JP7467453B2 - 一次防錆塗料組成物、一次防錆塗膜付き基板およびその製造方法 - Google Patents
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本発明は、例えば以下の[1]~[6]に関する。
[2]亜鉛粉末(b)が、鱗片状亜鉛粉末および球状亜鉛粉末から選択される少なくとも1種の亜鉛粉末である前記[1]に記載の一次防錆塗料組成物。
[3]亜鉛粉末(b)100質量部に対する炭素系ナノ材料(c)の含有量が、0.0001~0.7質量部である前記[1]または[2]に記載の一次防錆塗料組成物。
[4]炭素系ナノ材料(c)が、グラフェンを含む前記[1]~[3]のいずれかに記載の一次防錆塗料組成物。
[5]基板と、前記基板表面に形成された、前記[1]~[4]のいずれかに記載の一次防錆塗料組成物からなる一次防錆塗膜とを有する一次防錆塗膜付き基板。
[6]基板表面に、前記[1]~[4]のいずれかに記載の一次防錆塗料組成物を塗装する工程、および塗装された前記一次防錆塗料組成物を硬化させて一次防錆塗膜を形成する工程を有する、一次防錆塗膜付き基板の製造方法。
[一次防錆塗料組成物]
本発明の一次防錆塗料組成物(以下「本発明の組成物」ともいう)は、アルキルシリケートおよびアルキルトリアルコキシシランから選択される少なくとも1種の化合物の縮合物であるシロキサン系結合剤(a)と、亜鉛粉末(b)と、グラフェン、フラーレンおよびカーボンナノチューブから選択される少なくとも1種の炭素系ナノ材料(c)とを含有する。
シロキサン系結合剤(a)は、アルキルシリケートおよびアルキルトリアルコキシシランから選択される少なくとも1種の化合物の縮合物であり、前記化合物の部分加水分解縮合物が好ましい。
・装置:日本ウォーターズ社製 2695セパレ-ションモジュール
(Aliance GPC マルチシステム)
・カラム:東ソー社製 TSKgel Super H4000
TSKgel Super H2000
・溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
・流速:0.6ml/min
・検出器:Shodex RI-104
・カラム恒温槽温度:40℃
・標準物質:ポリスチレン
本発明の組成物において、シロキサン系結合剤(a)のSiO2換算量は、塗料組成物の全量に対し、通常は2~40質量%、好ましくは3~30質量%、より好ましくは5~15質量%である。このような態様であると、組成物の造膜性および形成される塗膜の防錆性の観点から好ましい。
本発明の組成物は、本発明の目的および効果を損なわない範囲で、シロキサン系結合剤(a)以外の他の結合剤を含有してもよい。他の結合剤としては、例えば、ポリビニルブチラール樹脂が挙げられる。ポリビニルブチラール樹脂の市販品としては、例えば、エスレックB BM-2(商品名;積水化学工業(株)製)が挙げられる。
「亜鉛粉末」とは、金属亜鉛の粉末、または亜鉛を主体とする合金(例:亜鉛とアルミニウム、マグネシウムおよび錫から選択される少なくとも1種との合金、具体的には、亜鉛-アルミニウム合金、亜鉛-錫合金)の粉末を意味する。
亜鉛粉末(b)としては、例えば、鱗片状亜鉛粉末、球状亜鉛粉末が挙げられる。
球状亜鉛粉末の市販品としては、例えば、F-2000(商品名;本荘ケミカル(株)製)が挙げられる。
亜鉛粉末(b)は1種または2種以上用いることができる。
炭素系ナノ材料(c)は、グラフェン、フラーレンおよびカーボンナノチューブから選択される少なくとも1種である。本発明における炭素系ナノ材料は、「グラフェン」の場合はシート厚さがナノサイズであることを指し、粒子径はナノサイズを超えていてもよい。同様に、「カーボンナノチューブ」の場合は直径がナノサイズであることを指し、繊維長はナノサイズを超えていてもよい。
また、フラーレンおよびカーボンナノチューブは、高い導電性を有しているため、亜鉛の犠牲防食効果をより効果的に発揮させると考えられる。これは、亜鉛から放出された電子が、より効果的に鋼板などの基材表面に到達することが可能となり、鋼板が腐食から保護されることを意味する。またフラーレン、カーボンナノチューブはナノオーダーのサイズであるため、少量の添加で塗膜中に均一に分散し、この導電性の効果を得ることができる。このため、防錆性が向上すると考えられる。
本発明の組成物は、例えば、亜鉛粉末(b)以外の防錆顔料、亜鉛粉末(b)および炭素系ナノ材料(c)以外の導電性材料、前記(b)および(c)以外の無機粉末、ガラス粉末、モリブデン、モリブデン化合物などの顔料成分を含有してもよい。
本発明の組成物は、補助的に塗膜の防錆性を確保する目的で、亜鉛粉末(b)以外の防錆顔料を含有してもよい。前記防錆顔料としては、例えば、リン酸亜鉛系化合物、リン酸カルシウム系化合物、リン酸アルミニウム系化合物、リンモリブデン酸アルミニウム亜鉛系化合物、リン酸マグネシウム系化合物、亜リン酸亜鉛系化合物、亜リン酸カルシウム系化合物、亜リン酸アルミニウム系化合物、亜リン酸ストロンチウム系化合物、トリポリリン酸アルミニウム系化合物、シアナミド亜鉛系化合物、ホウ酸塩化合物、ニトロ化合物、複合酸化物が挙げられる。
前記防錆顔料は1種または2種以上用いることができる。
本発明の組成物は、炭素系ナノ材料(c)の電気防食作用を補う目的で、亜鉛粉末(b)および炭素系ナノ材料(c)以外の導電性材料を含有してもよい。前記導電性材料としては、例えば、酸化亜鉛、亜鉛粉末(b)以外の金属粉末、炭素系ナノ材料(c)以外の炭素粉末が挙げられる。
前記金属粉末としては、例えば、Fe-Si粉、Fe-Mn粉、Fe-Cr粉、磁鉄粉、リン化鉄が挙げられる。前記金属粉末の市販品としては、例えば、フェロシリコン(商品名;キンセイマテック(株)製)、フェロマンガン(商品名;キンセイマテック(株)製)、フェロクロム(商品名;キンセイマテック(株)製)、砂鉄粉(商品名;キンセイマテック(株)製)、フェロフォス2132(商品名;オキシデンタルケミカルコーポレーション製)が挙げられる。
本発明の組成物において、前記(b)および(c)以外の導電性材料の含有量は、亜鉛粉末(b)100質量部に対して、好ましくは0~60質量部、より好ましくは2~50質量部である。このような態様であると、塗膜の電気防食効果を高め、防錆性を向上させる点で好ましい。
本発明の組成物は、亜鉛粉末(b)および炭素系ナノ材料(c)以外の無機粉末をさらに含有してもよい。前記無機粉末としては、例えば、亜鉛化合物粉末(ただし、酸化亜鉛、リン酸亜鉛系化合物、亜リン酸亜鉛系化合物、シアナミド亜鉛系化合物を除く)、鉱物粉末、アルカリガラス粉末、熱分解ガスを発生する無機化合物粉末が挙げられる。
本発明の組成物は、400~800℃の軟化点を有し、Li2O、Na2OおよびK2Oの含有量の合計が12質量%以下であるガラス粉末を含有してもよい。前記ガラス粉末は、塗膜が高温、例えば400~900℃で加熱された際に亜鉛の酸化防止剤として作用する。
本発明の組成物は、モリブデン(金属モリブデン)、モリブデン化合物の一方または双方を含有してもよい。これらは、亜鉛の酸化防止剤(いわゆる白錆抑制剤)として作用する。
モリブデン、モリブデン化合物の一方または双方を用いる場合、モリブデンおよびモリブデン化合物の含有量の合計は、亜鉛粉末(b)100質量部に対して、好ましくは0.05~5.0質量部、より好ましくは0.3~3.0質量部、さらに好ましくは0.5~2.0質量部である。含有量が前記範囲にある場合、充分な亜鉛の酸化防止作用が得られるとともに、亜鉛粉末(b)の防錆能力の活性の低下を防ぎ塗膜の防錆性を維持することができる。
本発明の組成物は、添加剤を含有してもよい。添加剤とは、塗料や塗膜の性能を向上させ、または保持するために用いられる材料である。添加剤としては、例えば、沈降防止剤、乾燥剤、流動性調整剤、消泡剤、分散剤、色分れ防止剤、皮張り防止剤、可塑剤、紫外線吸収剤が挙げられる。
添加剤は1種または2種以上用いることができる。
沈降防止剤の含有割合は、本発明の組成物が後述する2液型組成物の場合、顔料ペースト成分中において、通常は0.5~5.0質量%、好ましくは1.0~4.0質量%である。沈降防止剤の含有割合が前記範囲にあると、顔料成分の沈殿が少なく、顔料ペースト成分と主剤成分とを混合する際の作業性の点で好ましい。
本発明の組成物は、亜鉛粉末(b)の分散性が向上すること、また塗装工程において鋼板へのなじみ性が良く、鋼板との密着性に優れた塗膜が得られることから、有機溶剤を含有することが好ましい。
有機溶剤は1種または2種以上用いることができる。
本発明の一次防錆塗料組成物は、2液型組成物として通常用いられる。すなわち、前記塗料組成物は、通常、主剤成分(ビヒクル)と顔料ペースト成分とから構成される。使用前は主剤成分と顔料ペースト成分とを別容器に保存しておき、使用直前にこれらを充分に撹拌・混合して、一次防錆塗料を調製することが好ましい。
本発明の一次防錆塗膜付き基板は、鋼板などの基板と、前記基板表面に形成された、本発明の一次防錆塗料組成物からなる一次防錆塗膜とを有する。一次防錆塗膜の平均乾燥膜厚は、通常は30μm以下、好ましくは5~25μm、より好ましくは5~17μm、特に好ましくは5~10μmである。平均乾燥膜厚は、例えば、電磁式膜厚計を用いることによって測定することができる。
本発明の組成物は、船舶、海洋構造物、プラント、橋梁、陸上タンク等の大型鉄鋼構造物における鋼板加工工程で行われる鋼板の前処理での使用に適している。
エチルシリケート40(コルコート(株)製;SiO2換算分=40質量%)31.5g、工業用エタノール10.4g、脱イオン水5g、および35質量%塩酸0.1gを容器に仕込み、50℃で4時間40分攪拌した後、イソプロピルアルコール53gを加えて、アルキルシリケートの縮合物1を含有する溶液(SiO2換算分=12.6質量%)を調製した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法で縮合物1の重量平均分子量(Mw)を測定したところMw=2,500であった。
なお、GPCの測定条件は、以下のとおりである。縮合物サンプルを少量取りテトラヒドロフランを加えて希釈し、さらにその溶液をメンブレムフィルターで濾過して、GPC測定サンプルを得た。
・装置:日本ウォーターズ社製 2695セパレ-ションモジュール
(Aliance GPC マルチシステム)
・カラム:東ソー社製 TSKgel Super H4000
TSKgel Super H2000
・溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
・流速:0.6ml/min
・検出器:Shodex RI-104
・カラム恒温槽温度:40℃
・標準物質:ポリスチレン
沈降防止剤として1.0部のTIXOGEL MPZ(商品名;Rockwood Clay Additives GmbH製)と、(b)および(c)以外の無機粉末として18.3部のセラミックパウダーOF-T(商品名;キンセイマテック(株)製、カリ長石)と、0.7部のスーパーSS(商品名;丸尾カルシウム(株)製)と、(b)および(c)以外の導電性材料として1.0部の酸化亜鉛3種(商品名;ハクスイテック(株)製)と、有機溶剤として6.1部のキシレンと、5.7部の酢酸ブチルおよび8.4部のイソブチルアルコールとを、ポリエチレン製容器に仕込み、ガラスビーズを加えてペイントシェーカーにて3時間振とうした。次いで、亜鉛粉末(b)として3.4部のSTANDART Zinc Flake GTT(商品名;ECKART GmbH製)と、17.0部のF-2000(商品名;本荘ケミカル(株)製)とを加えて、さらに5分間振とうして、顔料成分を分散させた。その後、80メッシュの網を用いてガラスビーズを除去して顔料ペースト成分を調製した。
配合組成を表1に記載したとおりに変更したこと以外は調製例2-1と同様にして、顔料ペースト成分を調製した。なお、炭素系ナノ材料(c)は、有機溶剤を添加する際に添加した。
・STANDART Zinc Flake GTT:鱗片状亜鉛粉末、メディアン径(D50)=8.5μm、平均厚さ=0.4μm、アスペクト比(メディアン径/平均厚さ)=21)、ECKART GmbH製
・F-2000:球状亜鉛粉末、メディアン径(D50)=5μm、本荘ケミカル(株)製
・LFボウセイ PM-303W:リンモリブデン酸アルミニウム亜鉛系無機化合物、キクチカラー(株)製
・Genable 1031:グラフェンのキシレン/樹脂分散液、グラフェン固形分10質量%、メディアン径(D50)=1~3μm、Applied Graphene Materials plc製
・Genable 1231:グラフェンのキシレン/樹脂分散液、グラフェン固形分1質量%、メディアン径(D50)=5~6μm、Applied Graphene Materials plc製
・Graphene Dispersion in NMP:グラフェン4質量%(N-メチル-2-ピロリドン 94.9質量%)、粒子径0.5~5μm(長さ方向)、ACS Material社製
・Carbon Nanotube Single-walled (>85%) below 3nm(Average diam.), over 5μm(Average length):単層カーボンナノチューブ、平均直径3nm以下、平均繊維長5μm以上、東京化成工業(株)製
・Fullerene C60:C60フラーレン、純度99.0%以上、東京化成工業(株)製
・土状黒鉛:グラファイト、西村黒鉛(株)製
調製例1で得られた、アルキルシリケートの縮合物1を含有する溶液と、表1記載の配合割合で調製された顔料ペースト成分とを、各々の含有成分の比率が表1記載の割合(質量基準)にて混合し、一次防錆塗料を調製した。
塗膜の平均乾燥膜厚が8μmとなるようにライン塗装機(装置名:SP用コンベア塗装機、竹内工作所(株)製)のライン条件(ライン速度:10m/min、塗装圧力:0.2MPa)を調整した。このライン条件で、実施例および比較例で得られた一次防錆塗料を用いて、以下のようにして試験板を作成し、評価を行った。
サンドブラスト処理板(JIS G3101、SS400、寸法:150mm×70mm×2.3mm)のブラスト処理面に、ライン塗装機を用いて一次防錆塗料を塗装した。次いで、JIS K5600 1-6の規格に従い、温度23℃、相対湿度50%の恒温室内で1週間乾燥させて、平均乾燥膜厚8μmの一次防錆塗膜と前記処理板とからなる試験板を作成した。平均乾燥膜厚は、電磁式膜厚計「LE-370」(商品名;(株)ケット科学研究所製)を用いて測定した。
10:発錆を認めない、または発錆の面積比率は0.01%以下
9:極僅かな発錆、または発錆の面積比率は0.01%を超え0.03%以下
8:僅かな発錆、または発錆の面積比率は0.03%を超え0.1%以下
7:発錆の面積比率は0.1%を超え0.3%以下
6:明瞭な点錆、または発錆の面積比率は0.3%を超え1%以下
5:発錆の面積比率は1%を超え3%以下
4:発錆の面積比率は3%を超え10%以下
3:発錆の面積比率は10%を超え1/6(16%)以下
2:発錆の面積比率は1/6(16%)を超え1/3(33%)以下
1:発錆の面積比率は1/3(33%)を超え1/2(50%)以下
0:発錆の面積比率はほぼ1/2(50%)を超え100%まで
10:白錆を認めない、または白錆の面積比率は0.01%以下
9:極僅かな白錆、または白錆の面積比率は0.01%を超え0.03%以下
8:僅かな白錆、または白錆の面積比率は0.03%を超え0.1%以下
7:白錆の面積比率は0.1%を超え0.3%以下
6:明瞭な白錆の点、または白錆の面積比率は0.3%を超え1%以下
5:白錆の面積比率は1%を超え3%以下
4:白錆の面積比率は3%を超え10%以下
3:白錆の面積比率は10%を超え1/6(16%)以下
2:白錆の面積比率は1/6(16%)を超え1/3(33%)以下
1:白錆の面積比率は1/3(33%)を超え1/2(50%)以下
0:白錆の面積比率はほぼ1/2(50%)を超え100%まで
Claims (5)
- 一次防錆塗料組成物であって、
アルキルシリケートおよびアルキルトリアルコキシシランから選択される少なくとも1種の化合物の縮合物であるシロキサン系結合剤(a)と、
亜鉛粉末(b)と、
グラフェン(ただし、無機粉末を被覆しているグラフェンを除く。)、フラーレンおよびカーボンナノチューブから選択される少なくとも1種の炭素系ナノ材料(c)とを含有し、
前記亜鉛粉末(b)100質量部に対する前記炭素系ナノ材料(c)の含有量が、0.0001~0.5質量部であり、
前記一次防錆塗料組成物固形分中の前記亜鉛粉末(b)の含有割合が10~38質量%である
一次防錆塗料組成物(ただし、アクリルラテックスを含む組成物を除く。)。 - 前記亜鉛粉末(b)が、鱗片状亜鉛粉末および球状亜鉛粉末を含有し、かつ
前記亜鉛粉末(b)中の前記鱗片状亜鉛粉末の含有割合が3~45質量%である、
請求項1に記載の一次防錆塗料組成物。 - 炭素系ナノ材料(c)が、グラフェンを含む請求項1または2に記載の一次防錆塗料組成物。
- 基板と、
前記基板表面に形成された、請求項1~3のいずれか1項に記載の一次防錆塗料組成物からなる一次防錆塗膜とを有する一次防錆塗膜付き基板。 - 基板表面に、請求項1~3のいずれか1項に記載の一次防錆塗料組成物を塗装する工程、および塗装された前記一次防錆塗料組成物を硬化させて一次防錆塗膜を形成する工程を有する、一次防錆塗膜付き基板の製造方法。
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