JPH0330875A - 水系無機塗料の焼付方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、各種金属製品、及びガラス、セラミックス、
タイル、スレートなどの無機質材料の表面に水系無機塗
料により形成された塗膜に、ブッ、ワレ、及び剥離等を
生じせしめない新規な焼付は方法に関するものである。

（従来の技術） アルカリ珪酸塩系セラミックコーティング剤を初めとす
る水系無機塗料は、その高い耐食性、耐薬品性、耐摩耗
性、耐候性、耐熱性、さらには従来の有機塗料の塗膜外
観とは趣を異にした意匠性を特長とすることから、建材
や構造材の分野で大きな注目を集めている。特に同じ様
な耐候性、耐摩耗性、耐食性、耐薬品性を目的として注
目を集めているフッ素樹脂塗料に比べて水系無機塗料は
コスト的に安価で、かつ同等の性能を有している。

しかし水系有機塗料を含めて水系塗料全般にみられる塗
装作業上の欠点が本塗料においても該当する。すなわち
塗料溶剤に水を使用する限り溶剤としての水の物理的挙
動を大きく制御することができないために、塗膜は塗装
時、及び焼付けまでのセツティング時の温度、湿度など
の環境条件の影響を大きく受けることにより、塗膜から
の水分の蒸発挙動が環境によって異なり塗膜外観を太き
（変動させるということである。また特に水系無機塗料
の場合では、有機塗料に比べて水分蒸発による塗膜の粘
度上昇が極めて太き（、これら環境条件の影響をより顕
著に受けるだけでなく、焼付は時の昇温方法についても
充分な注意を払う必要がある。

通常の塗装ラインは塗装後に１０〜２０分程度のセツテ
ィングゾーンが設けてあり、しかも熱風焼付は炉等に直
結しているために、このセツティングゾーンから高温の
乾燥炉に至るまでの区間は高温低質の乾燥しやすい雰囲
気となっている。また、通常の熱風式焼付炉は、その温
度分布を詳細に制御できるようには設計されていない。

（発明が解決しようとする課題） 従ってこの様な実際の塗装設備を考慮して、水系無機塗
料の塗装作業性の問題点を具体的にまとめると次のよう
になる。

１、セツティングゾーンにおいて塗膜の不完全な乾燥、
収縮、及び硬化が起こり、焼付は後に微細なりラックを
伴った外観となる。

２．１に述べた不完全な乾燥状態では、素材と塗膜との
密着性が充分得られないので素材によってはセツティン
グ後、もしくは焼付は後に剥離が生じる。

３、塗料（特にアルカリ珪酸塩系クリア塗料）＆ζよっ
ては、たとえセツティング時の塗膜の不完全な乾燥がな
くても、熱風乾燥時などに雰囲気の流れ（風）が存在す
ると２と同様な剥離を生じるものがある。

４、常温から直接焼付は温度に加熱すると塗膜にフクレ
が生じる。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは水系無機塗料による塗装の際に見られる前
述の問題点を解決するために、セツティング時の塗膜の
乾燥挙動、並びに焼付は時の水分蒸発挙動を詳細に検討
した結果、セツティングゾーンに赤外線加熱装置を設け
ることによりセツティング時間を短縮し、かつこの赤外
線加熱による昇温速度の大きな予備加熱を行った後に通
常の加熱炉で最終的な焼付けを行なうことにより、ブッ
、クラック、及び剥離の無い、ツヤのある良好な塗膜外
観を再現性良く得ることができた。

以下に本発明の基本的な概念について説明する。

本発明者らは水系無機塗料の最終塗膜外観はそれが得ら
れるまでの各段階における、水分の蒸発挙動に強（影響
されると考え、特に塗装後のセツティング、及び焼付は
時の２つの段階における水分蒸発挙動について鋭意検討
を行った。その結果、塗装後のセツティングについては
、セツティング環境が乾燥状態（例えば温度２０℃、相
対湿度２０％）では湿潤状態（例えば温度２０℃、相対
湿度７０％）に比べ約１５分間のセツティングでカラー
コンピューターにより、塗膜のツヤの度合を代表する光
沢度を測定したところ、その値が５０％減少すること、
さらにセツティング環境がより高乾燥状態（例えば温度
４０〜５０℃、相対湿度２０％）では塗膜のワレや剥離
の発生がみられることより、良い塗膜外観を得るために
はできるだけセツティング時間を短縮することが必要で
あることを見出した。

また水系無機塗料の塗膜性能を充分に発揮させるために
は２３０℃程度の温度での焼付けが必要であるが例えば
アルカリ珪酸塩系の水系無機塗料な示差熱分析等で分析
すると１５０〜１８０℃において水分の蒸発に伴う鋭い
吸熱ピークと重量減少が観察され、事実この付近での昇
温を急激に行うと塗膜のフクレが発生する。従って理想
的には１５０〜１８０℃より低い温度での焼付け（予備
焼付は乾燥）と、それより高い温度での焼付けの２段階
の焼付けを行うことが必要であるという新たな知見も得
ることができたのである。

以上の知見に基づいてさらに検討を進めた結果、本発明
者らは通常の塗装ラインにおいて、水系無機塗料を塗装
するに際し、前述の諸問題を解決し得る適切なる手段と
して塗装後のセツティングゾーン内に改善策を施すこと
、即ち、セツティングゾーン内に赤外線加熱手段を設け
て実質的なセツティング時間の短縮を計り、予備焼付は
乾燥を行なうことを発想するに至ったのである。特にセ
ツティングゾーンにおける予備焼付は乾燥に赤外線加熱
を適用するのは、セツティング時間を全体としてできる
だけ短縮するために急速な加熱方法が求められるのと、
従来の熱風炉では雰囲気の移動（風）が大きく、セツテ
ィング直前の塗装環境を乱してしまうこと、アルカリ珪
酸塩系クリア塗料では「風」により塗膜剥離が生じてし
まうこと、等のためである。また赤外線加熱によるメリ
ットとして、加熱条件を電気的に制御することが可能で
あるために、塗膜外観に最も敏感な第１段目の加熱ゾー
ンの加熱条件を極めて精密に制御することが可能である
、等を挙げることができる。

本発明の方法においては、セツティング時間は極力短縮
化すべきであり、塗装プロセスの都合上やむ得ない場合
は１０分間を限度としてセツティングを行なわなければ
ならない。また焼付けは予備焼付は乾燥と本焼付けの２
段階で行ない、１段目の予備焼付けは昇温速度の大きな
赤外線加熱を用い、被塗物が１０℃／分以上の昇温速度
で１００〜１５０℃に加熱されるまで行なうことで充分
であるが、前記温度範囲内でさらに維持しても差し支え
ない。

ここで予備焼付は乾燥の昇温速度はより好ましくは５０
℃／分以上とすべきである。これは昇温速度が太き（な
ることで予備焼付は乾燥ゾーンが短（てすむために、ス
ペース、及び設備コスト的に有利になるからである。そ
れがための適切な手段としては前述の通り赤外線加熱を
用いることであり、か（して５０℃／分程度の昇温速度
は容易に得ることができる。

さらに２段目の本焼付けは加熱方法は限定されないが、
おおよそ２３０℃、すなわち２００〜２５０℃の温度で
１５〜３０分間保持されることが好ましい。

（イ乍用） セツティング時間を極力短縮することにより、被塗物表
面に近接した未乾燥塗膜部（第１図のイの部分）と未乾
燥塗膜の表面部（第１図の口の部分）の水分含有量をほ
ぼ同様に保持しつつ焼付は乾燥が可能であることが想定
される。つまりセツティング中での水分蒸発は主に塗膜
の表面において起こるため、セツティング時間が長くな
ると塗膜のイ付近に比べ、口付近のみが乾燥状態となっ
て収縮、固化する。この口付近の塗膜の乾燥収縮は塗膜
のワレや剥離となって現れ、しかも焼付は時にはイ付近
の水分が口付近の固化した塗膜を撃ち破って蒸発するの
でフクレとなって現れる。従って焼付は前の塗膜は厚さ
方向の、換言すればイと口の水分含有量が均一であるこ
とが必要となる。

次に予備焼付は乾燥を導入した２段階焼付は法は、上述
に説明したとうり、アルカリ珪酸塩系塗料に代表される
水系無機塗料の１５０〜１８０℃における急激な水分蒸
発を緩和する。従って１段階のみで焼付けを行った場合
のこの温度領域の急激な通過による塗膜のフクレを防止
することができる。

また予備焼付は乾燥に赤外線加熱を用いることにより被
塗物を非常に高速に昇温することができる。もし１０℃
／分未満での緩慢な昇温が行なわれるとその状況は即ち
、長いセツティングに等しい効果をもたらすため、セツ
ティング短縮の作用で既に述べたのと同様に、塗膜の厚
さ方向での不均一な水分蒸発を助長することになる。従
ってこの様な状況を防止するためにも赤外線加熱による
急速な加熱が必要となる。赤外線加熱による昇温状況は
その被塗物の厚さ、形状、及び材質に影響されるものの
、他の加熱方法に比べ、前後工程の雰囲気を壊さずに、
はるかに大きな昇温速度を得ることができる。特に水系
無機塗料では赤外線吸収効率が良好なためこの様な目的
には都合がよい。第２図に下記条件において水系無機塗
料の焼付は乾燥に赤外線加熱を適用した例を示す。第２
図には赤外線加熱時間に対する無塗装板と、４色（クリ
ア、黒、緑、ゴールド）の水系無機塗料塗装板の温度上
昇カーブが示されている。これより明らかなように本塗
料は充分赤外線を吸収し、約１分間で１００℃の温度に
達している。従って赤外線加熱を用いることにより極め
て急速な加熱が可能となり、塗装後のセツティングの悪
影響な最小眼に押えながら焼付けが可能であることがわ
かる。

第２図の条件 ０基板：　５ＵＳ−３０４板（ｔｓｏｘ　７０　ｘｏ、
４／ｍ１１１）をアルカル脱脂したもの ０塗装：アルカリ珪酸塩系水系無機塗料■日本バー力う
イジング株製パルセラコート−１００Ｓ　（クリア） ■　　　　　　同　　　　　−４０Ｏ３（黒）■　　　
　　　　同　　　　　−３００Ｓ　　（緑）■　　　　
　同　　　　−１０００（ゴールド）■〜■を約１５μ
ｍスプレー塗布。

０焼付け：遠赤外線加熱装置 （加熱密度：０．８６Ｗ／ｃイ、赤外線源からの距離：
１５ｃｍ）による。

さらに赤外線加熱は急速な加熱が可能であるがために、
省スペースという点で有利であり、装置は取付けも簡単
で、電気的な加熱であるため詳細な制御が可能である。

従って現状のセツティングゾーンに取り付けることによ
り大幅な設備改造無しにセツティング時間の短縮も同時
に達成可能となる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を比較例と共に挙げ、その効果を
具体的に説明する。

実施例１、比較例１ アルカリ珪酸塩系水溶性無機塗装の、塗装工場を想定し
たセツティングに対する赤外線予備加熱の効果をカラー
コンピューターによる光沢度、目視による外観判定、及
びテープ剥離テストにより確認した。

０基板：　５ＵＳ−３０４板（１５０Ｘ　７０Ｘ　Ｏ，
４／ｍｍ）をアルカリ脱脂したもの ０塗装工日本バー力ライジング（掬製パルセラコ−ト−
６００Ｓ　（赤）を約１５μｍスプレー塗装。

０セツテイング、及び焼付は方法： 実施例１：セツティング（雰囲気温度２０℃、５分）→
遠赤外線予備加熱（昇温速 度１００℃／分で１３０℃まで加 熱）→熱風炉による焼付け （２３０℃、２０分） 比較例１：セツティング（雰囲気温度５０℃、３０分）
→熱風炉による予備焼付け （１５０℃、２０分）→熱風炉による 焼付け（２３０℃、２０分） ・・・現状の塗装工場想定条件 表１　実施例１、比較例１の結果 ５ＵＳ−３０４材に対する水溶性無機塗装における、セ
ツティングと赤外線予備加熱の効果を比較した。これよ
りわかるように現状の塗装工場を想定した厳しいセツテ
ィング条件（比較例１）では光沢がなく、塗膜に剥離が
みられるのに対し、セツティング条件を緩和し、赤外線
加熱で冨き換えると（実施例１）非富に良好な塗膜が得
られることがわかる。

実施例２〜３、比較例２〜３ アルカリ珪酸塩系水溶性無機塗装の塗装工場を想定した
セツティングに対する赤外線予備加熱の効果をカラーコ
ンビエータ−による光沢度、目視による外観判定、及び
テープ剥離テストにより確認した。

０基板ニアルミ板（Ａ−５０５２１５０Ｘ　７０　ｘ２
／ｍｍ　）をクロメート処理（日本パー力ライジング（
掬製パルボンド７１３したもの） ０塗装；日本パーカライジング和製パルセラコート−６
０Ｏ３（赤）を約１５μｍスプレー塗装。

０セツテイング、及び焼付は方法： 実施例２：セツティング（雰囲気温度２０℃、５分）−
遠赤外線予備加熱（実施例 １と同じ条件）→熱風炉による焼付 け（２３０℃、２０分） 実施例３：セツティング（雰囲気温度５０’Ｃ１１０分
）−遠赤外線予備加熱（実施 例１と同じ条件）→熱風炉による焼 付け（２３０℃、２０分） 比較例２：セツティング（雰囲気温度５０℃、３０分）
→熱風炉による予備焼付け （１５０℃、２０分）→熱風炉によ る焼付け（２３０℃、２０分） ・・・現状の塗装工場想定条件 比較例３：セツティング（雰囲気温度５０℃、２０分）
→遠赤外線予備加熱（実施 例１と同じ条件）→熱風炉による焼 付け（２３０℃、２０分） （以下余白） 表２　実施例２〜３、比較例２〜３の結果同様にクロメ
ート処理したアルミニウム材に対する、セツティングと
赤外線加熱効果を比較した。これより明らかなように現
状の塗装工場を想定した比較例２では光沢がな（、塗膜
に剥離がみられるのに対し、赤外線予備加熱により（実
施例２）良好な塗膜が得られることがわかる。またセツ
ティング条件が厳しくても（５０℃）その時間が短けれ
ば、その後の赤外線予備加熱により良好な塗膜が得られ
ることがわかる。実際、セツティング時間が１０分（実
施例３）の場合は良好で、２０分（比較例３）の場合は
セツティングが完了したため光沢度が劣化し、塗膜の剥
離がみられた。

実施例４〜５、比較例４〜５ アルカリ珪酸塩系水溶性無機塗装の、塗装工場を想定し
たセツティングに対する赤外線予備加熱の効果をカラー
コンビ二一夕による光沢度、目視による外観判定、及び
テープ剥離テストにより確認した。

０基板：冷延鋼板（１５０ｘ　７０　ｘ　Ｏ，８／ｍｍ
）をリン酸塩化成処理（日本パーカライジング■製パル
ボンド−Ｌ３０２０）Ｌ、たもの ０塗装：日本パー力うイジング■製パルセラコート−６
００Ｓ　（赤）を約１５μｍスプレー塗装。

０セツテイング、及び焼付は方法： 実施例４：セツティング（雰囲気温度２０℃、５分）−
遠赤外線予備加熱（実施例 １と同じ条件）→熱風炉による焼付 け（２３０℃、２０分） 実施例５：セツティング（雰囲気温度５０″Ｃ１１０分
）→遠赤外線予備加熱（実施 例１と同じ条件）−熱風炉による焼 付け（２３０℃、２０分） 比較例４：セツティング（雰囲気温度５０”Ｃ１３０分
）−熱風炉による予備焼付け （１５０℃、２０分）→熱風炉による 焼付け（２３０℃、２０分） ・・・現状の塗装工場想定条件 比較例５：セツティング（雰囲気温度５０”Ｃｌ２Ｏ分
）→遠赤外線予備加熱（実施 例１と同じ条件）→熱風炉による焼 付け（２３０℃、２０分） （以下余白） 表３ 実施例４〜５、 比較例４〜５の結果 （以下余白） 同様に冷延鋼板にリン酸塩化成処理を施した材料に対す
る、セツティングと赤外線予備加熱の効果を調査した。

冷延鋼板の場合はいずれの条件でもテープ剥離テストに
おいて差異は認められなかったが、光沢度、外観は実施
例３のアルミニウム材と同様な傾向を示した。即ちセツ
ティング条件が緩和された場合（実施例４）だけでなく
、セツティング条件が厳しくでも、セツティング時間が
短ければ（実施例５）光沢度も良好で、塗膜剥離も見ら
れず、従って赤外線加熱の効果が同様に確認された。

実施例６〜８、比較例６〜１０ アルカリ珪駿塩系水溶性無機塗装の焼付けにおいて、２
段加熱の必要性とその１段目の加熱を赤外線加熱で行う
効果について確認した。

０基板：　５ＵＳ−３０４板（１５０Ｘ　７０　Ｘ　０
．４／ｍｍ）をアルカリ脱脂したもの ０塗装二日本バー力ライジング■製パルセラコート−６
０Ｏ３（赤）を約１５μｍスプレー塗装。

０焼付は方法（セツティングは雰囲気温度２０℃５分と
したその後下記の通り処理し た）： 実施例６：遠赤外線予備加熱（昇温速度１００℃／分で
１００℃まで加熱）→熱風 炉による焼付け（２３０℃、２０ 分） 実施例７：遠赤外線予備加熱（昇温速度１００℃／分で
１５０℃まで加熱）→熱風 炉による焼付け（２３０℃、２０ 分） 実施例８：遠赤外線予備加熱（昇温速度１０℃／分で１
００℃まで加熱）→熱風炉 による焼付け（２３０℃、２０分） 比較例６二遠赤外線予備加熱（昇温速度１００℃／分で
８０℃まで加熱）→熱風炉 による焼付け（２３０℃、２０分） 比較例７：遠赤外線予備加熱（昇温速度ｌＯ０℃／分で
１７０℃まで加熱）→熱風 炉による焼付け（２３０℃、２０ 分） 比較例８：熱風炉による焼付け（２３０℃、２０分）の
み 比較例９：熱風炉による予備焼付け（１５０℃２０分）
−熱風炉による焼付け （２３０℃、２０分） 比較例１０：遠赤外線予備加熱（昇温速度５℃／分で１
００℃まで加熱）→熱風炉 による焼付け（２３０℃、２０分） （以下余白） 表４　実施例６〜８、比較例６〜ｌＯの結果前にも述べ
た様に本塗料の性能を充分発揮させるためには約２３０
℃での焼付けが必要であるが、いきなり２３０℃で焼付
けると焼付けにともなう水分の急激な蒸発により、比較
例８に示した様に塗膜のフクレが生じろ。従って最終的
な焼付けの前に１００〜１５０℃程度で予備焼付けする
ことが必要である。実際、比較例９のように２段階で焼
付けると良好な塗膜が得られる。しかし、比較例９では
外観は良好であるが、実際の塗装工程では本実験のセツ
ティング条件（２０℃、５分）より厳しいセツティング
がなされるので、前述のような塗膜のツヤ低下が起こり
、ハクリなどが生じる。実施例６〜７はこの予備加熱を
赤外線加熱により行った例であるが、極めて短時間の加
熱にもかかわらず比較例９と同様に良好な塗膜が得られ
ている。但し、赤外線加熱を適用しても、その到達温度
が低い場合（比較例６）は次の本焼付けが比較例８と同
様な効果を有するため僅かながらフクレを生ずる。また
逆に到達温度が高すぎると（比較例７）この予備加熱が
比較例８と同様な効果を有するためフクレを生ずる。さ
らに実施例８、比較例１０には赤外線加熱の昇温速度に
ついて検討した。これより昇温速度１０℃／分（実施例
８）では異常は認められないが、５℃／分（比較例１０
）ではわずかに塗膜の剥離が認められた。

（発明の効果） 水系無機塗料は、その高い耐食性、耐摩耗性、耐熱性、
耐候性、並びに意匠性により、高機能性塗料として注目
を集めているが、他の水溶性塗料と同様、もしくはそれ
以上に塗装作業時の環境条件、焼付は条件に極めて敏感
であり、再現性のある塗膜外観を得るのが困難であった
。しかし本発明により、水系無機塗料の塗装後のセツテ
ィング時間を極力短縮し、その後の焼付けを予備焼付は
乾燥を含む２段階焼付けを行ない、さらにその１段目の
予備焼付は乾燥を赤外線加熱により行うことにより、塗
膜にブッ、ワレ、及び剥離などを生ぜず、光沢のある良
好な塗膜を得ることができた。また予備焼付は乾燥に赤
外線加熱を適用することによる付随効果として、従来の
通常の塗装を目的とした塗装設備のセツティングゾーン
にそれを設けることにより、セツティング時間の短縮と
予備焼付は乾燥が同時に達成できることから、現有設備
を大幅に改造することなく、簡単に一定した品質の水系
無機塗料による塗装が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は未乾燥水系無機塗料塗膜の断面概念図であり、 第２図は赤外線加熱時間と被塗物の温度上昇を示すグラ
フである。 イー被塗物表面部、ロー皮膜表面部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、水系無機塗料を塗装後焼付け乾燥する方法において
   、予備焼付け乾燥炉に導入するまでのセッティング時間
   を１０分以内に抑え、その焼付乾燥炉にて被塗物の温度
   が１００〜１５０℃に達するまで赤外線加熱による予備
   焼付け乾燥を行ない、しかる後２００〜２５０℃の被塗
   物の温度にて本焼付けを行なうことを特徴とする水系無
   機塗料の焼付方法。