JPH02133480A - 表面処理液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐候性鋼の表面に処理して、防錆効果を発揮し
つつ、耐候性鋼特有の防錆的保護膜をその表面に形成さ
せるための表面処理液に関するものである。

耐候性鋼は、−船釣にＣｕ、Ｃｒ、Ｐ、旧等の合金元素
を必要に応じ少量添加した低合金鋼であり、これを裸の
まま屋外に放置すると、１〜２年間は黄褐色のいわゆる
赤錆を流出するが、以後徐々に錆の量が減少するととも
に腐食量も少なくなり、やがては錆層が緻密で安定な防
錆的保護作用のあるものに変化する特性を有する低合金
鋼である。

この緻密で安定な、防錆的保護作用のある１ｌＪＮは安
定化錆層といわれるもので、Ｆｅ”　（鉄２価イオン）
およびＦｅ””　（鉄３価イオン）の酸化物を主体とし
、さらに耐候性鋼素材の腐食（溶解）により生ずるＣｕ
、Ｃｒ、Ｎｉ、　Ｐ等の合金成分を少量含んだ組成を有
するもので、大気中において非常に安定な錆層であり、
以後の耐候性鋼の腐食を抑制する効果がある。

このような理由から最近、建、構築物の耐候性鋼を塗装
をしないで裸のままで使用している例が多く見られる。

しかし、耐候性鋼を裸で使用した場合には、上述したよ
うに、初期には赤錆を流出するため、建、構築物の周囲
にあるモルタル、コンクリート、ガラス、木材、あるい
は他の金属の表面を汚染し、しばしば問題となるところ
である。

このような周囲を汚染する初期の赤錆を防止しつつ耐候
性鋼の緻密な安定化錆層を形成させるために特公昭５３
−２２５３０、特公昭５６−３３９９１、特公昭６２−
５８６３５のような耐候性鋼の表面処理方法が開発され
ている。

これら３つの処理方法のうち、特公昭６２−５８６３５
による方法は、耐候性鋼の表面に処理（塗布）する処理
液の主成分の１つである樹脂として、特公昭５３−２２
５３０および特公昭５６−３３９９１と全く異なった樹
脂を用いるものであり特公昭５３−２２５３０．特公昭
５６−３３９９１およびこの２つの耐候性鋼の表面処理
方法で使用される処理液が抱える問題点を改良した当発
明とは全く異なった方法による耐候性鋼の表面処理方法
である。

特公昭５３−２２５３０による処理方法は、Ｆｅ２Ｏ、
およびＦｅ、０４の酸化鉄、燐酸およびブチラール樹脂
単独あるいはブチラール樹脂およびブチラール樹脂と相
溶性を有する樹脂を主成分とする処理液をスプレー塗り
（処理液を空気圧にて霧化させて塗る方法）あるいはへ
ケ塗りなどいわゆる一般の塗料の塗装作業で用いられる
方法により耐候性鋼の表面に皮膜（以下、耐候性鋼の表
面処理により得られる皮膜を処理膜という、）を形成す
るものである。

この処理方法を耐候性鋼に施すことにより、耐候性鋼表
面に形成された処理膜が水分、あるいは塩素イオン、硫
酸イオンなどを含む腐食性物質の透過を抑制して初期の
赤錆を防止する。一方、処理膜が水分の透過を抑制する
反面、処理膜中を透過した少量の水分は耐候性鋼に発錆
もたらすが、発錆速度が遅いので、処理膜中のＦｅ２Ｏ
３および、耐候性鋼中のＣｕ、Ｃｒ、Ｐ、Ｎｉと充分結
びつき、安定化錆にいたる時間を短縮する。また、処理
膜中に含有された燐酸（Ｈ３ＰＯ１＞の作用により燐酸
鉄が形成され、安定化錆の付着性を向上させ、がっ、以
後生ずる安定化錆の粒子を８ＩＪ、細にする。さらに、
処理液の成分として、Ｆｅ＝Ｏｔ、およびＰｂ、Ｎｉ、
Ｃｕ、Ｐ、Ｚｎ、Ｃｒ等の単体もしくは化合物、および
八！、Ｆｅ、Ｎａ、　Ｚｎ、Ｍｎ　　等の第一燐酸塩、
のうちから１種以上を使用することにより、これらの金
属成分を処理膜中に含有させ、安定化錆の付着性、防錆
的保護作用をより強くするとされている。

しかし、過去十数年間の実験室レベルでの試験あるいは
実物件への施工実績の経験によると、特公昭５３−２２
５３０による処理方法は必ずしも耐候性鋼の表面処理方
法として万全なものではなく、次のような問題点を抱え
ることがわかっている。

即ち、特公昭５３−２２５３０に基く表面処理液は、特
殊な組成の表面処理液であるため一般の塗料と比較して
、耐候性鋼の表面に形成される処理膜の厚みが１０μ前
後と薄い、これは一般の塗料の塗装で得られる皮膜の厚
み４０〜５０μと比較すると極めて薄く、このままでは
、腐食性物質の透過を抑制して初期の赤錆を防止する効
果は非常に小さい、従って、充分な赤ｊｉ１＃５止の効
果を発揮する処理膜の厚みを得るためには、通常３〜４
回の処理を繰り返すことが必要である。さらに、実物件
においては、鋼板のエツジ部あるいは接合コーナ一部な
ど、３〜４回の処理を繰り返しても充分な処理膜厚が得
られない部位があり、このような部位においては充分な
赤錆防止の効果を発揮させるためには５回以上の処理が
必要となり、工程的に大きな問題となる。

特公昭５３−２２５３０のこの問題点を改良したものと
して特公昭５６−３３９９１が提案されているにれによ
れば、特公昭５３−２２５３０の問題点を解決するため
に、特公昭５３−２２５３０による表面処理をした後、
さらにその上に耐久性の優れた塗料（ＰＡえばアクリル
樹脂塗料）を塗布することを特徴とするが、これは単に
耐候性鋼の表面処理膜の上に、その処理膜の保護層を形
成するに留どまり、耐候性鋼の安定化錆層を形成する目
的を持つ表面処理液としてのの根本的解決にはなってい
ない。

本発明は、現在実用化されている耐候性鋼の表面処理方
法において、使用される処理液が上述の問題点を抱える
ことに着目して、１０μ程度の処理膜の厚みでも、初期
の赤錆を抑制しつつ早期に安定化錆を形成することがで
きる耐候性鋼の表面処理液を見いだしたものである。以
下に、本発明が技術的に解決した点を述べる。

特公昭５３−２２５３０による処理液が１回の処理では
１０μ程度の処理膜の厚みしか得られず、従って充分な
赤錆防止効果が発揮出来ないという欠点を抱える理由は
、特公昭５３−２２５３０による処理液がその主成分の
一つとして使用する酸化鉄Ｆｓ、Ｏ，の運択に問題があ
る。

即ち、特公昭５３−２２５３０における処理液中で耐候
性鋼の安定化錆層形成の主成分として使用されている酸
化鉄Ｆｅ、Ｏ，は、粒子の径（粒径）が数μの球形粒子
であり、この球形粒子が凝集して２次粒子、３次粒子、
４次粒子・・・・というように成長して、最終的には５
次粒子から１０次粒子の形となっており、粒径としては
数十〜数百μ程度の大きさとなっている。

従って、この凝集したＦｅｚＯ１を処理液の成分として
使用するためには、特公昭５３−２２５３０では全く言
及されていないが、サンドミル、ボールミル、ロールミ
ル等の一般に塗料の製造の際使用される分散機を用いて
、３次粒子から５次粒子にまでほぐして粒子の径を数十
μ程度に分散することが必要である。

一方、特公昭５３−２２５３０では、処理液中の樹脂成
分としては、耐候性鋼の表面処理という特殊性からブチ
ラール樹脂単独あるいはブチラール樹脂主体の混合樹脂
としているが、ブチラール樹脂は粘性が高いことから、
一般塗料樹脂に比べて粘度調整のための希釈用溶剤を多
く必要とし、処理液中における、ブチラール樹脂を主体
とする固形分（不揮発分）が低くなり、１回当たりの処
Ｆｌ膜の厚み（処理膜厚）が小さくなる。このような特
性を持つブチラール樹脂中に一般的な球形り子のＦｅ２
Ｏ３を分散させて得られる処理液は、すでに述べたよう
に、＃４候性鋼の表面に形成される処理膜が薄いという
欠点がある。

発明者らは、このような特公昭５３−２２５３０による
処理液の欠点を改良するために検討を重ねた結果、一般
の球形状の酸化鉄Ｆｅｍ０．の全部または一部を、特殊
な形状の酸化鉄Ｆｅ＋Ｏ＝に置き変え、さらに、この特
殊な形状の酸化鉄Ｆｅ２Ｊを充分管理された方法にて分
散して処理液の成分とすることにより、１回の処理での
処理膜の厚みが１０μ程度であっても、腐食性物質の透
過防止効果があり、従って初期の赤錆防止効果が極めて
優れる処理液が得られることを見いだした。

つまり、当発明による耐候性鋼の表面処理液は、耐候性
鋼の安定化錆層形成のための主成分の１つに、粒子の径
と厚みとの比が、粒子の径／厚み−５，０以上の鱗片状
の結晶構造を有する鱗片状Ｆｅ、Ｏ，を使用し、しがも
この鱗片状構造を破壊しないようにして処理液中に分散
せしめることを特徴とする。

次に、当発明による処理液が、１０μ程度の厚みでも充
分な赤錆防止効果を発揮する理由について説明する。

耐候性鋼に初期の赤錆を発生させる要因は、いわゆる腐
食性物質といわれる水分や、塩素イオンあるいは硫酸イ
オンを有する化合物であるから、初期の赤錆を防止する
ためには、処理膜にこれら腐食性物質の急激な透過を防
止する効果があればよい、当発明による処理液の主成分
として使用する鱗片状Ｆｅ２Ｏ３はその結晶構造の特性
から、これを含有する処理膜は一般の球形状Ｆｅ２Ｏ３
を含有する処理膜に比べて透水量が第１図の如く小さい
ことが実験室的にも明らかであり、塩酸イオン、硫酸イ
オンの透過性についても同様のことがいえる。

これを模式的に示したのが第２図である。

第２図で明らかなように、鱗片状Ｆｅ２Ｑ）を含有する
処理膜では、処理膜の厚みが１０μ程度であってら、水
分およびその他の腐食性物質の透過が抑制され、従って
耐候性鋼の初期の急激な腐食が抑制されるため耐候性鋼
の表面に徐々に安定化錆層が形成されることに寄与する
ことになる。

このように、鱗片状Ｆｅ２Ｏ，はその結晶構造が鱗片状
であるという特性から腐食性物質の透過を抑制する効果
を発揮するものであるから、この鱗片状Ｆｅ２］、を処
理液の成分とするにあたっては、その鱗片状構造を破壊
しないようにする必要がある。

従って、鱗片状Ｆｅ、Ｏ＝を分散して処理液の成分とす
るには、一般の塗料の分散に使用される、大きな剪断力
と利用するサンドミル、ボールミル、ロールミル等の分
散機よりも、デイスパーあるいはデイシルバー等の高速
撹拌機による方法が好ましい、もちろん、分散中におけ
る鱗片状Ｆｅ２０ｙの粒子の径の管理が充分に行われ鱗
片状構造が破壊されないように分散時間、分散量がコン
トロールされる場合には一般の塗料と同様にサンドミル
、ロールミル、ボールミル等の分散機が使用可能である
。

次に、当発明による処理液において、その主成分として
使用する鱗片状Ｆｅ２Ｏ，、燐酸、ブチラール樹脂単独
あるいはブチラール樹脂およびブチラール樹脂と相溶性
を有する樹脂、またこれら主成分の働きを助長するため
に使用するＰｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｚｎ、Ｃｒ等の単体
もしくは化合物、Ａｌ、Ｆｅ、Ｎａ、Ｚｎ、Ｍｎ等の第
−燐酸塩等の添加量について説明する。

特許請求の範囲において、鱗片状Ｆｅ２Ｏ，の含有率を
５〜７０％としたのは、５％未満では少なすぎて腐食性
物質のと透過防止に充分な効果がなく初期の赤錆が流出
し、逆に７０％を越えると処理膜が脆くなりキズがつき
易く耐候性鋼への付着性が極端に悪くなって実用１適さ
ないからである。

特許請求の範囲２で示した様に鱗片状Ｆｅ２Ｏ３を５％
以上含有する範囲で、鱗片状Ｆｅ、０＋の他に、Ｆｅ、
Ｏ，およびＰｂ、Ｎｉ、Ｚｎ、　Ｃｒ等の単体もしくは
化合物およびＡｌ、Ｆｅ、Ｎａ、Ｚｎ、Ｍｎ等の第一燐
酸塩のうちから１種以上を添加することにより、生成す
る安定化錆層の粒子をＶ＆綱にし、より緻密な安定化錆
層を生成することができるが、これらＦｅコ０（、Ｐｂ
、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐ、　Ｚｎ、　Ｃｒ等の単体もしくは化
合物およびＡｌ、Ｆｅ、Ｎａ、Ｚｎ、Ｍｎ等の第一燐酸
塩のうちから１種以上の添加量は鱗片状Ｆｅ、０．の添
加量が５％以上ならば特に制限ないが、これらの添加量
と鱗片状Ｆｅｒｎｓの添加量の合計が７０°６以下であ
ることが必要である。それは、その合計が７０％を越え
ると、処理膜が脆くなり、耐候性鋼への付着性が悪くな
るからである。

燐酸の添加範囲を０．０１〜５％としたのは、０．０１
未満では全く効果が認めちれず、また逆に５％を越える
と皮膜がべとつき実用に適さないからである。鱗片状Ｆ
ｅ２Ｏ３および必要に応じて添加する、Ｐｂ、Ｎｉ、　
Ｃｕ、Ｐ　、　Ｚｎ、Ｃｒ等の単体もしくは化合物を処
理液中に均一に分散させるてめには、これらの粒子表面
を被覆する樹脂が必要であるが、この樹脂としてはブチ
ラール樹脂単独あるいはブチラール樹脂およびブチラー
ル樹脂と相溶性を有する樹脂を使用する。それは、これ
ら樹脂が鱗片状Ｆｅ、Ｏ＝およびｐｂ、旧、Ｃｕ、　Ｐ
　、　Ｚｎ、Ｃｒ等の単体もしくは化合物を均一に安定
に分散させる効果があり、さらに燐酸、溶剤、その他の
処理液成分と容易に混合するからである。かつ、これら
樹脂を使用した処理液を耐候性鋼上に処理するにあたっ
てスプレー塗りやハゲ塗りが簡星に行え、乾燥時間が短
く、さらに下塗り用として当発明による処理液を使用し
た場合、上塗り塗料の付着性が良い等の理由によるもの
である。さらに、これら樹脂の添加量を３〜３０％にし
たのは、３％未満でちると皮膜が脆くなってキズつき易
くまた、３０？（を越えると鱗片状Ｆｅ、０．およびＰ
ｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｚｎ、Ｃｒ等の単体もしくは化合
物の比率が小さくなって赤錆防止の効果、安定化錆層生
成の効果が失われたり、あるいは溶剤の比率が小さくな
って処理液の粘性が高まり作業性が悪くなり、かつ皮膜
の乾燥に時間を要するためである。

なお、当発明による処理液にはその貯蔵安定性あるいは
スプレー塗りやハゲ塗りなどの作業性を高めるために一
般の塗料に用いられる助剤例えば分散剤、沈降防止剤、
増粘剤、潤滑剤を用いることが可能である。

以下に、実施例、比較例にて本発明を具体的に示すが、
本発明がこれら実施例、比較例に限定されるものではな
い。

なお、数値は特にことわりない限り％（重量百分率）を
示す。

〈実施例１〉　　　　　　　　〈実施例２〉ブチラール
樹脂　１０　　ブチラール樹脂　１５鱗片状Ｆｅ２ｕｓ
　　　３０　　　フェノール樹脂　　５燐酸　　　　　
　　２　　鱗片状ＦｅｚＯ＋　　　　３０イソプロピル
アルコール　　　　　２９　　　　り　ローム＜粉末’
）　　　　３）・ルオール　　　」」　燐　酸　　　　
　　３１００　　　　イソブＵビルアルコ−ｈ　　　　
　　２４キジロール　　　２０ 〈実施例３〉 ブチラール樹脂 鱗片状ＦｅｔＯ３ Ｆｅ＝Ｏ＋ クローム酸鉛 燐酸 ブタノール ドルオール 〈実施例５〉 ブチラール樹脂 鱗片状Ｆｅ２Ｏ３ 第一燐酸アルミニウム 燐酸 ブタノール ドルオール 〈実施例４〉 ブチラール樹脂 メラミン樹脂 鱗片状Ｆｅ２Ｏ。

Ｆｅ２Ｏ，（球形） クローム酸鉛 燐酸 ブタノール トルオ−ル キシロール 〈実施例６〉 ブチラール樹脂　２０ 鱗片状Ｆｅ、Ｊ　　　３０ クローム酸亜鉛　　５ 燐酸　　　　　　　２ 沈降防止剤　　　　１ ブタノール　　　２０ ドルオール　　　２２ 〔比較例１〕 ブチラール樹脂 Ｆｅ、０．　（球形） Ｆｅ、Ｏ。

燐酸 イソブコビルアルコール トルオール 〔比較例３〕 ブチラール樹脂 鱗片状Ｆｅ２Ｏ。

Ｆｅ、Ｏ。

燐酸 ブタノール ドルオール 〔比較例２〕 ブチラール樹脂　１０ メラミン樹脂　　５ 鱗片状Ｆｅ２Ｏ，３０ Ｆｅ、０．　　　　　　’）　０ 燐ｖｉ１０ ブタノール　　　１０ ドルオール　　　１５ 〔比較例４〕 ブチラール樹脂　８ フェノール樹脂　　２ 鱗片状Ｆｅ２Ｊ　　　３０ クローム酸亜鉛　　５ 燐酸　　　　　０．００５ ブタノール　　　２０ キジロール　３４．９９５ 実８！例１〜６および比較例１〜４の処理液は次の方法
にて作成した。

実施例１　　　デイシルバーによる高速撹拌１ノ３１ノ ｎ　　５　　　　サンドミルによる分散ｕ　　５　　　
　ロールミルによる分散なお、実施例５および実施例６
の分散は、鱗片状Ｆｅ、０．の粒子の径と厚みとの比が
、粒子の径／厚み＝５０未満にならないようなサンドミ
ルおよびロールミルのそれぞれの分散条件（分散時間、
分散量）を予めテストにて決定しておいてから行った。

比較例１　　　サンドミルによる分散 （−殻の塗料と同じ分散方法） ｎ　　２　　　　デイシルバーによる高速撹拌ノｔ３ｎ ノｒ４ｎ 上記の方法で作成した処理液のうち、比較例２と比較例
３の処理液は次の理由により以後の試験から除外した。

比較例２　皮膜がベトつき、実用に適さない比較例３　
皮膜が脆く、素地（耐候性鋼）への付着性が悪い。

厚さ３．２鵬−１大きさ１００×２００−簡の耐候性鋼
板（ＪＩＳ　Ｇ−３１２５品）を８枚用意し、これをシ
ョツトブラスト処理して表面のミルスケールを完全に除
去した後、実施例１〜６および比較例１と４の計８種類
の処理液をエアースプレーにて塗布し、耐候性鋼の表面
に膜厚１０μの皮膜を形成せしめた。

これら８種類の試料を工業地帯に暴露して、１８０日間
のｉＩＩ察を続けた結果、実施例１〜６および比較ＩＮ
４の試料は外観１何の変化もなく良好であったが、比較
ＦＡ１の試料は約３０日後位から赤錆が発生し始め、徐
々に広がり、１８０日後にはほぼ全面に赤錆が発生した
。特に、処理膜の厚みが薄いエツジ部では赤錆の発生が
閉著であった。

その後引き続きｊ％露した結果、約１年後には実施例１
〜６のものは黒褐色の錆（安定化錆）が約２０％形成さ
れ、以後徐々に安定化錆の占める面積が増加し、約２年
後番こは完全な安定錆を形成したのに対し、比較例４の
試料では約１年後位から、赤錆を発生し始め、黒褐色の
酸化鉄（安定化錆）を形成するには至らなかった。

（発明の効果） 本発明による表面処理液を、耐候性鋼が用いられた橋梁
、建築、鉄塔、水門などに利用することにより、１回の
処理工程（塗布工程）で、初期の赤錆の流出を抑え、緻
密な安定化錆層を早期に形成することができるので、耐
候性鋼の表面処ＦＩ液としての利用価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、球形状ＦｅｚＯ−と鱗片状Ｆｅ２Ｏ３の透水
量の差を示し、第２図は、鱗片状Ｆｅ２Ｏ３が腐食性物
質の透過を防止する効果を図示したものである。 特許出願人　　株式会社アール・シイ・アイ代表者　　
用地　昇 図面の浄書（内容に変更なし） 図面 手続補正音（方式） （水分、塩素イオン、硫酸イオンその他）】、事件の表
示 ２、発明の名称 ３、補正をする者 事件との関係 住所（居所） 氏名　（名称） 昭和６３年特許願第６３−２８６８３５表面処Ｊ！液 特許上原人 〒１４２　　東京部品川区西中延２丁目２番地３号株式
会社　アール・シイ・アイ ４、代理人 住所（居所） 氏名　（名称） ５、補正命令の日付 ６、補正の対象 ７、補正の内容 平成１年　３月　７日 図面 願書に最初に添付した図面の浄書 鉄素地

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　粒子の径と厚みとの比が、粒子の径／厚み＝５．０
   以上の鱗片状結晶構造を有するＦｅ＿２Ｏ＿３を５〜７
   ０％、燐酸０．０１〜５％、ブチラール樹脂単独あるい
   はブチラール樹脂およびブチラール樹脂と相溶性を有す
   る樹脂３〜２０％、残部を溶剤よりなる耐候性鋼の表面
   処理液。 ２　粒子の径と厚みとの比が、粒子の径／厚み＝５．０
   以上の鱗片状結晶構造を有するＦｅ＿２Ｏ＿３を５．０
   ％以上含有し、さらに鱗片状Ｆｅ＿２Ｏ＿３に加えてＦ
   ｅ＿３Ｏ＿４、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐ、Ｚｎ、Ｃｒ等の
   単体もしくは化合物、およびＡｌ、Ｆｅ、Ｎａ、Ｚｎ、
   Ｍｎ等の第一燐酸塩、のうちから１種以上を含有し、こ
   の一種以上の含有物と鱗片状Ｆｅ＿２Ｏ＿３とを含めた
   総含有量が５〜７０％、燐酸０．０１〜５％、ブチラー
   ル樹脂単独あるいはブチラール樹脂およびブチラール樹
   脂と相溶性を有する樹脂３〜２０％、残部を溶剤からな
   る耐候性鋼の表面処理液。