JP6055133B1 - 有機無機複合ジンクリッチ塗料組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る有機無機複合ジンクリッチ塗料組成物によって防食塗膜が形成される対象としては、例えば鉄塔、金属橋、店舗、煙突、貯蔵タンク等の屋外鋼構造物、沖合い掘削リグ、油用スーパータンカー、パイル、油及び水用のパイプライン、船体及び桟橋等のその他の海洋構造物、機械、コイル状金属、電車、自動車の足まわり部材等が挙げられる。なお、形成される塗膜は、厚膜においても好ましいクラック耐性を有するため、鉄塔の金具部等、厚膜となりやすい複雑な形状を有する対象であっても好ましく用いる事ができる。
本実施形態に係る有機無機複合ジンクリッチ塗料組成物は、水系の塗料組成物であり、エマルション樹脂(A)と、無機コロイド(B)と、亜鉛末(C)と、を含む。塗料組成物がこれらの成分を含有することにより、従来の無機ジンクリッチ塗料組成物により形成される塗膜と同等の高い防食性及び耐候性を有しながらも、クラック耐性に優れた防食塗膜を形成できる。
また、塗料組成物のpHは3.0〜7.0である。pHが上記範囲内であることにより、安定した塗料液性状が得られる。塗料組成物のpHが3.0未満の場合、エマルション樹脂(A)が安定化せず塗料組成物としての体をなさない。塗料組成物のpHが7.0を超える場合、塗料組成物中にゲル物や浮遊物、沈殿物等の固体が生じて塗料組成物としての体をなさない。
エマルション樹脂(A)は、塗料組成物中におけるバインダー成分であり、塗料組成物中に含有されることで塗料硬化時の硬化応力が低減され、形成される塗膜のクラックが抑制される。
エマルション樹脂(A)としては、特に制限されないが、後述の無機コロイド(B)の塗料組成物中における安定性を確保するため、酸性であることが好ましい。このような酸性エマルション樹脂としては、例えば、アクリルエマルション樹脂が挙げられる。
無機コロイド(B)は、シリカゾルにシロキサン樹脂が結合したものであり、優れた水分散性を有する。
無機コロイド(B)は、エマルション樹脂(A)と同様、塗料組成物中におけるバインダー成分である。無機コロイド(B)が塗料組成物中に含有されることで、防食性及び耐候性に優れた塗膜を形成できる。
また、無機コロイド(B)は、実質的にVOC(揮発性有機化合物)を含有しないものであることが、環境負荷抑制の観点から好ましい。
上記のような無機コロイド(B)は、エポキシ基又はアミノ基を有するシラン化合物を縮合し、シリカゾルに結合することで得られる。シラン化合物としては、アルコキシシランが挙げられる。
[化1]
X−Si(R2)x(OR1)3−x (1)
〔式中、Xは、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基、1−グリシジルオキシメチル基、2−グリシジルオキシエチル基、3−グリシジルオキシプロピル基又は3−グリシジルオキシイソブチル基を表し、R1並びにR2は互いに独立して、炭素原子1〜4個を有する線状又は分枝鎖状のアルキル基であり、且つxは0又は1に等しい〕
[化2]
(OR1)3Si−A−Si(OR1)3 (2)
〔式中、基R1は同じか又は異なり、且つR1は、炭素原子1〜4個を有する線状又は分枝鎖状のアルキル基であり、且つAは、式3
[化3]
−(CH2)i−[NH(CH2)f]gNH[(CH2)f*NH]g*−(CH2)i*− (3)
で示されるビスアミノ官能基を表し、
ここで、i、i*、f、f*、g又はg*は同じか又は異なり、i及び/又はi*=1、2、3又は4、f及び/又はf*=1又は2、g及び/又はg*=0又は1であり、好ましくはi及びi*は3に等しく、並びにg及びg*は0に等しく、且つR1はメチル及び/又はエチルを表す〕
まず、使用されるシラン化合物を基準として、モル過剰量の水を準備し、酸性のpH値となるように有機酸又は無機酸を添加すると共にシリカゾルを添加する。次に、上述のエポキシ基含有シラン化合物及びアミノ基含有シラン化合物のうち少なくともいずれか一方を添加し、加熱することで加水分解反応を進行させる。次に、加水分解反応により生じたアルコールを減圧下で除去する。
亜鉛末(C)は、ジンクリッチペイントにおいて通常使用されているものが同様に使用可能である。
亜鉛末(C)の平均粒子径は、上記エマルション樹脂(A)と、上記無機コロイド(B)との混合作業性の向上、亜鉛末の耐沈降性の向上、混合後における可使時間の長期化、並びに塗膜の防錆性及び強度(可撓性)の向上の観点から、好ましくは1〜12μm、より好ましくは2〜10μm、更に好ましくは3〜9μmである。上記亜鉛末の平均粒子径が1μm以上であると、顔料の混合作業性が向上する、混合後における可使時間が長くなるという利点がある。12μm以下であると、亜鉛末の耐沈降性が良好になり混合作業性が向上する、塗膜の防錆性及び強度(可撓性)が向上するという利点がある。
ここで、亜鉛末の平均粒子径とは体積基準の平均粒子径であり、亜鉛末の分散液中での粒度分布に基づき、亜鉛末の全体積を100%として累積を求めたとき、その累積体積が50%となる点の粒径を意味する。当該平均粒子径は、レーザー回折・散乱法による粒子径分布測定装置にて測定することができる。具体的には、亜鉛末の平均粒子径は、実施例に記載の方法によって測定することができる。
本実施形態における亜鉛末(C)の具体的な製品としては、東洋亜鉛社製の亜鉛末シリーズ、UMICORE社製の亜鉛末シリーズ、日本ペイント防食コーティングス社製の亜鉛末シリーズ等を挙げることができる。
これらの微粉末が亜鉛末(C)に含有されることで、混合時の作業性及び混合後における塗装作業性及び可使時間が向上し、塗膜の防食性及び強度(可撓性)を向上させることができる。加えて、亜鉛末同士の二次凝集を抑制できるため、亜鉛末の耐凝集性が向上する。
亜鉛末に対する微粉末の含有量は、亜鉛末100質量部に対して、0.01〜20.0質量部が好ましく、0.1〜6.0質量部がより好ましい。
有機無機複合ジンクリッチ塗料組成物中における溶媒としての水の総量は、混合作業性の向上、亜鉛末の耐沈降性の向上、混合後における可使時間の長期化、並びに塗膜の防食性及び強度(可撓性)の向上の観点から、亜鉛末(C)100質量部に対して、好ましくは5〜100質量部、より好ましくは10〜80質量部である。
上記顔料としては防錆顔料や着色顔料等が挙げられ、上記体質顔料としては、例えば、バリタ粉、沈降性硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、石膏、クレー、ホワイトカーボン、珪藻土、炭酸マグネシウム、アルミナホワイト、グロスホワイト、タンカル等が挙げられる。
このように1液1粉型の有機無機複合ジンクリッチ塗料組成物とすることにより、亜鉛末(C)を含む紛体を、エマルション樹脂(A)と、無機コロイド(B)と、を含む液体とは別に保管することができ、塗料組成物の保存中における沈降物の発生が抑制される。
このように別に保管した1液1粉型の有機無機複合ジンクリッチ塗料組成物は、使用時に混合して調製される。調製方法としては特に制限されず、ハンドミキサーやスタティックミキサー等、通常用いられる方法により調製することができる。
本実施形態に係る有機無機複合ジンクリッチ塗料組成物の塗装方法は、基材面へ塗料組成物の塗装を行い乾燥させることで、亜鉛を含む防食塗膜を形成する方法である。
塗装方法としては、特に限定されないが、刷毛塗り塗装、ローラー塗装、スプレー塗装、エアレススプレー塗装等により塗装することができ、用途に応じて、乾燥膜厚として15〜100μmとなるように塗装される。
乾燥方法としては、特に限定されないが、屋外に設置された構造物に対して塗装を行った場合、自然条件で放置することにより乾燥させ塗膜を形成させる。
上記有機無機複合ジンクリッチ塗料組成物により形成される塗膜は、金属基材の表面を被覆する防食塗膜である。本実施形態に係る塗膜は、プライマーとして金属基材表面上に形成され、上層に上塗り塗膜が形成されるものであってもよいが、高防食性と高耐候性を有することから単膜で使用することもできる。
表1に示す配合量(固形分含有量、単位は「質量部」)にてエマルション樹脂(A)、無機コロイド(B)、亜鉛末(C)を混合し、均一に撹拌することにより実施例1〜9及び比較例1〜5の塗料組成物を調製した。
有機アクリルエマルション1:ボンコートCP−8380(DIC株式会社製、pH3.0)
有機アクリルエマルション2:ボンコートSFC−55(DIC株式会社製、pH4.0)
有機アクリルエマルション3:ボンコート9435Z(DIC株式会社製、pH7.0)
有機アクリルエマルション4:カネビノールKD−11(ヘンケルジャパン株式会社製、pH9.0)
有機酢ビエマルション5:ボンコート6620EF(DIC株式会社製、pH5.0)
無機コロイド(B):「Dynasylan SIVO 140」(エボニックジャパン株式会社製)
亜鉛末(C):亜鉛末LS−4(日本ペイント防食コーティングス社製)
上記により得られた実施例1〜9、比較例1〜5の塗料組成物をポリプロプレン製の密閉容器に入れ、23℃で30日間貯蔵した後、均一性及び、浮遊物、ゲル物の有無について下記基準に従って目視にて評価し、A、Bを合格、Cを不合格と判定した。結果を表1に示す。
(評価基準)
A:均一な液体である
B:分離した液体であるが、撹拌により均一な液体となる
C:ゲル物や浮遊物、沈殿物等の固体があり均一でない
基材として、SS400鋼板(150×70×3.2mm)を用意した。次いで、表面の酸化層及び汚染層を取り除き十分な表面粗さを得るため、前処理としてショットブラストを行った。
実施例1〜9、比較例1〜5の塗料組成物に2%の水道水を加えて希釈後、上記基材に対し乾燥膜厚100μmとなるようにエアスプレーによって塗布し試験体を作成した。試験体は23℃で7日間養生し、養生後、試験体の下半分にJIS K 5600−7−9 7.5a)に規定されるスクラッチを入れ、JIS K 5600−7−1の耐中性塩水噴霧試験に従って2000時間試験を行った。試験機は塩水噴霧試験機SQ−1000−ST(板橋理化工業株式会社製)を用いた。試験後の試験体に生じた錆を、JIS K 5600−8−3に従って錆びた部分の面積分率に応じて等級づけRi(degree of rusting)を行い、A、Bを合格、Cを不合格と判定した。結果を表1に示す。
(評価基準)
A:Ri0
B:Ri1
C:Ri2
実施例1〜9、比較例1〜5の塗料組成物を用い、上記防食性試験に用いたものと同様の基材及び条件で、塗布及び養生を行い、同様に試験体の下半分にJIS K 5600−7−9 7.5a)に規定されるスクラッチを入れ、JIS K 5600−7−7のサイクルAの規定に従って促進耐候性試験を2000時間行った。試験機はスーパーキセノンテスターXER−W75(岩崎電気株式会社製)を用いた。試験後、試験体の塗膜表面を目視及び顕微鏡(実体顕微鏡SMZ−U、Nikon社製、30倍)で観察し、下記の基準により評価し、A、Bを合格、Cを不合格と判定した。結果を表1に示す。
(評価基準)
A:目視及び顕微鏡でクラックが確認されない
B:目視ではクラックが確認されないが、顕微鏡でクラックが確認される
C:目視でクラックが確認される
実施例1〜9、比較例1〜5の塗料組成物を用い、上記防食性試験及び耐候性試験に用いたものと同様の基材及び条件で塗布を行った後、試験体を23℃で2日間養生し、養生後、塗膜をタオル地の布で擦り、布への色移りや塗膜の欠損の有無を観察し、下記の条件により評価し、A、Bを合格、Cを不合格と判定した。結果を表1に示す。
(評価基準)
A:布への色移り、塗膜の欠損が無い
B:布への色移りが多少あるが、塗膜の欠損が無い
C:塗膜の欠損がある
実施例1〜9、比較例1〜5の塗料組成物を用い、上記防食性試験、耐候性試験及び造膜性評価試験に用いたものと同様の基材に対して乾燥膜厚500μmとなるようにエアスプレーによって塗布し試験体を作成した。試験体は23℃で7日間養生し、養生後、塗膜表面を目視及び顕微鏡(実体顕微鏡SMZ−U、Nikon社製、30倍)で観察し、下記の条件により評価し、A、Bを合格、Cを不合格と判定した。結果を表1に示す。
(評価基準)
A:目視及び顕微鏡でクラックが確認されない
B:目視ではクラックが確認されないが、顕微鏡でクラックが確認される
C:目視でクラックが確認される
Claims (3)
- 金属基材の表面を被覆する防食塗膜を形成するために用いられる、水系の有機無機複合ジンクリッチ塗料組成物であって、
エマルション樹脂(A)と、無機コロイド(B)と、亜鉛末(C)と、を含み、
前記無機コロイド(B)は、シリカゾルにシロキサン樹脂が結合したものであり、
前記無機コロイド(B)に対する前記エマルション樹脂(A)の固形分質量比((A)/(B))は、1/9〜2/3の範囲内であり、
前記亜鉛末(C)は、前記塗料組成物の全固形分100質量部に対して50質量部より多く、98質量部未満であり、
溶媒としての水の総量は、前記亜鉛末(C)100質量部に対して、5〜100質量部の範囲内であり、
PHが3.0〜7.0である有機無機複合ジンクリッチ塗料組成物。 - 前記無機コロイド(B)は、エポキシ基及びアミノ基のうち少なくともいずれか一方を有する、請求項1に記載の有機無機複合ジンクリッチ塗料組成物。
- 前記エマルション樹脂(A)は、アクリルエマルション樹脂である、請求項1又は2に記載の有機無機複合ジンクリッチ塗料組成物。
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