ耐久性に優れた塗膜を金属表面に形成するための防錆塗装方法に関するものである。

防錆を目的とした金属表面の塗装においては、タールを含有するエポキシ樹脂塗料を金属表面に防錆塗料として塗布し、防錆塗料の保護、意匠性向上などの観点から、ウレタン系樹脂塗料を防錆塗料の表面に表面保護層として塗布することにより、少なくとも２層の塗膜を形成し、防錆性能を発揮させている。上記の様なエポキシ樹脂やウレタン樹脂の塗料による塗装では、高い硬度の塗膜を形成し、塗膜自体の耐衝撃力を高めている（特許文献１参照）。

しかながら、タールを含有するエポキシ樹脂塗料は、冬場には硬くなり、下地金属の動きに追従できず、塗膜が切れたり、逆に、夏場はタール成分が表面保護層にブリードし、意匠性が悪くなる。更に、下地層のエポキシ樹脂や表面保護層のウレタン樹脂は、硬度が高く、機械的な衝撃に強いと言う性質がある反面、温度変化や外力による金属表面部分の膨張収縮、撓み変形などの挙動に対して追従性に欠けるため、塗膜に微小なクラックや傷が発生し易い。そして、クラックや傷からの水分の浸透により、金属表面において錆の発生、増殖が進行し、塗膜の浮きや剥れを引き起こす。

また、防錆顔料として、鉛丹、亜酸化鉛、塩基性クロム酸鉛等の鉛・クロムが含まれた防錆塗料が主流で使われているが、鉛・クロムなどの有害重金属に対する規制が進み、人や環境に影響を与えない鉛・クロムフリーの防錆塗料による塗装が求められている。

特開平１０−１５７００４号公報

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉛・クロムフリーの塗料を使用し、防錆効果に優れ且つ耐久性に一層優れた塗膜を金属表面に形成できる防錆塗装方法を提供することにある。

本発明者は、鋭意検討した結果、主に防錆効果を発揮する鉛・クロムフリー防錆剤含有のエポキシ樹脂によって形成した下地層に対し、水蒸気バリアー性を有しかつ金属表面部分の挙動に対して追従性を発揮する高弾性のゴム系塗料を下地層表面に塗布して下地保護層を形成することにより、表層からの水分浸入を抑制し、下地層に発生するクラックや傷の露出を下地保護層によって防止し、また、下地保護層自体におけるクラック等の発生を低減し、これにより、たとえ下地保護層に傷が入ったとしても、金属表面側への水分の浸透を抑制できることを知徳し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の防錆塗装方法は、金属表面に防錆塗膜を形成する防錆塗装方法であって、鉛・クロムフリー防錆剤含有のエポキシ樹脂からなる塗料を金属表面に塗布して、下地層を形成した後、乾燥後の塗膜における伸び率が２０％以上でかつ水蒸気透過度が４００ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ以下のゴム系塗料を下地層の表面に塗布して、厚みが２０〜３７０μｍの下地保護層を形成することを特徴とする。

本発明によれば、鉛・クロムフリー防錆剤含有の塗料を使用するため、人や環境に影響を与えることがなく、そして、金属表面に形成される塗膜において、水蒸気バリアー性を有する高弾性のゴム系塗料からなる下地保護層が表層からの水分浸入を抑制し、かつ金属表面の膨張収縮や変形などに追従し、下地保護層自体におけるクラックや傷の発生が少なく、下地層に発生したクラック等を露出させることがないため、下地層への水分の浸透を抑制できる。従って、本発明によれば、鉛・クロムフリーの塗料により、防錆効果に優れ、かつ耐久性に一層優れた塗膜を金属表面に形成できる。

本発明の防錆塗装方法により形成される塗膜の層構成および機能を模式的に示した縦断面図である。

本発明に係る防錆塗装方法（以下、「塗装方法」と略記する。）の一実施形態を説明する。本発明の塗装方法は、金属表面に防錆塗膜を形成する方法であり、塗料や各種めっきでコーティングされていない金属表面はもとより、防錆塗装や亜鉛、錫、アルミ等のめっきがなされた金属表面であって、経時変化として錆が発生し、浮き出した状態の金属表面にも適用される。但し、金属表面が防錆塗装され、錆の発生・増殖により、その塗膜にひびが入り、あるいは割れ、錆が浮き出している状態のときは、活膜は生かし、劣化塗膜を除去し、不織布研磨材、紙ヤスリ、ディスクサンダー、ワイヤーブラシ等で発錆部の錆を落とし、金属面をあらわにした後、本発明を適用する。また、各種めっきがなされ、錆が発生している状態のときも、発錆部の錆を同様に落とし、金属面をあらわにした後、本発明を適用する。尚、以下の説明においては、塗装対象の金表面の部分を適宜「母材」と言う。

本発明においては、図１（ａ）に示すように、先ず、鉛・クロムフリー防錆剤含有のエポキシ樹脂からなる塗料を母材３に塗布して下地層１を形成する。上記の鉛・クロムフリーの防錆剤としては、リン酸亜鉛、亜リン酸亜鉛カリウム、亜リン酸亜鉛アルミニウム、亜リン酸亜鉛カルシウムなどの犠牲陽極作用物質、錆を固着可能な各種のキレート物質、赤錆を黒錆に転化するタンニン酸などの錆転化物質、マイカ、酸化鉄などの燐片状物質が挙げられる。また、エポキシ樹脂塗料としては、水蒸気バリアー、塩素イオンバリアー、酸素バリアーの観点から、架橋型のエポキシ樹脂塗料が好ましい。

エポキシ樹脂の塗料は、刷毛、ローラー、レイキ、吹付け機などによる通常の塗布方法により塗布され、これにより形成される下地層１の厚みは、樹脂の種類にもよるが、通常は、１０〜３００μｍ程度とされる。下地層１の厚みが１０μｍより薄い場合は防錆効果が低下し、３００μｍより厚い場合は塗り重ね回数が増えるため現実的でなく、また、一度に厚く塗ると、表面にヒケ、クラックが入り、好ましくない。

上記のエポキシ樹脂塗料を塗布した後は、乾燥後の塗膜における伸び率が２０％以上でかつ水蒸気透過度が４００ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ以下のゴム系塗料を下地層１の表面に塗布して、下地保護層２を形成する。上記の特性を有するゴム系塗料としては、ウレタンゴムからなる塗料またはアクリルゴムからなる塗料が挙げられる。アクリルゴム塗料としては、例えば、アクリルエマルジョンを主成分とし、架橋剤、消泡剤、フィラー等が配合された三菱樹脂社製の「ＭＹルーファーＨＧ／ｎｔ」（商品名）が好適である。また、ウレタンゴム塗料は、主剤と硬化剤からなるウレタン塗膜防水材が好適である。

本発明においては、下地保護層２を構成する塗膜の伸び率が２０％以上となるようなゴム系塗料を選択することが重要である。換言すれば、本発明においては、弾性塗膜によって下地保護層２を形成する。

塗膜の伸び率を上記の値に規定する理由は次の通りである。すなわち、塗膜の伸び率が２０％未満の場合は、下地層１に多数のクラックが発生した際、下地層１の総変形量が下地保護層２の弾性変形の範囲を超え、下地保護層２自体にもクラックが発生し易くなる。塗膜の伸び率の上限については特に制限はないが、伸び率があまり大きくなると柔軟性が高くなり保護膜としての機能が損なわれるため、実用上は２２〜８００％程度である。尚、塗膜の伸び率は、ＪＩＳＡ６０２１に準拠した方法（ダンベル状３号形、標線間２０ｍｍ、つかみ間６０ｍｍ、引張速度：アクリルゴムは２００ｍｍ／分・ウレタンゴムは５００ｍｍ／分）で測定できる。

上記のゴム系塗料で形成される下地保護層２としての塗膜においては、当該塗膜単独の特性として、防錆効果を高める観点から、水蒸気透過度が４００ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ以下が好ましい。前述の下地層１に下地保護層を設けることにより、表層からの水分浸入を大幅に低減することが可能となり、防錆効果が大幅に向上する。

また、耐久性および防錆効果を高める観点から、前述の下地層１を形成する塗膜との付着力（４０×４０ｍｍ）が０．１０Ｎ／ｍｍ^２以上が好ましい。ゴム系塗料は、刷毛、ローラー、レイキ、吹付け機などによる塗布方法により塗布される。そして、樹脂の種類にもよるが、通常は、下地保護層２の厚みを２０〜４０００μｍとされる。２０μｍより薄い場合は防錆効果が低下し、４０００μｍより厚い場合は塗り重ね回数が増えるため現実的でなく、また、一度に厚く塗ると、表面が皮張りし、塗膜の乾燥が大幅に遅くなったり、ヒケ、クラックが入ったりするので好ましくない。

尚、水蒸気透過度は、ＪＩＳＫ７１２９（カップ法、４０℃／９０％ＲＨ）で測定できる。また、塗膜の付着力は、４０×４０ｍｍ治具を２液エポキシ系接着剤で下地保護層２表面に貼り付け、乾燥後、建研式接着力試験器（サンコーテクノ製テクノテスターＲ−３００００ＮＤ）で測定することができる。

本発明においては、上記のような下地保護層２を設けることにより、下地保護層３が母材３の振動、膨張収縮、たわみ等の挙動に対して追従性を発揮するため、仮に下地層１にクラックや傷が発生したとしても、クラックや傷の露出を下地保護層２によって防止でき、クラックや傷等から母材３側へ酸素、水分が浸入するのを抑制できる。

更に、図示はしないが、本発明においては、更に防錆性を向上させ、耐衝撃性を高め、かつ耐汚染性、耐雨だれ性、防藻性、防かび性、遮熱性などを高めるため、下地保護層２の表面に対して、ウレタンウレア樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ゴム樹脂、アルキド樹脂、フタル酸樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂及びアクリルシリコン樹脂の中から選ばれる樹脂からなる塗料を塗布して表面保護層を形成してもよい。通常は、表面保護層を形成する塗料として、アクリル樹脂またはウレタン樹脂の塗料が使用される。アクリル樹脂塗料としては、従来の塗膜のトップコート層に使用される一般的なアクリル樹脂塗料、アクリル−スチレン、アクリル−ウレタン、シリコーン変性アクリル樹脂などの塗料を使用できる。また、表面保護層を形成するウレタン樹脂の塗料としては、水溶性塗料、ターペン可溶の弱溶剤系あるいは芳香族系溶剤の強溶剤系の石油系溶剤塗料を用いてもよいが、耐汚染性、防錆性の観点からは弱溶剤系もしくは強溶剤系の石油系溶剤塗料が好ましい。更には、その中でも自己架橋型タイプが好ましい。

上記のように、本発明の塗装方法による塗装では、金属表面（母材３）に下地層１及び下地保護層２の２層の防錆塗膜、好ましくは下地層１、下地保護層２及び表面保護層の３層の防錆塗膜を形成する。その際、高弾性のゴム系塗料からなる下地保護層２は、母材３の膨張収縮や変形に追従して変形し、下地層１に発生したクラック等の露出を防止するとともに、下地保護層２自体におけるクラックや傷の発生が少ないため、母材３側への水分の浸透を抑制する。その結果、長期にわたって錆の発生、拡散、下地層１の浮きを防止することができる。すなわち、本発明によれば、防錆効果に優れ、かつ耐久性に一層優れた塗膜を金属表面に形成できる。

特に、本発明においては、上記の特定のゴム系塗料で下地保護層２を形成することにより、下地保護層３自体にクラック等が発生した場合でも、優れた防錆効果を維持することができる。これは、図１（ｂ）〜（ｃ）に示すように、下地保護層２自体にクラックや傷口が生じても、下地保護層２の水分に対する膨潤性によりクラック等が塞がれると言う特性、及び水分に対する結合性により水分を捕捉すると言う特性により、下地層１への水分の浸透を防止できるためと考えられる。図１（ｂ）中の矢印は、塗膜表面の水を示している。

試料鋼板（塗装対象物）に防錆塗膜を形成し、塗料の組み合せの違いにより塗膜の防錆性能を確認した。試料鋼板としては、錆の発生した鋼板を準備し、下地処理として、＃６０紙ヤスリにより表面にケレン（３種ケレン程度）を施した。防錆性能については、塩水複合サイクル試験により確認した。塩水複合サイクル試験は、試料に対し、水温５０℃、濃度３％の塩水を４日間噴霧した後、温度５０℃、湿度３０％の環境下で３日間乾燥させ（７日が１サイクル）、錆の発生を目視確認するものであり、各試料について、同試験を３サイクルずつ実施した。また、塗膜の伸び率は、前述のＪＩＳＡ６０２１に準拠した方法により測定し、塗膜の付着力は、４０×４０ｍｍの治具を２液エポキシ系接着剤で下地保護層２の表面に貼り付け、乾燥後、建研式接着力試験器（サンコーテクノ製，商品名：テクノテスターＲ−３００００ＮＤ）により測定した。

実施例１：
先ず、下地層として、エポキシ樹脂塗料（三菱樹脂社製，商品名：「ＭＹルーファー防錆プライマーＫ」）を試料に塗布し、これを乾燥させて、厚み５５μｍの塗膜を形成した。エポキシ樹脂には、鉛・クロムフリーの防錆剤として、リン酸亜鉛および錆転化物質が５重量％含まれる。次いで、下地保護層として、アクリルゴムの塗料（三菱樹脂社製，商品名：「ＭＹルーファーＨＧ／ｎｔ」）を下地層の表面に塗布し、これを乾燥させて、厚み１８０μｍの塗膜を形成した。下地保護層の塗膜の伸び率は８０％、水蒸気透過度は９０ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ、下地層との付着力は０．６０Ｎ／ｍｍ^２であった。そして、上記の塗装を施した試料について、塩水複合サイクル試験により錆の発生（錆浮き現象）を確認したところ、表１に示すように、錆の発生は全く確認されなかった。

実施例２：
実施例１と同様の下地層を形成した後、実施例１と同様のアクリルゴムの塗料を使用し、下地保護層として厚み７０μｍの塗膜を形成した。下地保護層の塗膜伸びは３０％、水蒸気透過度は１８０ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ、下地層との付着力は０．６０Ｎ／ｍｍ^２であった。そして、実施例１と同様に、塩水複合サイクル試験により錆の発生（錆浮き現象）を確認したところ、表１に示すように、錆の発生は全く確認されなかった。

実施例３：
実施例１と同様の下地層を形成した後、ウレタンゴムの塗料（旭硝子社製，商品名：「サラセーヌＣ」，主剤：硬化剤＝１：１）を使用し、下地保護層として厚み３７０μｍの塗膜を形成した。下地保護層の塗膜伸びは１６０％、水蒸気透過度は２５０ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ、下地層との付着力は０．８０Ｎ／ｍｍ^２であった。そして、実施例１と同様に、塩水複合サイクル試験により錆の発生（錆浮き現象）を確認したところ、表１に示すように、錆の発生は全く確認されなかった。

比較例１：
実施例１の下地層と同様の塗膜を形成した。下地保護層は形成せず、下地層に相当する１層だけを形成した。そして、実施例１と同様に、塩水複合サイクル試験により錆の発生（錆浮き現象）を確認したところ、表１に示すように、錆浮き現象が確認された。

比較例２：
先ず、下地層として、防錆剤の含まれないエポキシ樹脂塗料（三菱樹脂社製，商品名：「ＭＹルーファープライマーＡＰ」）を試料に塗布し、これを乾燥させて、厚み５５μｍの塗膜を形成した。次いで、下地保護層として、実施例１と同様の塗膜を形成した。下地保護層の塗膜伸びは８０％、水蒸気透過度は９０ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ、下地層との付着力は０．６０Ｎ／ｍｍ^２であった。そして、実施例１と同様に、塩水複合サイクル試験により錆の発生（錆浮き現象）を確認したところ、表１に示すように、錆浮き現象が確認された。

比較例３：
実施例１と同様の下地層を形成した後、下地保護層として、実施例１と同様の塗料を使用し、厚み１５μｍの塗膜を形成した。下地保護層の塗膜伸びは１０％、水蒸気透過度は４３０ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ、下地層との付着力は０．６０Ｎ／ｍｍ^２であった。そして、実施例１と同様に、塩水複合サイクル試験により錆の発生（錆浮き現象）を確認したところ、表１に示すように、錆浮き現象が確認された。

比較例４：
実施例１と同様の下地層を形成した後、ウレタンゴムの塗料（旭硝子社製，商品名：「サラセーヌＣ」，主剤：硬化剤＝１：１）を使用し、下地保護層として厚み５０μｍの塗膜を形成した。下地保護層の塗膜伸びは４０％、水蒸気透過度は４８０ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ、下地層との付着力は０．８０Ｎ／ｍｍ^２であった。そして、実施例１と同様に、塩水複合サイクル試験により錆の発生（錆浮き現象）を確認したところ、表１に示すように、錆浮き現象が確認された。

１：下地層
２：下地保護層
３：金属表面（母材）

Claims

金属表面に防錆塗膜を形成する防錆塗装方法であって、鉛・クロムフリー防錆剤含有のエポキシ樹脂からなる塗料を金属表面に塗布して、下地層を形成した後、乾燥後の塗膜における伸び率が２０％以上でかつ水蒸気透過度が４００ｇ／ｍ^２・２４ｈｒ以下のゴム系塗料を下地層の表面に塗布して、厚みが２０〜３７０μｍの下地保護層を形成することを特徴とする防錆塗装方法。
ゴム系塗料がアクリルゴム系またはウレタンゴム系の塗料である請求項１に記載の防錆塗装方法。
更に、ウレタンウレア樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、塩化ゴム樹脂、アルキド樹脂、フタル酸樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂及びアクリルシリコン樹脂の中から選ばれる樹脂からなる塗料を下地保護層の表面に塗布して、表面保護層を形成する請求項１又は２に記載の防錆塗装方法。